JP2014507104A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

本発明は、ロータとステータとを備えるリラクタンスモータであって、ステータは、少なくとも１つのステータコイルが巻かれていて、片側で開放されている巻心を有し、巻心は、周に亘って配置されている、夫々互いに離間されている脚部ペアを形成する脚部を備えており、周に亘って分配され、脚部の間で磁束を周期的に調節する、ロータの複数の歯が、脚部ペアの間に半径方向に入り込む。脚部と歯の磁束の特性曲線を積極的に変更するために、歯は、ロータの回転方向において、回転角に基づいて連続的に形成される、脚部との面重畳部を形成する。

Description

本発明は、ロータとステータとを備えるリラクタンスモータであって、ステータは、少なくとも１つのステータコイルが巻かれていて、片側で開放されている巻心或いは巻鉄心と、周に亘って配置されていて夫々互いに離間されている脚部ペアを形成する脚部とを有し、脚部の間に、周に亘って分配され、脚部の間で磁束を周期的に調節するロータの複数の歯が半径方向に入り込むリラクタンスモータに関する。

上位概念部に記載のリラクタンスモータは、例えば国際公開第１９９９０１９８６１号明細書において、横方向磁束機械（Transversalflussmaschine）の形式において公知になっている。ステータは、ロータの回転軸線に沿って相並んで配置されている複数のステータコイルから形成されている。これらのステータコイルによって巻心は巻かれている。巻心は、互いに離間されている脚部を備えた複数の脚部ペアを有する。これらの脚部ペアは、相を形成するためにステータコイルを軸線方向において脚部ペアの間で囲み、半径方向外側での脚部相互の離間により互いに開放型の磁気回路を形成する。複数の相を形成するために、複数のステータコイルが、回転軸線に沿って軸線方向で、周に亘って分配されている脚部により分離した状態で配置されている。脚部ペアの脚部の間の磁束は、ステータコイルの回転通電時に、周に亘って分配されたロータの歯を通じて形成される。これらの歯は、２つのエアギャップを形成した状態において、軸線方向で１つの脚部ペアの脚部の間に回動して入り込む。

根本的に、リラクタンスモータの制御は、相に作用する通電のスイッチオン時間を介して行われる。このことは、磁界の形成を、磁気回路の変化と同期して行う必要があるということによるものである。磁気回路の変化は、脚部及び歯として構成された磁束案内部材の相対運動により行われる。この構成において、多数の磁気回路の夫々の磁気回路の閉鎖の始めには、急峻なモーメント形成が行われ、したがって磁束の急峻なピークのある特性曲線が、ロータの回動角に亘って発生する。このことは、とりわけ不都合な騒音形成に繋がることがある。これにより、特に回転数が高い場合には、ステータコイルの時間に関して正確な制御が困難になる。したがって、特に制御エラーに追加で発生する、公差に基づくエラーを最小限にするために、特に多極性のリラクタンスモータの場合には、機械的な公差に対して極めて高い要求を課す必要がある。

したがって本発明の目的は、比較的平坦な特性曲線をもたらし、かつ特に多極性のリラクタンスモータにおいて、改良された制御を達成するようにリラクタンスモータを改良することである。特にこの構成においては、小さな騒音発生が達成されることが望ましい。

上記目的は、ロータとステータとを備えるリラクタンスモータであって、ステータは、少なくとも１つのステータコイルが巻かれていて、片側で開放されている巻心を有し、巻心は、周に亘って配置されていて、夫々互いに離間された脚部ペアを形成する脚部を備えるリラクタンスモータにより達成され、この構成において、脚部ペアの間に、周に亘って分配され、脚部の間で磁束を周期的に調節するロータの複数の歯が半径方向に入り込む、これらの歯はロータの回転方向において、回動角に基づいて連続的に形成される脚部との面重畳部を形成する。ステータに対するロータの回動角と共に連続的に上昇する、例えば周方向で互いに角回転された重畳面の形式の面重畳により、回転軸線を通して半径方向外側に直線形の脚部及び歯における階段或いはステップ関数（Sprungfunktion）の形式の重畳を、回避することができる。これにより、より簡単に制御することができ、小さな公差感度を有する連続的に発展する磁束及びモーメントが形成されるので、ステータコイルの電気的な制御は簡略化される。

磁束案内部材−歯及び／又は脚部−の構成の態様は、磁束の特性曲線に直接的に影響を与える。この特性曲線は、例えば重畳面の連続的な形成により、特に特性曲線の上昇側面及び下降側面はそれほど急ではなく、全体として幅広に構成されている。これにより、制御時間及び騒音特性を改良することができる。したがって、磁束案内部材の所望のジオメトリ選択により、磁気回路の閉鎖及び開放を有利に設定することが可能である。さらに、特性曲線は、ピーク最大値がより大きな回動角に向かって移動するように作用する。磁気回路が果たす役割は、回動角が増大するに連れて突発的に増大する重畳面の重畳を伴う磁気回路と同じようなレベルのままである。

回動角に基づいて連続的に重畳する重畳面の、横方向磁束機械における使用は、特に好ましい。この構成において、歯として形成されていて、互いに軸線方向に離間している脚部の脚部ペアの脚部の間において磁束を形成する磁束案内金属薄板が、周方向で見て楔状に形成されていてよい。楔の角度により、脚部及び歯はまず半径方向外側において重畳する。この構成において、脚部に対するロータの回動角が増大するに伴い、重畳面は連続的に増加し、これにより、可能な限り大きな磁束を伴う最大の重畳面を超えた後に再び連続的に降下する。

歯における楔形状の構成は、実質的に周方向において元々の方形の横断面を備えた歯に付加的に、追加で取り付けられた磁束案内部材により設けられていてよい。択一的には、歯の楔形状は、周に亘って分配された歯を備えた、ロータに固定されたリング形状に対して互いに並置している金属薄板から形成されている磁束案内部材に形成されていてよい。この構成において、歯における楔形状は、一体の部材として設けられていてよい。各歯自体は、楔状の形状を備える並置している複数の金属薄板部分から形成されていてよい。

本発明の思想によれば、リラクタンスモータは、インナ又はアウタロータとして設けられていてよく、有利なアウタロータにおいては、巻心は、半径方向外側でＵ字形に形成された脚部の脚部ペアを有する。半径方向内側にロータにおいて拡幅されていて、かつ周に亘って好ましくは脚部ペアと同数で分配され、周において楔状に形成された歯が、脚部の間に半径方向外側から半径方向に入り込む。歯及び脚部は夫々、回動角が増大するに伴い連続的に増大しまた再び減少する、互いに軸線方向に向かい合った重畳面を形成する。

特に好ましい構成によれば、リラクタンスモータは多相に形成されている。例えば横方向磁束機械は、ロータの回転軸線に沿って配置されている、夫々１つのステータコイルを備える複数の相を有する。これらの相は夫々、一平面を通じて周に亘って分配されている、巻心に属する脚部により形成される。脚部は、半径方向内側において互いに結合されているので、ステータコイルの接続に応じて、夫々軸線方向に相対している、通電されるコイルを囲む脚部が夫々脚部ペアを形成し、この脚部ペアの磁気回路は、半径方向外側において、脚部ペアの脚部に作用する歯により閉鎖される。巻心の脚部が、回転軸線に沿って周方向にずらされていると有利であると認識された。この脚部は、軸線方向で前方及び軸線方向で後方の巻心の脚部の間の角度距離が、回転軸線に沿って軸線方向に配置された脚部により均等に補償されているように、互いにずらされていてよい。これにより、ロータの一回転を超えて均等なモーメント発生は、個々の相のステータコイルに軸線方向で周期的に絶えず通電する場合に、磁束の形成によりもたらされる。

横方向磁束機械として形成されているリラクタンスモータのステータの３Ｄ図である。 図１に示したステータの正面図であって、ロータの歯と共に示す図である。 図３の詳細図である。 図４ａ〜図４ｃは、図１〜図３に示したステータの詳細図であって、ロータの歯と共に示す図である。

本発明を、図１〜図４に示した実施の形態に基づいて詳細に説明する。

図１に、アウタロータ４の形式の横方向磁束機械３として形成されたリラクタンスモータ１（完全に図示せず）のステータ２の立体図を示す。ステータ２は、図示していない形式において、ハウジング構成部材又はこれに類似する部材に相対回動不能に結合されている。巻心５は、好ましくは複数の互いに結合された、弱磁性の磁束案内金属薄板６から形成されていて、周に亘って分配されて、互いに軸線方向に離間された弱磁性の脚部７を有する。この弱磁性の脚部７は、周に亘って分配されて夫々互いに軸線方向に離間されている脚部面（Schenkelebene）８を形成し、これらの脚部面８の間には夫々、軸線方向においてステータコイル９が配置されている。夫々同じ周方向位置に配置されていて、軸線方向でその間にステータコイル９を囲んでいる２つの脚部７′は、脚部ペア１０を形成する。

ステータ２の周囲に配置されていて、ロータ軸線Ａを中心に回動するロータ（図示せず）は、半径方向内側に向けられている、複数の歯の形状の弱磁性の磁束案内金属薄板を有する。複数の歯は、周に亘って分配されていて、歯平面（Zahnebene）を形成しつつ、ロータ軸線Ａに沿ってかつ周に亘って分配されている脚部ペア１０の脚部７′の間に夫々入り込む。この実施の形態において、１つの歯が夫々、ロータの角回転に応じて、脚部ペア１０の脚部７′と共に閉じた磁気回路を形成する。この磁気回路において、所属のステータコイル９の通電時には磁束が形成される。図示の実施の形態において、脚部７は、回転軸線Ａに沿って線状に配置されている。脚部７は、回転軸線Ａに沿って個々の脚部面８の脚部７が、互いに均等にずらされて回動されていて、かつ脚部７が、分配された脚部７の周に亘るピッチ円の所定のピッチ区画の間の位置を占めるように、周に亘って回動させられていてもよい。

図２に、周に亘って分配して配置されているロータの複数の歯のうちの１つの個別の歯１１と共に、図１に示したステータ２の正面図を示す。歯１１は、周方向において楔状に形成されていて、図２において、周方向において隣接している脚部ペア１０ａ，１０ｂの２つの脚部７ａ，７ｂの周方向の間に配置されているので、脚部ペア１０ａ，１０ｂのいずれの磁気回路も閉鎖されておらず、したがって、磁束は発生しないか又は単に無視できる磁束しか発生しない。ロータ、ひいては歯１１を、回転軸線Ａを中心として矢印１２の方向でさらに回動すると、歯１１は脚部ペア１０ｂ内に回動し、脚部ペア１０ｂの磁気回路を閉鎖する。所属のステータコイル９が通電されていると、磁束が流れる。

図３に、歯１１と、この歯１１の後方に位置する脚部７との重畳面１３，１４を示す。方形の基本面１３ａを備えた歯１１の方形の構成に、周方向において歯１１の両側に取り付けられている付加的な磁束案内部材１５を用いて、追加面１３ｂが提供されることで、歯１１の楔形の構成により重畳面１３は台形状に形成されている。脚部７及び軸線方向において相対する、脚部ペアを形成する脚部（図示せず）の重畳面１４は、変わらないままである。方形の基本面１３ａを備えた歯１１の元々の状態において、軸線方向に相対している脚部の基本面１３ａ及び重畳面１４は突発的（sprungfoermig）に重畳する。これにより、閉鎖される磁気回路の特性曲線は、回転角に亘って重畳部に沿って変化する磁束の形式においては急上昇するようにかつ次いで急下降するように形成される。したがって、ステータコイル９に通電されている場合には、これに応じて、周に亘って分配された複数の歯１１を介して、発生する磁気的なモーメントに基づく強力な加速がロータに作用する。この強力な加速は、ロータ、ひいては回転角に基づくステータコイルの通電の劣悪な制御可能性によるものであり、不都合な騒音発生に繋がることになる。追加面１３ｂの付加により、回転が増大する場合には、歯１１の楔形により重畳面１３，１４の間に設定された角度αに基づき、重畳面の連続的で突発的でない構成が、実質的に平らな磁気的なモーメントの特性曲線を形成する。この磁気的なモーメントは、ロータを急に加速することはほとんどないので、ステータコイル９の通電の角制御が、簡単かつ正確に、例えば１°〜２°の範囲で正確に行うことができ、小さな騒音負荷しか発生しない。

図４ａ〜図４ｃには夫々、図１のリラクタンスモータ１の一部分を詳細に示す。図４ａに歯１１の斜視図を示す。この歯１１は、歯１１を楔形に拡幅する磁束案内部材１５を、周方向において、矢印１６の回動方向で互いに続く脚部ペア１０ｃ、１０ｄの間に有する。図４ｂに、回転軸線Ａ（図１）に沿って相前後して配置されている、リラクタンスモータ１の種々異なる相を形成する脚部ペア１０′，１０″の通路１８を見た図を示す。この実施の形態において、回転軸線Ａに従う矢印１６の方向において歯１１は運動する。図４ｃに、周方向に配置されていて、一方で脚部７ａ，７ｂ、他方で７ｃ，７ｄから形成された脚部ペア１０ｃ，１０ｄを上から見た図を示す。脚部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄはその間に、ステータコイル９、及び周に亘って分配されているロータの楔状の複数の歯を受容する。これらの歯のうち１つの歯１１を例示している。歯１１のような複数の歯と、脚部７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄとの間に、ロータの回転角に基づいて、周に亘って連続して、脚部ペア１０ｃ，１０ｄの磁気回路が、エアギャップ１７を保持した状態でかつ重畳面１３，１４を形成した状態で形成される。

１ リラクタンスモータ
２ ステータ
３ 横方向磁束機械
４ アウタロータ
５ 巻心
６ 磁束案内金属薄板
７ 脚部
７ａ 脚部
７ｂ 脚部
７ｃ 脚部
７ｄ 脚部
７′ 脚部
８ 脚部面
９ ステータコイル
１０ 脚部ペア
１０ａ 脚部ペア
１０ｂ 脚部ペア
１０ｃ 脚部ペア
１０ｄ 脚部ペア
１０′ 脚部ペア
１０″ 脚部ペア
１１ 歯
１２ 矢印
１３ 重畳面
１３ａ 基本面
１３ｂ 追加面
１４ 重畳面
１５ 磁束案内部材
１６ 矢印
１７ エアギャップ
１８ 通路
Ａ 回転軸線
α 角度

Claims (7)

1. ロータとステータ（２）とを備えるリラクタンスモータ（１）であって、前記ステータ（２）は、少なくとも１つのステータコイル（９）によって巻かれている、片側で開放された巻心（５）を有し、該巻心（５）は、周に亘って配置されていて夫々互いに離間されている脚部ペア（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０′，１０″）を形成する脚部（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７′）を備えており、周に亘って分配され、前記脚部（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７′）の間で磁束を周期的に調節する、前記ロータの複数の歯（１１）が、前記脚部ペア（１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０′，１０″）の間に半径方向に入り込む、ロータとステータとを備えるリラクタンスモータにおいて、
   前記歯（１１）は、前記ロータの回転方向において、回転角に基づいて連続的に形成される、前記脚部（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７′）との面重畳を形成することを特徴とする、ロータとステータとを備えるリラクタンスモータ。
2. 前記リラクタンスモータは、横方向磁束機械（３）として形成されていて、前記歯（１１）は、周方向で見て楔形に形成されていることを特徴とする、請求項１記載のリラクタンスモータ。
3. 前記歯（１１）に、楔形状を形成する磁束案内部材（１５）が取り付けられていることを特徴とする、請求項２記載のリラクタンスモータ。
4. 前記歯は、一体に楔形に形成されていることを特徴とする、請求項２記載のリラクタンスモータ。
5. 前記リラクタンスモータは、アウタロータモータ（４）として形成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のリラクタンスモータ。
6. 前記リラクタンスモータは、前記ロータの回転軸線（Ａ）に沿って配置されている複数の相から成り、該相はその夫々が１つのステータコイル（９）と、前記巻心（５）を形成し、前記ステータコイル（９）同士を区画する、周に亘って分配された脚部（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７′）の複数の脚部面（８）とを備えた、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のリラクタンスモータ。
7. 前記回転軸線（Ａ）に沿った前記相の脚部（７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ，７′）は、周方向においてずらされていることを特徴とする、請求項６記載のリラクタンスモータ。

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