JP3765186B2 - モータ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、駆動するときの作動音を低減する改良を施したモータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
モータは、ステータを励磁することによってロータを回転させて、駆動力を発生させている。この駆動力の発生と同時に、ステータにステータを変形させる力が作用する。この力が駆動とともに回転するので、ステータに周期的な変形が生じ、共振を引き起こして作動音を発生させることになる。
【０００３】
ブラシレス式モータでは、突極を有するステータに複数のコイルを備え、ロータの位置によって決まるコイルへ電流を与えて突極に発生する磁力でロータを引き付け、または遠ざけて駆動力を発生させている。したがって駆動力の発生とともにステータに駆動力と直交する径方向の力も発生し、ステータを径方向に歪ませて作動音を発生する原因を作っている。
コイルに流す電流が急激に変化するスイッチトリラクタンスモータは、とくにこの径方向の力が大きいので、コイルが切り替わるたびに振動を起こし大きな作動音を立てている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この作動音を低減すべく、例えばステータの剛性を高めるためにバックヨークの厚みを増やして、変形を抑える措置が取られているが、バックヨークの厚みを増やして変形を抑えることで振動を減らす方法では、モータ重量の増加を招くという問題があった。
本実施例は、上記の問題点に鑑み、重量や大きさの増加を伴わずに作動音を低減させることが可能なモータを提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロータとロータを囲んで配置されるステータとを有し、ステータに励磁コイルが備えられるモータにおいて、まず、ステータは外周を同一径の円形状とするとともに、リングの内方に複数の突極が突出して形成された電磁鋼板を回転軸方向に積層して構成される。
【０００６】
そしてとくにリラクタンスモータとして突極が等間隔に設定され、励磁コイルの励磁で突極に発生しロータへ向かう磁力に対して、対向する突極間の剛性を隣り合う電磁鋼板の間で異ならせてあるものとした。
【０００７】
ロータへの磁力方向に隣り合う電磁鋼板の剛性を異ならせたことによって、磁力方向の振動周波数が異なる。この結果磁力でステータが変形して振動が起きた場合は、互いに干渉しあい、摩擦力が働いて振動エネルギーが消費され、減衰が早まり、早期に振動が停止することが図られる。
【０００８】
とくにリラクタンスモータでは、磁力が対向する突極から発生しているので、対向する突極間の剛性を異ならせたことによって、変形方向の振動周波数が異なり、隣り合う電磁鋼板で、振動を干渉させることができる。
【０００９】
対向する突極間の剛性を異ならせることは、電磁鋼板の突極間のバックヨーク幅を異ならせて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる幅のバックヨークが重なるよう電磁鋼板が積層されることによって実現できる。
【００１０】
また、電磁鋼板の突極間のバックヨークに深さの異なる切り欠きを入れて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる深さの切り欠きを有するバックヨークが重なるよう電磁鋼板を積層することによっても実現できる。
さらに、電磁鋼板を少なくとも２種類の厚さで形成し、それぞれが交互になるように積層することによっても実現できる。
【００１１】
電磁鋼板の各突極位置に、軸による固定に寄与する小穴と、固定に寄与しない大穴を交互に設け、大穴と小穴が交互に重なるように電磁鋼板を積層し、軸による固定が行われることによっても隣り合う電磁鋼板で対向する突極の剛性が異なる。
【００１２】
また、溶接で電磁鋼板を固定する場合は、積層される電磁鋼板の外周において、隣り合う２枚の電磁鋼板が対向する突極位置で溶接して固定するとともに、該溶接部位は、電磁鋼板の積層に連れ、円周方向にずらしていくことによって、隣り合う電磁鋼板で対向する突極の剛性が異なる。
【００１３】
電磁鋼板の突極の振れ剛性を異ならせて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる振れ剛性の突極が重なるよう電磁鋼板を積層することによって、突極振れ振動が抑えられる。
突極の幅を変えることによって、振れ剛性を異ならせることができる。
また、突極がリングと接触する根元において、隅アール（Ｒ）を違えたことによって、振れ剛性を異ならせることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、実施例により発明の実施の形態を説明する。
図１、図２、図３は第１の実施例の構成を示す図である。図１は、ステータに用いられる電磁鋼板の形状を示す図で、図２は電磁鋼板を積層したステータの断面図である。図３はモータの構成を示す図である。
【００１５】
図１において、リング８０の内周に６個の突極（１、２、３、４、５、６）が等ピッチで設けられている。各突極は同じ幅に形成され、突極間のバックヨークの幅をそれぞれ変化させてある。すなわち突極１と突極２の間のバックヨーク７および、突極４と突極５の間のバックヨーク１０は幅の小さいｔ１に形成されている。突極１と突極６の間のバックヨーク１２および、突極２と突極３の間のバックヨーク８は幅の大きいｔ２に形成されている。突極５と突極６の間のバックヨーク１１および、突極３と突極４の間のバックヨーク９は幅が中間のｔ３に形成されている。以上のように、バックヨーク幅はｔ１＜ｔ３＜ｔ２となっているが、その平均値が従来のバックヨーク幅と同じように設定される。これによって、対向する突極１と突極４の間の剛性と、突極６と突極３の間の剛性と、突極２と突極５の間の剛性がそれぞれ異なり、同じ力が働いたときの変位および振動周波数が異なることになる。
【００１６】
このように形成される電磁鋼板１００を例えばプレス加工して作成し、突極１に対して突極２、突極３を重ねるように電磁鋼板１００を６０°ずつ回転させて積層する。こうして構成されるステータ２００は図２のように突極は同じ幅であるが、リングはバックヨーク７、８、９が重なるように隣り合う電磁鋼板ではバックヨーク幅が異なっている。
【００１７】
上記のように形成されるステータ２００の各突極に図３のようにコイルを巻き、対向する突極で、それぞれ１組の励磁コイルを構成している。すなわちコイル１３とコイル１６は１組、コイル１８とコイル１５は１組、コイル１７とコイル１４は１組と円周方向に角度が１２０°ずれた３組の励磁コイルが形成されている。
【００１８】
ロータ１９はステータ２００と極数を異ならせた４つの突極７１、７２、７３、７４を有している。ロータの突極位置は図示しない検出手段で検出され、ステータの突極と対向する直前に励磁コイルを切替えて、モータを制御して駆動力を発生させる。
【００１９】
例えば図３の位置では、ロータ１９を矢印Ｂ方向に駆動力を発生させたい場合は、コイル１３とコイル１６に流す電流を遮断し、コイル１４、コイル１７に電流を与え、励磁される突極で、ロータ１９の突極７１、７３を引き付けて回転させる。一方、この駆動力の発生とともにステータ２００には励磁される突極に矢印Ｃの方向の力が発生し、バックヨークの中間を通るＳ線を中心にステータ全体が変形する。この変形はとくにＳ線が通るバックヨークが屈曲し、大きく変形する。
【００２０】
ロータ１９の突極と励磁されるステータの突極が完全に向き合って、駆動力が零となるとき、電流を流す励磁コイルを切り替えるため、その時点で矢印Ｃ方向の力が無くなり、変形で蓄積したエネルギーが解放され振動が生じる。この振動が対向する突極間の剛性で決まる共振周波数で振動するので、剛性が同じ従来のステータでは、各電磁鋼板が同じ振動周波数で振動をし、大きな作動音を発生している。
【００２１】
本実施例では、上記のステータ２００が、バックヨークの幅が隣り合う電磁鋼板同士で異なるため、それぞれが異なる振動周波数で振動し、電磁鋼板の間で摩擦が生じ、振動エネルギーが消費され、減衰が早くなって、振動が早期に停止する。
【００２２】
本実施例は以上のように構成され、ステータは互いに隣り合う電磁鋼板の振動周波数を異ならせるようにしたので、ステータ全体の振動を低く抑え、かつ振動時のエネルギーを消費するので、作動音を殆ど立てずにモータ駆動ができる。
このように電磁鋼板間の摩擦力で振動を抑えるので、単純にバックヨークの幅を広くとって、剛性を増強する対策に比べて、モータの大きさ、重量が増加せずに作動音を低減させることができる。また、振動時の減衰効果も期待できるため作動音をより小さく抑えることができる。
【００２３】
なお、本実施例では、ステータの突極を６、ロータの突極数を４としてスイッチトリラクタンスモータを構成したが、突極数はこれらに限るものではない。
また、モータ形式もスイッチトリラクタンスモータに限らず、磁石付きの同期モータ、誘導モータなどステータを積層鋼板で構成するモータであれば、いずれも適用可能であり、かつ同様の効果が得られる。
【００２４】
さらにバックヨークの幅設定も３種類に限定されることはなく、隣り合う電磁鋼板で異なれば、どのような組み合わせでも構わない。
また幅の種類を増やせば、共振周波数の設定数が多くなり、ステータとして周波数ピークを持たなくなり、より靜かな駆動ができる。
【００２５】
次に変形例について説明する。上記実施例では、突極間のバックヨーク幅を異ならせて対向する突極間の剛性を変えるようにしたが、幅を変化させる代わりに例えば図４のように同じ幅のリング８１に切り欠き８２、８３を入れて、バックヨーク１２、９、１１、８の剛性を変えることもできる。切り欠き８２は対向するバックヨーク１２と９の中央で浅く形成される。切り欠き８３はバックヨーク８、１１の中央部で深く形成される。
【００２６】
これらに切り欠きなしのバックヨーク部７、１０を加えて、各対向する突極間の剛性がそれぞれ異なるものとなる。これを第１の実施例と同じように６０°ずつ回転させて積層すると、隣り合う電磁鋼板で異なる振動周波数が得られ、摩擦力で振動を抑え、作動音の小さいモータが得られる。
この変形例ではバックヨークの幅を等幅とし、切り欠きを小さな範囲に限定するので、従来のステータを用いても磁気飽和が小さい範囲にとどまりモータ性能に影響を与えずに利用可能である。
【００２７】
次に、第２の実施例を説明する。
第１の実施例では、ロータとステータの突極が真正面に対向して、ステータには突極を互いに引き付ける力のみが作用し突極を横に振らせる力がないときに、励磁コイルを切替えて発生する振動を抑えるが、励磁コイルに電流を与える瞬間は、ロータに向う磁力の方向が斜めになり、突極を倒す力が働く。この実施例では、この力によって引き起こされる突極の振れ振動を電磁鋼板間の摩擦力で抑えることを目的としている。そのため、図５に示す電磁鋼板を用いる。
【００２８】
同じ幅のリング９０に等間隔で突極３１、３２、３３、３４、３５、３６が突出して電磁鋼板が形成される。突極３１、３４は幅を同じにして広く設定される。突極３２と３５は同じ幅で狭く設定される。突極３３と３６は中間の幅に設定される。突極３１、３２、３３の幅の平均値を従来のステータと同じように設定する。
【００２９】
このように形成される電磁鋼板３００を第１の実施例と同じように６０°ずつ回転させて積層してステータを構成する。ステータは図６のように回転軸方向に同じ幅のバックヨークを有するリング９０が重ねられるが、突極は突極３２、３３、３１のように異なる幅のものが交互に重なって形成される。これによって、従来と同じ磁気特性が得られるとともに、対向する突極の振れ剛性がそれぞれ異なることになる。
【００３０】
これによって、励磁コイルに電流を与える瞬間に、発生する突極振れ振動が、振れ剛性で決まる振動周波数が異なることによって、干渉が起き、作動音を低減させることができる。またこの実施例では突極の幅の平均値を従来と同じようにしたので、従来と同じ駆動力を出力することができる。
【００３１】
また、突極の振れに影響を与える要因として突極がリングと接続する根元の隅アール（Ｒ）があり、この隅アールを変えることによって、振れ剛性を異ならせることもできる。
すなわち、図７に示すように等幅のリング９０に等間隔で６つの突極が形成される。突極は同じ幅とし、リングと接続する根元において、異なる半径の隅アールが設定されている。隅アール４１、４２、４５、４６、４９、５０は大きく設定される。隅アール４３、４４、４７、４８、５１、５２は小さく設定される。
【００３２】
これによって、突極の片側の隅アールが大きくなっており、剛性が高い。従って突極の振動は隅アールの小さい側に大きく振れることになる。このように形成される電磁鋼板を６０°ずつずらして積層してステータを構成すると、各突極の振れが１枚ずつ反対側に寄って振れることになる。つまり隣り合った電磁鋼板同士が異なる振動をすることになるので、振動する際に干渉が起き、減衰を早ませることができる。またここでは、突極の幅はすべて同じなので、磁気特性に変化が生じず駆動力特性への影響はない。
【００３３】
以上の例についても、突極幅、隅アールの設定とも、上記に限定されるものではなく、隣り合う鋼板が異なる振動を行うようなものであれば、どのような設定でも可能で、同じ効果が得られる。
また、この実施例は突極の振れを素早く減衰させることで作動音を低減するもので、ステータの半径方向の共振周波数を異ならせる第１の実施例および変形例と同時にかつ複数採用することも可能である。この場合には作動音をより効果的に低減させることができる。
【００３４】
次に、第３の実施例について説明する。
この実施例は、異なる厚さの電磁鋼板で突極間の剛性と突極の振れ剛性を隣電磁鋼板で異ならせることを目的としている。すなわち薄肉と厚肉の２種類の電磁鋼板５００ａ、５００ｂを図８のように等幅のリング９０に等幅の突極１、２、３、４、５、６が突出して形成される同一形状に作成する。そして図９のように電磁鋼板５００ａと５００ｂが交互に積層してステータを構成する。
【００３５】
電磁鋼板の厚さが異なることで、隣り合う電磁鋼板の剛性が異なり、対向する突極間の剛性と突極の振れ剛性も違うものになる。これによって、半径方向の振動にも、突極の振れ方向の振動にも振動周波数の違いで振動を低く抑えることできる。
また、電磁鋼板の厚さを変える代わりに、例えば磁気特性の低い電磁鋼板と、磁気特性の高い電磁鋼板を交互に積層し、電磁鋼板剛性が磁気特性によって異なることを利用することもできる。この場合は作動音の低減と同時にコスト上のメリットも生まれる。
【００３６】
次に、電磁鋼板の固定について第４の実施例により説明する。
図１０は電磁鋼板の構成を示す図である。図８と同じように等幅のリング９０に等幅の突極１、２、３、４、５、６が等間隔で突出して形成される電磁鋼板６００に固定軸を通す貫通穴６１、６２、６３、６４、６５、６６が各突極位置に形成される。突極１、３、５の位置では、貫通穴６１、６３、６５は、ここを通す固定軸より充分に大きな大穴とし、貫通穴６２、６４、６６は、固定軸と微小なクリアランスを保ち、固定に寄与する小穴とする。
このように形成される電磁鋼板を大穴と小穴が交互に重なるように６０°ずらして積層してステータに構成する。
【００３７】
こうすることで、励磁コイルに電流が流され、または切断されるとき、固定に寄与する３ヶ所の穴を節として振動が励起されることができる。それが隣り合う電磁鋼板で異なるため、干渉が起き、振動が素早く減衰する。
【００３８】
また、溶接による電磁鋼板の固定では、例えば図８に示す形状の電磁鋼板を積層して構成したステータ７００を、図１１に示すように隣り合う電磁鋼板で２枚ずつリング９０の外周で、対向する突極位置を溶接部位として溶接して固定する。この溶接部位は、積層が軸方向に進むに連れ、６０°ずつ変えていく。これによって、両端の電磁鋼板を除いて、各電磁鋼板は前後の電磁鋼板と２ヶ所ずつ溶接で固定され、自由に移動できる突極は対向する２ヶ所で、かつ回転軸方向に６０°ずつ異なっていく。
【００３９】
これによって突極を引き寄せる力が発生し、振動が発生するとき、自由移動のできる突極のみが移動しようとするが、前後の電磁鋼板との摩擦で振動早く減衰をさせることができる。
本実施例は溶接固定によって、振動周波数を変えるため、実施例で用いる電磁鋼板のほかに、上記各実施例および変形例での電磁鋼板を利用することができる。
上記２例の固定についても穴の設定、溶接ヶ所の設定は隣り合う鋼板同士が異なるものであればよく、この実施例に限られるものではない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、リングの内方に等間隔で複数の突極が突出して形成されたステータに励磁コイルが備えられるモータにおいて、対向する突極間の剛性を隣り合う電磁鋼板で異ならせたことによって、電磁鋼板の振動が、互いに異なる振動周波数で干渉しあい、振動エネルギーを消費し、減衰が早くなる。この結果、作動音を立てずにモータ駆動ができる。
電磁鋼板では、隣り合うもの同士で剛性が違うものの、トータルでは、磁気特性を維持できるから、大きさや重量増に繋がらない効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施例におけるステータを積層する電磁鋼板の構成を示す図である。
【図２】バックヨークの幅を示す断面図である。
【図３】スイッチトリラクランスモータの構成を示す原理図である。
【図４】変形例を示す図である。
【図５】第２の実施例におけるステータを積層する電磁鋼板の構成を示す図である。
【図６】突極の幅を示す断面図である。
【図７】変形例を示す図である
【図８】第３の実施例を示す図である
【図９】ステータの構成を示す図である
【図１０】第４の実施例を示す図である
【図１１】第５の実施例を示す図である
【符号の説明】
１、２、３、４、５、６ 突極
７、８、９、１０、１１、１２ バックヨーク
１９ ロータ
２１、２２、２３、２４、２５、２６ 溶接点
３１、３２、３３、３４、３５、３６ 突極
４１、４２、４３、４３、４４、４５、４６ 隅アール
４７、４８、４９、５０、５１、５２ 隅アール
６１、６３、６５ 大穴
６２、６４、６６ 小穴
７１、７２、７３、７４ 突極
８０、８１、９０ リング
８２、８３ 切り欠き
１００、２００、３００、４００ 電磁鋼板
５００ａ、５００ｂ、６００ 電磁鋼板
２００、７００ ステータ

Claims (9)

1. ロータとロータを囲んで配置されリングの内方に等間隔で複数の突極が突出して形成されたステータとを有し、ステータに励磁コイルが備えられるモータにおいて、前記ステータは外周を同一径の円形状とした電磁鋼板を回転軸方向に積層して構成されるとともに、前記励磁コイルの励磁で前記突極に発生しロータへ向う磁力に対し、対向する突極間の剛性を隣り合う電磁鋼板で異ならせてあることを特徴とするモータ。
2. 前記電磁鋼板の突極間のバックヨーク幅を異ならせて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる幅のバックヨークが重なるよう電磁鋼板が積層されることを特徴とする請求項１記載のモータ。
3. 前記電磁鋼板の突極間のバックヨークに深さの異なる切り欠きを入れて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる深さの切り欠きを有するバックヨークが重なるよう電磁鋼板が積層されることを特徴とする請求項１または２記載のモータ。
4. 前記電磁鋼板が少なくとも２種類の厚さで形成され、それぞれが交互になるように積層されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１に記載のモータ。
5. 前記電磁鋼板の各突極位置に、軸による固定に寄与する小穴と、固定に寄与しない大穴を交互に設け、大穴と小穴が交互に重なるように電磁鋼板を積層し、軸による固定が行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のモータ。
6. 前記積層される電磁鋼板の外周において、隣り合う２枚の電磁鋼板が対向する突極位置で溶接して固定するとともに、該溶接部位は、電磁鋼板の積層に連れ、円周方向にずらしていくことを特徴とする請求項１から４のいずれか１に記載のモータ。
7. 前記電磁鋼板の突極の振れ剛性を異ならせて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる振れ剛性の突極が重なるよう電磁鋼板が積層されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１に記載のモータ。
8. 前記突極の幅を変えることによって、振れ剛性を異ならせたことを特徴とする請求項７記載のモータ。
9. 前記突極が前記リングと接触する根元において、隅アール（Ｒ）を違えたことによって、振れ剛性を異ならせたことを特徴とする請求項７または８記載のモータ。

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