JPH08149779A - 可変リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コストアップや発熱を増大させることなくモ
ータの高速駆動を実現でき、且つ停止時の位置決め精度
を向上させることのできる可変リラクタンスモータを提
供する。 【構成】 図１に示されているように、この発明は、内
周部に設けられた複数の磁極突起１４ａ〜１４ｃ′にそ
れぞれコイル１２ａ〜１２ｃが巻回されたステータ１０
と、外周部に複数の磁極突起２２ａ〜２２ｂ′が設けら
れたロータ２０とを備えた可変リラクタンスモータにお
いて、ロータ２０の磁極突起２２ａ〜２２ｂ′の間に、
各磁極突起から隣合う磁極突起に向かって周方向に延び
る橋絡部２６を設けると共に、該橋絡部２６を含む各磁
極突起２２ａ〜２２ｂ′の外周に小歯２７を設け、更に
ステータ１０の磁極突起１４ａ〜１４ｃの内周に、ロー
タ２０側の小歯２７に対応する小歯１５を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、可変リラクタンスモー
タに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、可変リラクタンスモータの一
つとして、例えば、図６に示す如く、内周部に設けられ
た複数の磁極突起ＳT にそれぞれコイルＣを巻回した固
定子としてのステータＳと、このステータＳに囲まれた
スペースに回転自在に支承され、かつ外周部に複数の磁
極突起ＲT を有する可動子としてのロータＲとを備えた
ものが知られている。

【０００３】そして、この可変リラクタンスモータで
は、図６に実線で示す如く、ステータＳの磁極突起ＳT
に対してロータＲの磁極突起ＲT が進角側にあり、ロー
タＲの回転によってコイルＣのインダクタンスが正の方
向に変化しているとき（増加領域）にコイルＣを通電す
ると、ロータＲに正の回転トルクが発生し、逆に図６に
点線で示す如く、ステータＳの磁極突起ＳT に対してロ
ータＲの磁極突起ＲT が遅角側にあり、ロータＲの回転
によってコイルＣのインダクタンスが負の方向に変化し
ているとき（減少領域）にコイルＣを通電すると、ロー
タＲに負の回転トルクが発生する。

【０００４】このように可変リラクタンスモータは、所
定のロータＲ位置においてコイルＣへの通電を制御する
ことにより正または負の回転トルクを生じるものであ
り、そのトルクＴは次式(1) で表される。 ＴM ＝Ｋ・ｉ²・ｄＬ／ｄθ …(1) 但し、Ｌ：コイルＣのインダクタンス，θ：ロータＲの
位相角，ｉ：コイルに流れる電流，Ｋ：定数，である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
トルク特性を有する可変リラクタンスモータにおいて、
モータの各相を構成するステータＳのコイルＣに対し
て、各相毎に一定電流を流した状態で、ロータＲを徐々
に回転させたときの、ロータＲに加わるトルクとロータ
Ｒの変位角との関係（即ち、各相毎の静トルク）を調べ
ると、図７のようになる。即ち、図７は、ロータＲの外
周部に４個の磁極突起ＲT が等間隔で形成され、ステー
タＳの内周部に６個の磁極突起ＳT が等間隔で形成され
て、互いに対向するステータＳ側の磁極突起ＳT により
各相φ１〜φ３が形成された３相モータの各相毎のトル
ク特性を表わしているが、この図から明らかなように、
各相φ１〜φ３の静トルクは、０付近から急峻に増減
し、正弦波から大きくずれる。

【０００６】この結果、各相φ１〜φ３の静トルクを合
計することによって得られる可変リラクタンスモータの
出力トルクは、かなり脈動の大きいものになり、例えば
各相φ〜φ３のコイル電流を制御して、ロータＲを任意
の回転位置にて停止させようとしても、各相φ１〜φ３
のトルクはコイル電流の微小な変化によって大きく変化
するため、その停止時の位置決め精度が悪く、また振動
の原因にもなるといった問題があった。

【０００７】一方、出力トルクの脈動を減らす手法とし
て、相数を増やすことやロータＲの磁極数を増やすこと
も考えられているが、相数を増すことは各相の通電・非
通電を切り換えるスイッチング素子を増加する必要があ
り、コストアップにつながるといった問題があり、ロー
タＲの磁極数を増すことは、モータの高速回転時には各
相のスイッチング素子のＯＮ・ＯＦＦ制御を高速に行な
わなければならず、スイッチング周波数の増大、ひいて
は発熱の原因となり、モータの回転速度が制限されてし
まうといった問題がある。つまり、この手法では、可変
リラクタンスモータがロータに磁石を有してないがため
に高速回転に適しているという、可変リラクタンスモー
タの最大の利点を打ち消してしまうことになる。

【０００８】本発明は、こうした問題に鑑みなされたも
ので、コストアップや発熱を増大させることなくモータ
の高速駆動を実現でき、かつ停止時の位置決め精度を向
上させることのできる可変リラクタンスモータを提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めになされた請求項１に記載の発明は、複数の磁極突起
を有する固定子と、該固定子の磁極突起に対向する複数
の磁極突起を有する可動子とを備え、固定子又は可動子
の各磁極突起に夫々コイルが巻回された可変リラクタン
スモータにおいて、前記可動子の各磁極突起の間に、各
磁極突起から隣合う磁極突起に向かって延びる橋絡部を
設けると共に、該橋絡部を含む各磁極突起の前記固定子
との対向面に小歯を設け、更に、前記固定子の磁極突起
に、前記可動子側の小歯に対応する小歯を設けたことを
特徴とする。

【００１０】また、請求項２に記載の発明は、請求項１
に記載の可変リラクタンスモータにおいて、前記可動子
は外周部に複数の磁極突起を備えたロータであり、前記
固定子は、該ロータの周囲に配設され、内周部にコイル
が巻回された複数の磁極突起を有するステータであり、
前記橋絡部は、前記ロータの各磁極突起から隣合う磁極
突起に向かって周方向に形成されていることを特徴とす
る。

【００１１】また更に、請求項３に記載の発明は、請求
項１又は請求項２に記載の可変リラクタンスモータにお
いて、前記可動子に、前記橋絡部を支持するリブを設け
たことを特徴とする。

【００１２】

【作用及び発明の効果】請求項１に記載の可変リラクタ
ンスモータにおいては、可動子に形成された各磁極突起
に橋絡部が設けられ、この橋絡部を含む各磁極突起の固
定子との対向面と、固定子の磁極突起とには、夫々小歯
が設けられている。

【００１３】この結果、本発明の可変リラクタンスモー
タにおいては、その低速駆動時には、可動子及び固定子
側に夫々設けられた小歯が磁極突起として働き、励磁相
の切り換えに伴う可動子の変位量が小さくなる。一方、
高速駆動時には、橋絡部が磁気飽和するため、小歯は磁
極突起として機能せず、励磁相の切り換えに伴う可動子
の変位量は大きくなる。

【００１４】従って、本発明の可変リラクタンスモータ
によれば、モータを高速駆動させる際には、可動子を大
きく変位させてその駆動速度を確保し、低速駆動時には
可動子を細かく（つまり高分解能で）変位させてその位
置決め精度を向上できる。つまり本発明によれば、モー
タの相数を増加したり、高速駆動時のスイッチング周波
数を増加することなく、高速駆動，位置決め精度向上と
いった相反する要求を満足できる。

【００１５】次に、請求項２に記載の可変リラクタンス
モータは、ロータの周囲にステータが配設された図６に
示した回転型の可変リラクタンスモータである。つま
り、可変リラクタンスモータには、可動子と固定子とが
平板状に形成されて可動子が固定子に沿って面方向にス
ライドするリニアモータや、内周部に磁極突起を有する
中空のロータと、このロータの中心位置に配設され、外
周部にコイルが巻回された磁極突起を有するステータと
からなる、所謂アウタロータ型のものが知られている
が、請求項２の可変リラクタンスモータは、ステータに
囲まれたロータが回転する一般的なモータである。そし
て、この種の可変リラクタンスモータでは、通常、各層
への通電・非通電を切り換えることにより、次式(2) で
表されるステップ角θH にて回転する。

【００１６】θH＝３６０゜／ｍ・ＮrH …(2) 但し、ｍ：ステータの相数，ＮrH：ロータの磁極突起の
数，である。しかし、本発明では、ロータに橋絡部が形
成され、更にこの橋絡部を含むロータ側の磁極突起と、
ステータ型の磁極突起とに夫々小歯が形成されているの
で、ロータの低速回転時には、各相への通電・非通電を
切り換えることにより、次式(3) で表されるステップ角
θL にてロータを回転させることができる。

【００１７】θL＝３６０゜／ｍ・ＮrL …(3) 但し、ｍ：ステータの相数，ＮrL：ロータ側の小歯の
数，である。つまり、本発明の可変リラクタンスモータ
によれば、従来装置と同様にモータを高速回転させるこ
とができ、しかも、低速回転時にはロータを上記ステッ
プ角θL にて高分解能に駆動することができる。従っ
て、モータの相数を増加したり、高速回転時のスイッチ
ング周波数を増加することなく、モータ停止時の位置決
め精度を向上することができる。

【００１８】また次に請求項３に記載の可変リラクタン
スモータにおいては、可動子に、橋絡部を支持するリブ
が備えられている。このため、本発明によれば、リブに
よって、モータの高速駆動時に生じる力に対して橋絡部
を補強することができ、高速駆動時に橋絡部が破損する
のを防止できる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を具体化した一実施例を図面を
参照して説明する。図１は実施例の可変リラクタンスモ
ータ（３相）の内部構成を示す説明図である。

【００２０】図１に示す如く、積層鉄心からなる円筒状
のステータ１０の内周部には、６極の磁極突起１４（１
４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ａ′，１４ｂ′，１４
ｃ′）が等間隔に設けられている。これら６極の磁極突
起１４のうち、互いに対向する一対の磁極突起１４ａ−
１４ａ′、１４ｂ−１４ｂ′、１４ｃ−１４ｃ′は、夫
々、当該モータの各相φ１，φ２，φ３を形成してお
り、これら各磁極突起１４ａ〜１４ｃ′には、夫々、各
相φ１〜φ３の巻線となる環状のコイル１２ａ，１２
ｂ，１２ｃが装着されている。また、各磁極突起１４の
先端内周部には、夫々、所定のピッチで４個の小歯１５
が設けられている。

【００２１】一方、ステータ１０に囲まれた円筒状のス
ペースには、当該モータの出力軸１６と、その出力軸１
６に支持されたロータ鉄心１８と、からなるロータ２０
が回転自在に支承されている。ロータ鉄心１８は、外周
部に４極の磁極突起２２（２２ａ，２２ｂ，２２ａ′，
２２ｂ′）を有する鉄心形成板２４を積層することによ
り構成されている。またロータ２０の各磁極突起２２の
先端外周部には、隣接する磁極突起２２間を接続する橋
絡部２６が一体形成されており、この橋絡部２６を含む
ロータ２０の外側全周には、ＮrL個（例えば４０個）の
小歯２７が等間隔に形成されている。

【００２２】なお、この橋絡部２６の幅ｔは、図２に示
す如く、磁極突起２２の高さｙより十分に小さく設定さ
れている。また、この橋絡部２６及び小歯２７は、ロー
タ２０を構成する鉄心形成板２４をプレス等の打ち抜き
にて製造することで容易に形成できる。

【００２３】また、このロータ２０側の小歯２７とステ
ータ１０側の小歯１５とは互いに対向可能に、そのピッ
チが略同じに設定され、ステータ１０側の小歯１５は、
各相φ１〜φ３毎に、そのピッチの１／３だけ互いに位
相ずれがずれるように形成されている。つまり、図１に
示す如く、第３相目（φ３）の磁極突起１４ｃ，１４
ｃ′に形成された小歯１５がロータ２０側の小歯２７と
対向している際には、第１相目（φ１）の磁極突起１４
ａ，１４ａ′及び第２相目（φ２）の磁極突起１４ｂ，
１４ｂ′に形成された小歯１５は、ロータ側の小歯２７
に対して、そのピッチの１／３分だけ進角或は遅角側に
位置するようにされている。

【００２４】また、図示しないが、ロータ２０の出力軸
１６には、外周部にスリットを有する回転円板が固着さ
れ、モータの筐体には、この回転円板に対向して前記ス
リットを検出するホトインタラプタが設けられている。
つまり、本実施例の可変リラクタンスモータには、回転
円板とホトインタラプタとからなる周知の回転位置検出
器が備えられており、この検出器からの検出信号に基づ
いて、ロータ２０の位置が求められるようになってい
る。

【００２５】次に、本実施例の可変リラクタンスモータ
の動作について説明する。本実施例の可変リラクタンス
モータは、従来の技術の項にて説明した原理に基づい
て、従来装置と同様に制御される。例えば、回転駆動時
に、ロータ２０の磁極突起２２ａ，２２ａ′が、ステー
タ１０側の第１相目（φ１）の磁極突起１４ａ，１４
ａ′に近づいていくと（インダクタンスの増加領域）、
この状態が回転位置検出器にて検出され、この検出信号
に基づいて図示しない電子制御装置から第１相目（φ
１）のコイル１２ａへの通電指令が出力され、これによ
りロータ２０に正の回転トルクが発生する。そしてロー
タ２０の磁極突起２２ａ，２２ａ′がステータ１０の磁
極突起１４ａ，１４ａ′から離れていくとき（インダク
タンスの減少領域）には、コイル１２ａへの通電を停止
して、負の回転トルクを発生させず、正方向の回転トル
クを維持する。また制動時には、ロータ２０の磁極突起
２２ａ，２２ａ′がステータ１０の磁極突起１４ａ，１
４ａ′から離れていくときに、コイル１２ａに通電する
ことにより、制動力を発生させる。

【００２６】このようにモータを駆動するに当たって、
ロータ２０の橋絡部２６の幅ｔは、ロータ２０の磁極突
起２２の高さｙより十分に小さいので、橋絡部２６を通
る磁束は、高速回転する高起磁力領域において磁気飽和
し、インダクタンスは、小さくなって溝としてみなされ
る。

【００２７】従って、本実施例の可変リラクタンスモー
タの高速回転時の静トルク特性は、図７に示した従来装
置と略同様となり、このときのステップ角θH は前述の
(2)式にて求めることができる。つまり、本実施例で
は、前記(2) 式において、ｍ＝３，ＮrH＝４であるた
め、高速回転時のステップ角θH は３０度となる。

【００２８】一方、ロータ２０を減速して停止させる場
合（つまりモータの低速回転時）には、起磁力は高速回
転時に比べて低いため、橋絡部２６は、磁気飽和せずに
有効磁路となる。この結果、図２に示すように、磁極突
起１４の内側に形成された小歯１５からロータ２０側の
小歯２７に磁束３０が流れようとし、ステータ１０側の
小歯１５とロータ２０側の小歯２７とが、夫々、磁極突
起として働くようになる。

【００２９】従って、本実施例の可変リラクタンスモー
タの低速回転時の静トルク特性は、図３に示す如くな
り、このときのステップ角θL は前述の(3) 式にて求め
ることができる。つまり、本実施例では、前記(3) 式に
おいて、ＮrL＝４０とすると、ｍ＝３であるため、低速
回転時のステップ角θL は、高速回転時のステップ角θ
H の１／１０、つまり３度となる。

【００３０】つまり、本実施例の可変リラクタンスモー
タによれば、ロータ２０を停止させるときのステップ角
θL が高速回転時のステップ角θH に比べてＮrH／ＮrL
となり、モータの回転位置を高分解能に制御することが
できるので、モータの出力トルクの脈動，延いては振動
を抑制して、モータ停止時の位置決め精度を向上するこ
とができる。

【００３１】そして、本実施例の可変リラクタンスモー
タを実際に駆動する場合、図４に示す如く、始動から加
速運転，定速運転，減速運転に至る運転条件下では、出
力トルクの脈動を抑えるより、高応答性と高速性能実現
のためにステップ角θH の大きい高速回転モードで運転
し、減速完了後、モータを停止させるまでの間は、出力
トルクの脈動を抑えて停止精度を高めるために、ステッ
プ角θL の小さい位置決めモードで運転するようにすれ
ばよい。

【００３２】また、こうした運転パターンを実現するに
当たっては、励磁相の切り換えを、そのときの運転モー
ドに応じたステップ角θH 又はθL にて行なえばよく、
通電のための駆動回路には、従来装置と同じ回路をその
まま使用することができる。つまり、本実施例の可変リ
ラクタンスモータによれば、従来から使用されている駆
動回路をそのまま使用して、モータ停止時の位置決め精
度を確保しつつモータの高速回転を実現することができ
る。

【００３３】ここで、本実施例においては、ロータ２０
側の各磁極突起２２の先端部を単に橋絡部２６で結合す
るものとして説明したが、例えば図５に示すように、橋
絡部２６の中間部分を、１個（又は複数）の幅の狭いリ
ブ２８にてロータ２０と結合するようにしてもよい。こ
の場合、リブ２８により、高速回転時の遠心力に対して
橋絡部２６を補強することができ、高速回転に伴う橋絡
部２６の破損を防止することができる。

【００３４】またロータ２０側の小歯２７の数は、例え
ば４０個として説明したが、この小歯２７の数を設定す
る際には、従来よりステップモータを構成する際に利用
されている設定方法をそのまま適用すればよい。また、
本実施例では、ロータ２０側に４個の磁極突起２２を備
えた３相の可変リラクタンスモータについて説明した
が、本発明は、こうした３相可変リラクタンスモータに
限らず、従来より可変リラクタンスモータとして実現さ
れているあらゆるタイプ（例えば４相，５相）の可変リ
ラクタンスモータに適用できるのはいうまでもない。ま
た本発明は、ロータ周囲にステータを配設した回転型の
可変リラクタンスモータに限らず、リニアモータ，アウ
タロータ型モータ等、可変リラクタンス型のモータであ
れば適用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例の可変リラクタンスモータの内部構造
を示す説明図である。

【図２】 実施例の可変リラクタンスモータの内部構成
を拡大して表わす拡大説明図である。

【図３】 実施例の可変リラクタンスモータの低速回転
時の静トルク特性を表わすグラフである。

【図４】 実施例の可変リラクタンスモータの運転パタ
ーンの一例を表わす説明図である。

【図５】 実施例の可変リラクタンスモータの変形例を
表わす説明である。

【図６】 可変リラクタンスモータの原理を説明する説
明図である。

【図７】 従来の可変リラクタンスモータの静トルク特
性を表わすグラフである。

【符号の説明】

１０，Ｓ…ステータ １２（１２ａ〜１２ｃ），Ｃ…
コイル １４（１４ａ〜１４ｃ′），ＳT …磁極突起（ステータ
側） １５…小歯 ２０，Ｒ…ロータ ２２（２２ａ〜２２ｂ′），ＲT
…磁極突起（ロータ側） ２６…橋絡部 ２７…小歯 ２８…リブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の磁極突起を有する固定子と、該固
   定子の磁極突起に対向する複数の磁極突起を有する可動
   子とを備え、固定子又は可動子の各磁極突起に夫々コイ
   ルが巻回された可変リラクタンスモータにおいて、 前記可動子の各磁極突起の間に、各磁極突起から隣合う
   磁極突起に向かって延びる橋絡部を設けると共に、該橋
   絡部を含む各磁極突起の前記固定子との対向面に小歯を
   設け、更に、前記固定子の磁極突起に、前記可動子側の
   小歯に対応する小歯を設けたことを特徴とする可変リラ
   クタンスモータ。
2. 【請求項２】 前記可動子は外周部に複数の磁極突起を
   備えたロータであり、 前記固定子は、該ロータの周囲に配設され、内周部にコ
   イルが巻回された複数の磁極突起を有するステータであ
   り、 前記橋絡部は、前記ロータの各磁極突起から隣合う磁極
   突起に向かって周方向に形成されていることを特徴とす
   る請求項１に記載の可変リラクタンスモータ。
3. 【請求項３】 前記可動子に、前記橋絡部を支持するリ
   ブを設けたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記
   載の可変リラクタンスモータ。