JP5542849B2 - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータに関する。

一般的なスイッチドリラクタンスモータ（Ｓｗｉｔｃｈｅｄ Ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ Ｍｏｔｏｒ）は、固定子と回転子が全て突極型（ｓａｌｉｅｎｔ）の磁気構造を有する。また、固定子に集中巻のコイルが巻回され、回転子は如何なる励磁装置（巻線または永久磁石等）も有さず鉄心のみで構成され、価格競争力に優れている。また、速度可変型スイッチドリラクタンスモータは、電力半導体を用いたコンバータと位置センサーのサポートにより、連続したトルクを安定的に発生し、各応用分野から要求される性能に合わせて制御が容易であるという長所を有している。

様々なＡＣモータ（誘導モータ、永久磁石型同期モータなど）とブラシレスＤＣモータの場合、一つの電磁場構造の設計を完了した後、時間が経て著しい性能向上が必要な時に新たな電磁場構造に再設計しなければならない。そうしなければ、鉄板または永久磁石などの高価材料の材質を変える単純な設計変更の他には方法がないため、効率的な設計に具現されることができず、スイッチドリラクタンスモータもまた上記問題点を有している。

より具体的に、図１は、従来技術によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な構成図である。１相のみが図１に図示されている前記スイッチドリラクタンスモータ１００は、回転子１１０と突極１２１が形成された固定子１２０を含み、前記突極２１１にコイル１３０が巻回されて相巻線が形成され、前記相巻線に電流を印加する場合、磁界が発生し、固定子の突極２１１と回転子１１０との間に引力が発生して回転する。

また、固定子に複数の突極を形成し、前記突極にコイルを巻回して複数の相巻線を形成し、相巻線を一つずつ励磁させることによりトルクを発生させて回転子を回転させる。しかし、従来技術によるスイッチドリラクタンスモータ１００は、巻線のみを励磁させてトルクを発生させるため、トルク密度及び効率などに制限され、複数相のスイッチドリラクタンスモータに具現される場合、磁束の交差によって鉄損が増加されるという問題点を有している。

本発明は、前記のような問題点を解決することを目的とし、固定子の突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線が形成され、前記複数の相巻線間に永久磁石が装着され、前記相巻線の励磁によって発生する磁束に永久磁石から発生する磁束の相互作用により磁束量が増大し、トルク密度が向上するだけでなく、前記相巻線が励磁されて発生する磁束は交線が発生されないため、鉄損が低減する効率が得られるスイッチドリラクタンスモータを提供することを目的とする。

上記本発明の目的を果たすために、本発明は、複数の突極が形成された突極型回転子と、前記回転子に対向する複数の突極が形成された固定子本体と、前記突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線と、前記相巻線間に装着された永久磁石を備える固定子とを含み、前記永久磁石は、前記相巻線から発生する磁束の方向に対応する磁力が発生するように配置される。

また、前記固定子本体の突極は、固定子本体の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて２相巻線からなることができる。
また、前記相巻線が励磁されて発生する磁束は交線が発生しない。
また、前記永久磁石は、前記固定子本体の外周部に、半径方向に２個が装着される第１永久磁石と、前記固定子本体の内周部に、半径方向に１個がそれぞれ装着される第２永久磁石とを含み、前記第２永久磁石は、２つの第１永久磁石の間に位置する。

また、前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成されることができる。
また、前記回転子の突極に対応する固定子本体の突極は、前記固定子本体の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて３相巻線からなり、前記永久磁石は、３相巻線間に装着される。
また、前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成されることができる。

また、本発明は、複数の突極が形成された突極型回転子と、前記回転子に対向する複数の突極が形成された固定子本体と、前記突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線と、前記相巻線間に装着された永久磁石を備える固定子とを含み、前記永久磁石は、前記固定子本体の外周部に半径方向に２個が装着される第１永久磁石と、前記固定子本体の内周部に半径方向に１個がそれぞれ装着される第２永久磁石と、を含み、前記第２永久磁石は、２つの第１永久磁石の間に位置するスイッチドリラクタンスモータである。

また、前記固定子本体の突極は、固定子本体の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて２相巻線からなることができる。
また、前記相巻線が励磁されて発生する磁束は交線が発生しない。
また、前記永久磁石は、前記固定子本体の外周部に半径方向に２個が装着される第１永久磁石と、前記固定子本体の内周部に半径方向に１個がそれぞれ装着される第２永久磁石とを含み、前記第２永久磁石は、２つの第１永久磁石の間に位置する。

また、前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成されることができる。
また、前記回転子の突極に対応する固定子本体の突極は、前記固定子本体の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて３相巻線からなり、前記永久磁石は、３相巻線間に装着されることができる。
また、前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成されることができる。

本発明の特徴及び利点は添付図面に基づいた以下の詳細な説明によってさらに明らかになるであろう。
本発明の詳細な説明に先立ち、本明細書及び請求範囲に用いられた用語や単語は通常的かつ辞書的な意味に解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

本発明は固定子の突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線が形成され、前記相巻線間に永久磁石が装着され、前記相巻線の励磁によって発生する磁束に、永久磁石から発生する磁力の相互作用により磁束量が増大し、トルク密度が向上するだけでなく、前記相巻線が励磁されて発生する磁束は交線が発生しないため、鉄損が低減される効率が得られるスイッチドリラクタンスモータを提供する効果を有する。

本発明の目的、特定の長所及び新規の特徴は添付図面に係わる以下の詳細な説明及び好ましい実施例によってさらに明らかになるであろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付け加えるに際し、同一の構成要素に限っては、たとえ異なる図面に示されても、できるだけ同一の番号を付けるようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにあたり、係わる公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不明瞭にする可能性があると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。

以下、添付の図面を参照して本発明の好ましい実施例によるスイッチドリラクタンスモータについて詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な構成図である。図示したように、前記スイッチドリラクタンスモータ２００は、回転子２１０及び固定子を含み、前記回転子２１０は固定子との電磁気力によって回転される。

より具体的に、前記回転子２１０は、前記固定子の内側で回転可能に配置され、半径方向に、外周部に複数の突極２１１が形成された突極型回転子に具現される。そして前記回転子の突極２１１は、回転子の円周方向に対して等ピッチで６個が形成される。

また、前記固定子は固定子本体２２０、相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２及び永久磁石２４０を含む。また、前記固定子本体２２０は、前記回転子に対向するように半径方向の内側に突出され、円周方向に対して等ピッチで配置される複数の突極２２１が形成される。また、前記相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２は、固定子本体２２０の複数の突極２２１にそれぞれコイルが巻き取られてなる。

また、前記永久磁石２４０は、前記相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２の励磁によって発生する磁束に永久磁石の磁力を加えてトルク密度を向上させるためのものであって、複数の前記相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２の間に位置し、前記固定子本体２２０に装着される。

また、図１は、２相スイッチドリラクタンスモータを図示したものであって、このために前記固定子本体２２０の突極２２１は２ｎである４個が形成され、前記４個の突極２２１にそれぞれコイルが集中巻されてＡ相及びＢ相である２相の相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２が形成される。

また、前記永久磁石２４０は、相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２から発生する磁束の方向に対応する方向に磁力が発生するように配置される。また、本発明による永久磁石２４０は個数に限定されないが、磁力の強度を考慮して前記固定子本体の前記相巻線２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２の間にそれぞれ３個ずつ装着され、半径方向に固定子本体の外周部に第１永久磁石２４１が２個、固定子本体の内周部に第２永久磁石２４２が１個それぞれ装着され、前記第２永久磁石２４２は、２つの第１永久磁石２４１の間に位置することが好ましい。また、前記第２永久磁石２４２は、第１永久磁石２４１に比べ、固定子本体２２０の半径方向の内周面に位置する。

上記のように、図１に図示したスイッチドリラクタンスモータ２００は、２相のスイッチドリラクタンスモータであって、２ｎ（ｎは正の整数）の偶数相のスイッチドリラクタンスモータは、図１に図示したスイッチドリラクタンスモータのような方式で永久磁石と磁束の方向を決定して設計してなる。

図２は、図１に図示したスイッチドリラクタンスモータにおいて、第１相巻線の励磁時の磁束分布を示す概略的な使用状態図である。図示したように、前記スイッチドリラクタンスモータ２００において、前記相巻線のうち第１相であるＡ相巻線２３０ａ１、２３０ａ２に電流を印加して励磁させる場合、磁束が形成される。より具体的に、前記Ａ相巻線の磁束と永久磁石による磁力によって磁束Φａ１、Φａ２）が形成される。この際、前記永久磁石２４０の磁力の方向は、図１に矢印で示されたように、前記相巻線から発生する磁束の方向に対応することにより、トルク密度が向上するだけでなく、固定子の如何なるところでも磁束の交線が発生しないため、鉄損が低減される。即ち、短い経路の磁束によってインダクタンスが増大し、さらに、永久磁石によって磁束量が増大し、吸引力が向上して回転子が回転する。また、磁力が伴う永久磁石を様々に使用することにより、トルク密度を可変することができる。

図３は、図１に図示したスイッチドリラクタンスモータにおいて、第２相巻線の励磁時の磁束分布を示す概略的な使用状態図である。図示したように、前記スイッチドリラクタンスモータ２００において、前記相巻線のうち第２相であるＢ相巻線２３０ｂ１、２３０ｂ２に電流を印加して励磁させる場合、磁束Φｂ１、Φｂ２が形成される。この場合、前記永久磁石２４０の磁力の方向は、前記 Ｂ相巻線２３０ｂ１、２３０ｂ２から発生する磁束の方向に対応することによって、トルク密度が向上し、磁力による様々な永久磁石を採択することによりトルク密度を可変することができる。

図４は、本発明の第２実施例によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な構成図である。図示したように、前記スイッチドリラクタンスモータ３００は、図１に図示した第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータ２００と比較して、３相スイッチドリラクタンスモータに具現される。

このために、前記スイッチドリラクタンスモータ３００は、回転子３１０と、固定子本体３２０、相巻線３３０及び永久磁石３４０を含む固定子とからなる。

より具体的に、前記回転子３１０は、前記固定子の内側で回転可能に配置され、半径方向に、外周部に複数の突極３１１が形成された突極型回転子に具現される。また、前記回転子の突極３１１は、回転子の円周方向に対して等ピッチで複数個である１０個が形成される。

また、前記固定子本体３２０の突極３２１は３ｎである６個が形成され、前記６個の突極２２１にそれぞれコイルが集中巻されて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相の相巻線３３０ａ１、３３０ａ２、３３０ｂ１、３３０ｂ２、３３０ｃ１、３３０ｃ２が形成される。

また、永久磁石３４０は、前記相巻線３３０ａ１、３３０ａ２、３３０ｂ１、３３０ｂ２、３３０ｃ１、３３０ｃ２から発生する磁束の方向に対応する磁力が発生するように配置される。また、本発明による永久磁石３４０は個数に限定されないが、磁力の強度を考慮して前記固定子本体の前記相巻線３３０ａ１、３３０ａ２、３３０ｂ１、３３０ｂ２、３３０ｃ１、３３０ｃ２の間にそれぞれ３個ずつ装着され、半径方向に、固定子本体の外周部に第１永久磁石３４１が２個、固定子本体の内周部に第２永久磁石２４２が１個、それぞれ装着され、前記第２永久磁石３４２は、２つの第１永久磁石２４１の間に位置する。また、前記第２永久磁石３４２は、第１永久磁石３４１に比べ、固定子本体３２０の半径方向の内周面に位置する。

このように形成され、前記スイッチドリラクタンスモータ３００は、前記２相のスイッチドリラクタンスモータ２００と異なり、反時計方向にＵ相巻線３３０ａ１、Ｖ相巻線３３０ｂ１、Ｗ相巻線３３０ｃ１、Ｕ相巻線３３０ａ２、Ｖ相巻線３３０ｂ２、Ｗ相巻線３３０ｃ２の順に磁束の方向が交差するようにして、如何なるところでも磁束の交線が生じないようにする。また、前記永久磁石３４０は、相巻線の磁束の方向に対応する磁力が発生するように装着することによって、即ち、磁力の方向を矢印で図示されたように形成することにより、トルク密度を向上することができる。

上記のように、図４に図示したスイッチドリラクタンスモータ３００は、３相のスイッチドリラクタンスモータであるため、奇数相のスイッチドリラクタンスモータは、図４に図示したスイッチドリラクタンスモータ３００のような方式で永久磁石と磁束の方向を決定して設計することができる。

以上、本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明によるスイッチドリラクタンスモータはこれに限定されず、該当分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想内にての変形や改良が可能であることは明白であろう。
本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の領域に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付の特許請求の範囲により明確になるであろう。

本発明の第１実施例によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な構成図である。 図１に図示したスイッチドリラクタンスモータにおいて、第１相巻線の励磁時の磁束分布を示す概略的な使用状態図である。 図１に図示したスイッチドリラクタンスモータにおいて、第２相巻線の励磁時の磁束分布を示す概略的な使用状態図である。 本発明の第２実施例によるスイッチドリラクタンスモータの概略的な構成図である。

１００、２００、３００ スイッチドリラクタンスモータ
１１０、２１０、３１０ 回転子
２１１、３１１ 突極
２２０、３２０ 固定子本体
２２１、３２１ 突極
２３０ａ１、２３０ａ２、２３０ｂ１、２３０ｂ２ 相巻線
３３０ａ１、３３０ａ２、３３０ｂ１、３３０ｂ２、３３０ｃ１、３３０ｃ２ 相巻線
２４０、３４０ 永久磁石

Claims (5)

1. 複数の突極が形成された突極型回転子と、
   前記回転子に対向する複数の突極が形成された固定子本体と、
   前記突極にコイルが巻き取られた複数の相巻線と、
   前記相巻線間に装着された永久磁石を備える固定子とを含み、
   前記永久磁石は、前記相巻線から発生する磁束の方向に対応する磁力が発生するように配置され、
   前記相巻線が励磁されて発生する磁束は交線が発生せず、
   前記永久磁石は、
   前記固定子本体の外周部に、半径方向に２個が装着される第１永久磁石と、
   前記固定子本体の内周部に、半径方向に１個がそれぞれ装着される第２永久磁石とを含み、
   前記第２永久磁石は、２つの第１永久磁石の間に位置することを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
2. 前記固定子本体の突極は、固定子本体の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて２相巻線からなることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
3. 前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで２ｎ個が形成されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
4. 前記回転子の突極に対応する固定子本体の突極は、前記固定子本体の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成され、前記相巻線は、前記突極にコイルが巻回されて３相巻線からなり、前記永久磁石は、３相巻線間に装着されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
5. 前記回転子の突極は、回転子の円周方向に対して等ピッチで３ｎ個が形成されることを 特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。

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