JP2004104853A

JP2004104853A - モータ

Info

Publication number: JP2004104853A
Application number: JP2002259574A
Authority: JP
Inventors: Toshimitsu Takahashi; 高橋　利光
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-09-05
Filing date: 2002-09-05
Publication date: 2004-04-02

Abstract

【課題】ステータコアから発生する外部磁場の漏れが大きく、効率の高いモータを実現することが出来なかった。
【解決手段】ロータ１４と、励磁用のステータコア２２を含むモータであって、ステータコア２２は、Ｕ字型に屈曲した鋼板３０の積層体を含んでなり、そのＵ字型の積層体は、そのＵ字型の両突端部３４をロータ１４の中心軸２８の方向に向けて配置され、ロータ１４は、ステータコア２２に含まれるＵ字型に屈曲した積層体の両突端部３４から所定のギャップを有するように配置されたロータコア２４を含み、ロータコア２４は、ステータコア２２に含まれるＵ字型の屈曲した積層体の両突端部３４間を跨ぐ鋼板３２の積層体を含み、その鋼板３２の積層体は、ステータコア２２によってギャップに発生させられる外部磁場３６の磁力線に対して略平行方向に鋼板３２を積層してなるモータによって上記課題を解決することができる。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の積層体を含むロータを備えたスイッチド・リラクタンスモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータの一種であるスイッチド・リラクタンスモータ（以下、ＳＲモータという）は、構造が簡単であり、堅固、安価な特徴を有している。
【０００３】
従来のＳＲモータの構造は、図７のように、筒状のステータ１０の内部に、ステータ１０の中心軸と同軸上に回転軸を有するロータ１４が配置されるものとなっている。ステータ１０には、内向きに突出する複数の突極１２が設けられ、その突極１２にはコイル１６（巻線）が巻かれている。ロータ１４には、外向きに突出する複数の突極１８が設けられている（例えば、特開平９−９２５２１号公報、特開平１０−１１２９６４号公報）。
【０００４】
対向する一対の突極１２のコイル１６に電流を流し、突極１２からロータ１４の突極１８へ向けて磁力線を有する磁場を発生させることによって、ロータ１４の突極１８をステータ１０の突極１２へ引き付けることでロータ１４の回転トルクを発生させる。突極１２を順次選択し、コイル１６に電流を流すことによって、その突極１２にロータ１４の突極１８が引き付けられ、ロータ１４を回転させることができる。
【０００５】
しかしながら、このようなＳＲモータにおいては、ステータ１０の突極１２から発生した磁場は、図７の破線矢印で示すように、ロータ１４を貫き、さらにステータ１０の外周部を回る閉磁場回路を形成する。ステータ１０の内部磁場の方向は励磁される突極１２の選択によって変化し、ステータ１０内部に渦電流が発生し、その鉄損によってモータの効率が低下する問題があった。
【０００６】
また、ステータ１０が複雑な突極１２を有し、ステータ１０を一体成形することは困難であるため、図８（ａ）に示すように、電磁鋼板等を打ち抜いてコア材２０を作成し、図８（ｂ）に示すように、そのコア材２０をロータの回転軸方向に積層してステータ１０を形成する。しかしながら、コア材２０を打ち抜いた部分の材料が無駄になり、製作コストが高くなる問題があった。
【０００７】
さらに、励磁される突極１２とロータコアとの相対的な位置関係により、ステータ１０内部の磁場の方向が刻々と変化するため、ステータ１０の材料として方向性磁性鋼板を用いる利点がなかった。
【０００８】
これに対して、図９のように、鋼板をＵ字型に積層したステータコア２２及びロータコア２４を有するＳＲモータが開発されている。ステータコア２２及びロータコア２４をＵ字型の鋼板の積層体とすることによって、そのＵ字型の突端部を互いに突き合わした一対のステータコア２２及びロータコア２４で閉磁場回路が形成される。従って、励磁されるステータコア２２の選択によるステータコア２２及びロータコア２４の内部磁場の向きの変化も小さく、渦電流の発生を抑制することができる。
【０００９】
さらに、内部磁場の向きがほぼ一定であるため、ステータコア２２及びロータコア２４の材料として方向性磁性鋼板を用いる利点がある。すなわち、その内部磁場の方向に容易磁化方向を向けることによって、ステータコア２２によって発生した磁場を有効に利用することができ、モータの効率を向上することができる。
【００１０】
また、図１０のように、鋼板間に絶縁体を挟み込みながら巻き積層した積層体を作製し、その巻積層体を２分割することで、Ｕ字型のステータコア２２又はロータコア２４を製造できる利点がある。さらに、鋼板の打ち抜き等も必要としないため、材料の歩留まりも向上する。
【００１１】
【特許文献１】特開平９−９２５２１号公報
【特許文献２】特開平１０−１１２９６４号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｕ字型のステータコア２２及びロータコア２４を用いた従来のＳＲモータにおいては、ステータコア２２の突端部と、それに対向するロータコア２４の突端部の面積が等しいため、図１１のように、ロータコア２４により外部磁場３６を効率良く受けることができず、漏れ磁束が大きくなる。そのため、ロータ１４に生ずる回転トルク及びモータの効率が低減する。
【００１３】
また、鋼板の巻積層体を２分割してステータコア２２及びロータコア２４を製造する場合、それらのＵ字型の突端部を所定の曲率に整形するために、突端部を研削する必要があった。ステータコア２２及びロータコア２４ともに、その研削工程を必要とするために生産コストが上昇する問題があった。
【００１４】
本発明は、上記従来技術の問題を解決するために、ステータコアによってステータコアとロータコアのギャップに発生する外部磁場の漏れを低減し、高い回転トルク及び効率を有するＳＲモータを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための本発明は、ロータコアを含み、回転軸を中心に回転するロータと、外部磁場を発生させるために、前記ロータの周囲を取り囲むように配置されたステータコアであって、Ｕ字型に屈曲した鋼板を積層し、そのＵ字型の両突端部を前記ロータの回転軸の方向に向けて配置されたステータコアと、を含むモータであって、前記ロータコアは、前記ロータの外周と回転軸とを結ぶ方向に対して略平行に向けられた鋼板を積層した鋼板積層体を含み、その鋼板積層体は、前記ステータコアのＵ字型の両突端部間を跨ぐように配置されることを特徴とする。
【００１６】
さらに、上記モータにおいて、前記ロータコアに含まれる鋼板積層体は、方向性磁性鋼板を含み、前記ステータコアのＵ字型の両突端部間を跨ぐ方向に容易磁化方向を向けて配置されることが好適である。
【００１７】
さらに、上記モータにおいて、前記ロータコアに含まれる鋼板積層体は、前記ステータコアのＵ字型の両突端部間の略中央に対向する位置に固定用の溝を有し、その固定用の溝を用いて前記ロータに固定されることが好適である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態におけるスイッチド・リラクタンスモータは、図１のように、ステータ１０、ロータ１４、コイル１６、ステータコア２２、ロータコア２４及びベアリング２６から基本的に構成される。
【００１９】
ロータ１４は、平板状に薄型化されて形成されており、その中心軸２８をベアリング２６を介してモータケースに回転可能に設置されている。ロータ１４は、ロータコア２４を含んでいる。ロータコア２４の構造及び配置については後述する。
【００２０】
ロータ１４に含まれるロータコア２４の数は、ステータコア２２の数と互いに倍数の関係にならないように決められる。例えば、図１のように、ロータコア２４が４つである場合には、ステータコア２２を３つとする。この他、ステータコア２２極数／ロータコア２４極数を、１２／８、８／６又は６／４等の組み合わせとすることが好適である。
【００２１】
ステータ１０は、ロータ１４の周囲を取り囲むように設置される。ステータ１０には、ステータコア２２が設けられる。
【００２２】
ステータコア２２は、各々がＵ字型に屈曲した鋼板３０の積層体を含んでなる。鋼板３０間に電気的な導通が無いように、各鋼板３０間にはワニス等の絶縁体が挟み込まれる。鋼板３０の積層体は、硬化樹脂等によって一体に形成することができる。Ｕ字型の鋼板３０の積層体は、その両突端部３４をロータ１４の中心軸２８に向けて配置される。Ｕ字型の鋼板３０の積層体の凹部には、励磁用のコイル１６が設けられる。
【００２３】
ここで、図２（ａ）のように、ステータコア２２を複数積層して、複数のステータコア２２に共通のコイル１６を設けても良い。複数のステータコア２２に共通のコイル１６を設けることによって、図２（ｂ）のように、１つのステータコア２２に１つのコイル１６を設けたときに生ずるコイル１６の突出部を無くすことができる。また、突端部３４の総断面積を等しくするために必要な鋼板３０の積層枚数は、ステータコア２２が単一の場合よりも複数積層した場合の方が少なくすることができる。そのため、同一の磁場を発生できるステータコア２２のサイズを小さくすることができるため、モータのサイズに対する出力の比を大きくすることが可能となる。
【００２４】
ロータコア２４は、図１（ｂ）に示すように、Ｕ字型のステータコア２２における両突端部３４の間を跨ぐように配置された鋼板３２を積層した積層体を含んでなる。この積層体は、図３のように、ステータコア２２から発生する外部磁場３６の磁力線方向にほぼ平行な方向に向けられた鋼板３２を積層してなる。鋼板３２は、鋼板３２間において電気的な導通が生じないように、各鋼板３２間にワニス等の絶縁体を挟み込んで積層され、樹脂等によって一体に形成することができる。
【００２５】
ロータコア２４は、ステータコア２２のＵ字型の突端部から所定の間隙（ギャップ）を有して配置される。ステータコア２２の突端部から発生する外部磁場の磁束漏れを抑制するためにも、この間隙は出来る限り小さくすることが好ましい。
【００２６】
また、鋼板３２の積層体には、図３のように、相対するステータコア２２のＵ字型の両突端部３４間の中央付近に固定用の溝３８を設けることが好ましい。このとき、鋼板３２内を通る磁束を遮断しないために、溝３８はできるだけ浅く設けることが好適である。図４のように、この固定用の溝３８にガラスファイバ等の固定帯４０を巻くことによって、ロータコア２４をロータ１４に固定することができる。
【００２７】
また、鋼板３２は強磁性体材料を含むことが好ましい。例えば、軟性磁性体であるフェライト等の鉄系酸化物を用いることが好適である。
【００２８】
さらに、鋼板３２は方向性磁性鋼板であることが好ましい。鋼板３２として方向性磁性鋼板を用いる場合には、図５の矢印方向に向けて、Ｕ字型のステータコア２２の両突端部３４を跨ぐ方向に容易磁化方向を向けて配置することが好ましい。
【００２９】
また、図３及び図４のように、鋼板３２をロータ１４の外周の曲率に合わせてずらしながら積層することによって、ロータコア２４を製造する際の研削工程が不要となり、生産コストを低減することができる。
【００３０】
本実施の形態におけるスイッチド・リラクタンスモータの動作を以下に説明する。
【００３１】
ステータコア２２に巻かれたコイル１６に電流を流すと、ステータコア２２の突端部の一方からロータ１４の中心軸２８に対して略直角方向に外部磁場３６が発生する。外部磁場３６の磁力線は、近傍にあるロータコア２４に含まれる鋼板３２の積層体で受けられ、鋼板３２の積層体を介してステータコア２２のもう一方の突端部と閉磁場回路が形成される。その結果、ステータコア２２とロータコア２４とが互いに引き寄せられる。
【００３２】
ステータコア２２をモータの回転方向に順次選択し、そのステータコア２２に設けられたコイル１６に電流を流すことによって、そのステータコア２２の近傍にあるロータコア２４が引き付けられ、ロータ１４が回転する。
【００３３】
ここで、ステータコア２２のＵ字型の突端部３４を跨ぐようにロータコア２４が設けられているため、図６のように、外部磁場３６を受けるロータコア２４の面積が大きくなり、外部磁場３６の漏れを少なくすることができる。さらに、ロータコア２４の固定用の溝３８をロータコア２４の中心付近に設けることによって、ステータコア２２の突端部３４に対向するロータコア２４の面積を大きくすることができるため、より漏れ磁束を抑制することができる。
【００３４】
また、ロータコア２４に含まれる鋼板３２を方向性磁性鋼板とした場合には、ロータコア２４とステータコア２２によって形成される閉磁場回路の磁力線方向と容易磁化方向とを一致させることができるため、ロータコア２４内における磁束が強くなり、モータの鉄損が低減される。また、外部磁場３６の磁束方向と平行に鋼板３２が積層されているため、鋼板３２間の絶縁物によって渦電流の流れが遮断され、渦電流の発生を抑制することもできる。
【００３５】
以上のように、本発明によれば、製造が容易であり、材料の歩留まりが高いＵ字型のステータコアを用いたモータにおいて、ステータコアから発生した外部磁場の漏れを低減することができ、モータの回転効率を向上することが可能となる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、漏れ磁束を低減することによって、モータの効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるモータの構造を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側断面図である。
【図２】積層されたステータコアを説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるロータコア及びステータコアの構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態におけるロータコアのロータへの固定方法を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態における方向性磁性鋼板を用いたロータコアの構成を示す図である。
【図６】本実施の形態における磁束の流れを示す図である。
【図７】従来のＳＲモータの構造を示す平面図である。
【図８】従来のＳＲモータのコア材の構造及び組み立てを示す図である。
【図９】従来のＳＲモータの構造を示す（ａ）平面図及び（ｂ）側断面図である。
【図１０】従来のＳＲモータのステータコア及びロータコアの製造方法を説明する図である。
【図１１】Ｕ字型のステータコア及びロータコアを有するモータにおける磁束の流れを示す図である。
【符号の説明】
１０　ステータ、１２　突極、１４　ロータ、１６　コイル、１８　突極、２０　コア材、２２　ステータコア、２４　ロータコア、２６　ベアリング、２８中心軸、３０　ステータコアに含まれる鋼板、３２　ロータコアに含まれる鋼板、３４　突端部、３６　外部磁場、３８　固定用の溝、４０　固定帯。

Claims

ロータコアを含み、回転軸を中心に回転するロータと、
外部磁場を発生させるために、前記ロータの周囲を取り囲むように配置されたステータコアであって、Ｕ字型に屈曲した鋼板を積層し、そのＵ字型の両突端部を前記ロータの回転軸の方向に向けて配置されたステータコアと、
を含むモータであって、
前記ロータコアは、前記ロータの外周から回転軸へ向かう方向に対して略平行に向けられた鋼板を積層した鋼板積層体を含み、
その鋼板積層体は、前記ステータコアのＵ字型の両突端部間を跨ぐように配置されることを特徴とするモータ。
請求項１に記載のモータにおいて、
前記ロータコアに含まれる鋼板積層体は、方向性磁性鋼板を含み、
前記ステータコアのＵ字型の両突端部間を跨ぐ方向に容易磁化方向を向けて配置されることを特徴とするモータ。
請求項１又は２に記載のモータにおいて、
前記ロータコアに含まれる鋼板積層体は、前記ステータコアのＵ字型の両突端部間の略中央に対向する位置に固定用の溝を有し、
その固定用の溝を用いて前記ロータに固定されることを特徴とするモータ。