JP5477939B2 - Srモータ - Google Patents

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本発明はSR(Switched Reluctance)モータに関し、従来に比して、効率が良く、精度に優れ、より小型化と振動減少を図ることができるSRモータに関する。
一般的にSRモータは高価な永久磁石を使用することなく、磁気抵抗、即ち、起磁力と磁束の比、磁気回路の磁束に対する抵抗を利用して回転させるモータであり、ステータと相巻き線を持ち、そのステータの対向するリブ(突極)がNとSの逆極となるように前記相巻き線が巻かれ、相は半導体のパワースイッチで切り換えられる。
このSRモータのロータには相巻き線は存在せず、このSRモータの回転作動原理は、相電流のパルス信号と同期させるため、ロータの位置を検出するためのエンコーダ信号を必要とし、このロータの位置検出信号によって、ステータの相巻き線のパルス信号を半導体スイッチによって同期させるという制御でロータを回転させることとなる。
そして、このSRモータは、ロータに永久磁石を使用しないため、磁石の飛散を考慮することなく、運動効率が向上し、製造コストもブラシレスDCモータ等と比較しても大幅に有利なものとなっている。
しかしながら、このSRモータは振動が大きくなり、小型化が困難なため、使用適用範囲が限定されてしまう。この点に着目して、特許文献1に示す技術が開陳されているが、この構造では、未だ磁束のより効率のよい利用ができ得ておらず、精度の点で完成されていない。
特開2004−229404号公報
本発明が解決しようとする問題点は、従来の構造のSRモータでは、磁力の利用効率が悪く、実際的にモータとして利用するには、作動し得ないこともあり、その精度に欠けるという点である。
上記した問題点を解決するために、本発明に係るSRモータは複数のリブを等ピッチで設けたステータを有し、そのリブの先端間に、隣接対向する磁極が同極となる磁石を各々配置し、前記リブの間に各々コイルを嵌装し、前記した磁石はその各コイルの設置端面に位置されることとし、前記したリブは外表面がフラットに形成されていることとし、前記したステータはロータの外周に配置される構造とし、リブはそのロータ方向に突出されるとともに、各リブ間の空隙は内方に向かって幅狭となる楔状形態とされているSRモータにおいて、前記したコイルは各々枠状としたコア外周に巻線されたものとし、前記リブ間の空隙の幅狭となる内側の開放側から圧入又は挿入されており、コイルは内側寄りの巻数を少なくしてあることを特徴としている。
また、本発明に係るSRモータは、ロータは中心に回転軸を有し、そのロータの外周面に形成される突部(極)の先端縦断面面積は、前記したリブ(極)の先端縦断面面積と同等以上としてあることを特徴としている。

さらに、本発明に係るSRモータは前記した磁石は着脱可能とし、必要トルクに合せて、その磁石の材質、幅、長さ、個数を含めた意味での磁力を選択変更できることを特徴とし、前記したステータのリブの飽和磁束密度に対し、一つのリブを挟持することとなる前記した二つの磁石の磁束密度の合成値が1.2倍以下とすることを特徴としている。
そして、本発明に係るSRモータは前記した磁石は前記したリブ間の空隙構造に合致する横断面を台形とし、この磁石がロータ側に吸引されても飛び出し、脱落してしまうことを防止してあることを特徴としている。
本願発明に係るSRモータは上記のように構成されている。そのため、基本的に磁石を使用することのないSRモータには磁界はないが、磁石を介在させることで磁界の発生を得ることとなり、コイルに通電されると、逆方向の磁力を得、この磁力はステータのリブ内を通過する。一般的に、リブ内の飽和磁束密度は1.5〜2.0テスラであり、リブ内部が飽和してしまうとそれ以上電流を供給しても、電磁力はあまり大きくならない。しかし、磁石を介入することで磁石の発生している磁束と、電気を流した時に発生する磁束が打ち消し合い、磁石を入れた分だけ、リブの飽和磁束密度が大きくなる。そのため、従来の電流以上に電流を有効に活用でき、効率、出力の大きいモータを提供できる。
また、請求項6の発明によれば、磁石の磁力が強すぎると、その磁力は漏洩し、ロータの回転に悪影響を与えてしまうことを防止することができる。
さらに、本発明に係るSRモータの構造によると、ステータのリブ間にある磁石はロータ側に吸引されても、飛び出し、脱落してしまうことを防止できる。
このように、本願発明によるSRモータは磁力を有効に使用して、精度良く、モータとしての作動を得ることができ、しかも振動を抑え、小型化も図ることができ、磁石の交換によって必要とするトルクに合せることができ、幅広い製品に対応して搭載することができる。
図面として示し、実施例で説明したように構成することで実現した。
次に、本発明の好ましい実施の一例を図面を参照して説明する。図1は本発明を実施したSRモータを示す平面図、図2は同じく縦断面図、図3は同じく底面図、図4は同じくステータを示す平面図、図5は同じく断面図、図6は同じくロータを示す平面図、図7は同じく縦断面図、図8は同じく磁石を示す正面図、図9は同じく平面図である。
これらの図にあって1はステータを示し、このステータ1は平面的に角丸とした正方形状となっており、その内側に中心に向けて先端を集中させる形態で複数、この実施例では12個のリブ2、2‥が等ピッチ、本実施例では30度のピッチで一体に形成されている。
このステータ1は特にリブ2、2‥の部分では飽和磁束密度が2.15テスラ程度となる軟磁性材料、特に珪素鋼板や純鉄の薄板を積層接着して形成されている。この積層は、角丸の正方形状として得られるフランジ部3、3‥に軸穴4、4‥に両端に雌ネジを切った軸5を挿入し、後述するケーシングと合せネジ留めされる。
また、前記した軸穴4、4‥の対角位置の近傍には位置決め用の留め穴7、7が穿設されており、後述するケーシングと合せた状態でこの留め穴7、7に止着ピン(図示せず)を嵌装する。これによってステータ1が単に積層され、ネジ留めされた場合、そのネジ止着の余裕となる空隙によるガタ付きとそれによる当たりを防止し、モータ全体としての振動、騒音も抑えることが出来リブ2、2‥の数を多くすることにより、トルクリップルを抑えることに加えてさらに振動や騒音を抑えることができる。
前記した各リブ2、2‥の形状は従来のように先端に翼状の突起のない外表面をフラットなものとし、その先端面は平面的に見てやや凹面とされており、その各リブ2、2‥間の空隙6、6‥は中心に向かって幅狭となる楔状とされている。この空隙6、6‥には各々枠状としたコア外周に巻線したコイル8、8‥がその幅狭となる内側の開放側から圧入又は挿入されている。この際コイル8は内側寄りの巻数を少なくしてあるので、空隙6の形状に合せて、潰されるように変形して密に嵌装される。尚、図中9はコイル8のコアとの通電を完全に防ぐための絶縁材である。
さらに、前記した各リブ2、2‥の間の空隙6、6‥の先端部分には磁石10、10‥が配置されている。この磁石10は空隙6の形状に合せ、先端が幅狭となる台形となっており、脱着が可能とされているもので、モータが必要とするトルクに合せて、その磁石10、10‥は選択交換することができる。加えて、台形としたことによって、着脱自在となっていても後述するロータ側に吸引されても飛び出し、脱落してしまう虞はない。
そして、一つのリブ2を挟持する二つの磁石10、10は相対向する磁極が同極となるように配置され、挟持されるリブ2をその同極となるように励磁する。このことによって後述するロータに働く力を増強させている。また、このリブ2の飽和磁束密度に対して、そのリブ2を挟持する二つの磁石10、10の磁束密度の合成値が1.2倍以下となるようにしてある。このことによって磁石10、10の力が強すぎてロスとなることに加え、ロータの回転に対して悪影響を与えてしまうことを防止している。
一方、図中11はロータを示しており、このロータ11も軟磁性材である珪素鋼板や純鉄の薄板を積層して形成してあるが、その枚数はステータ1よりも多くし、端面の面積をステータ1よりも大きくしてある。このロータ11は同心状に120度ピッチで3つのピン穴12、12‥が設けられ、このピン穴12、12‥にピンを挿入することで位置決めされる。
このロータ11はその外周に等ピッチ、本実施例の場合には45度ピッチで8つの突部(極)13、13‥が一体形成されている。この各突部13、13‥の端面縦断面積はステータ1のリブ2の端面縦断面積と同等以上とするが、本実施例にあってはロータ11の薄板の積層枚数をステータ1よりも多くしてあるので、その分、前記断面積は大きく確保される。このことによってステータ1のリブ2を通過する磁束をより有効に突部13が受けることができる。
また、このロータ11の中心には回転軸14の挿通孔15が上下に貫通して形成されている。この回転軸14は上下端が中央に比して小径のものとされている。
さらに、図中16は上ケーシング、17は下ケーシングを示しており、各ケーシング16、17はステータ1の外形に適合させており、フランジ部3、3‥に対応する部分は段部16a、17aとして、フランジ部3に当接するように形成してある。そして、この各ケーシング16、17の外方から前記した軸5に対し、ネジ18、18を螺着して固定している。
この上ケーシング16、下ケーシング17の中央には前記した回転軸14が突出される透孔が形成されており、その開口近くの内部では回転軸14の小径部分をベアリング19、19によって支持している。
また、前記したロータ11の下面には回路基板20が配置され、ロータ11の回転位置を検出するためのエンコーダ21が備えられている。このエンコーダ21によってロータ11の回転位置を検出して、コイル8のパルス信号を同期させるよう自動的に制御される。尚、22はエンコーダ21の制御部への接続ハーネス、23はコードであり、このコード23は下ケーシング17に形成されたコード孔24を通して配備される。
さらに、図中25はコイル8に通電するための制御部に接続するためのハーネスで、このハーネスには本実施例にあってコード26a、26bが連接され、下ケーシング17に形成されたコード孔27を通して配備される。そして27aは予備のコード孔であり、コード26a、26bが太い場合、あるいは本数が多い場合はこの予備のコード孔27aを通すことができるように図られている。
本実施例に係るSRモータは上記のように構成されている。ステータ1のリブ2、2‥に対するコイル8や磁石10の配置構成から、より一層磁力を効率よく使用することができ、モータとして大きなパワーを発揮することができる。そして、その磁力にはロスがなく、精度の良い作動を得ることができ、しかも振動を制御して小型化を実現でき、その使用応用範囲を大きく拡大することができる。
本実施例に係るSRモータは上記のように構成されている。この実施例ではステータ1を外側とし、ロータ11を内側としたが、これにこだわることなく入れ替えることも可能で、ステータ1の形状もその外郭形状等は本実施例に限られるものではなく、ケーシング16、17との固着構造も他の形態に代替することも可能である。
本発明を実施したSRモータを示す平面図である。 縦断面図である。 底面図である。 ステータを示す平面図である。 断面図である。 ロータを示す平面図である。 縦断面図である。 磁石を示す正面図である。 平面図である。
符号の説明
1 ステータ
2 リブ
3 フランジ部
4 軸穴
5 軸
6 空隙
7 留め穴
8 コイル
9 絶縁材
10 磁石
11 ロータ
12 ピン穴
13 突部
14 回転軸
15 挿通孔
16 上ケーシング
16a 段部
17 下ケーシング
17a 段部
18 ネジ
19 ベアリング
20 回路基板
21 エンコーダ
22 ハーネス
23 コード
24 コード孔
25 ハーネス
26a コード
26b コード
27 コード孔
27a 予備のコード孔

Claims (5)

  1. 複数のリブを等ピッチで設けたステータを有し、そのリブの先端間に、隣接対向する磁極が同極となる磁石を各々配置し、前記リブの間に各々コイルを嵌装し、前記した磁石はその各コイルの設置端面に位置されることとし、前記したリブは外表面がフラットに形成されていることとし、前記したステータはロータの外周に配置される構造とし、リブはそのロータ方向に突出されるとともに、各リブ間の空隙は内方に向かって幅狭となる楔状形態とされているSRモータにおいて、前記したコイルは各々枠状としたコア外周に巻線されたものとし、前記リブ間の空隙の幅狭となる内側の開放側から圧入又は挿入されており、コイルは内側寄りの巻数を少なくしてあることを特徴とするSRモータ。
  2. ロータは中心に回転軸を有し、そのロータの外周面に形成される突部(極)の先端縦断面面積は、前記したリブ(極)の先端縦断面面積と同等以上としてあることを特徴とする請求項1に記載のSRモータ。
  3. 前記した磁石は着脱可能とし、必要トルクに合せて、その磁石の材質、幅、長さ、個数を含めた意味での磁力を選択変更できることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のSRモータ。
  4. 前記したステータのリブの飽和磁束密度に対し、一つのリブを挟持することとなる前記した二つの磁石の磁束密度の合成値が1.2倍以下とすることを特徴とする請求項1、請求項2または請求項3に記載のSRモータ。
  5. 前記した磁石は前記したリブ間の空隙構造に合致する横断面を台形とし、この磁石がロータ側に吸引されても飛び出し、脱落してしまうことを防止してあることを特徴とする請求項1、請求項2、請求項3または請求項4に記載のSRモータ。
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