(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それぞれに装着されたボビンと、
該ボビンの軸方向に対する周方向の外周に巻回された巻線と、
前記ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
前記ボビンの前記軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とするモータ。
【請求項２】
請求項１記載のモータであって、
前記磁束遮蔽部材は、非磁性導電膜で構成してあり、
前記非磁性導電膜は、蒸着又はめっき形成されたものであることを特徴とするモータ。
【請求項３】
請求項２記載のモータであって、
前記非磁性導電膜は、アルミニウム蒸着膜又は銅めっき膜であることを特徴とするモータ。
【請求項４】
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それぞれに巻回された巻線と、
前記ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
軸回りに回転する前記ロータの前記軸方向の少なくとも一端面に、前記ロータの回転径よりも大きい径に設定された非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とするモータ。
【請求項５】
請求項４記載のモータであって、
前記磁束遮蔽部材は、非磁性導電板で構成してあり、
前記非磁性導電板は、アルミニウム板であることを特徴とするモータ。
【請求項６】
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それぞれに装着されたボビンと、
該ボビンの軸方向に対する周方向の外周に巻回された巻線と、
前記ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
前記ボビンの前記軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の第１の磁束遮蔽部材が設けられており、
軸回りに回転する前記ロータの前記軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の第２の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とするモータ。
【請求項７】
請求項６記載のモータであって、
前記第２の磁束遮蔽部材は、前記ロータの回転径とほぼ等しいか、それよりも大きい径に設定された円板状の部材であることを特徴とするモータ。
【請求項８】
請求項６又は７記載のモータであって、
前記第１の磁束遮蔽部材は、前記ボビンの前記軸方向の両端面に設けられており、
前記第２の磁束遮蔽部材は、前記ロータの前記軸方向の両端面に設けられていることを特徴とするモータ。
【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）を巻回して構成される。
【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（場合によりさらに複数の巻線）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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、巻線に通電することにより生じる磁束は、例えば、図３（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の空気中に出たのちロータ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７の周囲を回ってしまう磁束Ｂが生じる。
【０００６】
したがって、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。
【０００７】
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、モータの出力を向上することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、以下の解決手段によって上記課題を解決する。
第１の発明に係るモータは、内側に突出する複数の突極を有するステータと、ステータの突極のそれぞれに装着されたボビンと、ボビンの軸方向に対する周方向の外周に巻回された巻線と、ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
ボビンの軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
第２の発明に係るモータは、内側に突出する複数の突極を有するステータと、ステータの突極のそれぞれに巻回された巻線と、ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
軸回りに回転するロータの軸方向の少なくとも一端面に、ロータの回転径よりも大きい径に設定された非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
第３の発明に係るモータは、内側に突出する複数の突極を有するステータと、ステータの突極のそれぞれに装着されたボビンと、ボビンの軸方向に対する周方向の外周に巻回された巻線と、ステータの内側に設けられ、外側に突出する複数の突極を有するロータとを備えたモータにおいて、
ボビンの軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の第１の磁束遮蔽部材が設けられており、軸回りに回転するロータの軸方向の少なくとも一端面に、非磁性かつ導電性の第２の磁束遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。
上記発明において、磁束遮蔽部材は、非磁性導電膜で構成してもよく、非磁性導電膜は、蒸着又はめっきで形成することができる。
上記発明において、非磁性導電膜は、アルミニウム蒸着膜又は銅めっき膜で構成することができる。
上記発明において、磁束遮蔽部材は、非磁性導電板で構成してもよく、非磁性導電板は、アルミニウム板で構成することができる。
上記発明において、第２の磁束遮蔽部材は、ロータの回転径とほぼ等しいか、それよりも大きい径に設定された円板状の部材で構成してもよい。
上記発明において、第１の磁束遮蔽部材は、ボビンの軸方向の両端面に設けられ、第２の磁束遮蔽部材は、ロータの軸方向の両端面に設けられていてもよい。
【０００９】
上記発明によると、非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材を設けたので、該磁束遮蔽部材に巻線に通電することにより生じる磁束の一部が進入すると、該磁束遮蔽部材内に渦電流が生じ、この渦電流は、該磁束の変化を妨げる向きに流れるので、この磁束遮蔽部材を設ける位置を適宜に設定することにより、トルクの発生に有効に寄与しないような磁束を、本来的に磁束が発生して欲しい位置に誘導することが可能であり、ロータの突極を軸回り方向に引っ張る回転トルクの発生に寄与させることができるようになる。
【００１１】
上記発明により、ステータの突極の軸方向の端面から外側の空気中に出たのちロータの突極の該軸方向の端面から該ロータの突極内に進入するような磁束の発生やロータの突極に向かわずに巻線の周囲を回ってしまうような磁束の発生が当該磁束遮蔽部材により抑制されるので、本来的な回転トルクの発生に寄与する磁束を増加することができる。
【００１２】
また、ボビンをステータの突極に取り付けることにより、磁束遮蔽部材も同時に取り付けることができるので製造が容易化される。
【００１３】
また、磁束遮蔽部材を蒸着又はめっきで形成された非磁性導電膜で構成する場合、かかる製膜方法は容易であるので、磁束遮蔽部材を設けるための製造工数を削減することができる。
【００１４】
また、非磁性導電膜をアルミニウム蒸着膜又は銅めっき膜で構成することにより、低い抵抗で効果的に渦電流を発生させることができる。
【００１６】
磁束遮蔽部材として非磁性導電板をロータの軸方向の端面に取り付けることで、例えば、ロータが積層鋼板から構成される場合に、かかる非磁性導電板を該積層鋼板の固定板（端板）としても機能させる、即ち兼用することができ、構成を複雑化させることなく、本来的な回転トルクの発生に寄与する磁束を増加させることができ高効率的である。
【００１８】
円板（非磁性導電板）の径をロータの回転径とほぼ等しくすることにより、ロータの端面部分を遮蔽することができ、トルクの発生に有効に寄与する磁束を増やすことができるとともに、この場合には、ロータに非磁性導電板を一体的に取り付けた状態で、ステータに組み付けることができるので、製造作業が容易となる。
【００１９】
また、円板（非磁性導電板）の径をロータの回転径より大きくすることにより、ロータの端面部分のみならず、ロータの突極とステータの突極の間の部分、さらにはステータの突極の一部をも遮蔽することができるので、トルクの発生に有効に寄与する磁束をさらに増加させることができる。
【００２０】
非磁性導電板としてアルミニウム板を採用することで、慣性モーメントや重量の増加を最小限に抑えつつ、低い抵抗で効果的に渦電流を発生させることができる。
【００２１】
【発明の効果】
上記発明によれば、非磁性かつ導電性の磁束遮蔽部材を設けることで、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る。従って、増大した磁束によりモータの出力トルクを増大することができる。なお、モータの出力トルク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。
【００２２】
また、ステータの突極の軸方向の端面から外側の空気中に出たのちロータの突極の該軸方向の端面から該ロータの突極内に進入するような磁束の発生を抑制できることに加えて、ロータの突極に向かわず、巻線の周囲を回ってしまうような磁束の発生をより確実に防止でき、回転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る。
【００２３】
また、磁束遮蔽部材を巻線を巻回するボビンの軸方向の端面に設けることで、磁束遮蔽部材を別途取り付ける作業の必要がなくなり、製造が容易化され、製造コストを低減することができる。
【００２４】
また、磁束遮蔽部材を蒸着又はめっき形成された非磁性導電膜とすることで、別途板状体などを設ける場合と比較して、磁束遮蔽部材を安定的に設けることができるとともに、かかるボビンに対する膜の形成は比較的に容易であるから、製造工数を低減することができる。
【００２５】
また、低い抵抗で効果的に渦電流を発生させることができる。
【００２６】
また、磁束遮蔽部材を板状体としてロータの軸方向の端面に取り付けることで、例えば、ロータが積層鋼板から構成される場合に、かかる磁束遮蔽部材を該積層鋼板の固定板（端板）としても機能させる、即ち兼用することができるなど、構成を複雑化させることなく、回転トルクの発生に有効に寄与する磁束を増加させることができる。
【００２７】
また、非磁性導電板の径をロータの回転径とほぼ等しくすることにより、トルクの発生に有効に寄与する磁束を増やすことができることに加えて、ロータに磁束遮蔽部材を一体的に取り付けた状態で、ステータに組み付けることができるので、製造作業が容易となる。
【００２８】
また、非磁性導電板の径をロータの回転径より大きくすることにより、ロータの端面部分のみならず、ロータの突極とステータの突極の間の部分、さらにはステータの突極の一部をも遮蔽することができるので、トルクの発生に有効に寄与する磁束をさらに増加させることができる。
【００２９】
また、慣性モーメントや重量の増加を最小限に抑えつつ、低い抵抗で効果的に渦電流を発生させることができる。
【００３０】
【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。
【００３１】
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平面図、図２は図１の要部を拡大した斜視図、図３（ａ）は図１のIII−III線に沿う断面図である。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。
【００３２】
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及びこれらを収容する図示しないモータハウジングなどを備えて構成される。
【００３３】
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、この出力軸５はモータハウジングにベアリングを介して支持されている。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。
【００３４】
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。ステータ３はモータハウジングの内側に固定される。
【００３５】
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つように、同軸上に挿入配置されている。ステータ３の突極３ａには、それぞれボビン８に巻回された巻線コイル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、樹脂などの絶縁性の材料から形成されている。
【００３６】
そして、この実施形態のボビン８の一対の側壁の外面にはそれぞれ非磁性導電膜（磁束遮蔽部材）９ａ，９ｂが形成されている。この非磁性導電膜９ａ，９ｂは、この実施形態ではアルミニウムを蒸着することにより形成されている。但し、銅めっき、あるいはその他の非磁性導電材料を蒸着、めっき、若しくは他の製膜方法により形成するようにしてもよい。
【００３７】
ボビン８にはその両側壁の間の部分に巻線コイル７が巻回され、その内側の矩形状の穴にステータ３の突極３ａが挿入又は嵌入されることにより、該突極３ａに固定される。
【００３８】
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に通電すると、図２に示されているように、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａに向かう磁束Ｂが発生し、その一部はボビン８の側壁部分を通過する。ボビン８の側壁には非磁性導電膜９ａ，９ｂが形成されているので、この非磁性導電膜９ａ，９ｂを通過する磁束の変化に伴い、この膜９ａ，９ｂ内に渦電流Ｉが生じ、この渦電流Ｉは、該磁束の変化を妨げる向きに流れるので、この非磁性導電膜９ａ，９ｂの存在により、図３（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の出力トルク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、ボビン８に非磁性導電膜９ａ，９ｂを形成しない場合を、図３（ｂ）に示す。この非磁性導電膜９ａ，９ｂ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の該端面から外側の空気中に出たのちロータ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の外側から後端に回ってしまうような磁束Ｂが発生し、その分だけ、回転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、回転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】
上述した第１実施形態では、ボビン８の両側壁の外面に非磁性導電膜９ａ，９ｂを形成しているが、効果はやや低下するものの、いずれか一方の側壁にのみ非磁性導電膜を形成するようにしてもよい。また、非磁性導電膜を直接的にボビン８の側壁に形成するのではなく、非磁性かつ導電性の環状（ボビンの側壁に対応する形状）の板状体をボビン８の側壁に接着などにより固定するようにしても、同様の効果を得ることができる。
【００４３】
第２実施形態
図４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２実施形態の要部を示す平面図、図５は図４の要部を拡大した斜視図、図６（ａ）は図４のVI−VI線に沿う断面図である。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。
【００４４】
即ち、この第２実施形態では、ボビン８の側壁に非磁性導電膜９ａ，９ｂは形成せずに、一対の非磁性導電板１０をロータコア４の両端面にそれぞれ一体的に固定している。この非磁性導電板１０は、これらの図に示されているように、円板状であり、この第２実施形態では、アルミニウム板から形成している。この非磁性導電板１０の径は、ステータ３の突極３ａの先端部にその一部が重複するように、ロータ２の回転径よりも大きな値に設定している。
【００４５】
ロータコア４は上述の第１実施形態と同様に複数の磁性鋼板４ａを積層してなる積層鋼板から構成されているが、非磁性導電板１０はこれらの積層鋼板４ａの固定板（端板）としても機能させている。即ち、積層鋼板４ａを一対の非磁性導電板１０で挟持した状態で出力軸５に固定することにより、積層鋼板４ａが一体性を損なうこと、即ち、ばらけることを防止している。なお、非磁性導電板１０のステータ３の突極３ａの端面（出力軸に沿う方向の端面）に対向する部分と該端面との間のギャップは、出力軸５を支持するベアリングのスラスト方向の可動量と取付精度を考慮して、互いに接触しない範囲でなるべく狭く設定すべきである。
【００４６】
なお、このＳＲモータ１の組み立てに際しては、非磁性導電板１０はロータ２の回転径よりも大きいので、積層鋼板４ａを一対の非磁性導電板１０で挟持したのちに、ステータ３の内側に配置することができない場合があるが、この場合には、非磁性導電板１０の一方は取り外した状態で、ロータ２をステータ３の内側に挿入配置したのちに他方を固定することになる。
【００４７】
巻線コイル７に通電すると、ステータ３の突極３ａからロータ２の突極２ａに向かう磁束が発生するが、ロータ２には非磁性導電板１０が取り付けられているので、この非磁性導電板１０を通過する磁束の変化に伴い、図５に示されているように、この非磁性導電板１０内に渦電流Ｉが生じ、この渦電流Ｉは、該磁束の変化を妨げる向きに流れるので、この非磁性導電板１０の存在により、図６（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）に至ることがほとんどなく、ロータ２の突極２ａ側に誘導される。
【００４８】
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の出力トルク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。
【００４９】
ここで、比較のため、ロータ２に非磁性導電板１０を取り付けない場合を、図６（ｂ）に示す。この非磁性導電板１０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の該端面から外側の空気中に出たのちロータ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が発生し、その分だけ、回転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２実施形態では、かかる磁束Ｂは非磁性導電板１０によりロータ２の突極２ａ側に戻されるので、回転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。
【００５０】
上述した第２実施形態では、非磁性導電板１０をロータコア４の両端にそれぞれ取り付けているが、効果はやや低下するものの、いずれか一方のみに非磁性導電板１０を取り付けるようにしてもよい。また、非磁性導電板１０の径は、ロータ２の回転径よりも大きく設定して、その一部がステータ３の突極３ａに重複するようにしているが、その一部がステータ３の突極３ａに至らない程度の径としてもよく、あるいはロータ２の回転径とほぼ同じ径に設定してもよい。
【００５１】
非磁性導電板は円板に限られるものでもなく、例えば、ロータコア４を構成する積層鋼板４ａと同じ形状の板状体とすることができる。加えて、この第２実施形態では、非磁性導電板をロータ２に一体的に取り付けているが、ロータ２に接触しないように、ステータ３の突極３ａの先端に取り付けてもよい。
【００５２】
また、上述の第２実施形態では、ボビン８の側壁には非磁性導電膜９ａ，９ｂは形成していないが、第２実施形態の構成において、第１実施形態と同様にボビン８の側壁に非磁性導電膜９ａ，９ｂを形成すれば、非磁性導電膜９ａ，９ｂと非磁性導電板１０との相互作用によって、回転トルクに有効に寄与する磁束をさらに増大することが可能である。
【００５３】
さらに、上述の第２実施形態においては、ボビン８に巻線コイル７を巻回しているが、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。
【００５４】
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。したがって、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。
【００５５】
例えば、上述した第１及び第２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おり、これは飽和磁束密度以上で使用するＳＲモータに適用することが特に好ましいためであり、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第１及び第２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平面図である。
【図２】図１の要部を拡大した斜視図である。
【図３】図１のIII−III線に沿う断面図（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４】本発明に係るＳＲモータの第２実施形態の要部を示す平面図である。
【図５】図４の要部を拡大した斜視図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿う断面図（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。
【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
９ａ，９ｂ…非磁性導電膜
１０…非磁性導電板
Ｂ…磁束
Ｉ…渦電流
【図１】
0004172093.tif 000002
【図２】
0004172093.tif 000003
【図３】
0004172093.tif 000004
【図４】
0004172093.tif 000005
【図５】
0004172093.tif 000006
【図６】
0004172093.tif 000007