JP2000037049A - モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 作動音の小さいモータを提供する。 【解決手段】 リングの内方に等間隔で６つの突極を有
し、対向する突極間の剛性が異なるように突極間のバッ
クヨーク幅を異ならせて形成した電磁鋼板を、隣り合う
もの同士でバックヨーク幅が異なるように積層してステ
ータ２００が構成される。突極にコイルが巻かれ、対向
する突極を１組とし、円周方向に１２０°ずつ３組の励
磁コイルが形成される。ロータ１９は４つの突極を有し
ている。突極が交互に励磁することによって、ロータが
回転し、駆動力が発生する。ステータは磁力によって対
向する突極を引き寄せって変形が生じるが、電磁鋼板の
剛性が異なるため、変形が復元するときの振動が、異な
る振動周波数で干渉が生じて、早く減衰し、作動音を立
てずにモータ運転ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、駆動するときの
作動音を低減する改良を施したモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】モータは、ステータを励磁することによ
ってロータを回転させて、駆動力を発生させている。こ
の駆動力の発生と同時に、ステータにステータを変形さ
せる力が作用する。この力が駆動とともに回転するの
で、ステータに周期的な変形が生じ、共振を引き起こし
て作動音を発生させることになる。

【０００３】ブラシレス式モータでは、突極を有するス
テータに複数のコイルを備え、ロータの位置によって決
まるコイルへ電流を与えて突極に発生する磁力でロータ
を引き付け、または遠ざけて駆動力を発生させている。
したがって駆動力の発生とともにステータに駆動力と直
交する径方向の力も発生し、ステータを径方向に歪ませ
て作動音を発生する原因を作っている。コイルに流す電
流が急激に変化するスイッチトリラクタンスモータは、
とくにこの径方向の力が大きいので、コイルが切り替わ
るたびに振動を起こし大きな作動音を立てている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この作動音を低減すべ
く、例えばステータの剛性を高めるためにバックヨーク
の厚みを増やして、変形を抑える措置が取られている
が、バックヨークの厚みを増やして変形を抑えることで
振動を減らす方法では、モータ重量の増加を招くという
問題があった。本実施例は、上記の問題点に鑑み、重量
や大きさの増加を伴わずに作動音を低減させることが可
能なモータを提供することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、ロータとロー
タを囲んで配置されるステータとを有し、ステータに励
磁コイルが備えられるモータにおいて、ステータは電磁
鋼板を回転軸方向に積層して構成されるとともに、隣り
合う電磁鋼板で励磁コイルの励磁でロータへ発生する磁
力に対しそれぞれ剛性を異ならせてあるものとした。

【０００６】ロータへの磁力方向に隣り合う電磁鋼板の
剛性を異ならせたことによって、磁力方向の振動周波数
が異なる。この結果磁力でステータが変形して振動が起
きた場合は、互いに干渉しあい、摩擦力が働いて振動エ
ネルギーが消費され、減衰が早まり、早期に振動が停止
することが図られる。

【０００７】モータはステータに突極を有するリラクタ
ンスモータであり、電磁鋼板はリングの内方に等間隔で
複数の突極が突出して形成されるとともに、対向する突
極間の剛性および突極の振れ剛性が隣り合うもの同士で
異なるように設定されているものとした。

【０００８】リラクタンスモータは、磁力が対向する突
極から発生しているので、対向する突極間の剛性を異な
らせたことによって、変形方向の振動周波数が異なり、
隣り合う電磁鋼板で、振動を干渉させることができる。

【０００９】対向する突極間の剛性を異ならせること
は、電磁鋼板の突極間のバックヨーク幅を異ならせて形
成し、隣り合う電磁鋼板で異なる幅のバックヨークが重
なるよう電磁鋼板が積層されることによって実現でき
る。

【００１０】また、電磁鋼板の突極間のバックヨークに
深さの異なる切り欠きを入れて形成し、隣り合う電磁鋼
板で異なる深さの切り欠きを有するバックヨークが重な
るよう電磁鋼板を積層することによっても実現できる。
さらに、電磁鋼板を少なくとも２種類の厚さで形成し、
それぞれが交互になるように積層することによっても実
現できる。

【００１１】電磁鋼板の各突極位置に、軸による固定に
寄与する小穴と、固定に寄与しない大穴を交互に設け、
大穴と小穴が交互に重なるように電磁鋼板を積層し、軸
による固定が行われることによっても隣り合う電磁鋼板
で対向する突極の剛性が異なる。

【００１２】また、溶接で電磁鋼板を固定する場合は、
積層される電磁鋼板の外周において、隣り合う２枚の電
磁鋼板が対向する突極位置で溶接して固定するととも
に、該溶接部位は、電磁鋼板の積層に連れ、円周方向に
ずらしていくことによって、隣り合う電磁鋼板で対向す
る突極の剛性が異なる。

【００１３】電磁鋼板の突極の振れ剛性を異ならせて形
成し、隣り合う電磁鋼板で異なる振れ剛性の突極が重な
るよう電磁鋼板を積層することによって、突極振れ振動
が抑えられる。突極の幅を変えることによって、振れ剛
性を異ならせることができる。また、突極がリングと接
触する根元において、隅アール（Ｒ）を違えたことによ
って、振れ剛性を異ならせることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】次に、実施例により発明の実施の
形態を説明する。図１、図２、図３は第１の実施例の構
成を示す図である。図１は、ステータに用いられる電磁
鋼板の形状を示す図で、図２は電磁鋼板を積層したステ
ータの断面図である。図３はモータの構成を示す図であ
る。

【００１５】図１において、リング８０の内周に６個の
突極（１、２、３、４、５、６）が等ピッチで設けられ
ている。各突極は同じ幅に形成され、突極間のバックヨ
ークの幅をそれぞれ変化させてある。すなわち突極１と
突極２の間のバックヨーク７および、突極４と突極５の
間のバックヨーク１０は幅の小さいｔ１に形成されてい
る。突極１と突極６の間のバックヨーク１２および、突
極２と突極３の間のバックヨーク８は幅の大きいｔ２に
形成されている。突極５と突極６の間のバックヨーク１
１および、突極３と突極４の間のバックヨーク９は幅が
中間のｔ３に形成されている。以上のように、バックヨ
ーク幅はｔ１＜ｔ３＜ｔ２となっているが、その平均値
が従来のバックヨーク幅と同じように設定される。これ
によって、対向する突極１と突極４の間の剛性と、突極
６と突極３の間の剛性と、突極２と突極５の間の剛性が
それぞれ異なり、同じ力が働いたときの変位および振動
周波数が異なることになる。

【００１６】このように形成される電磁鋼板１００を例
えばプレス加工して作成し、突極１に対して突極２、突
極３を重ねるように電磁鋼板１００を６０°ずつ回転さ
せて積層する。こうして構成されるステータ２００は図
２のように突極は同じ幅であるが、リングはバックヨー
ク７、８、９が重なるように隣り合う電磁鋼板ではバッ
クヨーク幅が異なっている。

【００１７】上記のように形成されるステータ２００の
各突極に図３のようにコイルを巻き、対向する突極で、
それぞれ１組の励磁コイルを構成している。すなわちコ
イル１３とコイル１６は１組、コイル１８とコイル１５
は１組、コイル１７とコイル１４は１組と円周方向に角
度が１２０°ずれた３組の励磁コイルが形成されてい
る。

【００１８】ロータ１９はステータ２００と極数を異な
らせた４つの突極７１、７２、７３、７４を有してい
る。ロータの突極位置は図示しない検出手段で検出さ
れ、ステータの突極と対向する直前に励磁コイルを切替
えて、モータを制御して駆動力を発生させる。

【００１９】例えば図３の位置では、ロータ１９を矢印
Ｂ方向に駆動力を発生させたい場合は、コイル１３とコ
イル１６に流す電流を遮断し、コイル１４、コイル１７
に電流を与え、励磁される突極で、ロータ１９の突極７
１、７３を引き付けて回転させる。一方、この駆動力の
発生とともにステータ２００には励磁される突極に矢印
Ｃの方向の力が発生し、バックヨークの中間を通るＳ線
を中心にステータ全体が変形する。この変形はとくにＳ
線が通るバックヨークが屈曲し、大きく変形する。

【００２０】ロータ１９の突極と励磁されるステータの
突極が完全に向き合って、駆動力が零となるとき、電流
を流す励磁コイルを切り替えるため、その時点で矢印Ｃ
方向の力が無くなり、変形で蓄積したエネルギーが解放
され振動が生じる。この振動が対向する突極間の剛性で
決まる共振周波数で振動するので、剛性が同じ従来のス
テータでは、各電磁鋼板が同じ振動周波数で振動をし、
大きな作動音を発生している。

【００２１】本実施例では、上記のステータ２００が、
バックヨークの幅が隣り合う電磁鋼板同士で異なるた
め、それぞれが異なる振動周波数で振動し、電磁鋼板の
間で摩擦が生じ、振動エネルギーが消費され、減衰が早
くなって、振動が早期に停止する。

【００２２】本実施例は以上のように構成され、ステー
タは互いに隣り合う電磁鋼板の振動周波数を異ならせる
ようにしたので、ステータ全体の振動を低く抑え、かつ
振動時のエネルギーを消費するので、作動音を殆ど立て
ずにモータ駆動ができる。このように電磁鋼板間の摩擦
力で振動を抑えるので、単純にバックヨークの幅を広く
とって、剛性を増強する対策に比べて、モータの大き
さ、重量が増加せずに作動音を低減させることができ
る。また、振動時の減衰効果も期待できるため作動音を
より小さく抑えることができる。

【００２３】なお、本実施例では、ステータの突極を
６、ロータの突極数を４としてスイッチトリラクタンス
モータを構成したが、突極数はこれらに限るものではな
い。また、モータ形式もスイッチトリラクタンスモータ
に限らず、磁石付きの同期モータ、誘導モータなどステ
ータを積層鋼板で構成するモータであれば、いずれも適
用可能であり、かつ同様の効果が得られる。

【００２４】さらにバックヨークの幅設定も３種類に限
定されることはなく、隣り合う電磁鋼板で異なれば、ど
のような組み合わせでも構わない。また幅の種類を増や
せば、共振周波数の設定数が多くなり、ステータとして
周波数ピークを持たなくなり、より靜かな駆動ができ
る。

【００２５】次に変形例について説明する。上記実施例
では、突極間のバックヨーク幅を異ならせて対向する突
極間の剛性を変えるようにしたが、幅を変化させる代わ
りに例えば図４のように同じ幅のリング８１に切り欠き
８２、８３を入れて、バックヨーク１２、９、１１、８
の剛性を変えることもできる。切り欠き８２は対向する
バックヨーク１２と９の中央で浅く形成される。切り欠
き８３はバックヨーク８、１１の中央部で深く形成され
る。

【００２６】これらに切り欠きなしのバックヨーク部
７、１０を加えて、各対向する突極間の剛性がそれぞれ
異なるものとなる。これを第１の実施例と同じように６
０°ずつ回転させて積層すると、隣り合う電磁鋼板で異
なる振動周波数が得られ、摩擦力で振動を抑え、作動音
の小さいモータが得られる。この変形例ではバックヨー
クの幅を等幅とし、切り欠きを小さな範囲に限定するの
で、従来のステータを用いても磁気飽和が小さい範囲に
とどまりモータ性能に影響を与えずに利用可能である。

【００２７】次に、第２の実施例を説明する。第１の実
施例では、ロータとステータの突極が真正面に対向し
て、ステータには突極を互いに引き付ける力のみが作用
し突極を横に振らせる力がないときに、励磁コイルを切
替えて発生する振動を抑えるが、励磁コイルに電流を与
える瞬間は、ロータに向う磁力の方向が斜めになり、突
極を倒す力が働く。この実施例では、この力によって引
き起こされる突極の振れ振動を電磁鋼板間の摩擦力で抑
えることを目的としている。そのため、図５に示す電磁
鋼板を用いる。

【００２８】同じ幅のリング９０に等間隔で突極３１、
３２、３３、３４、３５、３６が突出して電磁鋼板が形
成される。突極３１、３４は幅を同じにして広く設定さ
れる。突極３２と３５は同じ幅で狭く設定される。突極
３３と３６は中間の幅に設定される。突極３１、３２、
３３の幅の平均値を従来のステータと同じように設定す
る。

【００２９】このように形成される電磁鋼板３００を第
１の実施例と同じように６０°ずつ回転させて積層して
ステータを構成する。ステータは図６のように回転軸方
向に同じ幅のバックヨークを有するリング９０が重ねら
れるが、突極は突極３２、３３、３１のように異なる幅
のものが交互に重なって形成される。これによって、従
来と同じ磁気特性が得られるとともに、対向する突極の
振れ剛性がそれぞれ異なることになる。

【００３０】これによって、励磁コイルに電流を与える
瞬間に、発生する突極振れ振動が、振れ剛性で決まる振
動周波数が異なることによって、干渉が起き、作動音を
低減させることができる。またこの実施例では突極の幅
の平均値を従来と同じようにしたので、従来と同じ駆動
力を出力することができる。

【００３１】また、突極の振れに影響を与える要因とし
て突極がリングと接続する根元の隅アール（Ｒ）があ
り、この隅アールを変えることによって、振れ剛性を異
ならせることもできる。すなわち、図７に示すように等
幅のリング９０に等間隔で６つの突極が形成される。突
極は同じ幅とし、リングと接続する根元において、異な
る半径の隅アールが設定されている。隅アール４１、４
２、４５、４６、４９、５０は大きく設定される。隅ア
ール４３、４４、４７、４８、５１、５２は小さく設定
される。

【００３２】これによって、突極の片側の隅アールが大
きくなっており、剛性が高い。従って突極の振動は隅ア
ールの小さい側に大きく振れることになる。このように
形成される電磁鋼板を６０°ずつずらして積層してステ
ータを構成すると、各突極の振れが１枚ずつ反対側に寄
って振れることになる。つまり隣り合った電磁鋼板同士
が異なる振動をすることになるので、振動する際に干渉
が起き、減衰を早ませることができる。またここでは、
突極の幅はすべて同じなので、磁気特性に変化が生じず
駆動力特性への影響はない。

【００３３】以上の例についても、突極幅、隅アールの
設定とも、上記に限定されるものではなく、隣り合う鋼
板が異なる振動を行うようなものであれば、どのような
設定でも可能で、同じ効果が得られる。また、この実施
例は突極の振れを素早く減衰させることで作動音を低減
するもので、ステータの半径方向の共振周波数を異なら
せる第１の実施例および変形例と同時にかつ複数採用す
ることも可能である。この場合には作動音をより効果的
に低減させることができる。

【００３４】次に、第３の実施例について説明する。こ
の実施例は、異なる厚さの電磁鋼板で突極間の剛性と突
極の振れ剛性を隣電磁鋼板で異ならせることを目的とし
ている。すなわち薄肉と厚肉の２種類の電磁鋼板５００
ａ、５００ｂを図８のように等幅のリング９０に等幅の
突極１、２、３、４、５、６が突出して形成される同一
形状に作成する。そして図９のように電磁鋼板５００ａ
と５００ｂが交互に積層してステータを構成する。

【００３５】電磁鋼板の厚さが異なることで、隣り合う
電磁鋼板の剛性が異なり、対向する突極間の剛性と突極
の振れ剛性も違うものになる。これによって、半径方向
の振動にも、突極の振れ方向の振動にも振動周波数の違
いで振動を低く抑えることできる。また、電磁鋼板の厚
さを変える代わりに、例えば磁気特性の低い電磁鋼板
と、磁気特性の高い電磁鋼板を交互に積層し、電磁鋼板
剛性が磁気特性によって異なることを利用することもで
きる。この場合は作動音の低減と同時にコスト上のメリ
ットも生まれる。

【００３６】次に、電磁鋼板の固定について第４の実施
例により説明する。図１０は電磁鋼板の構成を示す図で
ある。図８と同じように等幅のリング９０に等幅の突極
１、２、３、４、５、６が等間隔で突出して形成される
電磁鋼板６００に固定軸を通す貫通穴６１、６２、６
３、６４、６５、６６が各突極位置に形成される。突極
１、３、５の位置では、貫通穴６１、６３、６５は、こ
こを通す固定軸より充分に大きな大穴とし、貫通穴６
２、６４、６６は、固定軸と微小なクリアランスを保
ち、固定に寄与する小穴とする。このように形成される
電磁鋼板を大穴と小穴が交互に重なるように６０°ずら
して積層してステータに構成する。

【００３７】こうすることで、励磁コイルに電流が流さ
れ、または切断されるとき、固定に寄与する３ヶ所の穴
を節として振動が励起されることができる。それが隣り
合う電磁鋼板で異なるため、干渉が起き、振動が素早く
減衰する。

【００３８】また、溶接による電磁鋼板の固定では、例
えば図８に示す形状の電磁鋼板を積層して構成したステ
ータ７００を、図１１に示すように隣り合う電磁鋼板で
２枚ずつリング９０の外周で、対向する突極位置を溶接
部位として溶接して固定する。この溶接部位は、積層が
軸方向に進むに連れ、６０°ずつ変えていく。これによ
って、両端の電磁鋼板を除いて、各電磁鋼板は前後の電
磁鋼板と２ヶ所ずつ溶接で固定され、自由に移動できる
突極は対向する２ヶ所で、かつ回転軸方向に６０°ずつ
異なっていく。

【００３９】これによって突極を引き寄せる力が発生
し、振動が発生するとき、自由移動のできる突極のみが
移動しようとするが、前後の電磁鋼板との摩擦で振動早
く減衰をさせることができる。本実施例は溶接固定によ
って、振動周波数を変えるため、実施例で用いる電磁鋼
板のほかに、上記各実施例および変形例での電磁鋼板を
利用することができる。上記２例の固定についても穴の
設定、溶接ヶ所の設定は隣り合う鋼板同士が異なるもの
であればよく、この実施例に限られるものではない。

【００４０】

【発明の効果】以上説明した通り、本実施例によれば、
隣り合う電磁鋼板でロータへ向う磁力方向に剛性を異な
らせたことによって、電磁鋼板の振動が、互いに異なる
振動周波数で干渉しあい、振動エネルギーを消費し、減
衰が早くなる。この結果、作動音を立てずにモータ駆動
ができる。電磁鋼板では、隣り合うもの同士で剛性が違
うものの、トータルでは、磁気特性を維持できるから、
大きさや重量増に繋がらない効果が得られる

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例におけるステータを積層する電磁
鋼板の構成を示す図である。

【図２】バックヨークの幅を示す断面図である。

【図３】スイッチトリラクランスモータの構成を示す原
理図である。

【図４】変形例を示す図である。

【図５】第２の実施例におけるステータを積層する電磁
鋼板の構成を示す図である。

【図６】突極の幅を示す断面図である。

【図７】変形例を示す図である

【図８】第３の実施例を示す図である

【図９】ステータの構成を示す図である

【図１０】第４の実施例を示す図である

【図１１】第５の実施例を示す図である

【符号の説明】

１、２、３、４、５、６ 突極 ７、８、９、１０、１１、１２ バックヨーク １９ ロータ ２１、２２、２３、２４、２５、２６ 溶接点 ３１、３２、３３、３４、３５、３６ 突極 ４１、４２、４３、４３、４４、４５、４６
隅アール ４７、４８、４９、５０、５１、５２ 隅アー
ル ６１、６３、６５ 大穴 ６２、６４、６６ 小穴 ７１、７２、７３、７４ 突極 ８０、８１、９０ リング ８２、８３ 切り欠き １００、２００、３００、４００ 電磁鋼板 ５００ａ、５００ｂ、６００ 電磁鋼板 ２００、７００ ステータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H002 AA04 AB01 AC07 AE08 5H605 AA05 BB05 CC01 DD01 GG02 5H619 AA05 AA10 BB01 BB06 BB13 PP06

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ロータとロータを囲んで配置されるステ
   ータとを有し、ステータに励磁コイルが備えられるモー
   タにおいて、前記ステータは電磁鋼板を回転軸方向に積
   層して構成されるとともに、前記励磁コイルの励磁で前
   記ロータへ向う磁力の方向における剛性を隣り合う電磁
   鋼板で異ならせてあることを特徴とするモータ。
2. 【請求項２】 前記モータはステータに突極を有するリ
   ラクタンスモータであり、電磁鋼板はリングの内方に等
   間隔で複数の突極が突出して形成されるとともに、対向
   する突極間の剛性及び突極の振れ剛性が隣り合うもの同
   士で異なるように設定されていることを特徴とする請求
   項１記載のモータ。
3. 【請求項３】 前記電磁鋼板の突極間のバックヨーク幅
   を異ならせて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる幅のバ
   ックヨークが重なるよう電磁鋼板が積層されることを特
   徴とする請求項２記載のモータ。
4. 【請求項４】 前記電磁鋼板の突極間のバックヨークに
   深さの異なる切り欠きを入れて形成し、隣り合う電磁鋼
   板で異なる深さの切り欠きを有するバックヨークが重な
   るよう電磁鋼板が積層されることを特徴とする請求項２
   または３記載のモータ。
5. 【請求項５】 前記電磁鋼板が少なくとも２種類の厚さ
   で形成され、それぞれが交互になるように積層されるこ
   とを特徴とする請求項２、３または４記載のモータ。
6. 【請求項６】 前記電磁鋼板の各突極位置に、軸による
   固定に寄与する小穴と、固定に寄与しない大穴を交互に
   設け、大穴と小穴が交互に重なるように電磁鋼板を積層
   し、軸による固定が行われることを特徴とする請求項
   ２、３、４または５記載のモータ。
7. 【請求項７】 前記積層される電磁鋼板の外周におい
   て、隣り合う２枚の電磁鋼板が対向する突極位置で溶接
   して固定するとともに、該溶接部位は、電磁鋼板の積層
   に連れ、円周方向にずらしていくことを特徴とする請求
   項２、３、4または５記載のモータ。
8. 【請求項８】 前記電磁鋼板の突極の振れ剛性を異なら
   せて形成し、隣り合う電磁鋼板で異なる振れ剛性の突極
   が重なるよう電磁鋼板が積層されることを特徴とする請
   求項２、３、４、５、６または７記載のモータ。
9. 【請求項９】 前記突極の幅を変えることによって、振
   れ剛性を異ならせたことを特徴とする請求項８記載のモ
   ータ。
10. 【請求項１０】 前記突極が前記リングと接触する根元
    において、隅アール（Ｒ）を違えたことによって、振れ
    剛性を異ならせたことを特徴とする請求項８または９記
    載のモータ。