(57)【要約】【課題】大型化を伴うことなく、容易にトルク向上を可能とするスイッチドリラクタンスモータを提供する。【解決手段】ロータ１４の回転軸１８を含む平面上に現れるステータ１２の突極１２ａ及びロータ１４の突極１４ａの外形線１２ｂ，１４ｂの少なくとも一部がロータ１４の回転軸１８に非平行になるようにする。その結果、ロータ１４の突極１４ａとステータ１２の突極１２ａが接近する際に平面上で相対する外形線の長さが、突極１２ａ，１４ａの外形線が回転軸１８と平行な場合に比べ増大し、ロータ１４の突極１４ａがステータ１２の突極１２ａに接近する時の吸引し合う面積が増大する。その結果、ロータ１４の回転トルクが向上する。この時、突極１２ａ，１４ａのみの変化なので、スイッチドリラクタンスモータ１０は大型化しない。【選択図】図１
2005160203.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒中空形状を呈し、内径側半径方向に突出し軸方向に延在する突極を周方向に複数有するステータと、前記ステータの中空部に配置され、前記ステータ側の突極と対向する突極を外周面周方向に複数有する回転自在なロータと、を含むスイッチドリラクタンスモータであって、
前記ロータの軸を含む平面上に現れる前記ロータの突極及びステータの突極の外形線の少なくとも一部が前記ロータの軸と非平行である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】
請求項１記載のモータにおいて、
前記平面上に現れる突極の外形線は、径方向に凹凸を有する山形形状である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３】
請求項１記載にモータにおいて、
前記平面上に現れる突極の外形線は、径方向に凹凸を有する曲面形状である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４】
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載にモータにおいて、
前記ステータは、周方向に複数に分割されたコアピースと、当該コアピースを略円筒状に結合保持する保持部材と、から構成されることを特徴とするスイッチド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、スイッチドリラクタンスモータ、特に、モータの大型化を伴うことなく、容易にトルク向上を可能とするスイッチドリラクタンスモータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のようにスイッチドリラクタンスモータは、通常、ステータ側の突極に巻回したコイルに電流を流し突極を電磁石とすると共に、電流を流すコイルの位置を順次移動させることにより、電磁石となるステータ側の突極の位置を回転方向に移動させている。この時、ステータ側で発生する磁力がロータの表面に形成された突極（鉄片）を吸引、吸着することにより、ロータが電磁石となる突極の移動方向に回転するように構成されている。
【０００３】
図４には、従来のスイッチドリラクタンスモータ１００の概略図が示されている。図４（ａ）は上面図であり、図４（ｂ）は線分Ａ−Ａの位置で切った縦断面図である。
【０００４】
図４（ａ），（ｂ）に示すように、通常、スイッチドリラクタンスモータ１００のステータ１０２は、略円筒中空形状を呈し、内径側半径方向に突出しステータ１０２の軸方向に延在する突極１０２ａを周方向に等間隔で複数有している。また、ステータ１０２の内側の中空部には、ステータ１０２の突極１０２ａと対向する突極１０４ａを外周面に等間隔で複数有する回転自在なロータ１０４が配置されている。
【０００５】
このように構成されるスイッチドリラクタンスモータ１００のステータ１０２の突極１０２ａとロータ１０４の突極１０４ａは、図４（ｃ）に示すように、突極１０４ａに対し突極１０２ａの位置がずれている時に、突極１０２ａが電磁石となると突極１０４ａと突極１０２ａとの間に磁束が流れる。その時、突極１０４ａを突極１０２ａの正面に移動させようとする吸引力を発生し、ロータ１０４においてθ方向の回転トルクが発生する。これが、各突極１０２ａ，１０４ａ間で繰り返されることによりロータ１０４が回転する。
【０００６】
なお、ロータ１０４のトルクを向上させる方法の一つとして、ロータ１０４の径を大きくすることが考えられる。しかし、ロータ１０４の径を大きくすると必然的にステータ１０２の径が大きくなりスイッチドリラクタンスモータ１００が大型化してしまう。そこで、ステータ１０２の径を大きくすることなく、ロータ１０４の径を見かけ上大きくする方法として、図４（ｄ）に示すように、ステータ１０２の突極１０２ａとロータ１０４の突極１０４ａの磁極面が径方向でオーバーラップするような凹凸形状として、見かけ上のロータ１０４の径を大きくすることが考えられる。ステータ１０２の突極１０２ａとロータ１０４の突極１０４ａの形状をこのようにすることにより、ロータ１０４のトルクを向上しようとするものがある（例えば、特許文献１）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２８９７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１及び、周知のスイッチドリラクタンスモータ１００においては、突極１０２ａと突極１０４ａとが向き合った場合、つまり、図４（ｅ）に示すような状態の時には、磁束は、突極１０２ａ，１０４ａの径方向に流れ、ステータ１０２の電磁石となった突極１０２ａによるロータ１０４に突極１０４ａに対する吸引力は、径方向に向いてしまい、ロータ１０４を回転させるθ方向のトルク発生には寄与しなくなってしまう。なお、スイッチドリラクタンスモータの構造上、突極１０２ａと突極１０４ａとが向き合う状態は、必ず発生するので、スイッチドリラクタンスモータ１００を大型化することなく、モータトルクをさらに向上させようとする場合には、突極１０４ａが突極１０２ａに接近する段階でθ方向のトルクを向上させる構造を新たに見いだす必要がある。
【０００９】
つまり、本発明は、大型化を伴うことなく、容易にトルク向上を可能とするスイッチド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】
【００１０】
本発明は、略円筒中空形状を呈し、内径側半径方向に突出し軸方向に延在する突極を周方向に複数有するステータと、前記ステータの中空部に配置され、前記ステータ側の突極と対向する突極を外周面周方向に複数有する回転自在なロータと、を含むスイッチドリラクタンスモータであって、前記ロータの軸を含む平面上に現れる前記ロータの突極及びステータの突極の外形線の少なくとも一部が前記ロータの軸と非平行であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、ロータの突極とステータの突極が接近する際に平面上で相対するロータの突極とステータの突極の外形線長さが、当該ロータの突極とステータの突極の外形線がロータの軸と平行な場合に比べ増大する。例えば、ロータの軸に対し、ロータの突極及びステータの突極の外形線が４５°傾いている場合、平行な場合に比べ、相対している部分の長さが√２倍になる。つまり、スイッチドリラクタンスモータの外形形状を大型化することなく、ロータの突極がステータの突極に接近する時の吸引し合う面積が増大する。その結果、ロータの回転トルクが向上する。
【００１２】
なお、平面上に現れる突極の外形線は、非平行である部分が多いほどトルク向上に寄与することができる。そのため、非平行であればその形状は任意である。例えば、平面上に現れる突極の外形線が径方向に凹凸を有する山形形状であっても良いし、径方向に凹凸を有する曲面形状であってもよい。また、必要に応じて、山形形状や曲面形状等異なる形状を組み合わせてもよい。
【００１３】
また、上記構成において、前記ステータは、周方向に複数に分割されたコアピースと、当該コアピースを略円筒状に結合保持する保持部材と、から構成されることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、ロータの軸を含む平面上に現れるロータの突極及びステータの突極の外形線がロータの軸と非平行である場合でも、容易にロータを内部に包含する略円筒形状のステータを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ１０の上面視図であり、外観上は図４（ａ）に示すスイッチドリラクタンスモータ１００と同じである。すなわち、スイッチドリラクタンスモータ１０は、略円筒中空形状のステータ１２と、その内部の中空部に配置される回転自在なロータ１４とで構成されている。ステータ１２の内壁面には、内径側半径方向に突出しステータ１２の軸方向に延在する突極１２ａが周方向に一定間隔で複数（本実施形態の場合、例えば６個）形成されている。また、ロータ１４の外周面には、ステータ１２の突極１２ａと対向する突極１４ａが等間隔で複数（本実施形態の場合、例えば４個）形成されている。
【００１７】
また、ステータ１２の突極１２ａの周囲には、コイル１６が紙面鉛直方向に巻回され、所定のタイミングで電流が流れることにより突極１２ａを電磁石として機能させている。この電磁石になる突極１２ａを順次移動させることにより、ステータ１２の電磁石化した突極１２ａが対面していないロータ１４の突極１４ａ（回転方向手前側に位置する突極１４ａ）を順次吸引し、連続的にロータ１４を回転させる。
【００１８】
本実施形態において、ステータ１２及びロータ１４は、図１（ｂ）に示すように、スイッチドリラクタンスモータ１０のロータ１４の回転軸１８を含む平面、すなわち、図１（ａ）の線分Ａ−Ａで切った場合に形成される平面上に現れるロータ１４の突極１４ａ及びステータ１２の突極１２ａの外形線１２ｂ，１４ｂの少なくとも一部がロータ１４の回転軸１８と非平行になっている。
【００１９】
図１（ｂ）においては、ステータ１２でコイル１６が巻回されているスペースを除く上部Ａ、中部Ｂ、下部Ｃの部分の外形線がそれぞれ、回転軸１８に対して、例えば４５°傾いている。図４（ｂ）に示す従来の突極１０２ａ，１０４ａと比較すると明らかなように、図１（ｂ）において、突極１２ａと突極１４ａの対面する傾斜した部分の長さは、傾斜していない時に比べ、√２倍になっている。つまり、突極１２ａ，１４ａの周方向の幅が同じ場合、図１（ｃ）に示すように、傾斜した部分の突極１２ａと突極１４ａとが吸引し合う面積は、図４（ｂ）の場合に比べ√２倍になる。その結果、電磁石化したステータ１２の突極１２ａにロータ１４の突極１４ａがより強く吸引され、ロータ１４を回転させるトルクも増大する。
【００２０】
このように構成されるスイッチドリラクタンスモータ１０と従来のスイッチドリラクタンスモータ１００に対し、ステータの径及び軸方向の長さが同じで、同一電流で、同様な制御を行った場合について、出力トルクの比較を行った。その結果、本実施形態のスイッチドリラクタンスモータ１０は、電流比：同一体格トルクが従来のものに比べ約１．２倍程度増加した。本実施形態の場合、計算上突極１２ａと突極１４ａの対面する傾斜した部分の長さが√２倍になるため、発生するトルクも√２倍になるはずであるが、現実的には、磁束が図１（ｃ）に示すように、斜め方向に向くことや磁気飽和等の影響により減少する。なお、この減少の割合は、ロータ１４の回転軸１８を含む平面上に現れる外形線の傾き角度や形状を変化させることにより調整することが可能となる。
【００２１】
このように、突極１２ａ，１４ａの形状を、その外形線が回転軸１８と非平行になるようにするのみで、スイッチドリラクタンスモータのトルクを容易に向上することが可能になる。なお、この場合、突極１２ａ，１４ａの外形線の傾き（曲線も含む）のみが変化するので、スイッチドリラクタンスモータ１０の外形形状が大型化することはない。
【００２２】
図１に示す例では、回転軸１８に対して、ロータ１４の回転軸１８を含む平面上に現れる突極１２ａ，１４ａの外形線を回転軸１８に対して、４５°傾けた例を示したが、回転軸１８と非平行であれば、その角度は、任意であり、例えば、３０°等でもよく、その角度により増大するトルクが変化する。
【００２３】
また、図１（ｂ）の例では、角度を４５°にした突極１２ａ，１４ａの外形線は、半径方向に凹凸を有する山形形状とする場合を示しているが、例えば、図２に示すように、傾斜の形状は任意であり、片側斜面のテーパ形状でも良いし、片側斜面と山形形状を組み合わせでもよい。また、図３に示すように、平面上に現れる突極１２ａ，１４ａの外形線が、半径方向に凹凸を有する曲面形状としてもよい。いずれの場合も、平面上に現れる突極１２ａ，１４ａの見かけの長さが増大し、突極１２ａ，１４ａがそれぞれ引き合う面積が増大し、ロータ１４の回転トルクが向上する。
【００２４】
なお、図１（ｂ）の場合、ロータ１４の回転軸１８と非平行にする部分を３箇所形成しているが、この形成数も任意である。ただし、例えば、山形を極端に多く形成すると、個々の部分の長さが短くなる。つまり、突極１２ａ，１４ａが形成する磁路が狭くなる。その結果、磁気飽和し易くなり、トルク向上を阻害してしまう。従って、非平行にする部分の選択は、磁気飽和を考慮しつつ選択するすることが好ましい。
【００２５】
ところで、図１（ｂ）からも明らかなように、突極１２ａ，１４ａがロータ１４（ステータ１２）の径方向に凹凸しオーバーラップしているので、従来のように円筒状のステータ１２を完成させた後でロータ１４を軸方向に挿入することはできない。そこで、図１（ａ）に示すように、ステータ１２を周方向に、複数（例えば６個）に分割したコアピース２０で構成し、各コアピース２０にコイル１６を装着した状態で、ロータ１４の径方向から装着する。ロータ１４の全周にコアピース２０を配置したら、その周囲を環状の保持部材２２で固定する。このように、組み立てることにより、ロータ１４の回転軸１８を含む平面上に現れるロータ１４の突極１４ａ及びステータ１２の突極１２ａの外形線１４ｂ，１２ｂの少なくとも一部がロータ１４の回転軸１８と非平行であるような場合でも、内部にロータ１４を包含するステータ１２を形成することができる。
【００２６】
なお、各コアピース２０の周方向の接続部には、キーを形成し、ステータ１２の円環形状が容易に形成できるようにすることが望ましい。
【００２７】
また、前記平面上に現れる突極１２ａの外形線が図３のように１つの凹形状である場合、ステータ１２を回転軸１８の方向に沿って凹部の頂部で水平に２分割したコアピースで構成することができる。この場合、分割されたコアピースは積層し保持部材２２で固定することにより、外形線１４ｂ，１２ｂが非平行であるような場合でも、内部にロータ１４を包含するステータ１２を形成することができる。この場合、スイッチドリラクタンスモータ１０の回転方向の剛性を容易に確保することができる。
【００２８】
もちろん、平面上に現れる突極１２ａ外形線が１つの凹形状の山形である場合は、同様に、ステータ１２を回転軸１８の方向に沿って凹部の頂部で水平に２分割したコアピースで構成することが可能であり、同様な効果を得ることができる。
【００２９】
なお、上述したようなコアピースは、切削加工でも形成することができるが、例えば、圧粉磁心材料や軟磁性フェライト等で形成することが可能である。この場合、切削加工に比べ容易に低コスト化することができる。また、図１（ｃ）で示すように、本実施形態の構造の場合、磁束が３次元的に流れるため、ステータ１２やロータ１４を構成する材料は、上述した圧粉磁心材料や軟磁性フェライトが性能的にも適している。ただし、必要となるスイッチドリラクタンスモータ１０が高周波駆動でない場合には、ステータ１２やロータ１４をバルク材等でも構成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本実施形態に係るスイッチドリラクタンスモータのステータ及びロータの突極の形状を説明する説明図である。
【図２】本実施形態に係るスイッチドリラクタンスモータのステータ及びロータの突極の他の形状を説明する説明図である。
【図３】本実施形態に係るスイッチドリラクタンスモータのステータ及びロータの突極の他の形状を説明する説明図である。
【図４】従来のスイッチドリラクタンスモータのステータ及びロータの突極の他の形状を説明する説明図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  スイッチドリラクタンスモータ、１２  ステータ、１２ａ，１４ａ  突極、１２ｂ，１４ｂ  外形線、１４  ロータ、１６  コイル、１８  回転軸、２０  コアピース、２２  保持部材。
【図１】
2005160203.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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