(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側に突出する複数の突極を有するステータと、該ステータの突極の周囲を取り巻くようにそれぞれ設けられた巻線コイルと、外側に突出する複数の突極を有する前記ステータの内側に設けられたロータとを備えたモータにおいて、
前記巻線コイルに内側から当接して該巻線コイルを固定する突起部が一体的に形成されたエンドキャップを設け、
前記突起部の先端を前記ステータの突極の軸方向の端面のみに当接させたことを特徴とするモータ。
【請求項２】
前記エンドキャップを非磁性かつ導電性の材料で構成したことを特徴とする請求項１記載のモータ。
【請求項３】
前記突起部を前記ロータの回転軸とほぼ同軸上に中心軸を有する円筒状としたことを特徴とする請求項１又は２記載のモータ。
【請求項４】
前記突起部の前記巻線コイルに当接するそれぞれの部分を、該巻線コイルに沿うような形状としたことを特徴とする請求項１，２又は３記載のモータ。
【請求項５】
前記突起部は、前記ステータの隣り合う突極の間の部分に挿入される凸部を有していることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータ。
【請求項６】
前記突起部の内径を前記ステータの前記突極の先端の内径とほぼ等しくなるように設定したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スイッチド・リラクタンス・モータ（ＳＲモータ）等のモータの改良技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のモータの一つとしてＳＲモータが知られている。ＳＲモータは、筒状のヨークに複数の内向きに突出する突極を一体形成してなるステータ（固定子）と、外向きに突出する複数の突極を有するロータ（回転子）とを同軸上に配置し、ステータの突極に巻線コイルを装着して構成される。ステータはモータハウジングの内側に固定され、ロータの回転軸はエンドキャップにベアリングを介して回転自在に支持され、該エンドキャップが該モータハウジングに固定される。
【０００３】
ロータの突極とステータの突極の数は、相互に倍数関係になっていない偶数個に設定される。例えば、ロータの突極の数が４に対してステータの突極の数が６、ロータの突極の数が６に対してステータの突極の数が８、ロータの突極の数が８に対してステータの突極の数が１２、という如くである。
【０００４】
ステータの一対の対向する巻線コイル（場合によりさらに複数の巻線コイル）に電流を流して、ステータの突極からロータの突極へ向かう磁束を発生させ、ロータの突極をステータの突極に引き付けることで、トルクを発生させる。このとき、ステータとロータのある突極同士が対向すると、他の突極同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイルに通電すればロータの突極が連続的に引き付けられ、ロータを軸回りに回転させることができる。また、このようなＳＲモータは、発電機（ジェネレータ）として機能させることも可能である。
【０００５】
なお、本願明細書中においては、「モータ」には、動力を発生する電動機（狭義のモータ）のみならず、電力を発生する発電機、又はこれらの双方の機能を有する発電電動機を含むものとする。
【０００６】
ところで、巻線コイルは、例えば断面コの字状で環状に形成されたボビンにコイル線を巻回して構成される。ボビンの中心部の貫通穴は、ステータの突極に挿入可能な形状となっており、このボビンの貫通穴にステータの突極を挿入することにより、巻線コイルがステータの突極に取り付けられる。巻線コイルは、ステータの突極に挿入した後、ステータの隣り合う突極の該ボビンから突出した側部の間の部分にそれぞれ板状のバーを挿入することにより固定され、ステータの突極からの抜け出しが防止されるようになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したように、巻線コイル（ボビン）のステータの突極に対する固定は、該巻線コイルの固定にのみ用いられるバーという専用の部材を、各突極間にそれぞれ挿入する必要があり、その作業工数が多く、組み立てに長時間を要するとともに、バー自体が突極間に挟まれることによって固定される構成なので、特に、突極数の多いモータでは突極同士のなす角度が小さく、バーが抜け落ちる場合があり、固定の信頼性が低いという問題があった。
【０００８】
また、巻線コイルに通電することにより生じる磁束は、例えば、図４（ｂ）に示されるように、そのほとんどが磁気抵抗の少ないステータ３及びロータ２の突極内を通過するが、ステータ３及びロータ２の軸方向の端面近傍においては、ステータ３の突極の該軸方向の端面から外側に出たのちロータ２の突極の該軸方向の端面から該ロータ２の突極内に進入する磁束Ｂやロータ２の突極に向かわず、巻線コイル７の周囲を回ってしまう磁束Ｂが生じる。
【０００９】
従って、ロータ及びステータの軸方向の端面近傍においては、ロータを軸方向に引っ張る磁束が発生し、ロータを回転させるのに有効なトルクを発生させず、あるいは全くトルクに寄与しない磁束が生じ、モータの出力を低下させるという問題があった。この現象は、飽和磁束密度以上で使用するＳＲモータでは特に顕著であり、とりわけ薄型のモータの場合には、回転トルクの発生に寄与する磁束に対するこれに寄与しない磁束の割合が大きくなるため、性能低下が著しい。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、モータの組み立て作業を容易化するとともに、信頼性を向上することを目的とする。また、モータの出力を向上することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するため、請求項１記載の本発明のモータは、内側に突出する複数の突極を有するステータと、該ステータの突極の周囲を取り巻くようにそれぞれ設けられた巻線コイルと、外側に突出する複数の突極を有する前記ステータの内側に設けられたロータとを備えたモータにおいて、前記巻線コイルに内側から当接して該巻線コイルを固定する突起部が一体的に形成されたエンドキャップを設け、前記突起部の先端を前記ステータの突極の軸方向の端面のみに当接させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の本発明のモータによると、巻線コイルのステータの突極に対する固定は、エンドキャップが有する突起部が当接することによって行われるので、該エンドキャップを装着するだけで全ての巻線コイルを固定することができ、従来のように個別にバーを装着するものと比較してその作業が極めて簡単になる。また、突起部はエンドキャップに一体的に形成されているので、従来のバーのように抜け落ちることがなく、信頼性が高い。さらに、巻線コイルや突極で生じた熱が該突起部を介してエンドキャップの本体（突起部を除いた部分）に伝達され、そこから放熱させることが可能なので、放熱効果も併せて期待することができる。特に本発明では、前記突起部の先端を前記ステータの突極の端面に当接させているので、突起部によって遮蔽される部分の面積が大きくなるから磁束遮蔽効果がより高くなり、トルクの発生に有効に寄与する磁束をさらに多くすることができるとともに、突起部がステータの突極に直接当接しているので、突極内で渦電流等により生じた熱をより効率的に放熱することができる。
【００１３】
ここで、巻線コイルとしては、例えば、断面コの字状の環状のボビンにコイル線を巻回したもの、コイル線を巻回した上でその形状を保持させるべく紐等で縛り若しくは樹脂等で硬化させたもの、あるいはコイル線をステータの突極に直接巻回するものが含まれる。
【００１４】
（２）上記目的を達成するため、請求項２記載の本発明のモータは、請求項１記載のモータにおいて、前記エンドキャップを非磁性かつ導電性の材料で構成したことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載のモータによると、突起部を含むエンドキャップを非磁性かつ導電性の材料（非磁性導電材料）から構成しており、巻線コイルの内側に当接しているエンドキャップの特に突起部に、巻線コイルに通電することにより生じる磁束の一部が進入すると、該突起部内に渦電流が生じ、この渦電流は、該磁束の変化を妨げる向きに流れるので、この部分が磁気的に遮蔽される。従って、トルクの発生に有効に寄与しないロータを軸方向に引っ張るような磁束やコイルの回りを周回してしまうような磁束を減少させて、トルクの発生に寄与できるロータの突極を軸回りに引っ張る磁束を増やすことができる。
【００１６】
（３）請求項３記載のように、請求項１又は２記載のモータにおいて、前記突起部を前記ロータの回転軸とほぼ同軸上に中心軸を有する円筒状とすることができる。突起部をこのような円筒状とすることにより、エンドキャップの回転方向の姿勢を気にすることなく、単一の突起部によって全ての巻線コイルの固定を行うことができ、組み立て作業を容易化することができる。但し、各巻線コイルに対応する部分にのみそれぞれ突起部を形成してもよく、この場合には、エンドキャップの軽量化を図ることができる。
【００１７】
（４）請求項４記載のように、請求項１，２又は３記載のモータにおいて、前記突起部の前記巻線コイルに当接するそれぞれの部分を、該巻線コイルに沿うような形状とすることができる。このようにすることにより、巻線コイルに当接する部分の面積が大きくなるので、より安定的な固定を実現することができるとともに、巻線コイルで発生した熱を効率的に放熱することができる。
【００１９】
（５）請求項５記載のように、請求項１〜４の何れかに記載のモータにおいて、前記突起部は、前記ステータの隣り合う突極の間の部分に挿入される凸部を有することができる。このような構成とすることにより、巻線コイルのステータの突極の側部に対応する部分における磁束遮蔽性及び放熱性をさらに高くすることができる。
【００２０】
（６）請求項６記載のように、請求項１〜５の何れかに記載のモータにおいて、前記突起部の内径を前記ステータの前記突極の先端の内径とほぼ等しくなるように設定することができる。このようにすることにより、ロータの回転に支障を生じることなく、突起部の厚さを最大限に厚くすることができ、突極の端面の先端部（巻線コイルから突出した部分）をほぼ完全に覆うことが可能となり、磁束遮蔽性及び放熱性を極めて高くすることができる。
【００２１】
【発明の効果】
（１）請求項１記載の本発明によれば、巻線コイルの固定のための作業が容易になるとともに、固定の信頼性を向上することができる。また、放熱性を向上することもできる。これに加えて、出力をさらに大きくすることができるとともに、放熱性をより向上することができる。
【００２２】
（２）請求項２記載の本発明によれば、請求項１についての前記効果に加えて、トルクの発生に有効に寄与する磁束を多くすることができ、モータの出力を向上することができる。なお、モータの出力を一定とする場合には、モータを小型化することができる。
【００２３】
（３）請求項３記載の本発明によれば、請求項１及び２についての前記効果に加えて、巻線コイルの固定作業をさらに容易にすることができる。
【００２４】
（４）請求項４記載の本発明によれば、請求項１〜３についての前記効果に加えて、巻線コイルをより安定的に固定することができるとともに、放熱性をより向上することができる。
【００２６】
（５）請求項５記載の本発明によれば、請求項１〜４についての前記効果に加えて、出力をさらに大きくすることができるとともに、放熱性をより向上することができる。
【００２７】
（６）請求項６記載の本発明によれば、請求項１〜５についての前記効果に加えて、出力をさらに大きくすることができるとともに、放熱性をより向上することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
【００２９】
第１実施形態
図１は本発明に係るＳＲモータ（スイッチド・リラクタンス・モータ）の第１実施形態の要部を示す一部を断面とした平面図、図２は図１の要部を拡大した断面図、図３は図１のエンドキャップの構成を示す斜視図である。この第１実施形態のＳＲモータ１は、ステータの突極の数を６、ロータの突極の数を４とした三相のＳＲモータである。
【００３０】
ＳＲモータ１は、回転子としてのロータ２、固定子としてのステータ３を備えている。ロータ２は複数（この実施形態では４つ）の突極２ａを有するロータコア４の中心に形成された貫通穴に出力軸（シャフト）５を挿入して一体的に固定して構成されている。ロータコア４は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板４ａを積層して一体化することにより構成されている。
【００３１】
ステータ３はステータコア６及び複数の巻線コイル７を備えて構成される。ステータコア６は略円筒状のヨーク部の内側に半径方向に突出する複数（この実施形態では６つ）の突極３ａを一体的に設けて構成されている。ステータコア６は、この実施形態では、プレス装置により打ち抜き加工された複数の磁性鋼板６ａを積層して一体化することにより構成されている。
【００３２】
ステータ３の突極３ａには、それぞれボビン８にコイル線が巻回されて構成される巻線コイル７が装着されている。ボビン８はその断面形状がコの字状で矩形環状に形成された部材であり、樹脂等の絶縁性の材料から形成されている。ボビン８にはその両側壁の間の部分にコイル線が巻回され、その中央部の矩形状の穴にステータ３の突極３ａが挿入ないし圧入されることにより、該突極３ａに取り付けられる。
【００３３】
ステータ３は略円筒状のハウジング９の内側に固定され、ロータ２の出力軸５は一対のエンドキャップ１０に回転自在に支持され、エンドキャップ１０はハウジング９に一体的にネジ等により取り付けられている。これにより、ロータ２はステータ３の突極３ａとの間に所定のギャップをもって、同軸上に配置された状態となる。
【００３４】
エンドキャップ１０は、外側円筒部１０ａを有するキャップ本体１０ｂ及び突起部１２を有する略円盤状の部材であり、中央に出力軸５を貫通させるための貫通穴が形成されている。出力軸５はこの貫通穴の内側部分に取り付けられたベアリング１１により回転自在に支持される。
【００３５】
エンドキャップ１０の突起部１２は、出力軸５に沿う方向に突出するようにキャップ本体１０ｂの内面に一体的に形成された円筒状の突起である。エンドキャップ１０は、突起部１２が非磁性かつ導電性を有する材料から構成された磁束遮蔽部材でもあり、この実施形態では、アルミニウムで形成されたものを用いている。エンドキャップ１０としては、他の非磁性導電材料である銅等を用いることができる。また、エンドキャップ１０としては、金属あるいは樹脂から形成したものに、アルミニウムや銅等の非磁性導電材料を突起部１２に蒸着、めっき、若しくは他の製膜方法により形成したものを用いてもよい。
【００３６】
エンドキャップ１０は、その突起部１２をステータ３の突極３ａに挿入配置された各巻線コイル７のボビン８の内側壁部の内面（軸５側の面）に当接するように挿入ないし圧入しつつ、外側円筒部１０ａの先端面をハウジング９に当接させた状態で、該ハウジング９にネジ等により一体的に固定される。ステータ３の突極３ａに挿入配置された巻線コイル７は、このエンドキャップ１０の突起部１２がその内側から当接ないし圧接されることにより、ステータ３のヨーク部との間に挟まれた状態で固定され、該突極３ａからの抜け出しが防止される。
【００３７】
このように、エンドキャップ１０に突起部１２を一体的に設けたので、エンドキャップ１０をハウジング９に取り付けることにより、これと同時に各巻線コイル７の突極３ａに対する固定が行われるので、その作業が極めて簡単である。
【００３８】
しかして、互いに対向する一対の巻線コイル７に電流を流して、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａへ向かう磁束を発生させ、その近傍に存在するロータ２の突極２ａを引き付けることで、トルクを発生させる。ステータ３とロータ２のある突極２ａ，３ａ同士が対向すると、他の突極２ａ，３ａ同士にずれが生じており、逐次ずれた突極を選んでその巻線コイル７に通電することにより、ロータ２の突極２ａが連続的に引き付けられ、ロータ２を軸回りに回転させることができる。
【００３９】
巻線コイル７に通電することにより発生する磁束の一部はエンドキャップ１０の突起部１２を通過する。この突起部１２は非磁性導電材料で形成されているので、この突起部１２を通過する磁束の変化に伴い、この突起部１２の内部に渦電流が生じ、この渦電流は、該磁束の変化を妨げる向きに流れるので、この突起部１２の存在により、図４（ａ）に矢印で示されているように、磁束Ｂの流れがステータ３の突極３ａの端面から外側（同図では上側）に大きく逸脱することが少なくなり、ロータ２の突極２ａ側に誘導される。
【００４０】
これにより、回転トルクの発生に有効に寄与する磁束を増加することができ、ＳＲモータ１の出力を向上することができる。特に、磁束変化が激しい高回転域においてトルクの増大が顕著となる。
【００４１】
ここで、比較のため、エンドキャップ１０に突起部１２を設けない場合を、図４（ｂ）に示す。この突起部１２がない場合には、ステータ３及びロータ２の軸方向の端面近傍において、ステータ３の突極３ａの該端面から外側に出たのちロータ２の突極２ａの該端面から進入する経路を進行するような磁束Ｂやステータ３の内部を通らずに巻線コイル７の外側を通って後端に回ってしまうような磁束Ｂが発生し、その分だけ、トルクの発生に寄与しない磁束が生じていた。これに対し、この第１実施形態では、かかる点が改善され、トルクの発生に寄与する磁束を増加することができることが理解される。
【００４２】
また、巻線コイル７に通電することに伴い生じる熱は、ボビン８の壁部を介して突起部１２に伝達され、エンドキャップ１０を介して外部に放熱されるので、内部温度の上昇も抑制され、発熱に伴い生じる特性の変動や、連続定格動作点の低下等が防止され、モータの信頼性を向上することができる。
【００４３】
さらに、エンドキャップ１０の突起部１２は円筒状なので、エンドキャップ１０の組み付け時において、該エンドキャップ１０の軸５を中心とする回転方向の姿勢を考慮する必要はなく、組み立て作業が容易である。
【００４４】
第２実施形態
図５は本発明に係るＳＲモータの第２実施形態の要部を示す一部を断面とした平面図、図６は図５の要部を拡大した断面図、図７は図５のエンドキャップの斜視図である。上述した第１実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００４５】
即ち、上述した第１実施形態では、エンドキャップ１０の突起部１２は、円筒状の突起であるから、この突起部１２とボビン８（巻線コイル７）とは、いわゆる線接触であり、当接部分の面積は小さい。これに対して、この第２実施形態のエンドキャップ１０の突起部１３は、巻線コイル７のボビン８の内側壁部の内面（軸５側の面）に沿って当接するように、それぞれの巻線コイル７に対応して平坦部１３ａを形成した点が相違する。
【００４６】
エンドキャップ１０の突起部１３に、このような平坦部１３ａを形成することにより、ボビン８との接触面積が拡大され、巻線コイル７を安定的に保持固定することができるとともに、巻線コイル７に生じている熱のエンドキャップ１０に対する伝達効率が向上するので、放熱性がさらに良好となる。
【００４７】
また、上述した第１実施形態のエンドキャップ１０の突起部１２の先端はステータ３の突極３ａには至っていないが、この第２実施形態のエンドキャップ１０の突起部１３は、その先端部がステータ３の突極３ａの先端部の軸方向の端面に当接するように長く形成されている点が相違する。
【００４８】
このように、突起部１３の先端面を突極３ａに当接させることにより、渦電流によりステータ３の突極３ａの先端部に生じている熱が該突起部１３を介してエンドキャップ１０に伝達されるので、この部分の熱も効率的に放熱することができる。突起部１３により巻線コイル７を遮蔽する面積も大きいので、その分だけ磁束遮蔽性が向上するとともに、巻線コイル７（ボビン８）との接触面積がより大きくなるので、放熱性をさらに拡大することができる。
【００４９】
さらに、この第２実施形態では、突起部１３の内側の径は、ステータ３の突極３ａの先端により描かれる円とほぼ同じ径となるように設定されている。ロータはエンドキャップでベアリングを介して支持されているので、エンドキャップの突起部１３の内径とロータの外径とは同軸度が高く保たれるので、このような設定が可能であり、このようにすることにより、ロータ２の回転に支障となることなく、突起部１３の厚さを最大にすることができ、磁束遮蔽性、放熱性を向上することができる。
【００５０】
この第２実施形態においては、エンドキャップ１０の突起部１３に平坦部１３ａを設ける点と、突起部１３の先端面をステータ３の突極３ａに当接させる点の二つの事項について説明しているが、これらは同時に実施される必要は必ずしもなく、何れか一方のみでも、それなりの効果を実現できる。例えば、上述の第１実施形態のような円筒状の突起部１２の長さを拡大して、その先端面をステータ３の突極３ａに当接させるようにできる。
【００５１】
なお、この第２実施形態のエンドキャップ１０は、ハウジング９の内側に挿入された状態で該ハウジング９にネジ等により固定されている点も上述の第１実施形態と異なる。エンドキャップ１０の突起部１３の先端面のステータ３の突極３ａに対する密着性を向上するため、エンドキャップ１０の外側円筒部１０ａの軸方向の長さがその先端面がステータ３に当接しないように短く設定されているためである。
【００５２】
第３実施形態
図８は本発明に係るＳＲモータの第３実施形態の要部を示すエンドキャップの斜視図である。上述した第１及び第２実施形態と実質的に同一の構成部分については同一の番号を付して、その説明は省略することにする。
【００５３】
この第３実施形態は、上述した第２実施形態のエンドキャップ１０の突起部１３の構成の一部を変更したものである。即ち、エンドキャップ１０の突起部１３に付加的に、複数の凸部１３ｂを一体的に形成している。これらの凸部１３ｂは、エンドキャップ１０をハウジング９に取り付けた状態で、ステータ３の隣り合う突極３ａの間の部分に沿って挿入されるように複数形成されている。このようにすることにより、磁束遮蔽性、放熱性、固定の確実性をさらに向上することが可能である。
【００５４】
この場合、エンドキャップ１０はステータ３の両端側からそれぞれ挿入配置されるので、一対のエンドキャップ１０の互いに対応する凸部１３ｂの先端部が互いに当接するように構成すると、さらに効果的である。
【００５５】
上述した各実施形態においては、巻線コイル７はボビン８にコイル線を巻回して構成されているが、ステータ３の突極３ａにボビンを用いずに巻回した巻線コイルを装着する、あるいは該突極３ａに直接的にコイル線を巻回して巻線コイルとする構成であっても同様に適用することができる。
【００５６】
なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。従って、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【００５７】
例えば、上述した各実施形態では、ＳＲモータに本発明を適用したものについて説明しているが、勿論、他の型式のモータであっても適用することができる。また、ステータ及びロータの突極の数や相数も上述の実施形態に限定されることはなく、他のものであっても同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＳＲモータの第１実施形態の要部を示す一部を断面とした平面図である。
【図２】図１の要部を拡大した断面図である。
【図３】図１のエンドキャップの構成を示す斜視図である。
【図４】図１の要部を拡大した断面図（ａ）及びこれに対応する従来技術の構成を示す断面図（ｂ）である。
【図５】本発明に係るＳＲモータの第２実施形態の要部を示す一部を断面とした平面図である。
【図６】図５の要部を拡大した断面図である。
【図７】図５のエンドキャップの構成を示す斜視図である。
【図８】本発明に係るＳＲモータの第３実施形態のエンドキャップの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…ＳＲモータ
２…ロータ
２ａ…突極
３…ステータ
３ａ…突極
４…ロータコア
５…出力軸
６…ステータコア
７…巻線コイル
８…ボビン
９…ハウジング
１０…エンドキャップ
１１…ベアリング
１２，１３…突起部
１３ａ…平坦部
１３ｂ…凸部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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