JP2015100180A - スイッチトリラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）の冷却効率を向上させること。【解決手段】突極状のステータ極（１２０）にコイルを巻装したステータ（１０１）と、シャフト（１１０）に突極状のロータ極（１５０）を有するロータコアを固定したロータ（１０４）とを備えるスイッチトリラクタンスモータ（１００）において、前記ロータは、前記シャフトの回転方向において前記ロータ極に隣接する凹部（１７０）を有し、前記凹部に気流発生機構（２、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１）を設けたことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータに関する。

モータは高性能な磁石を使用することで、温度依存による特性低下を極力抑えることができるが、スイッチトリラクタンスモータ（以下ＳＲモータ）の場合は、磁石を使わないので、温度変化による特性低下が著しい。したがって冷却機構を搭載することが望まれる。

従来のＳＲモータのロータは、特許文献１に記載されているように、ロータを回転させると、ロータ極に設けてある空孔で階段状の通気孔（貫通孔）を流れる気流が形成され、その気流によってステータ側のコイルなどで発生した熱を放熱するようにしたものが知られている。

特開２００９−３３８８６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来例では、４つあるロータ極のうちの１つでしか貫通孔が得られず十分な気流が得られないといった課題があった。また、貫通孔がロータ極に設けられていることから、ステータ極とロータ極を通る磁束の妨げにならないように、貫通孔の位置や大きさにも制限がかかりＳＲモータの冷却効率を上げることが困難であった。

本発明は、上記課題を鑑み、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）の冷却効率を向上させることが可能な機構を提供することを主な目的とする。

本発明の一側面としてのスイッチトリラクタンスモータは、突極状のステータ極にコイルを巻装したステータと、シャフトに突極状のロータ極を有するロータコアを固定したロータとを備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、前記ロータは、前記シャフトの回転方向において前記ロータ極に隣接する凹部を有し、前記凹部に気流発生機構を設けたことを特徴とする。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。

本発明によれば、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）の冷却効率を向上させることができる。

本発明の第１の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第２の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第３の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第４の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第５の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第６の実施例にかかるロータコアの斜視図である。 本発明の第７の実施例にかかるロータコアの斜視図および一部断面図である。 本発明の実施例にかかるＳＲモータのシャフトと平行な概略断面図である。 本発明の実施例にかかるＳＲモータのシャフトと直交する概略断面図である。 本発明の実施例にかかるロータコアのコアプレートの概略上面図である。 本発明の実施例にかかるロータコアの概略斜視図である。

本発明を適用した実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。

図８に示すように、本発明のスイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）１００は、ステータ１０１と、ステータ１０１を固定させる円筒状の外筒１０２と、外筒１０２に被せるふた１０３と、ステータ１０１内に配置され、外筒１０２とふた１０３に回転自在に支持されるロータ１０４と、ロータ１０４の回転軸（シャフト）１１０に固定された光を遮断または反射させる円板１０５と、円板１０５による光の遮断または反射によってロータ１０４の回転を検出する検出器（電気素子）１０６と、を備える。ロータ１０４は、後述するロータコアと該ロータコアに固定された回転軸１１０から構成される。

図９に示すように、ステータ１０１は、外筒１０２の内周にステータコア２００が固定されている。ステータコア２００は、例えば電磁素鋼板の積層体や焼結加工された鉄と珪素結合体等の磁性体からなる。ステータコア２００の外周側は外筒１０２の内周に沿ってリング形状を有すると共に、内周側に回転中心に向かって突極（以下、ステータ極という）１２０が一体に延設されている。この実施の形態では、突極状の６つのステータ極１２０が周方向の等間隔に設けられており、その各々にコイル１２１が装着されている。コイル１２１は、絶縁被覆された導線をステータ極１２０に巻き回して形成されている。なお、導線とステータ極１２０の絶縁を確保する手段として絶縁具をステータ極１２０とコイル１２１の間に挿入しても良い。

図８に示すように、ふた１０３は、中央にロータ１０４の回転軸１１０を通す穴１３０が形成されると共に、回転軸１１０を回転自在に支持するベアリング１３１の外輪を固定する固定部１３５が形成されている。穴１３０のまわりには回転軸１１０に固定された円板１０５と、円板１０５の回転を検出する電気素子１０６が固定されている。電気素子１０６はロータ１０４の回転軸１１０の位置に応じた電気信号を出力する構造になっている。

ベアリング１３１とふた１０３の間にはばね１３２が挿入されており、ベアリング１３１の内輪をふた１０３とは反対側に押圧している。また、ふた１０３には空孔１３３が複数あいている。これら空孔１３３は、外気をＳＲモータ１００内に吸引、ＳＲモータ１００外に排出を行い冷却させるために使用される。ふた１０３の外周部は、外筒１０２に挿入されるはめあい部１３４になっている。ふた１０３と、外筒１０２は不図示のボルトや接着剤・圧入・折り曲げ等の方法で固定されている。

外筒１０２は、中央にロータ１０４の回転軸１１０を通す穴１４０が形成されると共に、回転軸１１０を回転自在に支持するベアリング１４１を固定する固定部１４４が形成されている。さらに、外筒１０２には、空孔１４２が複数あいている。これら空孔１４２は、外気をＳＲモータ１００内に吸引、ＳＲモータ１００外に排出を行い冷却させるために使用される。さらに外筒１０２には、取付けの位置決めを行うインロー部１４３を備えた構造になっている。

図８に示すように、ロータ１０４は、回転軸１１０に後述するロータコアが固定されて構成される。回転軸１１０は、２つの穴１３０、１４０を貫通すると共に、ベアリング１３１、１４１によって回転自在に支持されているので、後述するようにロータコアが回転すると、回転軸１１０も該ロータコアと一体となって回転する。すなわち、ロータ１０４が回転する構成となっている。図９に示すように、ロータ１０４は、径方向（回転軸１１０の回転中心軸に直交する方向）に突出する突極（以下、ロータ極という）１５０を備えている。また、図９に示すように、回転軸１１０の回転方向Ａにおいてロータ極１５０に隣接する部分（空間）に凹部１７０を有する。凹部１７０は、各ロータ極１５０の間に形成され、互いに隣接する２つのロータ極１５０の回転方向Ａにおいて対向する２つの面と、該２つの面を接続する面とで構成される。本実施例では、複数の（４つの）ロータ極１５０が形成されているため、該複数のロータ極の数に対応して、複数の（４つの）凹部１７０が形成される。この実施の形態では、ロータ１０４は、図１１（ａ）と（ｂ）に示すように中央に回転軸１１０が挿入される孔２１０を有する積層型のロータコア２００または焼結加工型のロータコア２０１から構成され、突極状のロータ極１５０が周方向に等間隔に４つ突設されている。ただし、本発明はこれに限定されず、例えばロータ極１５０は４つ以上から構成されていてもよいし、４つ未満で構成されていてもよい。図１１（ａ）に示す積層型のロータコア２００は、図１０に示す強磁性体からなる薄型の板状のコアプレート１６０を積層した構成を有する。コアプレート１６０は、ロータ極１５０を構成する４つの突片１６１を有する。図１１（ｂ）に示す焼結加工型のロータコア２０１は、磁性体を焼結で成型した構成となっている。ただし、ロータコア２０１は、前述の焼結加工型に限定されず、例えば、磁性体を研削で成型した研削加工型のロータコアであってもよい。

以下、本発明のロータ１０４が有するロータコアの特徴的な構造について、図１〜７を用いて詳細に説明する。本発明のロータ１０４は、各ロータ極の間の空間（すなわち、凹部１７０）に気流発生機構が設けられていることを特徴とする。以下では、例示的に積層型のロータコアを使用した場合について説明する。
（実施例１）
本発明の第１の実施例のロータ１０４は、図１（ｂ）に示すように、ロータコア３によって構成される。ロータコア３は、各ロータ極の回転方向Ａの端部（換言すれば、凹部１７０）に気流発生機構２を１つまたは複数備え、ロータコア３が回転運動をする際、気流発生機構２により空気の流れが発生する構造になっている。図１（ｂ）に示す実施例では、複数ある凹部１７０のうち１つの凹部１７０に、回転方向Ａにおいて複数の気流発生機構２を設けている。図１（ａ）に示すように、気流発生機構２はコアプレート１の一部を回転方向Ａ（およびコアプレートの積層方向（厚さ方向））に対して傾斜しつつ延長して設けられたものである。
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例のロータ１０４について説明する。第２の実施例のロータ１０４は、図２に示すように、ロータコア１０によって構成される。ロータコア１０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）に棒状の気流発生機構１１を１つまたは複数備え、ロータコア１０が回転運動をする際、気流発生機構１１により空気の流れが発生する構造になっている。気流発生機構１１はロータコア１０にアルミニウム材、銅材、ＳＵＳ材、真鍮材、プラスチック材など非磁性部材（非磁性体）が接着や圧入して設けられたものである。本実施例では、気流発生機構１１は、回転軸１１０の回転中心軸と直交する方向に延びるように形成されている。
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例のロータ１０４について説明する。第３の実施例のロータ１０４は、図３に示すように、ロータコア２０によって構成される。ロータコア２０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）に円筒状の気流発生機構２１を１つまたは複数備え、ロータコア２０が回転運動をする際、気流発生機構２１により空気の流れが発生する構造になっている。気流発生機構２１はロータコア２０にアルミニウム材、銅材、ＳＵＳ材、真鍮材、プラスチック材など非磁性部材が接着や圧入して設けられたものである。本実施例では、気流発生機構２１は、回転軸１１０の回転中心軸と直交する方向に延びるように形成されている。
（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例のロータ１０４について説明する。第４の実施例のロータ１０４は、図４に示されるように、ロータコア３０によって構成される。ロータコア３０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）に板状の気流発生機構３１を１つまたは複数備え、ロータコア３０が回転運動をする際、気流発生機構３１により空気の流れが発生する構造になっている。気流発生機構３１はロータコア３０にアルミニウム材、銅材、ＳＵＳ材、真鍮材、プラスチック材など非磁性部材が接着や圧入して設けられたものである。本実施例では、気流発生機構３１は、回転軸１１０の回転中心軸と直交する方向に延びるように形成されている。
（実施例５）
次に、本発明の第５の実施例のロータ１０４について説明する。第５の実施例のロータ１０４は、図５に示されるように、ロータコア４０によって構成される。ロータコア４０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）にスリット４２が形成された板状の気流発生機構４１を１つまたは複数備え、ロータコア４０が回転運動をする際、気流発生機構４１とスリット４２により空気の流れが発生する構造になっている。気流発生機構４１はロータコア４０にアルミニウム材、銅材、ＳＵＳ材、真鍮材、プラスチック材など非磁性部材が接着や圧入して設けられたもので、それにスリット４２を入れたものである。本実施例では、気流発生機構４１は、回転軸１１０の回転中心軸と直交する方向に延びるように形成されている。スリット４２は、ロータコア４０（回転軸１１０）の回転方向Ａと平行な溝でも、ロータコア４０の回転方向に対し傾斜した溝でもよい。
（実施例６）
次に、本発明の第６の実施例のロータ１０４について説明する。第６の実施例のロータ１０４は、図６（ａ）と（ｂ）に示されるように、ロータコア５０またはロータコア６０によって構成される。ロータコア５０、６０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）に樹脂（プラスチック）を成型して、各プラスチックにスリット５２、６２を１つまたは複数設けることで、気流発生機構５１、６１としたものである。スリット５２は、回転軸１１０の回転中心軸に直交する方向に延び、かつ、該回転中心軸と平行に延びるもので、スリット６２は、回転軸１１０の回転中心軸に直交する方向に延び、かつ、該回転中心軸（または回転方向Ａ）に傾斜した方向に延びるものである。ロータコア５０，６０が回転運動をする際、スリット５２，６２により空気の流れが発生する構造になっているものである。
（実施例７）
次に、本発明の第７の実施例のロータ１０４について説明する。第７の実施例のロータ１０４は、図７（ａ）と（ｂ）に示されるように、ロータコア７０によって構成される。図７（ｂ）は、図７（ａ）の気流発生機構の一部を分離した状態を示す一部断面図である。ロータコア７０は、各ロータ極の間の空間（凹部１７０）に樹脂（プラスチック）を成型して、各プラスチックに貫通孔７２を１つまたは複数設けることで、気流発生機構７１としたものである。貫通孔７２は、回転軸１１０の回転中心軸に対し傾斜した方向に延びるものである。ロータコア７０が回転運動をする際、貫通孔７２により空気の流れが発生する構造になっているものである。

次に、上述した第１〜第７の実施の形態の作用について説明する。

ＳＲモータ１００を駆動させるときは、不図示の制御装置からコイル１２１に電圧を印加する。コイル１２１に電流を流すと、そのコイル１２１が巻装されているステータ極１２０が励磁され、近接するロータ極１５０がステータ極１２０に引き付けられてロータ１０４が回転する。ロータ１０４の回転は、回転を検出する電気素子１０６から出力される信号で計測されるので、制御装置が次に励磁すべきコイル１２１を選択して電圧を印加させ、そのステータ極１２０に近接するロータ極１５０を引き付ける。このような動作を繰り返すことで、ロータ１０４が連続して回転する。

ロータ１０４が回転することで気流発生機構（２、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１）が同時に回転移動する。その結果、ロータ１０４周りに気流が発生する。この気流が発生することで、外気が例えば、外筒１０２の空孔１４２からＳＲモータ１００内に吸引、ふた１０３の空孔１３３からＳＲモータ１００の外に排出される。このように発生する気流によってＳＲモータ１００が冷却される。よって、本発明によれば、気流発生機構（２、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１）により回転による気流の風量を増加させ高い冷却効果を発揮させることができる。本発明の気流発生機構は、従来の貫通孔と比べて、位置や大きさの制限が大幅に緩和され、自由に大きさ、位置、数などを設定でき、ＳＲモータの冷却効率を向上させることができる。また、凹部１７０に気流発生機構（２、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１）を複数設けることで、多くの気流が発生させることが可能で、ＳＲモータ１００をさらに効率よく冷却することが可能である。

この実施の形態によれば、従来よりも多くの気流の流量を得ることが出来、コイル１２１で発生した熱を効率よく排出することが可能になる。従来のような一部にしか貫通孔を形成出来ない構造ではないので、効率が良い。また、気流発生機構を左右上下対称に設置すれば質点のばらつきを抑えることが出来、騒音の少ないＳＲモータとなる。

なお、本発明は前記の実施の形態に限定されずに広く応用することができる。

本発明の気流発生機構は、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）などのリラクタンスモータに好適に利用できる。

２、１１、２１、３１、 ４１、５１、６１、７１ 気流発生機構
１００ ＳＲモータ
１０１ ステータ
１０４ ロータ
１１０ 回転軸（シャフト）
１２０ 突極（ステータ極）
１２１ コイル
１５０ 突極（ロータ極）
１７０ 凹部

Claims (10)

1. 突極状のステータ極にコイルを巻装したステータと、シャフトに突極状のロータ極を有するロータコアを固定したロータとを備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、
   前記ロータは、前記シャフトの回転方向において前記ロータ極に隣接する凹部を有し、前記凹部に気流発生機構を設けたことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。
2. 前記気流発生機構は、前記回転方向において複数設けられることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
3. 前記ロータコアは、複数のロータ極を有し、
   前記ロータは、前記複数のロータ極の数に対応して、前記ロータ極に隣接する複数の凹部を有することを特徴とする請求項１または２に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
4. 前記複数の凹部のうち１つの凹部に、複数の前記気流発生機構が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
5. 前記ロータコアは、板状のコアプレートを積層して構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
6. 前記気流発生機構は、前記コアプレートの一部を前記回転方向に対して傾斜しつつ延長することで前記凹部に形成されることを特徴とする請求項５に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
7. 前記気流発生機構は、非磁性体からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一項に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
8. 前記気流発生機構は、前記シャフトの回転軸と直交する方向に延びる棒状、円筒状、または、板状に形成されることを特徴とする請求項７に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
9. 前記気流発生機構は、前記非磁性体にスリットまたは貫通孔を有することを特徴とする請求項７に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
10. 前記スリットまたは貫通孔は、前記シャフトの回転軸から傾斜した方向に延びることを特徴とする請求項９に記載のスイッチトリラクタンスモータ。