(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
径方向内方に互いに夫々対向するように突出し且つ、軸方向に延びる複数個の対の極部を有するステータと、該ステータ内に回転可能に配設されると共に、径方向外方に突出して前記極部と所定の隙間を保ちながら対向可能で且つ、軸方向に延びる複数個の対の突極を有するロータと、前記各対のステータポール部に巻回される複数個のコイルとを備え、主に特定の回転方向に回転されるスイッチドリラクタンスモータにおいて、前記ロータの突極に、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう形状の、ロータの材質に比べて弱い磁性となる弱磁性部分を形成したことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項２】
前記弱磁性部分は、前記ロータの突極に刻まれた溝であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項３】
前記弱磁性部分は、前記ロータの突極に刻まれた溝及び該溝を貫通する非磁性の高電気抵抗部材であることを特徴とする請求項１に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項４】
径方向内方に互いに夫々対向するように突出し且つ、軸方向に延びる複数個の対の極部を有するステータと、該ステータ内に回転可能に配設されると共に、径方向外方に突出して前記極部と所定の隙間を保ちながら対向可能で且つ、軸方向に延びる複数個の対の突極を有するロータと、前記各対のステータポール部に巻回される複数個のコイルとを備え、主に特定の回転方向に回転されるスイッチドリラクタンスモータにおいて、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう線を一辺とし、反回転方向側かつ内周側に向かって延びる形状の、ロータの材質に比べて弱い磁性となる弱磁性部分を形成したことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項５】
前記弱磁性部分は、前記ロータの突極に刻まれた穴であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項６】
前記弱磁性部分は、前記ロータの突極に刻まれた穴及び該穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材であることを特徴とする請求項４に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項７】
前記弱磁性部分は、前記ロータの突極の反回転方向側に設けたことを特徴とする請求項１または４に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【請求項８】
前記ロータは複数の板を積層して形成され、前記高電気抵抗部材が、前記複数の板を貫通していることを特徴とする請求項３または６に記載のスイッチドリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に特定の回転方向に回転されるスイッチドリラクタンスモータに関し、例えば、電気自動車の動力源として利用できる。
【０００２】
【従来の技術】
スイッチドリラクタンスモータ（以下、ＳＲモータと称する）は、一般に、円筒状に配置されコイルが巻回された複数の極部を有するリング状のステータと、該ステータの内側に回転可能に配設され、前記極部に対向する突極を備えたロータとを備えている。通常、ロータは単に磁性体である鉄板を積層して構成した鉄心である。このコイル及び極部が電磁石として働き、ロータの突極を吸引する。通電するコイルをロータの回転と共に切換えることによってロータを定常的に回転させる。
【０００３】
この種のＳＲモータは、例えば、特開昭４８−７７３１４号公報、特開昭６１−２０３８４７号公報、ＵＳＰ３，９５６，６７８等に開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ＳＲモータは、コイル励磁によるロータ、ステータの極の磁極間に作用する磁気吸引力を利用してトルクを発生させるものであるが、回転時の振動が大きい。これは、通電一周期において、径方向の磁気吸引力がロータ回転に伴い増大し、通電切換時に最大となった吸引力が急に無くなるため、径方向の振動がロータ、ステータ双方に発生して、それが伝播するためである。
【０００５】
上記したＵＳＰ３，９５６，６７８に開示される技術は、ＳＲモータの始動時に回転方向を定めるために、突極のロータの回転方向側に複数のスリットゾーンを設けたものである。これによれば、通電切換時の磁気吸引力を下げることができるが、トルクも著しく下がってしまうため、具合が悪い。
【０００６】
それゆえ、本発明は当該スイッチドリラクタンスモータにおいて、所望のトルクの発生を維持しつつ、簡単な構成にて通電切換時の磁気吸引力を下げることを、その課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために講じた本発明の技術的手段は、当該スイッチドリラクタンスモータにおいて、ロータの突極に、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう形状、または、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう線を一辺とし、反回転方向側かつ内周側に向かって延びる形状の、ロータの材質に比べて弱い磁性となる弱磁性部分を形成したことである。
【０００８】
上記した手段において、弱磁性部分を、ロータの突極に刻まれた溝または穴により形成することができる。
【０００９】
また、更に、弱磁性部分を、ロータの突極に刻まれた溝または穴及び該溝又は穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材で構成することができる。
【００１０】
また、更に、弱磁性部分は、ロータの突極の反回転方向側の部分に設けることが望ましい。
【００１１】
また、ロータを複数の板を積層した構造とし、弱磁性部分を、ロータの突極に刻まれた溝又は穴及び該溝又は穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材として、複数の板を貫通するようにしても良い。
【００１２】
上記した手段によれば、コイルを通電することによりロータの突極とステータの極部との間に磁気吸引力が発生して、ロータが回転し、複数のコイルの通電を切換えることにより、ロータの回転が継続される。
【００１３】
ここで、ロータの回転方向側の突極端部とステータの極部の端部が重なる（対向する）までの段階では、磁力線が両端部に集中し、トルク、磁気吸引力は弱磁性部分の有無にほぼ無関係となる。ロータの回転に伴い、ロータの突極がステータの極部に重なり、突極と極部の対向面積の増大に伴って、磁気吸引力が増加するが、磁気吸引力の増加に寄与する磁束の増加が弱磁性部分により制限される。これにより、ロータ反回転方向側の突極端部とステータの極部の端部が重なった段階では、ロータの突極内を通る磁力線が弱磁性部分に遮られて、磁気吸引力の増加が抑えられる。一方、ロータを回転させようとする力（トルク）は、主にロータの回転方向側の突極端部とステータの極部の端部との間の磁気吸引力により得られるので、弱磁性部分による上記した磁気吸引力増加の抑制はＳＲモータのトルクを著しく減少させるものではない。
【００１４】
したがって、所望のトルクの発生を維持しつつ、簡単な構成にて通電切換時の磁気吸引力を下げることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に従ったＳＲモータの実施の形態を図面に基づき、説明する。
【００１６】
本実施形態では、ＳＲモータ１は極部１１ａを１２極、突極１４を８極夫々備える構成の形態を示し、図１及び図２は本発明の第１実施形態を示す。図１において、ＳＲモータ１は、円環状の電磁鋼板の積層により形成され、その内周に径方向内方に互いに夫々対向するように等間隔に突出し且つ、軸方向に延びる６対の極部１１ａを有するステータ１１を有している。尚、ステータ１１は、その外周部をハウジングの内孔に焼きばめにより固定されている。互いに対向する各対の極部１１ａは、２対づつを組にして各組の極部１１ａにコイル１３が夫々巻回され、３相構造になっている。
【００１７】
ステータ１１内に電磁鋼板の積層により形成されるロータ１０が配設されている。ロータ１０は、その軸心に中央孔を有し、該中央孔にその両端にて図示しないサイドハウジングに軸受を介して回転可能に支持される、回転軸１２が嵌合固定されている。これにより、ロータ１０は、ステータ１１内を回転軸１２と一体に回転可能となっている。更に、ロータ１０は、径方向外方に互いに逆方向に等間隔に突出し且つ、軸方向に延びる４対の突極１４を有している。これら各突極１４は、図１に示されるように、ロータ１０の回転に応じて、各極部１１ａに対向する際、両者間に所定の隙間を保つ。本実施形態では、ロータ１０は図１において反時計方向に回転し、ロータ１０の各突極１４に、反回転方向である時計回り方向側にロータ１０の材質に比べて弱磁性部分１５が設けられている。
【００１８】
図２に示すように、この弱磁性部分１５は、各突極１４ｂに形成された、反回転方向である時計回り方向側かつ径方向外方側の点Ｅから回転方向である反時計方向側の点Ｆに向かう長円形状の溝１５ｂによって構成される。尚、溝１５ｂは、長円形状の他にも、楕円形状であっても良い。
【００１９】
図３は本発明の第２実施形態を示す。この実施形態では、弱磁性部分１５は、反回転方向側かつ径方向外方側の点Ｅから回転方向側かつ径方向内方側の点Ｆへ向かう線を一辺Ｄとし、反回転方向側且つ径方向内方側へ向かって延びる三角形状の穴１５ａによって構成される。尚、穴１５ａは図示のように角を丸くしておいてもよい。
【００２０】
尚、本発明は、上記した２つの実施形態に限られるものではなく、反回転方向側かつ径方向外方側から回転方向側かつ径方向内方側へ向かう線を一辺とし、反回転方向側且つ径方向内方側へ向かって延びておれば、どんな形状であっても構わない。また、反回転方向側かつ径方向外方側から回転方向側かつ径方向内方側へ向かう線は直線であることが望ましいが、完全に直線でなくてもよく、曲線等に変えてもよい。
【００２１】
上記した実施形態において、溝１５ｂ及び穴１５ａは他の部分に比べ、磁性が弱くなり、弱磁性部分１５として働く。尚、この溝１５ｂ及び穴１５ａ非磁性の高電気抵抗部材を貫通させるようにしてもよい。
【００２２】
以下、上記した本実施形態の作用を従来例と比較して説明する。
【００２３】
上記した構成において、コイル１３を通電することにより、ロータ１０の突極１４とステータ１１の極部１１ａ間に磁気吸引力が発生し、この吸引力の分力によりロータ１０に突極１４を極部１１ａに対向させるようにトルクが作用する。このトルクは、複数のコイル１３の通電を切換えることにより、継続してロータ１０に作用し回転が継続される。
【００２４】
図４及び図５にロータ角度と回転トルクの関係、ロータ角度と磁気吸引力の関係を夫々示す。ここで、ロータ角度は、極部１１ａが隣合う２つの突極１４の丁度中間にある点を０°としている。突極１４が極部１１ａと完全に向かい合う点が２２．５°となる。尚、図４及び図５中、実線は従来技術（穴なし）を、また点線は本発明（穴あり）を示す。
【００２５】
図４及び図５に示すように、ロータ１０の突極１４の回転方向側端部とステータ１１の極部１１ａの端部が重なり、弱磁性部分１５がステータ１１の極部１１ａに重なる（対向する）までは、突極１４は弱磁性部分１５に遮られることがないため、トルク及び磁気吸引力はロータ１０の回転に伴い増大する。尚、図４に示すようにトルクは上記したようにロータ１０の突極１４に作用する磁気吸引力の分力で生じるため、弱磁性部分１５がステータ１１の極部１１ａに重なる（対向する）前にピークが生じ、徐々に低下する。
【００２６】
ロータ１０の回転に伴い、ロータ１０の突極１４とステータ１１の極部１１ａの対向面積の増大に伴って、図５に示すように、磁気吸引力が増加するが、磁気吸引力の増加に寄与する磁束の増加が弱磁性部分１５により制限される。これにより、ロータ１０の反回転方向側の突極端部とステータ１１の極部１１ａの端部が重なった段階では、ロータ１０の突極１４内を通る磁力線が弱磁性部分１５に遮られて、磁気吸引力の増加が抑えられ、通電切換時の磁気吸引力は従来の約５０００ｋｇｆから約４２５０ｋｇｆに低下される。一方、トルクは、主にロータ１０の回転方向側の突極端部とステータ１１の極部の端部との間の磁気吸引力の分力により得られ、また弱磁性部分１５は、図２及び図３に示されるように、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう形状、または、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう線を一辺とし、反回転方向側かつ内周側に向かって延びる形状を呈しているので、突極１４を極部１１ａに対向させるように作用する上記磁気吸引力の分力に寄与する磁束を大きく制限しないので、弱磁性部分による上記した磁気吸引力増加の抑制によりトルクは著しく減少せず、穴なし（弱磁性部分なし）の従来技術に比し、数％減少するに留められる。尚、トルクは図４において、通電範囲内の面積で表される。
【００２７】
上記したように、ロータ１０の突極１４に、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう形状、または、反回転方向側かつ外側から回転方向側かつ内周側に向かう線を一辺とし、反回転方向側かつ内周側に向かって延びる形状の、ロータの材質に比べて弱い磁性となる弱磁性部分１５を形成することで、所望のトルクの発生を維持しつつ、コイル１３の通電切換時の磁気吸引力を減少させることができる。よって、ＳＲモータの重量増加及びコスト増大を招く、コイル１３の巻数増加によるトルク増大を図らなくても、必要なトルクを得られると同時に、通電切換時の最大磁気吸引力を低下させ、通電切換時の磁気吸引力の大きな変化（最大→０）に起因する振動に基づく騒音の発生を低減することができる。図６に、弱磁性部分を有していない従来技術とい本発明に従ったＳＲモータの回転数と騒音の関係を示す。図６から明らかなように、使用領域全域にわたり本発明によれば騒音を低減できることがわかる。簡単な構成にて通電切換の直前の磁気吸引力を下げることができる。尚、図６に示す騒音測定時のモータ入力は両者に差は少なく、本発明によるトルクの減少が少ないことを確認している。
【００２８】
尚、上記した実施形態では、弱磁性部分１５を、ロータ１０の突極１４に刻まれた溝１５ａ又は穴１５ｂとしているが、この形状は、製造も簡単であり、コストアップの心配もない。
【００２９】
また、上記実施形態において、弱磁性部分１５を、ロータ１０の突極１４に刻まれた溝１５ａ又は穴１５ｂ及び該溝又は穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材で構成すると、鉄板を積層して形成されるロータ１０の強度を高めることができる。また、高電気抵抗部材により、ロータ１０の回転アンバランスを修正することもできる。尚、高電気抵抗部材を用いれば、ロータ１０に生じる渦電流の影響を抑えることができる。
【００３０】
尚、上記した実施形態では、６対の極部を有するステータと、４対の突極を有するロータとを備えたスイッチドリラクタンスモータに本発明を適用したが、３対の極部を有するステータと、２対の突極を有するロータとを備えたスイッチドリラクタンスモータ等の他のタイプにも適用することは可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上の如く、ＳＲモータの重量増加、コスト増大、効率低下なしに、振動及び騒音の低減を図ることができる。
【００３２】
更に、反回転方向側かつ径方向外方側から回転方向側かつ径方向内方側へ向かう線を一辺とし、反回転方向側且つ径方向内方側へ向かって延びる形状とすることで、トータルトルクを殆ど変えずに通電切換時の磁気吸引力だけを大幅に低下させることができ、通電切換時の磁気吸引力の大きな変化に起因する振動に基づく騒音の発生を低減することができる。尚、弱磁性部分をロータの突極に刻まれた溝又は穴とすることで、コストを増大することなく、上記効果を得ることができる。
【００３３】
更に、弱磁性部分を、ロータの突極に刻まれた溝又は穴及び該溝又は穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材とすると、より安定した性能が得られる。
【００３４】
また、更に、ロータを複数の磁性体からなる板を積層した構造とし、弱磁性部分をロータの突極に刻まれた溝又は穴及び該溝又は穴を貫通する非磁性の高電気抵抗部材とし、高電気抵抗部材を複数の板を貫通させるようにすれば、ロータの強度を高めることができると共に、ロータの回転アンバランスの修正も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従ったスイッチドリラクタンスモータの第１の実施形態の構成図である。
【図２】図１に示す第１の実施形態のロータの正面図である。
【図３】本発明に従ったスイッチドリラクタンスモータの第２の実施形態のロータの正面図である。
【図４】本発明に従ったスイッチドリラクタンスモータと従来技術の、ロータ角度に対する回転トルクの関係を示す特性図である。
【図５】本発明に従ったスイッチドリラクタンスモータと従来技術の、ロータ角度に対する磁気吸引力の関係を示す特性図である。
【図６】本発明に従ったスイッチドリラクタンスモータと従来技術の、モータ回転数に対する騒音の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１  ＳＲモータ
１０  ロータ
１１  ステータ
１１ａ  極部
１２  回転軸
１３  コイル
１４、１４ａ、１４ｂ  突極
１５  弱磁性部分
１５ａ  穴
１５ｂ  溝
【図１】
0003633106.tif 000002
【図２】
0003633106.tif 000003
【図３】
0003633106.tif 000004
【図４】
0003633106.tif 000005
【図５】
0003633106.tif 000006
【図６】
0003633106.tif 000007