JP2010263783A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】リラクタンスモータの共振を防止する。
【解決手段】１つのロータ(3)と１つのステータ(5)とを具備するリラクタンスモータ(1)に関し、複数の立設されたステータポール(6)がステータ(5)に形成され、ステータポール(6)にはコイル(7)が巻装されている。さらに、ステータ(5)とコイル(7)の間にコイル胴部(9)が配設され、かつステータ(5)は、その外側を囲包するステータハウジング(10)内に収容されている。このようなリラクタンスモータをそのモータ回転速度範囲における共振の影響の点において大きく改善するために、コイル胴部(9)及びステータハウジング(10)の少なくとも一方が、少なくとも断面において、ステータ(5)に対して一定の間隙を空けて設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は、１つのロータ（回転子）と１つのステータ（固定子）とを具備するリラクタンスモータに関し、ステータは、複数の自立するステータポールを有し、ステータポールにはコイルが巻装されている。さらに、ステータとコイルの間にコイル胴部が配設され、かつ／又は、ステータが、その外側を囲包するステータハウジングに収容されている。

リラクタンスモータは、周知技術である。例えば、特許文献１を参照する。特許文献１は、リラクタンスモータが開示されており、モータ稼働時の騒音発生を低減するために、コイル胴部の外側にステータカバーを備えている。自立するステータポールは、所定のステータコイルの担体としてステータコイルが巻かれている。加えて、ステータハウジングをもつリラクタンスモータも知られている。ステータハウジングは、特に、ステータを囲むステータ壁と、ステータの各端部において、回転するロータシャフトの軸受けに繋がるブリッジ部とからなる。

独国特許出願公開１０３３７９１６Ａ１

稼働中のステータ内における大きな電磁駆動力により振動が生じる。ステータ内及びコイル内では、モータの電流供給により微小運動が発生する。例えば、鉄の電気歪み、コイルの導線間の力、及び、ロータとステータの間の電磁相互作用である。これらの力の影響は、周波数に依存するモータ速度による。周波数によっては、装置の共振が活性化し得る。この結果、高回転モータの共振の影響が現れる。

上記の従来技術に鑑み、本発明の技術的課題は、リラクタンスモータにおいて、リラクタンスモータの稼働速度範囲における上述の共振の影響をさらに改善することである。

上記の課題は、本発明の構成により解決される。その構成は、リラクタンスモータの断面において、コイル胴部及びステータハウジングのうち少なくとも一方（以下、「コイル胴部及び／又はステータハウジング」と表現する場合がある）とステータとの間に、間隙すなわち一定の距離を設けたものである。この構成によれば、コイル胴部及び／又はステータハウジングの部品の共振に起因する運動によるステータとの衝突を防止でき、それにより生じる甚だしい騒音を回避できる。断面において、コイル胴部及び／又はステータハウジングがステータとの間に所定の間隙を有することにより、稼働速度範囲における共振の影響の解消を実現できる。これは、コイル胴部及び／又はステータハウジングを、ステータに対して全面的に接触させないようにしていることによる。

請求項１に係る本発明の構成は、以下に図面と共に説明するが、請求項１に従属する請求項の構成もそれぞれ重要である。

さらに好適な構成の１つにおいては、コイル胴部及び／又はステータハウジングが、対向するステータとの間に所定の間隙を設けるために、複数の突出部が形成されている。これに替わる構成又はこれと併せられる構成においては、ステータが、対向するコイル胴部及び／又はステータハウジングとの間に所定の間隙を設けるために、所定形状の突出部を形成されている。
複数の突出部は、ステータを貫通するロータ軸の径方向外側又は径方向内側へ向かうようにステータに対して形成され、ステータに対する支持部分となる。そして、それらの突出部同士の間に空間すなわち間隙が形成される。これに関して好適には、平坦面とせず、その替わりに最適には、コイル胴部及びステータハウジングの各々とステータとの間に点形状部分又は直線形状部分として突出部を設ける。

さらに別の好適例においては、突出部が、ロータの軸方向に延在している。すなわち、突出部は、ロータ軸に対して離間しかつ平行である。または、少なくとも各々の突出部同士が離間しかつ互いに平行に延在している。
モータにおける１つの尖ったコーナー部は０．５°〜３０°の角度範囲を占めている。この構成において、リブ（小突条）としての突出部は、特に、モータの断面における直線状の部分に設けられる。これらのリブは、コイル胴部及び／又はステータハウジング又はステータから対向する壁に対して設けた多数の盛り上がりの形態で延在する。

リラクタンスモータの稼働速度範囲における共振の影響の問題は、さらなる解決手段により解消される。それによれば、間隙の領域は、ステータに直接隣接して形成されており、断面において、周方向ライン上で間隙の領域の周方向長さを合計すると、周方向ライン全体の２０％〜９８％を占める。それに対応して、対向する壁に対する支持部分が設けられており、コイル胴部及び／又はステータハウジングのステータに対する支持部分は、断面において、周方向ライン上で約２％〜８０％を占め、好適には２％〜１０％を占める。寸法についての別の実施例では、ステータを囲包する部品であるステータハウジングの周方向長さが２５０mmのとき、支持部分の周方向長さの合計は約１０mm〜１５mmである。
支持部分はさらに、好適なリブ状の突出部として周方向において均等な間隔で配置してもよく、それに替えて、周方向において不均等な間隔で配置してもよい。このように、断面の周方向において各支持面は小さく形成され、点形状部分又は直線形状部分として形成される。
コイル胴部及び／又はステータハウジング上に突出部が形成される場合、それらの各突出部の周方向長さが、それらの壁の厚さと同じかまたはそれより小さくともよい。好適には、コイル胴部及び／又はステータハウジングの壁は、厚さ１mm〜５mmで形成される。よって、１つの突出部の周方向長さは、５mm又はそれより短くされる。従って、この場合、突出部の周方向長さは、コイル胴部及び／又はステータハウジングの壁の厚さの１０分の１〜２分の１とされる。さらに、好適には、壁の厚さが１mm〜５mmであるから、突出部の周方向長さは、０．１mm〜２．５mmとされる。これは特に、コイル胴部上の突出部におけるコイル胴部の壁厚との関係に相当する。

別の実施例または組み合わせられる実施例として、コイル胴部及び／又はステータハウジング上に突出部が形成される場合、それらの各突出部の周方向長さが、それらの壁の厚さと同じかまたはそれより大きくともよい。従って、壁厚との関係から、１つの突出部の周方向長さは、５mm又はそれより長くされる。これに関してさらに好適には、突出部の周方向長さは、コイル胴部及び／又はステータハウジングの壁厚の１．５倍〜１０倍とされる。この結果、好適な壁厚を想定すると、好適な突出部の周方向長さは、各突出部について１．５mm〜５０mmとなる。このようにして突出部が形成されるため、特にステータハウジングに設けられる場合は、ハウジング壁の厚さとの関係で突出部の周方向長さが決まる。

ステータハウジングは、好適な構成においては、金属シート部品から形成され、さらに曲げ加工または打ち抜き加工により形成される。さらに、ステータハウジングは、２つのハウジング部品に分離されており、所定の間隙は、少なくとも上側のブリッジ部を設けたハウジング部品に形成される。さらに別の好適例においては、所定の間隙は、上側のブリッジ部を設けたハウジング部品に形成され、その場合、ステータに対してステータハウジングを固定するために、ブリッジ部は、例えば、クランプ状にステータを受容する。ステータハウジングのブリッジ部に設けたこのクランプ状受容部は、上述の共振の影響に関して好適な改善をもたらす。なぜなら、ステータを覆うハウジング部品は、断面において所定の間隙を形成され、その所定の間隙のために突出部を設けられているからである。
さらに好適な構成では、所定の間隙のためにステータ自体の上に突出部が設けられる。ステータ積層体を形成するステータの好適な構成においては、同じ輪郭の多数のステータ板が互いに上下に重ねられる。よって、ステータ板の輪郭を打ち抜きで形成する際に、ステータハウジングとの間の所定の間隙を形成するための突出部を形成する。

好適な構成においては、コイル胴部は、電気絶縁性のプラスチック成型品として形成される。コイル胴部は、ステータに対する電気的絶縁の役割を果たしてステータコイルを巻装しかつステータコイルを支持している。

間隙において反対側に対向する２つの面は互いに傾斜しておらず、面同士の間の距離は十分に大きく設けられている。これにより、極度の条件下でも、これらの面が互いに接触しないことを確保している。振動時に、突出部の間で自由に伸長された面が曲げられ、さらにロータ軸に関してほぼ径方向に曲がるような状況においても、これらの面は互いに接触しない。またさらに、この場合、２つの突出部間の間隙の周方向長さを、１つの突出部の周方向長さの１〜５０倍とする。さらに好適な構成においては、１つの突出部の周方向長さは、約１ｍｍ〜５ｍｍであり、２つの突出部間において支持されていない間隙の周方向長さは、例えば１ｍｍ〜５０ｍｍである。

上述した各数値範囲は、例示のためであり限定するものではなく、これらの間の全ての中間値、特に、下方及び／又は上方の境界値ともう一方の境界値の間における十分の１刻みの中間値も含まれる。数値についての「及び」は、この意味で用いており、双方の境界値の各々又は双方の境界値の間の十分の１刻みの数値のいずれも含む。

ステータと、ステータに固定されブリッジ部として形成されたステータハウジングとを有するリラクタンスモータの斜視図である。 リラクタンスモータの側面図である。 図２のIII−IIIラインに沿った断面図である。 図３のIV領域の拡大図である。 図３のV領域の拡大図である。

以下、実施例を示した図面を参照して本発明を説明する。
図１を参照して、４−２型リラクタンスモータの形態であるリラクタンスモータ１について説明する。適宜の２相モータにおいて、ロータ３を具備するロータシャフト２は、耐トルク性を備えている。ロータ３は、直径方向に反対向きの２つのロータポール４を具備する。ロータ３は、リラクタンスモータ１の稼働中に、幾何学上のロータ軸ｘ上に設けたロータシャフト２の周りで回転する。

ロータ３の周囲に位置するステータ５は、ロータ３の回転方向における９０°毎の４つの位置に配置されたステータポール６を設けている。各ステータポール６は、コイル７を形成する巻線を巻かれている。

ステータ５に対するコイル７の電気的絶縁のために、ステータポール６の周囲とそれに繋がるステータ壁８に対して重ねられかつプラスチック成型により形成されたコイル胴部９が設けられている。コイル胴部９は、図３の断面図に示すように、コイル７のライナーとしてステータ領域の側面に配設されている。

ステータ５は、その外側にステータハウジング１０を備える。図１では、ステータ５の前面に重なるブリッジ部１１のみが示されている。このブリッジ部１１は、図示しないが、ステータ５の反対側の面にもあり、同様のもう１つのブリッジ部が重ねられている。

ブリッジ部１１は、もう１つのブリッジ部も含め、ロータシャフト２を格納する機能を有する。そのために、ブリッジ部１１は、中央部に受容開口１２を具備する。この受容開口１２内に、ロータシャフト部品の格納のために、ボールベアリング又は同等の部品が設けられている。

ブリッジ部１１は、さらに、ロータ軸ｘの周囲の環状カラー部１３を具備する。環状カラー部１３は、装置断面においてはステータ５に付加された端部部品の外面も取り囲んでいる。

ステータ５は、同一形状の多数のステータ板１４を積層した１つのパッケージとして形成されている。これらのステータ板１４を圧縮することにより作製され、構築されたステータ５における壁の外面には、その輪郭の９０°の角度毎の４面に溝状のステータ外側面１５が形成されている。ステータ外側面１５は、ステータ５の周方向において各コーナー位置でも溝状に形成され、径方向においてロータ軸ｘに向かって凹となっている。

特に図４によく示されるように、ステータ５の断面において、ステータ外側面１５の近傍には、突出部と陥没部が見られる。これにより、ブリッジ部の環状カラー部１３を支持するための不連続な支持面が形成されている。突出部１６は、ロータ軸ｘの径方向における高さａを有し、この高さａは、例えば、ブリッジ１１の環状カラー部１３を形成する板の材料厚さの約０．５倍である。突出部１６は、ステータ外側面１５を分断するように周方向に亘っており、突出部１６の幅ｂは、例えば、高さａの約１０倍である。「周方向」とは、断面において部品の輪郭が延在する方向をいう。

図３に示すように、２つのステータ外側面１５の各々は、周方向の同じ面に互いに均等な間隔で並んだ３つの突出部１６の間にそれぞれ位置する。すなわち、各々が突出部幅ｂをもつ２つの隣り合う突出部１６の間に、間隙すなわち自由空間が存在することとなる。

実施例においては、２つの突出部１６の間の間隙の長さは、突出部幅ｂに対して突出部高さａの２倍を追加した長さであり、環状カラー部１３の壁厚の約１０倍の長さである。各突出部１６は、全てのステータ外側面１５と共に、ロータ軸ｘに対して平行な向きに延在し、一方のブリッジ部１１から反対側の端部のブリッジ部まで延在している。

上述の突出部１６の形成により、ステータハウジング１０の環状カラー部１３が、ステータ５に対して間隙を伴って取り付けられる。この間隙は、突出部高さａにより規定されている。この間隙は、ステータ５の面取りした各コーナーにも形成されている。それにより、面取りした各コーナーにおいては、間隙を介して対向する環状カラー部が束縛されない状態で延在することとなる。

上述の構成では、ステータハウジング１０、特に環状カラー部１３とステータ５とが、直線状部分である突出部１６でのみ接触することとなる。これらの突出部１６により形成された間隙は、モータ１の稼働速度範囲における共振の影響を生じさせないために設けられている。そのために、これらの間隙において、互いに反対側に対向する面同士を接触させないように、突出部高さａを十分な大きさに設定する。また、振動によって生じた曲がりのために、隣り合う突出部１６の間において環状カラー部１３の一部である面が自由に伸長しても、ステータ５に対しては全く接触しない。好適な態様においては、ブリッジ部１１は、ステータ５上にプレス接合される。
図４の実施例とは別の実施例として、ステータ５の方に突出部を設ける替わりに、断面において図４と同じ構成となるように環状カラー部１３の方に突出部を設けてもよい。

さらに、コイル胴部９もまた、対向するステータ５の壁８の全面及びステータポール６の全面を覆っていない。その替わりに、コイル胴部９は、その外壁上に突出してロータ軸ｘに対し平行に延在する突出部１７により、対向するステータ壁８を支持している。これらの突出部１７は、リブ（小突条）として、形成されている。これらの突出部１７は、コイル胴部９上に所定の厚さで一体形成されており、剛性緩衝リブとして作用する。コイル胴部９は、断面において点形状部分である突出部１７においてのみ、対向するステータ壁８に接触する。

図５の拡大図に示すように、リブ状の突出部１７は、断面において点形状部分を形成している。コイル胴部の壁１８上の突出部１７の拡がりは、周方向の幅ｃを有し、図示の場合は壁１８の厚さの約３分の１である。突出部１７における幅ｃに交差する方向の高さｄは、突出部１７の幅ｃの約２分の１である。断面において、突出部１７は、壁１８の厚さの約２分の１の長さまで周方向に延在する。

突出部１７は、コイル胴部の壁１８の周方向に延在する間隙を形成しており、図示の実施例では、隣接する２つの突出部１７の間の間隙の幅は、突出部１７の周方向の幅ｃの約１０倍である。

図４に示すように、コイル胴部９は、ステータポール６に対向する面の領域においても、周方向に形成された２つの突出部１７によりステータポール６を支持している。一方、ステータ壁８に対する支持のためには、周方向に形成された３つの突出部１７がある。これらにより、周方向におけるステータ５に対する支持部分が得られる。断面において、周方向ライン全体の長さに対し、合わせて約８５％の間隙が形成される。すなわち、コイル胴部９による支持部分は、ステータ５上の周方向ライン全体の長さの約１５％となっている。

この場合も、コイル胴部９における直線形状の部分が、ステータ壁５に対向する。それにより、リブ状の２つの突出部１７同士の間に露出面すなわち立体的空間が存在することとなる。これにより、稼働速度範囲における共振を回避できる。
図５の実施例とは別の実施例として、コイル胴部９の方に突出部を設ける替わりに、断面において図５と同じ構成となるようにステータ５の方に突出部を設けてもよい。

上述のリラクタンスモータ１は、大きな自己共振を特性として有する。しかし、モータの稼働速度範囲における望ましくない共振の影響を回避できる。さらに、金属同士の衝突音のような機械的騒音も回避できる。このモータは、ステータハウジング１０すなわちブリッジ部１１及び／又はコイル胴部９において、ステータ５との間に点形状部分又は直線形状部分の突出部を設けたことにより（すなわち間隙を形成したことにより）、振動レベルを低減し、騒音を最小限とすることができる。

１ リラクタンスモータ
２ ロータシャフト
３ ロータ
４ ロータポール
５ ステータ
６ ステータポール
７ コイル
８ ステータ壁
９ コイル胴部
１０ ステータハウジング
１１ ブリッジ部
１２ 軸受開口
１３ 環状カラー部
１４ ステータ板
１５ ステータ外側面
１６ 突出部
１７ 突出部
１８ コイル胴部壁
ａ 高さ
ｂ 幅
ｃ 幅
ｄ 高さ

Claims (14)

1. ロータ（３）とステータ（５）とを備え、前記ステータ（５）には、立設されかつコイル（７）が巻装されたステータポール（６）が設けられ、前記コイル（７）と前記ステータポール（６）との間にはコイル胴部（９）が配設され、前記ステータ（５）はその外側を囲包するステータハウジング（１０）に収容されている、前記リラクタンスモータ（１）において、
   断面において、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方と、前記ステータ（５）との間に間隙が形成されていることを特徴とするリラクタンスモータ。
2. 断面において、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方が、前記ステータ（５）との間に所定の前記間隙を形成するための突出部（１６、１７）を設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
3. 断面において、前記ステータ（５）が、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方との間に所定の前記間隙を形成するための突出部（１６、１７）を設けられていることを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
4. 前記突出部（１６、１７）が、前記ロータ（３）の軸方向に延在していることを特徴とする請求項２又は３に記載のリラクタンスモータ。
5. 前記突出部（１６、１７）が、リブとして形成されていることを特徴とする請求項４に記載のリラクタンスモータ。
6. 断面において、前記ステータ（５）に隣接する前記間隙の周方向長さの合計が、該ステータ（５）の周方向ライン全体の２０％〜９８％を占めることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のリラクタンスモータ。
7. 断面において、前記突出部（１６、１７）の周方向長さが、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方の壁厚と同じか又はそれよりも小さいことを特徴とする請求項２又は３に記載のリラクタンスモータ。
8. 断面において、前記突出部（１６、１７）の周方向長さが、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方の壁厚の１０分の１〜２分の１であることを特徴とする請求項７に記載のリラクタンスモータ。
9. 断面において、前記突出部（１６、１７）の周方向長さが、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方の壁厚と同じか又はそれよりも大きいことを特徴とする請求項２又は３に記載のリラクタンスモータ。
10. 断面において、前記突出部（１６、１７）の周方向長さが、前記コイル胴部（９）及び前記ステータハウジング（１０）のうち少なくとも一方の壁厚の１．５〜１０倍であることを特徴とする請求項９に記載のリラクタンスモータ。
11. 前記ステータハウジング（１０）が１枚の金属シートから形成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のリラクタンスモータ。
12. 前記ステータハウジング（１０）が２つのハウジング部品に分離されており、前記間隙は、少なくとも上側のブリッジ部（１１）を設けたハウジング部品に形成されることを特徴とする請求項１〜１１に記載のリラクタンスモータ。
13. 前記コイル胴部（９）は、プラスチック成型により形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のリラクタンスモータ。
14. ２つの前記突出部（１６、１７）間の間隙の周方向長さが、１つの前記突出部（１６、１７）の周方向長さの１倍〜５０倍であることを特徴とする請求項２又は３に記載のリラクタンスモータ。

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