JP2005124309A - リラクタンスモータ、モータのロータコア及びモータのロータコアの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリプルを低減したリラクタンスモータを提供する。
【解決手段】ロータコアを備えるロータと、ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータとを含み、ステータコイルに順次電流を流すことによってステータコアとロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用によりロータを回転させ、ステータコアと対向するロータコアの端面３２は９０°未満の頂角を有する２辺Ａ，Ｂを含む形状であるリラクタンスモータにより上記課題を解決できる。
【選択図】図３

Description

トルクリプルを低減するリラクタンスモータ、モータのロータコア及びモータのロータコアの製造方法に関する。

リラクタンスモータ（未満、ＳＲモータという）は構造が簡単であるため、堅固及び安価な特徴を有している（例えば、特開平９−９２５２１号公報、特開平１０−１１２９６４号公報等）。

ＳＲモータは、図８の平面断面図に示すように、筒状のステータ５０を有し、ステータ５０の中心軸と同軸上に回転軸を有するロータ６０がベアリングを介して配置される。ステータ５０の内側に向けて複数の突極５２が等角度間隔で設けられる。各突極５２には、モータ内に磁場を発生させるためのステータコイル５４（５４−１，５４−２，５４−３）が設けられる。一方、ロータ６０にも複数の突極６２が設けられる。突極６２は、ロータ６０の外周に等角度間隔に配設される。突極５２と突極６２とは、ロータ６０の回転中に所定の間隔を維持しつつロータ６０が回転できるように設置される。

突極５２のステータコイル５４に励磁電流を流すことによって、突極５２からロータ６０に向かって磁場が発生する。発生した磁場は、発生元となった突極５２とそれに近接する位置にある突極６２と閉磁場回路を形成して電磁的に相互作用し、それらの突極５２と突極６２との間に吸引力を生じさせる。

例えば、三相ＳＲモータでは、ステータ５０に６つの突極５２とロータ６０に４つの突極６２を設け、ステータコイル５４−１には三相交流のＵ相を、ステータコイル５４−２には三相交流のＶ相を、ステータコイル５４−３には三相交流のＷ相をそれぞれ印加して、突極５２を順次に励磁することによってロータ６０を回転させることができる。

また、図９の側断面図に示すように、磁性鋼板を積層してＵ字型に屈曲させたステータコア５６及びロータコア６４を含むリラクタンスモータも開発されている。

ステータコア５６は、図１０に示すように、Ｕ字型に屈曲した鋼板７０の積層体を含んでなる。鋼板７０間に電気的な導通が起こらないようにワニス等の絶縁体が挟み込まれる。鋼板７０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７０の積層体を含むステータコア５６は、そのＵ字型の両端部５８をロータ６０の中心軸に向けて配置される。ステータコア５６の周囲には励磁用のステータコイル５４が巻かれる。

ロータコア６４も、ステータコア５６と同様に、Ｕ字型に屈曲した鋼板７０の積層体を含んでなる。鋼板７０は、鋼板７０間において電気的な導通が生じないようにワニス等の絶縁体を挟み込んで積層される。この積層体は、樹脂等によって一体に形成することができる。

図９に示すように、ロータコア６４のＵ字型の両端部６６は、ロータ６０の中心軸に向けて配置されたＵ字型のステータコア５６の両端部５８と対向できるように配置される。このとき、ロータコア６４の端部６６がステータコア５６の端部５８から所定の間隙（ギャップ）を有するようにロータに固定される。

ステータコア５６に巻かれたステータコイル５４に電流を流すと、ステータコア５６の端部５８からロータ６０の中心軸に向かって磁場が発生するステータコア５６の近傍にあるロータコア６４はステータコア５６と閉磁場回路を形成し、その電磁的な相互作用によりステータコア５６とロータコア６４とが互いに引き寄せられる。

ステータコア５６をモータの回転方向に沿って順次選択して、そのステータコア５６に設けられたステータコイル５４に電流を流すことによって、選択されたステータコア５６の近傍にあるロータコア６４が引き付けられてロータ６０が回転する。

ここで、ステータコア５６の端部５８とロータコア６４の端部６６とが向かい合うようにして閉磁場回路が形成されるため、磁場の漏れを少なくすることができる。その結果、高い効率でロータ６０を回転させることができる。

特開平９−９２５２１号公報 特開平１０−１１２９６４号公報

従来のリラクタンスモータでは、図１１に示すように、ステータコア５６とロータコア６４との対向し合う端面５８，６６は共に矩形であり、端面５８，６６を構成する総ての辺の頂角が９０°である。従って、ロータ６０の回転中においてステータコア５６とロータコア６４とが対向し始める瞬間に、ステータコア５６の端面５８とロータコア６４の端面６６とは急激に鎖交し始めることとなる。その結果、ロータ６０に急激にトルクが掛かることとなり、急激なトルクの変動（トルクリプル）の原因となる。

このようなトルクリプルは、一般的にロータ６０の振動を引き起こす原因となり、騒音や故障の原因にもなる。

本発明は、上記従来技術の問題を鑑み、トルクリプルを低減したリラクタンスモータ、そのモータに用いられるロータコア及びそのロータコアの製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決できる本発明は、ロータコアを備えるロータと、ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるリラクタンスモータであって、前記ロータコアの前記ステータに対向する端面は９０°未満の頂角を有する２辺を含む形状を有することを特徴とする。

また、上記課題を解決できる本発明の別の態様は、ロータコアを備えるロータと、ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるリラクタンスモータであって、前記ロータコアの前記ステータに対向する端面は、ロータの回転方向に平行又は垂直でない少なくとも１つの辺を含む形状を有することを特徴とする。

上記課題を解決できる本発明は、モータのロータに配設されるロータコアであって、その端面が９０°未満の頂角を有する２辺を含む形状を有することを特徴とする。

ここで、前記ロータコアは、磁性鋼板をずらせて重ね合わせた積層体を含んでなることが好適である。特に、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板の積層体を含んでなることが好適である。また、方向性磁性鋼板の積層体を含んでなることが好適である。

また、上記課題を解決できる本発明は、モータのロータに配設されるロータコアの製造方法であって、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板をずらして重ね合わせた積層体を形成する工程を含んでなることを特徴とする。

ここで、巻き付け方向に対して垂直方向に磁性鋼板をずらしながら巻き付けて磁性鋼板の積層体を形成する工程と、前記積層体を切断する工程とを含むことが好適である。また、方向性磁性鋼板を用い、巻き付け方向に容易磁化方向を向けて磁性鋼板を巻き付けて積層体を形成することがより好適である。

本発明によれば、高トルク及び高効率を維持したまま、トルクリプル又は振動・騒音を低減できるリラクタンスモータを提供することができる。

本発明の実施の形態におけるリラクタンスモータは、図１（ａ）の平面断面図及び図１（ｂ）の側断面図に示すように、ステータ１０、ロータ２０、ステータコア１２、ステータコイル１４及びロータコア２２を含んで構成される。

ステータ１０は、中空の円筒形状を有し、その内部にロータ２０が配置される。ステータ１０の内周には、複数のステータコア１２が等角度間隔で配設される。ステータコア１２には、励磁用のステータコイル１４が巻かれる。

ロータ２０は、円盤形状又は円柱形状を有し、ステータ１０の中心軸と同軸上に回転中心軸を有し、ステータ１０に対して相対的に回転可能に設置される。ロータ２０の外周には、複数のロータコア２２が等角度間隔で配設される。ロータコア２２は、ロータ２０の回転中にステータコア１２から発せられる磁場と電磁気的に相互作用を生ずるようにステータコア１２と所定の間隙を維持しつつ対向するように設けられる。

ロータコア２２の数は、ステータコア１２の数と互いに倍数の関係とならないように決定される。図１には、ステータコア１２を６つ設け、ロータコア２２を４つ設けたリラクタンスモータの例を示した。この他、ステータコア１２の極数とロータコア２２の極数との比を１２／８，８／６又は６／４等にすることができる。

ステータコア１２は、図２に示したように、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板３０の積層体を含むことが好適である。積層体を構成する磁性鋼板３０の各層間に電気的な導通が生じないように磁性鋼板３０の層間にはワニス等の絶縁樹脂が挟み込まれる。磁性鋼板３０は、硬化樹脂等によって積層体として一体に形成することができる。ステータコア１２は、図２に示すように、磁性鋼板３０を巻いて積層し、所定箇所を切断することによりＵ字型に形成することができる。

ロータコア２２も、図３に示すように、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板３０の積層体を含むことが好適である。このとき、Ｕ字型の端面３２の概形を９０°未満の頂角θを有する２辺を含む形状とすることが好ましい。例えば、図４に示すように、（ａ）又は（ｂ）のように回転方向（図中、矢印方向）の前方へ向けて９０°未満の頂角θを有する形状とする。また、（ｃ）又は（ｄ）のように回転方向（図中、矢印方向）の後方に向けて９０°未満の頂角を有していても良い。図３には、９０°未満の角度である頂角θを有する２辺Ａ，Ｂで構成される平行四辺形のロータコア２２の例を示した。

ロータコア２２は、磁性鋼板３０を巻き上げて形成することができる。例えば、図５（ａ）に示すように、絶縁被覆された磁性鋼板３０を巻き上げ、磁性鋼板３０の層間に電気的な導通が生じないように絶縁処理することによって積層体を形成する。このとき、磁性鋼板３０を重ね合わせる方向Ｃに対して垂直な方向Ｄに向けてずらしながら巻き上げる。巻き上げの様子をより理解するために図５（ｂ）に断面図を示した。治具３４における斜面３８に傾斜θを設け、その斜面３８に端部を接触させながら磁性鋼板３０を巻き上げることにより、頂角θを有する磁性鋼板３０の積層体を成型することができる。巻き上げた磁性鋼板３０は、硬化樹脂等によって積層体として一体に形成することができる。なお、図４の（ａ），（ｂ）及び（ｄ）の形状は、磁性鋼板３０を巻き上げて積層体として一体に形成した後、所定の形状に切断又は分割して頂角θを有する積層体としている。

頂角θは、例えばステータコア１２とロータコア２２の極数の比が１２／８である場合、８５°以上８８°以下とすることが好ましい。

図１に示したステータコア１２と同様に、磁性鋼板３０を巻き上げて形成された積層体を所定の位置で切断することによりＵ字型のロータコア２２を形成することができる。このように、形成されたロータコア２２の端部３２の概形は、図６に示すように、９０°未満の角度である頂角θを有する２辺Ａ，Ｂで構成される平行四辺形となる。

なお、ロータコア２２を形成する磁性鋼板３０として方向性磁性鋼板を用いることも好適である。ロータコア２２には一端から他端に向けてＵ字型に沿って磁場が通るため、図５（ａ）の矢印Ｅで示すように、Ｕ字型の一端から他端へ向けて容易磁化方向が向くように方向性磁性鋼板を巻き上げることが好ましい。これにより、ロータコア２２を通る磁場の漏れを小さくすることができ、高効率のリラクタンスモータを形成することができる。

このロータコア２２を用いたリラクタンスモータでは、図７に示すように、ロータ２０の回転中にステータコア１２とロータコア２２とが対向する際に、ロータコア２２の端面３２における９０°未満の角度の頂角θを有する２辺がステータコア５６の端面４０と徐々に鎖交し始めることとなる。このように、ロータコア２２の端面３２がロータ２０の回転方向に平行又は垂直でない辺を有することにより、ロータ６０に急激にトルクが掛かることがなくなり、急激なトルクの変動（トルクリプル）を低減する。

その結果、ロータ６０の振動が小さくなり、騒音や故障を抑制することができる。

なお、図４（ａ）〜（ｂ）に示したように、ロータコア６４の端面３２が回転方向（図中、矢印方向）の前方へ向けて９０°未満の頂角を有する形状である場合には、トルクの急激な増加を抑制することができる。一方、図４（ｃ）〜（ｄ）に示したように、ロータコア６４の端面３２が回転方向（図中、矢印方向）の後方へ向けて９０°未満の頂角を有する形状である場合には、トルクの急激な減少を抑制することができる。

また、本実施の形態では磁性鋼板３０の積層体を含むステータコア１２及びロータコア２２としたが、ステータコア１２又はロータコア２２を強磁性体のブロックで構成しても良い。但し、ステータコア１２又はロータコア２２を１つのブロックで構成した場合、ブロック内に渦電流が流れ易くなりモータの鉄損が大きくなる原因となるため、磁性鋼板３０の積層体を含む構成とすることがより好適である。

本発明の実施の形態におけるリラクタンスモータの構造を示す平面断面図及び側断面図である。 本発明の実施の形態におけるコアの製造工程を示す図である。 本発明の実施の形態におけるロータコアの形状の例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態におけるロータコアの端面の形状の例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるロータコアの製造工程を説明する斜視図及び側断面図である。 本発明の実施の形態におけるロータコアの端面の形状の例を示す図である。 本発明の実施の形態におけるリラクタンスモータのロータコアとステータコアの鎖交状態を説明する図である。 従来のリラクタンスモータの構造を示す平面断面図である。 従来のリラクタンスモータの構造を示す側断面図である。 Ｕ字型のステータコア又はロータコアを示す斜視図である。 従来のリラクタンスモータのロータコアとステータコアの鎖交状態を説明する図である。

符号の説明

１０ ステータ、１２ ステータコア、１４ ステータコイル、２０ ロータ、２２ ロータコア、３０ 磁性鋼板、３２ ロータコアの端部（端面）、３４ 治具、３８ 治具の斜面、４０ ステータコアの端面、５０ ステータ、５２ ステータの突極、５４ ステータコイル、５６ ステータコア、５８ ステータコアの端部（端面）、６０ ロータ、６２ ロータの突極、６４ ロータコア、６６ ロータコアの端部（端面）、７０ 鋼板。

Claims (12)

1. ロータコアを備えるロータと、
   ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、
   前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるリラクタンスモータであって、
   前記ロータコアの前記ステータに対向する端面は９０°未満の頂角を有する２辺を含む形状を有することを特徴とするリラクタンスモータ。
2. ロータコアを備えるロータと、
   ステータコイルが巻かれたステータコア、を複数備えるステータと、を含み、
   前記ステータコイルに順次電流を流すことによって前記ステータコアと前記ロータコアとの間に生ずる電磁的相互作用により前記ロータを回転させるリラクタンスモータであって、
   前記ロータコアの前記ステータに対向する端面は、ロータの回転方向に平行又は垂直でない少なくとも１つの辺を含む形状を有することを特徴とするリラクタンスモータ。
3. 請求項１又は２に記載のリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータコアは、磁性鋼板をずらせて重ね合わせた積層体を含んでなることを特徴とするリラクタンスモータ。
4. 請求項３に記載のリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータコアは、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板の積層体を含んでなることを特徴とするリラクタンスモータ。
5. 請求項３又は４に記載のリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータコアは、方向性磁性鋼板の積層体を含んでなることを特徴とするリラクタンスモータ。
6. モータのロータに配設されるロータコアであって、その端面が９０°未満の頂角を有する２辺を含む形状を有することを特徴とするロータコア。
7. 請求項６に記載のロータコアにおいて、磁性鋼板をずらせて重ね合わせた積層体を含んでなることを特徴とするロータコア。
8. 請求項７に記載のロータコアにおいて、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板の積層体を含んでなることを特徴とするロータコア。
9. 請求項７又は８に記載のロータコアにおいて、方向性磁性鋼板の積層体を含んでなることを特徴とするロータコア。
10. モータのロータに配設されるロータコアの製造方法であって、Ｕ字型に屈曲した磁性鋼板をずらして重ね合わせた積層体を形成する工程を含んでなることを特徴とするロータコアの製造方法。
11. モータのロータに配設されるロータコアの製造方法であって、
    巻き付け方向に対して垂直方向に磁性鋼板をずらしながら巻き付けて磁性鋼板の積層体を形成する工程と、
    前記積層体を切断する工程と、
    を含むことを特徴とするロータコアの製造方法。
12. 請求項１１のロータコアの製造方法において、
    方向性磁性鋼板を用い、巻き付け方向に容易磁化方向を向けて磁性鋼板を巻き付けて積層体を形成することを特徴とするロータコアの製造方法。

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