(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に複数のティースを有する略円筒状のステータと、
周方向に複数の凸極を有する略円筒状のロータと、
前記ロータと一体回転する回転軸と、
前記ロータの軸方向両端部に取り付けられた円盤状のエンドプレートと、を備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、
前記エンドプレートは、前記凸極を覆う大きさを有し、前記ロータに取り付けられる側の面には、前記凸極と対向する部分同士を繋ぐように周方向に延びている円環状の溝が設けられている
ことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチトリラクタンスモータに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、周方向に複数の凸極を有する略円筒状のロータを備え、ロータの軸方向両端部に円盤状のサイドコアを取り付けたスイッチトリラクタンスモータが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−０１７３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の構成では、ロータの回転によりステータ内がかき回されて空気の流れが生じるが、サイドコアによってステータ外部への空気の流れを防止することができる。しかしながら、特許文献１に記載の構成では、ロータの凸極によって空気がステータのティース間に押し出されることで、ティース間の圧力は一時的に高くなる。その後、ティース間とロータの凹部とが向かい合ったとき、ティース間に押し込まれていた高圧の空気が一気にロータの凹部内へ流れ込む。この場合、高圧状態から急激に圧力が低下するため、圧力変動が大きくなり、大きな騒音が発生してしまう。
【０００５】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、ロータ回転時の空気の流れに起因する騒音を低減することができるスイッチトリラクタンスモータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、周方向に複数のティースを有する略円筒状のステータと、周方向に複数の凸極を有する略円筒状のロータと、前記ロータと一体回転する回転軸と、前記ロータの軸方向両端部に取り付けられた円盤状のエンドプレートと、を備えるスイッチトリラクタンスモータにおいて、前記エンドプレートは、前記凸極を覆う大きさを有し、前記ロータに取り付けられる側の面には、前記凸極と対向する部分同士を繋ぐように周方向に延びている円環状の溝が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、エンドプレートに設けられた円環状の溝によって、ロータとエンドプレートとの間に、周方向の空気の流れを可能にする隙間（空気の流路）が形成されている。そのため、ロータ回転時、ロータの凸極によってステータのティース間に押し込まれる空気を、その流路に逃がすことが可能になる。これにより、ステータのティース間へ流れる空気の流れを抑制できるため、従来よりも空気の流れに起因する圧力変動を低減でき、騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、スイッチトリラクタンスモータを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、エンドプレートを外した状態のスイッチトリラクタンスモータを軸方向から見た場合を示す模式図である。
【図３】図３は、エンドプレート装着時のスイッチトリラクタンスモータを軸方向から見た場合を示す模式図である。
【図４】図４（ａ）は、ステータ側へ流れ込む空気の流れを説明するための図である。図４（ｂ）は、空気がティース間に閉じ込められる状態を説明するための図である。図４（ｃ）は、ロータ側へ流れ込む空気の流れを説明するための図である。
【図５】図５は、スイッチトリラクタンスモータを車両に適用した場合のシステム構成例を示す概略図である。
【図６】図６は、スイッチトリラクタンスモータを車両に適用した場合の別のシステム構成例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるスイッチトリラクタンスモータについて具体的に説明する。
【００１０】
図１〜図３を参照して、実施形態のスイッチトリラクタンスモータを説明する。図１は、スイッチトリラクタンスモータを模式的に示す断面図である。図２は、エンドプレートを外した状態のスイッチトリラクタンスモータを軸方向から見た場合を示す模式図である。図３は、エンドプレート装着時のスイッチトリラクタンスモータを軸方向から見た場合を示す模式図である。
【００１１】
図２に示すように、スイッチトリラクタンスモータ（以下「ＳＲモータ」という）１は、周方向に複数の凸極２１を有する略円筒状のロータ２と、周方向に複数のティース３１を有する略円筒状のステータ３とを備えている。また、ＳＲモータ１は、三相交流式の発電機およびモータとして機能するものであり、図示しないインバータを介してバッテリに電気的に接続されている。
【００１２】
ロータ２は、ステータ３の内側に配置され、複数の凸極２１が径方向外側に向けて突出している。凸極２１は、周方向に所定間隔を空けて複数設けられており、図２に示す例では四つ設けられている。その凸極２１同士の間には、相対的に凸極２１よりも小さい外径部分となる凹部２２が形成されている。すなわち、ロータ２は、周方向で凸極２１と凹部２２とが交互に設けられた凹凸形状の外周部を有する。
【００１３】
ステータ３は、複数のティース３１が径方向内側に向けて突出しており、図示しない固定部材に固定されている。ティース３１は、周方向に所定間隔を空けて複数設けられており、図２に示す例では六つ設けられている。また、各ティース３１には、コイル４が巻き付けられている。コイル４は、インバータに接続され、励磁電流を流すものである。ＳＲモータ１は三相交流式であるため、ステータ３には一つの相をなす一対のティース３１，３１が径方向で対向する位置に三組設けられている。
【００１４】
なお、この説明では、ロータ２の回転中心Ｏの中心軸線方向を「軸方向」、回転中心Ｏに対して直交する方向を「径方向」、回転中心Ｏを中心とする円周方向を「周方向」と記載する。また、図１は、図２に示すＳＲモータ１を一点鎖線に沿って切ったＡ−Ａ断面を表す断面図である。
【００１５】
図１に示すように、ロータ２は、複数の電磁鋼板を積層させた構造を有し、凸極２１の外径Ｒ１は凹部２２の外径Ｒ２よりも長く構成されている。その積層鋼板を束ねるようにして、ロータ２の軸方向両端部には一対のエンドプレート５，６が取り付けられている。各エンドプレート５，６は、いずれもロータ２の凸極２１を覆う大きさを有する円盤状に形成され、ロータ２に装着された状態でロータ２と一体回転する。また、ロータ２の内周部は回転軸であるロータシャフト７の外周部に嵌合しており、ロータ２とロータシャフト７とは一体回転する。なお、図１には、ロータ２の回転中心Ｏの中心軸線を一点鎖線で記載してある。
【００１６】
一対のエンドプレート５，６がロータ２の軸方向両端部に装着されている状態では、第１エンドプレート５は、ロータ２の一方の側面（以下「一側面」という）２ａに接触し、かつ第２エンドプレート６は、ロータ２の他方の側面（以下「他側面」という）２ｂに接触している。また、第１エンドプレート５の大きさは、第２エンドプレート６の大きさと同じであるため、各エンドプレート５，６の外径Ｒ３および板厚Ｄは同じ大きさである。図１に示す例では、各エンドプレート５，６の外径Ｒ３は、ロータ２における凸極２１の外径Ｒ１と同じ大きさである。
【００１７】
さらに、第１エンドプレート５には、ロータ２に取り付けられる側の面（一側面２ａと対向する面）に、円環状の溝５１が設けられている。同様に、第２エンドプレート６には、ロータ２に取り付けられる側の面（他側面２ｂと対向する面）に、円環状の溝６１が設けられている。その溝５１，６１は、いずれも軸方向に所定深さｄとなる矩形状の断面形状を有する。第１エンドプレート５のうち凸極２１の一側面２ａと対向する面には、凸極２１の一側面２ａと接触する部分（接触面）と、溝５１によって一側面２ａとは接触しない部分（非接触面）とが含まれる。同様に、第２エンドプレート６のうち凸極２１の他側面２ｂと対向する面には、凸極２１の他側面２ｂと接触する部分（接触面）と、溝６１によって他側面２ｂとは接触しない部分（非接触面）とが含まれる。なお、深さｄは、各エンドプレート５，６の板厚Ｄよりも短い所定値に設定されている。
【００１８】
また、図３に示すように、各溝５１，６１は、各エンドプレート５，６の周方向全域に亘って延びている円環状溝であって、エンドプレート装着時にロータ２の凸極２１と対向する部分同士を繋ぐように一連に形成されている。そのため、図１に示すように、各溝５１，６１が設けられている径方向位置は、ロータ２に対する相対的な位置関係において、凸極２１の外周部よりも径方向内側、かつ少なくとも凸極２１と対向する部分を含む位置となる。すなわち、各溝５１，６１における外周側壁面が設けられている位置の半径（溝の外径）は、凸極２１の外径Ｒ１よりも小さく、かつ凹部２２の外径Ｒ２よりも大きい。一方、各溝５１，６１における内周側壁面が設けられている位置の半径（溝の内径）Ｒ４は、凹部２２の外径Ｒ２以下に設定されている。図１に示す例では、各溝５１，６１の内径Ｒ４は、凹部２２の外径Ｒ２と同じ大きさである。
【００１９】
このように、各エンドプレート５，６に円環状の溝５１，６１が設けられていることによって、一対のエンドプレート５，６をロータ２の軸方向両端部に装着した場合、各エンドプレート５，６とロータ２との間に空気の流路となる軸方向の隙間Ｓが形成される。隙間Ｓは、ロータ２の軸方向外側に位置し、ロータ２の両側面２ａ，２ｂに接触している各エンドプレート５，６によって形成された円環状の空間である。さらに、隙間Ｓは、回転方向に連通しているため、ロータ２の凸極２１と凸極２１との間の空間（凹部２２の空間）に開口している。これにより、ロータ２の凹部２２同士、すなわち凹部２２の空間同士は、隙間Ｓを通じて繋がっている。そのため、ロータ２の回転時、凹部２２内の空気が各エンドプレート５，６側の隙間Ｓ内へ流れ込むことが可能になるとともに、隙間Ｓを通じて次の凹部２２内へ空気を流すことが可能になる。
【００２０】
次に、図２，図４を参照して、ロータ回転時の空気の流れについて説明する。ここでは、上述したＳＲモータ１を実施例とし、溝５１，６１が設けられていない従来構造を従来例として説明する。なお、図２，図４には、従来例の空気の相対流れを破線矢印で記載し、実施例の空気の相対流れを実線矢印で記載してある。
【００２１】
まず、空気の流れに起因する騒音の発生原理について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は、ロータ回転時の圧力変動の発生原理を説明するための図であって、図４（ａ）はステータ側へ流れ込む空気の流れを説明するための図、図４（ｂ）は空気がティース間に閉じ込められる状態を説明するための図、図４（ｃ）はロータ側へ流れ込む空気の流れを説明するための図である。なお、図４（ａ）〜（ｃ）に示す例では、ロータ２の回転方向は時計回りであり、図４（ａ）、図４（ｂ）、図４（ｃ）の順に回転が進む。
【００２２】
従来例では、図４（ａ）に示すように、凹部２２の空間（以下「凹部空間」という）Ｃ１内にある空気が、凸極２１の回転によって径方向外側に押し出され、ステータ３のティース３１とティース３１との間の空間（以下「ティース間」という）Ｂに流れ込む。これにより、ティース間Ｂ内部の圧力が上昇する。その後、図４（ｂ）に示すように、凸極２１によってティース間Ｂ内部に空気が閉じ込められる。この場合、ティース間Ｂ内部が一時的に高圧状態に保たれる。そして、図４（ｃ）に示すように、ティース間Ｂと次の凹部２２とが向き合ったときに、ティース間Ｂ内部の高圧の空気が次の凹部空間Ｃ２に一気に流れ込み、ティース間Ｂの高圧状態は一気に解放される。その際、急激な圧力変動が発生するため、その圧力変動に起因する騒音が大きくなる。このように、従来例では、回転方向前方の凹部空間Ｃ１から次の凹部空間Ｃ２へ流れる空気は、一旦ティース間Ｂ内へ流れ込むため、ティース間Ｂが一時的に高圧状態になってしまう。
【００２３】
一方、実施例では、図４（ａ）に示すように、凹部空間Ｃ１からティース間Ｂに押し出される空気を隙間Ｓ内に逃がすことができる。これにより、凹部空間Ｃ１から隙間Ｓ内へ流れ込む空気の流れが発生するため、凹部空間Ｃ１からステータ３のティース間Ｂ側へ押し出される空気量が減少し、ティース間Ｂ内部の圧力上昇を抑制することができる。また、隙間Ｓ内に流入した空気は、ロータ２の回転に伴って、凸極２１の軸方向外側（ロータ２の軸方向外側）を一側面２ａおよび他側面２ｂに沿って周方向（回転方向とは反対方向）に流れる。その後、図４（ｂ）に示すように、凸極２１によって一時的にティース間Ｂが閉じられる状態になっても、回転方向前方の凹部空間Ｃ１内から隙間Ｓを通じて次の凹部空間Ｃ２に向けて空気が流れている。そして、図４（ｃ）に示すように、ティース間Ｂと次の凹部２２とが向かい合ったときも、隙間Ｓを通じた空気が次の凹部空間Ｃ２に流れ込む。つまり、凸極２１の外周部よりも径方向内側で、円環状の隙間Ｓによって凹部空間Ｃ１，Ｃ２同士が連通されているため、回転方向前方の凹部空間Ｃ１内の空気はティース間Ｂを介さずに次の凹部空間Ｃ２に流れ込むことが可能になる。その結果、図２に示すように、ロータ２の回転時、凹部２２内の空気が隙間Ｓに流入し、凹部２２の空間同士を繋ぐ隙間Ｓ内を各側面２ａ，２ｂに沿って周方向（回転方向とは反対方向）に流れる空気の流れが発生する。そのため、実施例によれば、ロータ２の凸極２１によって径方向外側に押し出され、ステータ３のティース間Ｂに流れ込む空気の流れを抑制できる。これにより、ステータ３のティース間Ｂが一時的に高圧状態になることを抑制でき、上述した従来例のような急激な圧力変動を抑制できる。したがって、ＳＲモータ１では、空気の流れに起因する圧力変動が低減し、騒音を低減することができる。特に、ロータ２の高回転時には効果的に圧力変動を低減することができる。
【００２４】
以上説明した通り、ロータ回転時に、ロータ２の凸極２１によって押し出されステータ３のティース３１とティース３１との間に押し込まれる空気を、凸極２１の各側面２ａ，２ｂと各エンドプレート５，６との間の隙間Ｓ内に逃がすことが可能になる。これにより、従来よりも空気の流れに起因する圧力変動が低減し、騒音を低減できる。
【００２５】
さらに、各エンドプレート５，６は、ロータ２の凸極２１を覆う大きさを有するため、ロータ回転時にロータ２の外部から空気を巻き込むことを抑制できる。これにより、軸方向において、ロータ外部からロータ内部へと流れ込む空気の流れ、およびロータ内部からロータ外部へと流れ出る空気の流れを抑制でき、騒音悪化を抑制することができる。
【００２６】
なお、ＳＲモータ１は、図５や図６に示すように、車両の走行用動力源としてのモータや、車両の発電機として適用することが可能である。
【００２７】
図５は、ＳＲモータ１を車両に適用した場合のシステム構成例を示す概略図である。図５に示すように、車両１００では、ＳＲモータ１が走行用動力源としてのモータ１０１に適用されており、モータ１０１から出力された動力は減速機１０２を介してタイヤ１０３に伝達される。例えば、車両１００は、電動自動車や、シリーズ式のハイブリッド車両である。また、モータ１０１は、インバータ１０４を介してバッテリ１０５と電気的に接続されており、バッテリ１０５の電力を使用して駆動する。
【００２８】
図６は、ＳＲモータ１を車両に適用した場合の別のシステム構成例を示す概略図である。図６に示すように、車両２００では、ＳＲモータ１が発電機２０２に適用され、発電機２０２にはエンジン２０１が動力伝達可能に接続されている。つまり、車両２００は、シリーズ式のハイブリッド車両である。エンジン２０１が出力した機械的な動力は、発電機２０２としてのＳＲモータ１によって電力に変換される。発電機２０２（ＳＲモータ１）で発電された電力は、インバータ２０３を介してバッテリ２０４に充電され、もしくはインバータ２０３を介して図示しないモータへ供給される。その電力によってモータが駆動し、そのモータから出力された動力が駆動輪に伝達される。
【符号の説明】
【００２９】
１  スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲモータ）
２  ロータ
３  ステータ
５  第１エンドプレート
６  第２エンドプレート
７  ロータシャフト（回転軸）
２１  凸極
５１，６１  溝
Ｓ  隙間
【図１】
0006701928.tif 000002
【図２】
0006701928.tif 000003
【図３】
0006701928.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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