JP5759931B2 - モータ - Google Patents

Description

本発明は、モータに関する。

従来から、種々のモータが知られており、その一つとして、特許文献１に開示されるスイッチトリラクタンスモータ（以下、単に「ＳＲモータ」とも称する。）が知られている。

このＳＲモータは、図６に示されるように、回転軸１０１を有するロータ１０２と、このロータ１０２を回転軸１０１の周方向に囲うステータ１０３と、を備える。ステータ１０３は、ロータ１０２と所定の間隔をおいて当該ロータ１０２を周方向に囲うステータコア１０４と、ステータコア１０４からロータ１０２に向けて延びる複数のティース１０５、１０５、…と、各ティース１０５に設けられる励磁コイル１０６と、を有する。この励磁コイル１０６は、絶縁被覆銅線等の導体線がティース１０５に巻回されることによって構成されている。ロータ１０２は、ロータ本体１０７から径方向に突出する複数の突極１０８、１０８、…を有する。

ＳＲモータ１００では、励磁コイル１０６によって形成された磁場によってロータ１０２の各突極１０８が回転軸１０１の回転方向前方側のティース１０６に引き寄せられる。これにより、ロータ１０２が回転してこの回転力が回転軸１０１を通じて外部に伝達される。

特開２００８−２４９２４０号公報

上記のＳＲモータ１００では、ロータ１０２を回転させるために、ティース１０５がロータ１０２の突極１０８を磁場吸引力によって断続的に引き寄せることで、各ティース１０５が当該ティース１０５の固有振動数の高調波成分を多く含む加振力を受ける場合がある。この場合、各ティース１０５が共振してステータ１０３の振動が増大し、ＳＲモータ１００において騒音が発生する。

また、上記のＳＲモータ１００では、励磁コイル１０６に電流が断続的に供給されることで各励磁コイル１０６が発熱するため、励磁コイル１０６を構成する絶縁被覆銅線等の導体線における被覆膜の耐熱性の観点から励磁コイル１０６を冷却する必要がある。

ここでは、ＳＲモータについて事情を説明したが、励磁コイルによって生じるステータとロータとの間における磁力の吸引と反発とによって回転するモータ一般についても同様である。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、ステータにおけるティースの共振を抑えると共に励磁コイルの冷却可能なモータを提供することを課題とする。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明にかかるモータの一態様では、回転軸を有するロータと、前記ロータを前記回転軸の周方向に囲うステータと、を備える。そして、前記ステータは、励磁コイルが取り付けられた複数のティースを有し、各ティースには、その表面から突出する防振冷却用部材がそれぞれ設けられ、前記複数のティースの各防振冷却用部材において重さの異なるものがある。

かかる構成によれば、重さの異なる防振冷却用部材を設けることによってティース同士の固有振動数を異なる値にしてこれらティース間の共振を抑え、これにより、モータにおける前記共振に起因する騒音の発生を抑えることができる。しかも、突出するように防振冷却用部材をティースに設けることによって励磁コイルからティースに伝わった熱を放熱できる面の面積を増大させ、これにより、励磁コイルを効果的に冷却する。

そして、上述のモータにおいて、以下の態様が好ましい。まず、上述のモータにおいて、前記ステータは、前記ロータと所定の間隔をおいて当該ロータを前記周方向に囲うステータコアを有し、前記各ティースは、前記ステータコアから前記ロータに向けてそれぞれ延び、前記防振冷却用部材は、前記各ティースにおける前記ロータ側の端部に設けられることを特徴とする。

かかる構成によれば、ステータコアに片持ち状態で設けられたティースの自由端（先端部）に所定の重さの部材（防振冷却用部材）が設けられるため、当該ティースの固有振動数を効果的に変化させることができる。これにより、ティース同士の固有振動数を好適に変えることができる。

また、上述のモータは、前記回転軸の少なくとも一方側の端部を残して前記ロータ及び前記ステータを囲うケーシングを備え、前記防振冷却用部材は、前記ティースと反対側の端部が前記ケーシングに接続されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、励磁コイルからティースに伝わった熱が防振冷却用部材を通じてケーシングに伝熱されて当該ケーシングの表面からも放熱されるため、励磁コイルがより効果的に冷却される。

また、本発明にかかるモータの他の一態様では、回転軸を有するロータと、前記ロータを前記回転軸の周方向に囲うステータと、前記回転軸の少なくとも一方側の端部を残して前記ロータ及び前記ステータを囲うケーシングと、を備える。そして、前記ステータは、前記ロータと所定の間隔をおいて当該ロータを前記周方向に囲うステータコアと、前記ステータコアから前記ロータに向けて延びる複数のティースと、を有し、各ティースは、当該ティースと前記ケーシングとを接続する防振冷却用バネ部材をそれぞれ有し、前記防振冷却用バネ部材は、前記ティースのロータ側の端部が初期位置から変位するのに伴い弾発力を生成してこの弾発力によって前記ロータ側の端部を前記初期位置に戻す方向に付勢する形状を有し、前記複数のティースの各防振冷却用バネ部材においてバネ定数の異なるものがある。

かかる構成によれば、バネ定数の異なる防振冷却用バネ部材が設けられたティース同士の固有振動数が異なった値となるため、これらティース間の共振が抑えられ、これにより、モータにおける騒音の発生が抑えられる。詳しくは、ティースの先端が例えば出力軸と直交する方向に振動（変位）したときに、バネ定数の異なる防振用冷却部材が設けられたティース同士ではこの振動によって防振冷却用バネ部材が弾性変形することによるティースの固有振動数が異なる。このため、当該モータにおいて、ある回転数での電磁力により発生する加振力の周波数成分と共振周波数が一致するティースが一部となり、その結果、ステータ全体での振動の増大が抑制される。これにより、モータで生じる騒音を抑えることができる。

しかも、ティースとケーシングとを接続するように防振冷却用バネ部材が設けられることによって励磁コイルからティースに伝わった熱を放熱できる面の面積（表面積）を増加させると共に、前記熱を当該防振冷却用バネ部材を通じてケーシングに伝熱して当該ケーシングの表面からも放熱させることによって励磁コイルを効果的に冷却することができる。

上記のモータは、例えば、スイッチトリラクタンスモータであってもよい。

以上より、本発明によれば、ステータにおけるティースの共振を抑えると共に励磁コイルを冷却可能なモータを提供することができる。

第１実施形態に係るスイッチトリアクタンスモータの縦断面図である。 前記スイッチトリアクタンスモータの横断面図である。 （Ａ）は、前記スイッチトリアクタンスモータの横断面図の一部拡大図であり、（Ｂ）は、図３（Ａ）における筒状のステータコアを真っ直ぐに広げた状態で図３（Ａ）の矢印Ａ方向から見た図である。 第２実施形態に係るスイッチトリアクタンスモータであって、（Ａ）は、横断面の一部拡大図であり、（Ｂ）は、図４（Ａ）における筒状のステータコアを真っ直ぐに広げた状態で図４（Ａ）の矢印Ｂ方向から見た図である。 他実施形態に係るスイッチトリアクタンスモータであって、（Ａ）は、横断面の一部拡大図であり、（Ｂ）は、図５（Ａ）における筒状のステータコアを真っ直ぐに広げた状態で図５（Ａ）の矢印Ｃ方向から見た図である。 従来のスイッチトリアクタンスモータの横断面図である。

以下、本発明の第１実施を添付図面に基づいて説明する。尚、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。

本実施形態に係るモータは、いわゆるスイッチトリラクタンスモータ（以下、単に「ＳＲモータ」とも称する。）であり、図１〜図３（Ｂ）に示されるように、ケーシング（収容容器、筐体）１１と、ステータ（固定子）２０と、出力軸（回転軸、シャフト）３１を有するロータ（回転子）３０と、防振冷却用部材５０と、を備える。このＳＲモータ１０では、出力軸３１の一部を外部に突出させた状態でケーシング１１内にロータ３０とステータ２０とが各軸心を一致させて（同軸に）配置され、回転変化する磁界（回転磁界）によってロータ３０が回転する。

具体的には、以下の通りである。

ケーシング１１は、略円筒形状のケーシング本体１２と、ケーシング本体１２の一方（図１における右側）の開放端側に取り付けられて当該ケーシング本体１２の一方の開放端を閉塞するフロントブラケット１３と、ケーシング本体１２の他方（図１における左側）の開放端側に取り付けられて当該ケーシング本体１２の他方の開放端を閉塞するエンドブラケット１４と、を備える。フロントブラケット１３及びエンドブラケット１４は、軸受け１５、１６をそれぞれ有し、各軸受け１５、１６は、ロータ３０の出力軸３１を回動可能に軸支する。

ステータ２０は、ステータコア２１と、複数（本実施形態の例では１２個）のティース２２、２２、…と、を備え、ロータ３０を出力軸３１の周方向（回転方向）に囲う。

ステータコア２１は、ロータ３０と所定の間隔をおいて当該ロータ３０を周方向に囲う略円筒形状を有し、ケーシング本体１２の内周面１２ａに固着される。

各ティース２２は、ステータコア２１に囲まれた領域内において当該ステータコア２１からロータ３０に向けてそれぞれ延びると共に出力軸３１方向に沿って延びる突条部位である。各ティース２２には、励磁コイル（巻線）２３が取り付けられている。この励磁コイル２３は、絶縁被覆銅線等の絶縁体で被覆された導体線がティース２２に巻回されることによって形成される。このようなティース２２及び励磁コイル２３によって磁極が形成されており、当該磁極は、所定の個数（磁極数）で設けられている。本実施形態の磁極数は、例えば、１２である。当該ＳＲモータ１０では、このような複数のティース２２、２２、…に取り付けられた各励磁コイル２３に対して所定の位相差の電流が供給されることにより、前記回転磁界が形成され、これにより、ロータ３０が回転する。

以上のステータコア２１とティース２２とを備えたステータ２０は、例えば、複数の電磁鋼板が積層されることによって形成される。尚、ステータ２０は、電磁鋼板が積層される構成に限定されず、例えば、軟磁性体粉末等によって形成された、いわゆる圧分コアであってもよい。

ロータ３０は、出力軸３１と、出力軸３１が挿通された円柱形状のロータ本体３２と、ロータ本体３２の外周面から半径方向に突出する複数（本実施形態の例では８個）の突極３３、３３、…と、を備える。各突極３３は、出力軸３１方向に延びる突条であり、これら複数の突極３３、３３、…は、ロータ本体３２の外周面において周方向に等間隔となるように設けられている。

出力軸３１は、一方の端部（図１における左端）がエンドブラケット１４に設けられた軸受け１６に軸支された状態で、ロータ３０の回転により生じた出力をケーシング１１の外部へ伝えるべく、フロントブラケット１３を挿通して外方に延設されている。

防振冷却用部材５０は、ティース２２の表面から突出するように各ティース２２にそれぞれ設けられている。この防振冷却用部材５０は、中実の柱形状を有し、ティース２２とケーシング１１（詳しくはフロントブラケット１３又はエンドブラケット１４）とを接続する。本実施形態の防振冷却用部材５０は、銅によって形成されているが、この素材に限定されず、例えば、アルミ等であってもよい。

具体的に、防振冷却用部材５０は、ティース２２のロータ３０側の端部（先端部）２２ａにおける出力軸３１方向両端部からそれぞれ延びている。各ティース２２に設けられた防振冷却用部材５０において、重さの異なるものがある。本実施形態では、隣り合うティース２２、２２に設けられた防振冷却用部材５０、５０同士の重さが互いに異なる。詳しくは、本実施形態のＳＲモータ１０では、重さの異なる３種類（第１〜第３部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ）の防振冷却用部材５０が用いられている。そして、各防振冷却用部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、例えば、図２において時計回りに、第１部材５０Ａ、第２部材５０Ｂ、第３部材５０Ｃが順に繰り返されるように各ティース２２に配置されている。これにより、隣り合うティース２２、２２の固有振動数が異なった状態となり、これらティース２２、２２間の共振が抑えられる。

本実施形態の防振冷却用部材５０は、全て銅によって形成されている（即ち、同じ素材で形成されている）ため、断面積（大きさ）を変えることにより重さを変えているが、素材を変えることによって重さを変えてもよい。また、各ティース２２に設けられる防振冷却用部材５０の数を変更することにより、各ティース２２の固有振動数を異なった状態にしてもよい。

以上のＳＲモータ１０によれば、重さの異なる防振冷却用部材５０を設けることによってティース２２、２２同士の固有振動数を異なる値にしてこれらティース２２、２２間の共振を抑え、これにより、ＳＲモータ１０における前記共振に起因する騒音の発生を抑えることができる。しかも、突出するように防振冷却用部材５０をティース２２に設けることによって励磁コイル２３からティース２２に伝わった熱を放熱できる面（放熱面）の面積（表面積）を増大させ、これにより、励磁コイル２３を効果的に冷却する。

また、本実施形態のＳＲモータ１０では、ステータコア２１に片持ち状態で設けられたティース２２の自由端（先端部）２２ａに所定の重さの部材（防振冷却用部材）５０が設けられるため、当該ティース２２の固有振動数を効果的に変化させることができる。これにより、ティース２２、２２同士の固有振動数を好適に変えることができる。

また、本実施形態のＳＲモータ１０では、防振冷却用部材５０がティース２２とケーシング１１とを接続しているため、励磁コイル２３からティース２２に伝わった熱が防振冷却用部材５０を通じてケーシング１１に伝熱されて当該ケーシング１１の表面からも放熱されるため、励磁コイル２３がより効果的に冷却される。

次に、本発明の第２実施形態について図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照しつつ説明するが、上記第１実施形態と同様の構成には同一符号を用いると共に詳細な説明を省略し、異なる構成ついてのみ詳細に説明する。

本実施形態のＳＲモータでは、防振冷却用部材１５０が、第１実施形態のＳＲモータ１０の防止冷却用部材５０と異なる。本実施形態の防振冷却用部材１５０は、ティース２２の先端部２２ａとケーシング１１（詳しくは、フロントブラケット１３又はエンドブラケット１４）とを接続するバネ部材（防振冷却用バネ部材）である。このバネ部材１５０は、ティース２２の先端部２２ａが初期位置から変位するのに伴い弾発力を生成してこの弾発力によってティース２２の先端部２２ａを初期位置に戻す方向に付勢する。複数のティース２２、２２、…の各バネ部材１５０においてバネ定数の異なるものがある。即ち、第１実施形態の防振冷却用部材５０は、防振冷却用部材自身の重さ（自重）の違いによって各ティース２２の固有振動数を変えているのに対し、本実施形態の防振冷却用部材（バネ部材）１５０は、バネ定数の違いによって各ティース２２の固有振動数を変えている。

このバネ部材１５０は、ティース２２とフロントブラケット１３（又はエンドブラケット１４）とを接続し、出力軸３１の径方向外側に向かって見たときに矩形状の角筒形状を有する。本実施形態のバネ部材１５０は、例えば、銅によって形成されているが、この素材に限定されない。各バネ部材１５０（１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ）は、図４（Ｂ）に示されるように、厚みを変えることによってバネ定数を変えている。

このような構成のバネ部材１５０は、ティース２２の先端２２ａが出力軸３１と直交する方向に振動（変位）したときにこの振動によって弾性変形して弾発力を生成し、この弾発力によってティース２２の振動を抑える（振動を小さくする）。このとき、バネ部材１５０のバネ定数が異なることによって振動が小さくなった状態のティース２２、２２間の振動（固有振動数）が異なることで、これらティース２２、２２同士の共振が抑えられ、この共振に起因してＳＲモータ１０で生じる騒音を抑えることができる。

また、このバネ部材１５０は、ティース２２とケーシング１１とを接続するように設けられることによって励磁コイル２３からティース２２に伝わった熱を放熱可能な面の面積を増加させると共に、前記熱を当該バネ部材１５０を通じてケーシング１１に伝熱して当該ケーシング１１の表面からも放熱させることにより励磁コイル２３を効果的に冷却することができる。

尚、本発明のモータは、上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

上記第１及び第２実施形態のモータは、ＳＲモータであるが、この形式のモータに限定されない。即ち、励磁コイルによって形成された磁力による吸引と反発とによってロータが回転したときに、当該ロータの周囲を囲うステータのティースに振動が生じる形式のモータであれば、本発明を適用することができる。例えば、磁石付きの同期モータ、誘導モータなどの積層鋼板で構成されるモータ、又はステッピングモータ等であってもよい。

重さの異なる防振冷却用部材５０（又はバネ定数の異なるバネ部材１５０）の具体的な配置順は、限定されない。例えば、重さの異なる防振冷却用部材５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃは、ランダムに配置されてもよく、また、図２において時計回りに、第１部材５０Ａ、第２部材５０Ｂ、第３部材５０Ｃ、第２部材５０Ｂ、第１部材５０Ａ、第２部材５０Ｂ、…等の順で配置されてもよい。また、防振冷却用部材５０の重さ（又はバネ部材１５０のバネ定数）は、３種類に限定されず、ティース２２、２２間の固有振動数を異ならせてティース２２、２２同士の共振を抑えることができる重さ（バネ定数）であれば２種類又は４種類以上であってもよい。

また、複数のティース２２、２２、…に設けられた各防振冷却用部材５０（又はバネ部材１５０）のうちの少なくとも１つの防振冷却用部材５０の重さ（又は少なくとも１つのバネ部材１５０のバネ定数）が異なっていればよい。これにより、この異なる重さの防振冷却用部材（例えば５０Ａ）（又は異なるバネ定数のバネ部材（例えば１５０Ａ））が設けられたティース２２と、他の防振冷却用部材（例えば５０Ｂ又は５０Ｃ）（又は他のバネ部材（例えば１５０Ｂ又は１５０Ｃ））が設けられたティース２２との共振が抑えられ、その結果、モータで発生する前記共振に起因する騒音のレベルを低下させることができる。

上記第１及び第２実施形態のＳＲモータでは、ティース２２の先端部２２ａにおいて、防振冷却用部材５０（又はバネ部材１５０）が出力軸３１方向両端からそれぞれ延びている（図１においてティース２２から左右方向両端からそれぞれ延びている）が、出力軸３１方向の一方側の端部のみから延びていてもよい（図１においてティース２２の左右方向における一方側端部のみから延びていてもよい）。

また、防振用冷却部材５０又はバネ部材１５０の配置位置は、ティース２２の先端部２２ａに限定されず、例えば、ティース２２の基部側（ステータコア２１側）に設けられてもよい。

また、上記第１実施形態の防振冷却用部材５０は、直線状又は略直線状に延びているが、途中で屈曲又は湾曲等し、防振冷却用部材５０におけるティース２２と反対側の端部がケーシング１１の周壁（ケーシング本体１２等）に接続されていてもよい。

また、上記第１実施形態の防振冷却用部材５０は、ティース２２とケーシング１１とを接続しているが、この構成に限定されず、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示されるように、防振冷却用部材２５０は、ティース２２から延び、ティース２２と反対側の端部が自由端となっていてもよい。防振冷却用部材２５０がこのような構成であっても、防振冷却用部材２５０（例えば、２５０Ａ、２５０Ｂ）同士の重さが異なっていればこれら防振冷却用部材２５０Ａ、２５０Ｂが設けられたティース２２、２２同士の固有振動数を異ならせることができ、また、ティース２２から突出した形状とすることによって放熱面積を増大させて励磁コイル２３を冷却することができる。

また、防振冷却用部材の具体的形状は限定されない。例えば、上記第１実施形態の防振冷却用部材は柱状であるが、これに限定されず、例えば、半球状や、板状であってもよい。即ち、防振冷却用部材は、励磁コイル２３からティース２２に伝わった熱を放熱できる面（所定の大きさの表面）を有していればよい。

また、上記第２実施形態のバネ部材１５０の具体的形状は限定されない。例えば、上記第２実施形態のバネ部材１５０は角筒形状であるが、この形状に限定されない。バネ部材は、例えば、つるまきバネや板バネ等によって構成されていてもよい。

１０ スイッチトリラクタンスモータ（モータ）
１１ ケーシング
２０ ステータ
２１ ステータコア
２２ ティース
２３ 励磁コイル
３０ ロータ
３１ 出力軸（回転軸）
３２ ロータ本体
３３ 突極
５０、２５０ 防振冷却用部材
５０Ａ 第１部材
５０Ｂ 第２部材
５０Ｃ 第３部材
１５０ バネ部材（防振冷却用バネ部材）

Claims (5)

1. 回転軸を有するロータと、
   前記ロータを前記回転軸の周方向に囲うステータと、を備え、
   前記ステータは、励磁コイルが取り付けられた複数のティースを有し、
   各ティースには、その表面から突出するように防振冷却用部材がそれぞれ設けられ、
   前記各ティースに設けられた防振冷却用部材において、重さの異なるものがあることを特徴とするモータ。
2. 前記ステータは、前記ロータと所定の間隔をおいて当該ロータを前記周方向に囲うステータコアを有し、
   前記各ティースは、前記ステータコアから前記ロータに向けてそれぞれ延び、
   前記防振冷却用部材は、前記各ティースにおける前記ロータ側の端部に設けられる請求項１に記載のモータ。
3. 前記回転軸の少なくとも一方側の端部を残して前記ロータ及び前記ステータを囲うケーシングを備え、
   前記防振冷却用部材は、前記ティースと反対側の端部が前記ケーシングに接続されている請求項１又は２に記載のモータ。
4. 回転軸を有するロータと、
   前記ロータを前記回転軸の周方向に囲うステータと、
   前記回転軸の少なくとも一方側の端部を残して前記ロータ及び前記ステータを囲うケーシングと、を備え、
   前記ステータは、前記ロータと所定の間隔をおいて当該ロータを前記周方向に囲うステータコアと、前記ステータコアから前記ロータに向けて延びる複数のティースと、を有し、
   各ティースは、当該ティースと前記ケーシングとを接続する防振冷却用バネ部材をそれぞれ有し、
   前記防振冷却用バネ部材は、前記ティースのロータ側の端部が初期位置から変位するのに伴い弾発力を生成してこの弾発力によって前記ロータ側の端部を前記初期位置に戻す方向に付勢する形状を有し、
   前記複数のティースの各防振冷却用バネ部材においてバネ定数の異なるものがあるモータ。
5. 当該モータは、スイッチトリラクタンスモータであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のモータ。

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