JPH05219701A - ロータ２突極式可変リラクタンス型モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータコアに形成するロータ歯の設置可能最
少数をさらに減らし、ヒステリシス損等の鉄損を低減可
能な可変リラクタンス型モータを提供する。 【構成】 この可変リラクタンス型モータは、略円筒状
のステータコア１２と、ステータコア１２の６個のステ
ータ歯２０の各々に巻設されて所定順序で通電可能な３
相の励磁巻線１４と、励磁巻線１４の順次励磁によりス
テータコア１２内で回転するロータコア１６とを具備す
る。ロータコア１６は、珪素鋼板等の強磁性材料の薄板
を積層して形成される。各薄板は、外周の軸対称位置に
半径方向外方へ突出して１対のロータ歯２４を備える。
ロータコア１６は、その軸線方向両端に配置される各薄
板２２が、ロータ歯２４の歯幅Ｗに相当する角度だけ回
転中心Ｏに関し相互に回転して配置されるように、隣接
する各薄板２２を一定方向へ一定角度だけ相互回転して
積層形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は可変リラクタンス型モー
タに関し、特に、ロータ側に設けられる突極の個数を減
らして鉄損を低減するための改良ロータ構造を有した可
変リラクタンス型モータに関する。

【０００２】

【従来の技術】ステップモータの一種として知られる可
変リラクタンス型モータは、サーボモータやダイレクト
ドライブモータとして広範に使用されている。従来の一
般的な可変リラクタンス型モータの一例を、図５に示
す。この可変リラクタンス型モータは、ステータコア１
の内周部に６個の突歯２（以下、ステータ歯２という）
を有し、各ステータ歯２に励磁巻線３が巻設される。ス
テータコア１の内側に回転可能に配置されるロータコア
４は、各ステータ歯２に所定の空隙部を介して対向する
４個の突歯５（以下、ロータ歯５という）を有する。ス
テータコア１及びロータコア４は、いずれも珪素鋼板等
の強磁性材を打ち抜き積層して形成される（ロータコア
４の積層形状を（ｂ）に示す）。励磁巻線３には、Ｉ，
II，III の異なる３相の電流が所定順序で通電され、そ
れによりステータ歯２が順次に励磁され、ロータ歯５を
磁気吸引力により順次引き付けることによってロータが
励磁方向の逆方向へ回転する。

【０００３】このように、従来の可変リラクタンス型モ
ータにおいて、ステータコアのステータ歯は、励磁電流
の相数の偶数倍の個数を有し、ロータの回転中心に関し
て対称な位置に配置される。また、ステータコアのステ
ータ歯の個数を少なくすることは、出力増加に寄与す
る。しかしながら、例えば図５のようにステータコアに
励磁電流の相数の２倍のステータ歯を設けた場合、励磁
時にステータ歯とロータ歯との間に形成される磁路は、
相数の４倍のステータ歯を設けた場合よりも必然的に長
尺になる。それにより、磁束の交替による渦電流の発生
領域が拡大され、渦電流損の増大によりモータの効率が
悪化することが考えられる。

【０００４】このとき、ロータコアの所定回転数に要す
る励磁電流の周波数を減少させることにより、ヒステリ
シス損を低減するとともに上記渦電流損を低減可能であ
ることは知られている。ここで、１パルスの励磁電流に
対してロータが回転する角度、すなわちステップ角は、
ロータコアの歯数に反比例するため、ロータコアの歯数
を減らすとステップ角は増加し、ロータ１回転に要する
励磁電流のパルス周波数は減少する。したがって、ロー
タコアのロータ歯数を減らして同一回転数に要する励磁
電流の周波数を減少させることにより、上記の渦電流損
等の損失を低減することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステータ歯とロータ歯
との間の磁路を閉ループに形成するためには偶数個のロ
ータ歯が必要であり、故に理論上のロータ歯の最小数は
２個である。したがって、上記損失を低減するためにロ
ータ歯を最小数の２個とすることが考えられる。この場
合、ロータを回転させるためには少なくとも３相の励磁
電流が必要となり、このときのステータ歯を相数の２倍
の６個とする。この構造では、ロータ歯の歯幅をステー
タ歯よりも大きくし、励磁相のステータ歯に１つのロー
タ歯が吸引されたときにこのロータ歯の側端が隣接する
次の励磁相のステータ歯の近傍に配置される構造とした
場合に、理論上は励磁相の切り換えによりロータが回転
可能となる。しかしながら、実際上このような構造で
は、励磁時にロータを固定位置に保持することが不可能
となり、サーボモータとしては使用できない。ロータ歯
とステータ歯との双方の歯幅を等しくすると、この問題
は回避されるものの、ロータ歯と次の励磁相のステータ
歯との間隔が広くなるため、励磁切換時の磁気吸引力が
ロータに及ぼすトルク、すなわち磁気吸引力の接線方向
分力は極めて小さくなり、自起動できない場合が生じ
る。このような理由から、従来の３相の可変リラクタン
ス型モータでは、ロータコアのロータ歯の個数は４個が
最小であった。また、同じ理由から、３相以上の可変リ
ラクタンス型モータに対し、ロータコアのロータ歯の設
置可能最少数は４個以上となっていた。

【０００６】本発明は、このような課題を解決するため
に鋭意、工夫改善を施したものであり、その目的は、ロ
ータのロータコアに形成するロータ歯の設置可能最少数
をさらに減少させ、ヒステリシス損等の鉄損を低減し、
効率の改善が可能な可変リラクタンス型モータを提供す
ることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、モータハウジングと、このモータハウジ
ングの内部に固定され、内周に等間隔にかつ半径方向内
方へ突設して複数のステータ歯を有した略円筒状のステ
ータコア、及びこのステータコアの上記各ステータ歯に
巻設され、所定順序で異なる相の電流を通電可能な複数
の励磁巻線を備え、上記ステータコアの上記各ステータ
歯に順次に磁極を形成するステータと、このステータの
上記ステータコア内に回転可能に配置され、外周に等間
隔にかつ半径方向外方へ突設して複数のロータ歯を有
し、このロータ歯が上記ステータコアの上記ステータ歯
に順次に形成される上記磁極に吸引されて回転するロー
タコア、及びこのロータコアに同心に固定され、上記モ
ータハウジングに回転可能に支持される出力軸を備えた
ロータとを具備した可変リラクタンス型モータにおい
て、上記ステータコアは、少なくとも３相の電流を通電
可能な異なる励磁巻線を上記ステータ歯のそれぞれに巻
設するため、相数の２倍の個数を有する少なくとも６個
の上記ステータ歯を備え、上記ロータコアは、外周の軸
対称位置に半径方向外方へ突設した１対の上記ロータ歯
を備える複数の強磁性材料の薄板を積層、接着して形成
され、上記各薄板は、上記１対のロータ歯が、上記ステ
ータコアの上記ステータ歯の内周面の内径寸法よりも小
さな外径寸法を外周面に有し、かつこの外周面における
歯幅を、上記ステータ歯の内周面における歯幅と実質的
に等しく形成され、さらに、上記ロータコアの軸線方向
両端に配置される薄板の各々が、上記ロータ歯の歯幅に
対応する中心角度だけ上記ロータコアの回転中心の周り
で相互に回転して配置されるように、隣接する薄板の各
々が一定方向へ一定角度づつ相互に回転して積層され、
上記各薄板の上記１対のロータ歯の積層により上記ステ
ータ歯に磁気吸引される上記ロータの２つの磁極を形成
したことを特徴とするロータ２突極式可変リラクタンス
型モータを提供する。

【０００８】本発明の好適な実施態様によれば、上記ス
テータコアは６個の上記ステータ歯を備え、それらステ
ータ歯のそれぞれに、３相の電流を通電可能な３組の励
磁巻線が、半径方向対称位置のステータ歯に対して同一
相の電流が通電されるように巻設されるロータ２突極式
可変リラクタンス型モータが提供される。このとき、上
記ロータコアを形成する上記複数の薄板を、上記１対の
ロータ歯の外周面における各々の上記歯幅が、中心角４
５°に対応する寸法を有するように形成することもでき
る。

【０００９】

【作用】ステータの励磁巻線に所定相の電流を流すと、
ロータのロータ歯は、ステータの励磁相のステータ歯に
磁気吸引され、かつ磁気吸引力の釣り合いにより、ステ
ータ歯の内周面の軸線方向中心線に関して左右対称な位
置に保持される。このとき、ロータ歯の軸線方向両端部
は、励磁相のステータ歯の正対位置からずれて、励磁相
の両隣に配置された非励磁相のステータ歯に近接して位
置する。この状態から励磁巻線への電流を次の相へ切り
換えると、次の相のステータ歯による磁気吸引力は、ま
ず近接したロータ歯の軸線方向一端部に作用してロータ
を回転させ、この回転に伴って、遠隔したロータ歯の軸
線方向他端部に至るまで、連続的にロータ歯に作用す
る。この磁気吸引力により、ロータが所定方向へ所定角
度だけ回転し、次の相のステータ歯に上記の左右対称な
位置で対置するまでの間、ステータ歯とロータ歯との空
隙部における磁束分布の状態は連続的に変化するため、
ロータに対し常に同一方向へのトルクが生じることとな
る。このように、相電流を順次切り換えると、磁気吸引
力によるトルクがロータに確実かつ有効に作用し、相電
流の切換方向と同一方向へロータが回転する。

【００１０】

【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明をその実
施例に基づきさらに詳細に説明する。図１は、本発明の
実施例による可変リラクタンス型モータのステータコア
及びロータコアの端面図、図２は、図１のモータのロー
タコアを形成する積層板部材の正面図、図３は、図１の
モータのロータの平面図、図４は、図１のモータの作動
説明図である。

【００１１】図１を参照すると、本発明の実施例による
可変リラクタンス型モータは、モータハウジング１０
と、珪素鋼板等の強磁性材料の積層体からなり、モータ
ハウジング１０の内側に固定される略円筒状のステータ
コア１２、及びステータコア１２に巻設されて所定順序
で通電可能な複数の励磁巻線１４から構成されたステー
タと、やはり珪素鋼板等の強磁性材料の積層体からな
り、励磁巻線１４の順次励磁によって生じる回転磁界に
よりステータコア１２内で回転可能に配置されるロータ
コア１６、及びロータコア１６に同心に固定され、モー
タハウジング１０に回転可能に支持されてモータ出力を
外部に取出す出力軸１８から構成されたロータとを備え
る。

【００１２】ステータコア１２は、その内周面に等間隔
に（すなわち機械角６０°毎に１個）かつ半径方向内方
へ突設して６個の突歯２０（以下、ステータ歯２０とい
う）を備える。励磁巻線１４は、軸対称位置の各ステー
タ歯２０に対して直列に計３組の巻線が巻設される。各
励磁巻線１４には、図示しない駆動回路装置を介して順
次に異なる３相（図にそれぞれＩ，II，III で示す）の
パルス電流が入力される。それにより各ステータ歯２０
が、軸対称に配置されたステータの突極を構成する。

【００１３】ロータコア１６は、前述のように珪素鋼板
等の強磁性材料の薄板２２を積層して形成される（図２
参照）。各薄板２２は、図２に示すように外周の軸対称
位置に（すなわち機械角１８０°毎に１個）、半径方向
外方へ突出して１対の突歯２４（以下、ロータ歯２４と
いう）を備える。これら１対のロータ歯２４の外周面に
おける歯幅Ｗは、図の例では中心角４５°に相当する寸
法を有する。

【００１４】薄板２２の積層によるロータコア１６の形
成時に、各薄板２２は、隣接する薄板２２がロータの回
転中心Ｏに関して一定方向へ一定角度だけ相互に回転し
た状態で積層される。この相互回転角度は、図３に示す
ように、隣接する各薄板２２を相互回転することによ
り、ロータコア１６の軸線方向両端に配置される各薄板
２２が、ロータ歯２４の歯幅Ｗ（図２）に相当する角度
だけ回転中心Ｏに関し相互に回転して配置される量であ
ればよい。すなわち、図３の例で２１枚の薄板２２は、
隣接する各薄板２２が相互に中心角２．２５°づつ回転
され、各ロータ歯２４が回転中心Ｏに関し規則的に偏角
して配置されている。このように規則的に回転配置され
た各薄板２２を、樹脂含浸等の接着工程によって相互接
着することにより、ロータコア１６が形成される。

【００１５】さらに、ロータコア１６を形成する各薄板
２２は、ロータ歯２４の外周面と同心の中心穴２６（図
２）を有し、この中心穴２６に出力軸１８が嵌入され
る。出力軸１８は、焼嵌め等の手段によりロータコア１
６に固定され、ロータが形成される（図３参照）。この
ようにして、ロータコア１６の積層形成された各ロータ
歯２４は、ステータコア１２のステータ歯２０に磁気吸
引されるロータの２つの突極を構成する。

【００１６】ロータコア１６のロータ歯２４の外周面に
おける歯幅Ｗは、ステータコア１２のステータ歯２０の
内周面における歯幅Ｗ′と実質的に等しく形成される。
したがって、各ステータ歯２０の間には、中心角略１５
°に亙って隙間２８が形成され、この隙間２８を利用し
て各ステータ歯２０に励磁巻線１４が巻設される。な
お、図１ではステータコア１２のステータ歯２０の内周
面とロータコア１６のロータ歯２４の外周面とが接触し
た状態で示されているが、実際はこれらの間に所定の空
隙部が形成されることは言うまでもない。

【００１７】上記のように構成された本発明に係る可変
リラクタンス型モータの作用を、図４を参照して以下に
説明する。なお、図４では、モータハウジング１０、回
転軸１８、及び非励磁相の励磁巻線１４を省略する。図
４（ａ）は、ステータの励磁巻線１４にＩ相の電流を流
した状態を示す。この状態でロータのロータ歯２４は、
ステータのＩ相のステータ歯２０に磁気吸引され、かつ
磁気吸引力の釣り合いにより、ステータ歯２０の内周面
の軸線方向中心線に関して左右対称な位置に保持され
る。このとき、ロータ歯２４の軸線方向両端近傍の部分
は、両隣の他の相のステータ歯２０の側端部位に半径方
向へ重畳して配置される。

【００１８】この状態から励磁巻線１４への電流をII相
へ切り換えると、II相のステータ歯２０による磁気吸引
力は、まず半径方向へ重畳したロータ歯２４の軸線方向
一端部に作用してロータを時計方向へ回転させ、この回
転に伴って、遠隔したロータ歯２４の同他端部に至るま
で、連続的にロータ歯２４に作用する。この磁気吸引力
により、ロータは図４（ａ）の状態から図４（ｂ）の状
態へ、時計方向へ機械角６０°だけ回転する。この間、
ステータ歯２０とロータ歯２４との空隙部における磁束
分布の状態は連続的に変化するため、ロータに対し常に
トルクが生じることとなる。

【００１９】次いで、励磁巻線１４への電流をIII 相に
切り換えると、同様にロータ歯２４がIII 相のステータ
歯２０に吸引され、ロータが図４（ｂ）の状態から時計
方向へさらに機械角６０°だけ回転する。このように、
相電流をＩ，II，III の順に切り換えると、磁気吸引力
によるトルクがロータに確実かつ有効に作用し、相電流
の切換方向と同一方向へロータが回転する。したがっ
て、この可変リラクタンス型モータでは、ロータの１回
転に要する相電流のパルス周波数は２Ｈｚであり、図５
の従来の可変リラクタンス型モータの１／２となる。

【００２０】相電流を切り換える際の励磁方式として
は、上記のような従来の１相励磁方式が可能であるが、
トルクをさらに有効に生じさせるために、いわゆる１−
２相励磁方式を採用することが好ましい。すなわち、図
４において、ロータが（ａ）の状態になる直前の、ロー
タ歯２４の上記軸線方向一端部が次のII相のステータ歯
２０の側端に半径方向へ重畳し始める瞬間に、Ｉ相の電
流を切ることなくII相の電流を流す。次いでロータが
（ａ）の状態を呈したときにＩ相の電流を切り、II相の
みを励磁する。このような励磁方式を採ることにより、
II相のステータ歯２０による磁気吸引力は、ロータ歯２
４の上記軸線方向一端部の側端から、ロータが（ｂ）の
状態に至るまでの、歯幅Ｗの１．５倍に対応する中心角
範囲（すなわち中心角６７．５°）に亙り、時計方向へ
のトルクとして作用する。しかも、このトルクは中心角
７．５°の範囲に亙り、Ｉ相及びII相のステータ歯２０
により重畳して生じるため、ロータの回転の円滑性が向
上する。

【００２１】上記実施例では、２突極を有するロータに
対して６突極のステータを組み合わせた３相の可変リラ
クタンス型モータの構造を説明したが、本発明はこの実
施例に限定することなく、他の４相や５相の可変リラク
タンス型モータとしても適用できる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、ロータのロータコアを、外周の軸対称位置に半径方
向外方へ突設して１対のロータ歯を備えた複数の強磁性
材料の薄板の積層によって形成し、このときロータコア
の軸線方向両端に配置される薄板の各々が、ロータ歯の
歯幅に対応する角度だけロータコアの回転中心の周りで
相互に回転して配置されるように、隣接する薄板の各々
を一定方向へ一定角度づつ相互に回転して積層すること
により、ロータコアに形成するロータ歯の設置可能最少
数を２個として、励磁電流の周波数をさらに減少可能な
構成としたから、可変リラクタンス型モータにおいて、
ヒステリシス損等の鉄損が大幅に低減され、発熱の防止
及び効率の改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による可変リラクタンス型モー
タのステータコア及びロータコアの端面図である。

【図２】図１のモータのロータコアを形成する積層板部
材の正面図である。

【図３】図１のモータのロータの平面図である。

【図４】図１のモータの作動説明図である。

【図５】従来の可変リラクタンス型モータのステータコ
ア及びロータコアの端面図である。

【符号の説明】

１０…モータハウジング １２…ステータコア １４…励磁巻線 １６…ロータコア １８…出力軸 ２０…ステータ歯 ２２…薄板 ２４…ロータ歯

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータハウジングと、該モータハウジン
   グの内部に固定され、内周に等間隔にかつ半径方向内方
   へ突設して複数のステータ歯を有した略円筒状のステー
   タコア、及び該ステータコアの前記各ステータ歯に巻設
   され、所定順序で異なる相の電流を通電可能な複数の励
   磁巻線を備え、前記ステータコアの前記各ステータ歯に
   順次に磁極を形成するステータと、該ステータの前記ス
   テータコア内に回転可能に配置され、外周に等間隔にか
   つ半径方向外方へ突設して複数のロータ歯を有し、該ロ
   ータ歯が前記ステータコアの前記ステータ歯に順次に形
   成される前記磁極に吸引されて回転するロータコア、及
   び該ロータコアに同心に固定され、前記モータハウジン
   グに回転可能に支持される出力軸を備えたロータとを具
   備した可変リラクタンス型モータにおいて、 前記ステータコアは、少なくとも３相の電流を通電可能
   な異なる励磁巻線を前記ステータ歯のそれぞれに巻設す
   るため、相数の２倍の個数を有する少なくとも６個の前
   記ステータ歯を備え、 前記ロータコアは、外周の軸対称位置に半径方向外方へ
   突設した１対の前記ロータ歯を備える複数の強磁性材料
   の薄板を積層、接着して形成され、 前記各薄板は、 前記１対のロータ歯が、前記ステータコアの前記ステー
   タ歯の内周面の内径寸法よりも小さな外径寸法を外周面
   に有し、かつ該外周面における歯幅を、前記ステータ歯
   の内周面における歯幅と実質的に等しく形成され、さら
   に、 前記ロータコアの軸線方向両端に配置される該薄板の各
   々が、前記ロータ歯の歯幅に対応する中心角度だけ前記
   ロータコアの回転中心の周りで相互に回転して配置され
   るように、隣接する該薄板の各々が一定方向へ一定角度
   づつ相互に回転して積層され、 前記各薄板の前記１対のロータ歯の積層により、前記ス
   テータ歯に磁気吸引される前記ロータの２つの磁極を形
   成したことを特徴とするロータ２突極式可変リラクタン
   ス型モータ。
2. 【請求項２】 前記ステータコアは６個の前記ステータ
   歯を備え、該ステータ歯のそれぞれに、３相の電流を通
   電可能な３組の励磁巻線が、半径方向対称位置の該ステ
   ータ歯に対して同一相の電流が通電されるように巻設さ
   れる請求項１記載のロータ２突極式可変リラクタンス型
   モータ。
3. 【請求項３】 前記ロータコアを形成する前記複数の薄
   板を、前記１対のロータ歯の外周面における各々の前記
   歯幅が、中心角４５°に対応する寸法を有するように形
   成した請求項２記載のロータ２突極式可変リラクタンス
   型モータ。