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公開番号2025084579
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198580
出願日2023-11-22
発明の名称スイッチトリラクタンスモータ
出願人JFEスチール株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H02K 19/10 20060101AFI20250527BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】高いトルク特性と低い騒音を達成するスイッチトリラクタンスモータが提供される。
【解決手段】スイッチトリラクタンスモータは、巻線を備えない複数の突極を有するロータと、ロータの突極と対向する方向に巻線を備える突極を有するステータからなるスイッチトリラクタンスモータであって、ロータの突極における磁極の表面積S_RTとステータの突極における磁極の表面積S_STの比が、鉄心材料に使用される軟磁性材料が最大透磁率を示す磁束密度B_Mに対して、2.0×B_M≦(S_ST/S_RT)≦3.5×B_Mを満たす。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
巻線を備えない複数の突極を有するロータと、前記ロータの突極と対向する方向に巻線を備える突極を有するステータからなるスイッチトリラクタンスモータであって、
前記ロータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＲＴ
と前記ステータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＳＴ
の比が、鉄心材料に使用される軟磁性材料が最大透磁率を示す磁束密度Ｂ
Ｍ
に対して、２．０×Ｂ
Ｍ
≦（Ｓ
ＳＴ
／Ｓ
ＲＴ
）≦３．５×Ｂ
Ｍ
を満たす、スイッチトリラクタンスモータ。
続きを表示（約 370 文字）【請求項２】
前記磁束密度Ｂ
Ｍ
が０．２Ｔ～０．９Ｔである、請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
【請求項３】
前記ロータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＲＴ
と前記ステータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＳＴ
の比が、１．５５≦（Ｓ
ＳＴ
／Ｓ
ＲＴ
）≦２．５５を満たす、請求項１又は２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
【請求項４】
前記軟磁性材料は、板厚が０．２０ｍｍ厚以下の電磁鋼板である、請求項１又は２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
【請求項５】
前記軟磁性材料は、板厚方向にＳｉ濃度分布を有する電磁鋼板である、請求項１又は２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、スイッチトリラクタンスモータに関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、自動車分野ではＣＯ
２
排出抑制のため電動化が進展しており、今後もますます電動化が進むことが予測されている。ここで、駆動力の源となるモータに対して、使用するエネルギー消費抑制の観点から、高効率化が要求されている。さらに、自動車への搭載性という観点で、モータの小型化が必要とされている。
【０００３】
電動車の駆動モータとして埋込磁石モータ（ＩＰＭ）が採用されることが多い。これは自動車のような広い運転条件で高効率を達成するために有効なモータ形式である。一方、埋込磁石モータは磁石（永久磁石）を多量に使用するためコストが高いという課題がある。また、磁石はコストが高いだけでなくネオジム又はジスプロシウムなどのレアアースを多量に使用するため資源枯渇のリスクも生じることが予測されている。そのため、磁石を使用しないモータ形式で自動車の駆動モータを構成する重要性が高まっている。
【０００４】
磁石を利用しないモータの形式として、誘導モータ（ＩＭ）、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ）、シンクロナスリラクタンスモータ（ＳｙｎＲＭ）などが知られている。誘導モータは回転子に銅、アルミニウムなどの導体を利用するため、磁石ほどでないが資源的負荷が大きい。また、回転子内で２次銅損が生じるため高効率化が難しい。シンクロナスリラクタンスモータは、ｄｑ軸のインダクタンス差を設けるロータ構造を達成するために複雑な形状となり、ロータ鉄心に高強度な軟磁性体の使用が求められる。ここで、一般に、モータにおいてトルク特性を高めるためにブリッジと呼ばれる部位の幅を狭くすることがある。シンクロナスリラクタンスモータでは、ブリッジの幅を狭くした場合に高強度電磁鋼板を用いても高速回転に耐えられず、遠心力によってロータが破損するおそれがある。これに対して、スイッチトリラクタンスモータでは、ロータ構造が比較的単純であり、鉄心材料に必ずしも高強度が要求されず、２次銅損が生じない。そのため、スイッチトリラクタンスモータは高効率を達成できる。ただし、スイッチトリラクタンスモータは、一般に埋込磁石モータと比較するとトルク特性が劣位であり、騒音が大きいという課題がある。
【０００５】
この課題に対して、例えば、特許文献１は鉄心材料として磁気特性に異方性を有する電磁鋼板を活用し、効果的に磁極に磁束を通すことで高トルク化することを提案する。しかし、鉄心材料に磁気特性の異方性を有する材料を採用することはモータ鉄心内を流れる磁束の不均一を生じるため、電磁力の時間変化を助長してモータ騒音を増大させるおそれがある。ここで、非特許文献１はスイッチトリラクタンスモータにおける鉄心材料の磁歪の影響を記載する。非特許文献１によれば、ゼロ磁歪材料である６．５％Ｓｉ鋼を鉄心材料に採用することでモータの騒音を低減可能である。しかし、６．５％Ｓｉ鋼は飽和磁束密度が低いため、モータの高トルク化に不利な鉄心材料である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
国際公開第２０２１／０９５８４９号
【非特許文献】
【０００７】
蔡一飛、外２名、「ひずみゲージによるモータ突極ひずみ測定における磁歪の影響」、電気学会回転機研究会資料、ＲＭ－２１－１１９、ｐ．９３－９６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
高トルク化と騒音の低減の両立の困難さは、自動車駆動用途のモータに限らず家電など様々な用途のモータで顕在化しており、カーボンニュートラル社会を実現するための電動化を妨げている。
【０００９】
かかる事情に鑑みてなされた本開示の目的は、永久磁石を使用しないスイッチトリラクタンスモータにおいて、高いトルク特性と低い騒音を達成するスイッチトリラクタンスモータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記の課題を達成するために鋭意検討を重ねた。その結果、ロータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＲＴ
、ステータの突極における磁極の表面積Ｓ
ＳＴ
及び鉄心材料に使用される軟磁性材料の最大透磁率を示す磁束密度Ｂ
Ｍ
が後述の式（１）を満たすと、モータの騒音を大幅に低減できるとの知見を得た。さらに、Ｓ
ＲＴ
及びＳ
ＳＴ
が式（１）に加えて後述の式（２）を満たすことで、モータトルクを大幅に向上させることが可能であることが見出された。本開示の要旨構成は以下のとおりである。
（【００１１】以降は省略されています）

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