JP4797227B2

JP4797227B2 - スイッチトリラクタンスモータ

Info

Publication number: JP4797227B2
Application number: JP2000178992A
Authority: JP
Inventors: 洋次武田; 雅之真田; 茂雄森本; 広之山井; 昌子兼田; 武昭西本
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2000-06-14
Filing date: 2000-06-14
Publication date: 2011-10-19
Anticipated expiration: 2020-06-14
Also published as: JP2002010593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数個の極を有する回転子と、複数個の極を有するとともに、固定子巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと称する）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＳＲモータは、誘導モータや永久磁石同期モータに比べ構造が簡単なため、堅牢で安価なモータとして期待されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、ＳＲモータでは、固定子と回転子の突極に起因するトルクリプルや騒音に問題があり、汎用化の妨げとなっている。具体的には、トルクに対するラジアル力が大きく、この力による固定子の変形量が大きく、ひいては振動・騒音の増大を招いている。
【０００４】
そして、トルクリプルの低減策として、励磁相の切り替えタイミングを微妙に調整する方法｛ＣｈａｒｌｅｓＰｏｌｌｏｃｋ，Ｃｈｉ−ＹａｏＷｕ： ”ＡｃｏｕｓｔｉｃＮｏｉｓｅＣａｎｃｅｌｌａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓｆｏｒＳｗｉｔｃｈｅｄＲｅｌｕｃｔａｎｃｅＤｒｉｖｅｓ：ＡｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＢｅｈａｖｉｏｕｒ”，ＩＥＥＥＴｒａｎｓ．ｏｎＩ．Ａ．，Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．２，ｐｐ．４７７−４８４（１９９３）参照｝が提案されているが、汎用性に問題があり、広く採用されるには至っていない。
【０００５】
このほか、インダクタンスの空間高調波を考慮して駆動電流に適当な割合の第３高調波を重畳することにより、トルクリプルの改善ばかりでなく、トルク／アンペア²を向上させる方法｛落合，小坂，松井：「ＲＭの電流−トルク特性改善の考察」，電気学会回転機研究会ＲＭ−９７−１５（１９９７）参照｝も報告されている。
【０００６】
【発明の目的】
この発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、低騒音・低振動化を達成することができる構造のＳＲモータを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１のＳＲモータは、複数個の極を有する回転子と、複数個の極を有するとともに、固定子巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンスモータにおいて、突極部に複数の磁気的な空隙を有し、前記複数の磁気的な空隙は、回転子の中心軸線と突極部の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称に設定され、前記磁気的な空隙の数は３であり、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙は互いに等しい周方向長さを有し、周方向の中央部に位置する１つの空隙と周方向の端部寄りに位置する１対の空隙とを、回転子の中心軸線を基準として互いに異なる距離だけ離れた位置に形成したものである。
【００１１】
請求項２のＳＲモータは、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに異なる角度範囲に設定したものである。
【００１２】
請求項３のＳＲモータは、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに一部がオーバーラップする角度範囲に設定したものである。
【００２０】
【作用】
請求項１のＳＲモータであれば、突極部に複数の磁気的な空隙を有しているので、ＳＲモータの騒音・振動を増大させる主要因であるラジアル力を低減し、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができる。
【００２１】
さらに説明する。
【００２２】
ＳＲモータを励磁すると、トルクと共にラジアル力が発生する。そして、ラジアル力が固定子を縮ませ、励磁を切り換えるたびにＳＲモータが変形し、騒音を発生させる。また、ラジアル力は励磁している固定子極と回転子極が対向している全部分に発生し、トルクは固定子極と回転子極のエッジ部分に集中して発生する。つまり、ラジアル力は固定子極とラジアル極の対向面積が小さいほど小さくなる。
【００２３】
そして、回転子極および／またはラジアル極に複数の空隙を設ければ、等価的に磁気的な対向面積を減少させることができ、回転に必要な駆動電源の出力周波数を上昇させることなくトルク／ラジアル力の比を改善することができる。この結果、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができる。
【００２４】
そして、前記複数の磁気的な空隙として、回転子の中心軸線と突極部の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称に設定されたものを採用しているので、正転時、逆転時の何れの場合にも上記と同様の作用を達成することができる。
【００２５】
そして、前記磁気的な空隙の数を３に設定し、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙として互いに等しい周方向長さを有するものを採用するのであるから、上記と同様の作用を達成することができる。
【００２６】
さらに、周方向の中央部に位置する１つの空隙と周方向の端部寄りに位置する１対の空隙とを、回転子の中心軸線を基準として互いに異なる距離だけ離れた位置に形成しているので、３つの空隙の形成の自由度を高めることができるほか、上記と同様の作用を達成することができる。
【００２７】
請求項２のＳＲモータであれば、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに異なる角度範囲に設定しているので、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００２８】
請求項３のＳＲモータであれば、周方向の中央部に位置する１つの空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙の、回転子の中心軸線を基準とする存在角度範囲とを、互いに一部がオーバーラップする角度範囲に設定しているので、請求項１と同様の作用を達成することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、この発明のＳＲモータの実施の態様を詳細に説明する。
【００３７】
図１はこの発明のＳＲモータの一実施態様の要部を示す概略縦断面図、図２はこの発明のＳＲモータの他の実施態様を示す概略縦断面図、図３はこの発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図、図４はこの発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。また、図５は従来のＳＲモータの一例を示す概略縦断面図、図６は比較例のＳＲモータを示す概略縦断面図である。なお、図１から図４、図６には回転子の一部のみを示している。
【００３８】
これらのＳＲモータは、複数個の内向きの突極（固定子極）を有する固定子と、固定子極の数と異なる数の外向きの突極（回転子極）２を有する回転子１とを含んでいる。なお、回転子極の幅（周方向の長さ）をＬｒ、高さ（半径方向の長さ）をｄとし、回転子極の先端から空隙までの距離をｒ（＝３ｍｍ）としている。そして、１対の空隙の外端部どうしの距離をｘ２（＝２Ｌｒ／３）、１対の空隙の間に形成された磁束パスの幅をｚ２（＝２ｍｍ）、回転子極の中心から１対の空隙の間に形成された磁束パスの中心までの距離をｚ３（＝１．７５ｍｍ）、３つの空隙のうち、中央部の空隙の幅をｘ１（＝Ｌｒ／３）、図３における左右の空隙の外端部どうしの距離をｘ２（＝２Ｌｒ／３）、図４における左右の空隙の外端部どうしの距離をｘ３（＝ｘ２＋２）、図４における左右の空隙の内端部どうしの距離をｘ４（＝ｘ１−2）、図３、図４における中央部の空隙の回転軸側の端部と左右の空隙の回転軸から離れる側の端部との半径方向の距離をｚ４（＝２ｍｍ）、図６における空隙の幅をｘ３（＝２Ｌｒ／３）、空隙の高さをｙ１（＝ｄ／３）、にそれぞれ設定している。
【００３９】
図５に示すＳＲモータは、回転子１の突極数が４であるとともに、固定子の突極数が６である。
【００４０】
これに対して、図６の比較例では、回転子１の各回転子極２に、回転子１の回転軸と回転子極２の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称な形状の１つの磁気的な空隙３を有している。
【００４１】
これらに対して、図１および図２の実施態様では、各回転子極２に１対の磁気的な空隙３を設けている。そして、これらの実施態様では、一方の磁気的な空隙３の周方向の長さが他方の磁気的な空隙３の周方向の長さよりも長く設定されている（換言すれば、１対の磁気的な空隙３が非対称に設けられている）。また、図１の実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の形成位置が互いに等しく設定されている（回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の幾何学的中心の位置までの距離が互いに等しく設定されている）のに対して、図２の実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の形成位置が互いに異なる位置に設定されている（回転子１の回転軸を基準とする両空隙３の幾何学的中心の位置までの距離が互いに異なる距離に設定されている。具体的には、例えば、周方向の長さが短い空隙３の外縁部と周方向の長さが長い空隙３の内縁部とが回転子１の回転軸を基準として互いに等しい位置となるように形成位置が設定されている）。
【００４２】
また、図３、図４の実施態様では、各回転子極２に３つの磁気的な空隙３を設けている。そして、これらの実施態様では、回転子１の回転軸を基準とする中央部の空隙３の形成位置と、両端部の空隙３の形成位置とが互いに異なる位置に設定されているとともに、両端部の空隙３の形成位置が互いに等しく設定されている（両端部の空隙３の外縁部が中央部の空隙３の内縁部よりも回転子１の回転軸に近くなるように形成位置が設定されている）。また、図３の実施態様では、両端部の１対の空隙３と中央部の空隙３との存在角度範囲が異なるように相対位置が設定されているのに対して、図４の実施態様では、両端部の１対の空隙３と中央部の空隙３との存在角度範囲がオーバーラップするように相対位置が設定されている。
【００４３】
そして、以下の説明および図面において、図１の実施態様の時計回り方向の特性、反時計回り方向の特性をＴｙｐｅＪｃ、ＴｙｐｅＪｃｃ、図２の実施態様の時計回り方向の特性、反時計回り方向の特性をＴｙｐｅＫｃ、ＴｙｐｅＫｃｃ、図３の実施態様の特性をＴｙｐｅＬ、図４の実施態様の特性をＴｙｐｅＭ、図５の従来のＳＲモータの特性を６−４、図６の比較例のＳＲモータの特性をＴｙｐｅＩで表す。なお、以下の説明では、便宜上、反時計回り方向を正転、時計回り方向を逆転と、それぞれ定義する。
【００４４】
図１から図４のそれぞれに示すＳＲモータの作用を説明する。
【００４５】
先ず、騒音の評価関数ＮＦを次のように定義する。
【００４６】
評価関数ＮＦ＝平均最大トルク／ラジアル力の最大値・・・（１）
この値が大きい程、同一トルクでの低騒音が期待できる。
【００４７】
次いで、この評価関数ＮＦの妥当性を説明する。
【００４８】
６−４タイプのＳＲモータについて励磁している固定子極に発生するラジアル力ｆ_Rと接線力ｆ_Tとを有限要素法で解析した結果、図８に示す解析結果が得られた。解析の範囲は機械角−３０°〜＋３０°、総起磁力は６００Ａ（３００Ａ×２極）である。図８の上方の太い黒線は固定子極の位置を、下方の太い黒線は回転子極の位置を示している。なお、ラジアル力と接線力を区別しやすくするため、接線力の値を反転させて表している。
【００４９】
なお、回転子の基準位置（θ＝０°）は、固定子極の中心と回転子極の凹部の中心とが一致した状態を、また、回転子位置４５°（機械角）は固定子極と回転子極とが完全に重なった状態を示している。
【００５０】
ラジアル力は励磁している固定子極と回転子極の対向している全部分に発生し、接線力は固定子極と回転子極が重なるエッジ部分に集中して発生していることが分かる。
【００５１】
このラジアル力ｆ_Rを積分したものが、この固定子極に発生するラジアル力Ｆ_Rであり、この回転方向の接線力ｆ_Tを積分し、回転子半径（＝Ｄ_r／２）および励磁極数（＝２極）をかけたものが静トルクＴである。
【００５２】
図９にラジアル力Ｆ_Rと静トルクＴを示す。図９から、静トルクの測定値と計算値がよく合っていることが分かる。ラジアル力については回転機の構造上の問題で測定できなかったが、静トルクもマクスウェルの応力より計算しており、静トルクが精度よく計算されていることから、ラジアル力も精度よく計算されているものと推測できる。
【００５３】
放射音のパワーレベルは、放射面の振動速度ｕの自乗に比例する｛福田他：「（社）日本機械学会編機械騒音ハンドブック」，産業図書（１９９１）参照｝。振動速度の主要因はラジアル力であることから、トルク一定条件のもとで、振動速度を測定し、評価関数の妥当性を検討する。比較には６−４タイプ（固定子突極数が６、回転子突極数が４のタイプ）｛図１１中（Ａ）参照｝と１２−８タイプ（固定子突極数が１２、回転子突極数が８のタイプ）｛図１１中（Ｂ）参照｝を用いた。
【００５４】
測定装置は図１０に示すとおりであり、定盤３０上において、ＳＲモータ３１の出力軸をトルク変換器３２を介して負荷３３に接続し、ＳＲモータ３１に圧電型加速度ピックアップ３４を設け、圧電型加速度ピックアップ３４からの出力をチャージアンプ３５を通してＦＦＴ３６に供給している。そして、トルク変換器３２に対して動ひずみ測定器３７を接続している。
【００５５】
また、測定ポイントは、図１１中（Ａ）、（Ｂ）に示す６０°の範囲を図１１中（Ｃ）に示すように１ｃｍ角に分割した各部の中央１５箇所である。そして、回転数２０ｒｐｓ、トルク１５ｋｇ・ｃｍとして各測定ポイントの振動速度を測定した。何れの測定ポイントにおいても大差は認められなかったが、測定値の平均値は表１に示すとおりであった。
【００５６】
【表１】

【００５７】
振動速度比は、６−４タイプが１２−８タイプの２．３０倍になっている。放射音のパワーレベルは振動速度ｕの自乗に比例することから、騒音レベルは振動速度比より、１０ｌｏｇ（２．３０）²≒７．２３となり、１２−８タイプの方が約７ｄＢ低いと予想できる。
【００５８】
ここではトルクを１５ｋｇ・ｃｍ一定として比較しているので、６−４タイプについては総起磁力１２００Ａのときの計算値を用いる。また、１２−８タイプの１２００Ａでは、平均最大トルクが１５ｋｇ・ｃｍの約半分であり、飽和を無視した場合のトルクは起磁力の２乗に比例することから、総起磁力を２^1/2倍の１２００×２^1/2Ａとして比較した。計算値を表２および図１２に示す。
【００５９】
【表２】

【００６０】
表１の振動速度比と表２の評価関数の逆数（１／評価関数）比を比べるとほぼ同じ値になっており、評価関数の妥当性が分かる。
【００６１】
次いでＳＲモータの作用を説明する。
【００６２】
小歯を設けると評価関数ＮＦは改善されるが、駆動周波数が高くなる。そこで、回転子極の内部に磁気的な空隙を設けて等価的に対向面積を減少させる構成｛図１３中（Ａ）〜（Ｃ）参照、以下、それぞれＴｙｐｅＡ（ただし、ｘ１＝Ｌｒ／３、ｙ１＝ｄ／３）、ＴｙｐｅＢ（ただし、回転子極の内端部からｚ１＝１ｍｍ離れた位置から斜め外向きに１対の空隙を形成し、各空隙の周方向の外端部と回転子極の周方向の端部との距離をｚ１＝１ｍｍに設定している）、ＴｙｐｅＣ（ただし、ｘ１＝Ｌｒ／３）と称する｝を考え、表３に示す解析モデルの仕様を用いて解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１４中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、ＴｙｐｅＣのトルクはＴｙｐｅＡと比較して著しくリプルが大きく、ＴｙｐｅＢは著しく起磁力が増加している事が分かる。また、最大ラジアル力は、ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢ、ＴｙｐｅＣの何れも図５に示すＳＲモータより約５０〜８０％低減されている。中でも、ＴｙｐｅＡ、ＴｙｐｅＢは、回転子が最大ラジアル力発生位置から移動するにつれ、ラジアル力が滑らかに変化している。また、評価関数ＮＦはＴｙｐｅＢ＞ＴｙｐｅＡ＞ＴｙｐｅＣの順に高くなっている。一般に、図１４中（Ｄ）に示すように、ベクトルが左下に近づく程低騒音が期待できるが、トルクリプルなどを考慮するとＴｙｐｅＡまたはＴｙｐｅＢが低騒音化に適した形状である。
【００６３】
【表３】

【００６４】
なお、ラジアル力−平均トルクのベクトル図ではなく、ラジアル力−起磁力のベクトル図を採用している。これは、平均トルクのばらつきの影響を排除するためであり、平均トルクが所定値になるように起磁力を調整するので、磁気飽和の影響を加味した正確な評価を行うことができるとともに、起磁力の大きさ（小さいほど銅損が減り、好ましい）により効率への影響を加味した適切な形状選択ができる。
【００６５】
次いで、ＴｙｐｅＡにおいて、回転子極の先端から空隙までの距離ｒを変化させて（ｒ＝１、２、３、７ｍｍ）解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１５中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、空隙を回転子極の先端部に配置するほどトルクリプルが増加するがラジアル力が減少することが分かる。図１５中（Ｃ）（Ｄ）から、回転子極内部の空隙が先端に近づくほど、最大ラジアル力が低減し、騒音の評価関数も改善されることが分かるが、磁気飽和の影響をも考慮すれば、空隙を回転子極の先端に配置することは好ましくない。
【００６６】
さらに、前記距離ｒを一定（ｒ＝３ｍｍ）にし、空隙の深さｙを変化させて｛ｙ＝ｄ／３、２ｄ／３、ｄ、４ｄ／３：図１６中（Ａ）〜（Ｄ）参照：以下、ＴｙｐｅＤ、ＴｙｐｅＥ、ＴｙｐｅＦ、ＴｙｐｅＧと称する｝解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１７中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、トルク、ラジアル力に対する空隙深さの影響は余り見られない。また、評価関数はほぼ同じであり、ベクトル図では空隙深さに比例して起磁力が僅かながら増加する。図１７中（Ｃ）（Ｄ）より評価は各モデルともほぼ同じであるが、回転子の軽量化の面では空隙が深い方が優れている。したがって、空隙深さは目的に応じた重量、強度を考慮して決定することが好ましい。
【００６７】
さらにまた、図１８中（Ｃ）に示すＴｙｐｅＤの空隙の幅ｘ１を変化させて｛ｘ２＝１．５・ｘ１、ｘ３＝２・ｘ１：図１８中（Ａ）（Ｂ）参照：以下、ＴｙｐｅＨ、ＴｙｐｅＩと称する｝解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図１９中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、空隙幅の影響は大きく、トルクは、空隙幅が大きくなるとトルク分布が右肩上がりとなり、リプルが増加する。しかし、ラジアル力は空隙幅の増加に反比例して減少している。ＴｙｐｅＨ、ＴｙｐｅＩでは電流切り換え時にラジアル力が著しく減少し、低騒音化の観点からは望ましい結果である。また、評価関数は空隙幅にほぼ比例して増加する。
【００６８】
図１〜図４は、図６に示すＴｙｐｅＩを出発点として、幅広の空隙を分割し、空隙に非対称に磁束のパスを設けることにより空隙を２つにしたもの（図１参照）、２つの空隙のうち、小さい方の空隙を回転子の回転軸寄りにずらせたもの（図２参照）、分割された空隙数を３として左右の小さい空隙を回転子の回転軸寄りにずらせたもの（図３参照）、分割された空隙数を３として左右の小さい空隙を回転子の回転軸寄りにずらせるとともに、左右の小さい空隙を互いに接近する方向に長くしたもの（図４参照）である。
【００６９】
そして、図１〜図４のモデルを用いて解析を行って、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を得た｛図７中（Ａ）〜（Ｄ）参照｝ところ、トルク、ラジアル力はＴｙｐｅＬ以外はほぼ同じ値でＴｙｐｅＩに次いで大きく、６−４の約３倍である。また、非対称なモデル（ＴｙｐｅＪ、ＴｙｐｅＫ）は何れも逆転時に起磁力が２０Ａ程度減少する。
【００７０】
したがって、正転および逆転を行うことが必要なＳＲモータであれば、図３（ＴｙｐｅＬ）または図４（ＴｙｐｅＭ）に示す構成（特に好ましくは図４に示す構成）を採用することが好ましく、正転または逆転のみを行うＳＲモータであれば、図１または図２に示す構成を採用することが可能である（もちろん、回転方向を逆転のみとする場合には図１もしくは図２の空隙を、回転子の回転軸と極の中心とを通る平面を基準に位置を反転させればよく、また、この場合であっても図３または図４に示す構成を採用できる）。
【００７１】
また、３つの空隙に対して図１もしくは図２の考えを応用し、周方向の端部に位置する１対の空隙の形状を互いに非対称に設定することが可能である。
【００７２】
以上には、複数個の空隙を回転子極に設ける場合についてのみ説明したが、固定子極に設けることが可能であるほか、回転子極および固定子極に設けることも可能である。ただし、回転子極に設けることが好ましい。
【００７３】
図２０はＳＲモータの他の実施態様および比較例の要部を示す概略縦断面図である。なお、図２０中（Ｂ）（Ｄ）が実施態様を、（Ａ）（Ｃ）が比較例を、それぞれ示している。また、図２０中（Ａ）〜（Ｄ）をａｔｙｐｅ、ｂｔｙｐｅ、ｃｔｙｐｅ、ｄｔｙｐｅで表し、空隙を形成していないものをｎｏｒｍａｌで表している。
【００７４】
図２０中（Ｂ）（Ｄ）に示すＳＲモータは、各回転子極２を回転軸および該回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。また、図２０中（Ａ）（Ｃ）に示すＳＲモータは、各回転子極２を回転軸および該回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向に関して前側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。
【００７５】
そして、図２０中（Ｃ）（Ｄ）に示すＳＲモータは、図２０中（Ａ）（Ｂ）に示すＳＲモータと比較して、大きな空隙３を有している。具体的には、図２０中（Ｃ）（Ｄ）に示す空隙３は回転子極２の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に１ｍｍづつ小さい形状を有し、図２０中（Ａ）（Ｂ）に示す空隙３は回転子極２の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に２ｍｍづつ小さい形状を有している。
【００７６】
そして、ＳＲモータの仕様を表３に示すとおりに設定して、総起磁力６００Ａ（３００Ａ×２）の場合のトルク、ラジアル力を有限要素法により解析した結果、図２１中（Ａ）〜（Ｄ）に示す解析結果が得られた。
【００７７】
図２１中（Ｂ）から分かるように、回転子極内の空隙３を大きくすると、明らかにラジアル力が減少し、特に励磁を切る直前の減少が著しい。そして、評価関数をより大きくできる｛図２０中（Ｃ）参照｝。しかし、図２１中（Ａ）から分かるように、空隙３を大きくすると、その分トルクが犠牲になり、平均トルクが減少する。また、回転方向の前側の区分に空隙３を設けた場合｛図２０中（Ａ）参照｝には、トルクリップルが大きくなっていることが分かる。
【００７８】
また、図２１中（Ｃ）から分かるように、何れのタイプもｎｏｒｍａｌよりも評価関数ＮＦが大きくなっているが、ｃｔｙｐｅ、ｄｔｙｐｅが特に大きくなっている。
【００７９】
したがって、ｄｔｙｐｅが最も低騒音に適した形状である。
【００８０】
また、この実施態様では回転子極に形成する空隙３を１つに設定しているため、最も大きな非磁性領域を形成できる周方向に対称な空隙形状｛例えば、図２０中（Ｄ）の四角形状の空隙）を採用した。これにより効果的に磁気的な等価対向面積と低減でき、ひいては大きな騒音低減効果を得ることができる。
【００８１】
図２２はＳＲモータのさらに他の実施態様の要部を示す概略縦断面図である。なお、図２２中（Ａ）（Ｂ）は固定子極４のみに空隙３を設けた実施態様を、図２２中（Ｃ）は回転子極２および固定子極４の双方に空隙３を設けた実施態様を、それぞれ示している。また、図２２中（Ａ）〜（Ｃ）をｅｔｙｐｅ、ｆｔｙｐｅ、ｇｔｙｐｅで表し、空隙を形成していないものをｎｏｒｍａｌで表している。
【００８２】
図２２中（Ａ）（Ｂ）に示すＳＲモータは、各固定子極４を回転軸および該回転子極の中心と通る平面により仮想的に区分し、回転方向（回転子に対する相対的な回転方向）に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。また、図２２中（Ｃ）に示すＳＲモータは、各固定子極４および回転子極２を回転軸および該固定子極の中心を通る平面、回転子極の中心を通る平面により仮想的に区分し、回転方向（固定子については回転子に対する相対的な回転方向）に関して後側に位置する区分に周方向に対称な形状を有する磁気的な空隙３を設けている。
【００８３】
そして、図２２中（Ｂ）に示すＳＲモータは、図２２中（Ａ）（Ｃ）に示すＳＲモータと比較して、大きな空隙３を有している。具体的には、図２０中（Ｂ）に示す空隙３は固定子極４の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向に１．５ｍｍ、周方向に１ｍｍづつ小さい形状を有し、図２２中（Ａ）（Ｃ）に示す空隙３は回転子極２、固定子極４の該当する区分の外形の各辺よりも半径方向、周方向に２ｍｍづつ小さい形状を有している。
【００８４】
そして、ＳＲモータの仕様を表３に示すとおりに設定して、総起磁力６００Ａの場合のトルク、ラジアル力を有限要素法により解析した結果、図２３中（Ａ）〜（Ｃ）に示す解析結果が得られた。
【００８５】
図２１と図２３とを比較して分かるように、回転子極２のみに空隙３を設けた場合と比較してややトルクリップルが大きくなっている。これは、励磁をしている固定子極４に直接空隙３を設けたためであると思われる。
【００８６】
また、ラジアル力は、回転子極２に空隙３を設けた場合も固定子極４に空隙３を設けた場合も同様に減少している。
【００８７】
さらに、図２３中（Ｃ）のベクトル図に基づいて評価を行えば、ラジアル力が最も小さいのはｆｔｙｐｅであるが、必要となる起磁力を考慮すればｇｔｙｐｅが最も好ましい。しかし、平均トルクが１５ｋｇ・ｃｍでのラジアル力はｄｔｙｐｅの方が小さいので、回転子極２のみに空隙３を設けることが好ましい。
【００８８】
なお、本発明の手法により例示しなかった他の極数の組み合せ、例えば、８−６タイプについても同様の低騒音効果を得ることができるとともに、回転子の強度を増すために、空隙中に非磁性の例えば、樹脂を充填しても同様の低騒音効果を得ることができる。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１の発明は、正転時、逆転時の何れの場合にもＳＲモータの騒音・振動を増大させる主要因であるラジアル力を低減し、ＳＲモータの低騒音・低振動化を達成することができるという特有の効果を奏する。さらに、３つの空隙の形成の自由度を高めることができる。
【００９３】
請求項２の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【００９４】
請求項３の発明は、請求項１と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のＳＲモータの一実施態様の要部を示す概略縦断面図である。
【図２】この発明のＳＲモータの他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図３】この発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図４】この発明のＳＲモータのさらに他の実施態様を示す概略縦断面図である。
【図５】従来のＳＲモータの一例を示す概略縦断面図である。
【図６】比較例のＳＲモータを示す概略縦断面図である。
【図７】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図８】ラジアル力ｆ_Rと接線力ｆ_Tとを有限要素法で解析した結果を示す図である。
【図９】ラジアル力Ｆ_Rと静トルクＴを示す図である。
【図１０】測定装置の構成を示す図である。
【図１１】６−４タイプと、１２−８タイプと、測定ポイントとを示す図である。
【図１２】評価関数値、およびラジアル力の最大値−平均最大トルクの関係を表すベクトル図を示す図である。
【図１３】回転子極の内部に磁気的な空隙を設けて等価的に対向面積を減少させる構成を示す図である。
【図１４】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１５】回転子極の先端から空隙までの距離に応じた、平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１６】空隙の深さを変化させた構成を示す図である。
【図１７】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図１８】空隙の幅を変化させた構成を示す図である。
【図１９】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図２０】ＳＲモータの他の実施態様および比較例の要部を示す概略縦断面図である。
【図２１】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、評価関数、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【図２２】ＳＲモータのさらに他の実施態様の要部を示す概略縦断面図である。
【図２３】平均トルク一定時（１５ｋｇ・ｃｍ）のトルク、ラジアル力、ラジアル力−起磁力のベクトル図を示す図である。
【符号の説明】
１回転子２回転子極
３空隙４固定子極

Claims

複数個の極（２）を有する回転子（１）と、複数個の極（４）を有するとともに、固定子巻線を有する固定子とを含むスイッチトリラクタンスモータにおいて、
突極部（２）（４）に複数の磁気的な空隙（３）を有し、
前記複数の磁気的な空隙は、回転子（１）の中心軸線と突極部（２）（４）の中心とを通る仮想的な平面を基準として対称に設定され、
前記磁気的な空隙（３）の数は３であり、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙（３）は互いに等しい周方向長さを有し、
周方向の中央部に位置する１つの空隙（３）と周方向の端部寄りに位置する１対の空隙（３）とは、回転子（１）の中心軸線を基準として互いに異なる距離だけ離れた位置に形成されていることを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。
周方向の中央部に位置する１つの空隙（３）の、回転子（１）の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙（３）の、回転子（１）の中心軸線を基準とする存在角度範囲とは、互いに異なる角度範囲に設定されている請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
周方向の中央部に位置する１つの空隙（３）の、回転子（１）の中心軸線を基準とする存在角度範囲と、周方向の端部寄りに位置する１対の空隙（３）の、回転子（１）の中心軸線を基準とする存在角度範囲とは、互いに一部がオーバーラップする角度範囲に設定されている請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。