JP2016001973A - スイッチドリラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】風切音による振動騒音を低減することができるＳＲモータを提供する。
【解決手段】複数の突極３１が形成されたロータ３と、ロータ３と同軸上で、ロータ３の外周に離接して配設されたステータ２とを備えるＳＲモータ１であって、突極３１間の溝部３２に挿入する挿入部材４と、挿入部材４を溝部３２に挿入した状態で、ロータ３の軸方向における両端部に、ロータ３と同軸上に配設され、ステータ２の内径より大きな径の側板５とを備える。挿入部材４の軸方向における両端部には、ロータ３の軸方向における端面よりも軸方向の外方に突出した係合凸部４１が形成され、側板５のロータ３と対向する面部５ａには、係合凸部４１と係合する係合凹部５１が形成され、係合凸部４１と係合凹部５１とを係合することにより、挿入部材４を側板５に係止する、ことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチドリラクタンスモータに関する。

車両の動力源の電動化が進んでおり、動力源である電動モータとして、磁石界磁式（ＰＭ Permanent Magnet）モータやスイッチドリラクタンス（ＳＲ Switched Reluctance）モータが知られている。ＰＭモータは、磁石原材料のコストが高く、採掘地が限られた天然資源のため供給が不安定となるおそれがある。そのため、磁石を使用しないＳＲモータの需要が高まっている。ＳＲモータは、強磁性を有する鉄心のみで構成され、ＰＭモータと同等の効率、出力を得られるものである。

特許文献１に記載されるモータは、回転子の突極における空気抵抗を低減するため、突極間の溝部を非磁性体で埋めて、ロータの外周面を滑らかな曲面状にすることが開示されている。

特開平１１−１１３２２３号公報

このように、ＳＲモータは、風切音による振動騒音が大きいという課題を有している。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、風切音による振動騒音を低減することができるＳＲモータを提供することを目的とする。

本発明は、複数の突極が形成されたロータと、前記ロータと同軸上で、前記ロータの外周に離接して配設されたステータとを備えるスイッチドリラクタンスモータであって、前記突極間の溝部に挿入する挿入部材と、前記挿入部材を前記溝部に挿入した状態で、前記ロータの軸方向における両端部に、前記ロータと同軸上に配設され、前記ステータ内径より大きな径の側板と、を備え、前記挿入部材の軸方向における両端部には、前記ロータの軸方向における端面よりも軸方向の外方に突出した係合凸部が形成され、前記側板の、前記ロータと対向する面部には、前記係合凸部と係合する係合凹部が形成され、前記係合凸部と前記係合凹部とを係合することにより、前記挿入部材を前記側板に係止する、ことを特徴とする。

本発明にかかるＳＲモータは、挿入部材を突極間の溝部に挿入した状態で、ロータの軸方向における両端部にロータと同軸上に配設された側板は、ステータ内径より大きな径であり、ステータとロータとの間のギャップを覆うように配設される。このため、ステータとロータとの間のギャップに空気が流入したり、ギャップから空気が排出されたりすることを抑制できるので、風切音による振動騒音を低減できるという効果を奏する。また、突極間の溝部に挿入した挿入部材は、その係合凸部を側板の係合凹部と係合することにより係止される。このため、挿入部材を固定するために突極の形状を変更する必要がないので、加工が容易で、突極の断面積の減少により発生トルクが減少することもない。

図１は、実施形態に係るＳＲモータを示す断面図である。 図２は、ＳＲモータと挿入部材とを示す側面図である。 図３は、ＳＲモータのロータと挿入部材と側板とを示す斜視図である。 図４は、ＳＲモータの挿入部材を示す斜視図である。 図５は、ＳＲモータのロータと挿入部材と側板とを示す断面図である。

以下に、本発明にかかるＳＲモータの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施形態にかかるＳＲモータ（スイッチドリラクタンスモータ）１を示す断面図である。本発明に係るＳＲモータ１は、ケーシング１０内に、ブラケット１１を介してボルトを含む締結部材１２によって固定されている。このＳＲモータ１は、主として、ステータ２と、ロータ３と、挿入部材４と、側板５とを備えている。

ステータ２は、ロータ３と同軸上で、ロータ３の外周に離接して配設されている。ステータ２の内周面には、図示しない複数の突極が等間隔で形成されている。各突極にはコイルが巻かれており、コイルに通電することによって、ステータ２の内側の空間部に軸心回りの磁界が形成される。より詳しくは、通電するコイルを所定の順番で切り替えることで、ステータ２の突極とロータ３の突極３１（図２等参照）との間に生じる吸引力を変化させて、ロータ３を回転させる。このようなステータ２は、ブラケット１１に圧入されて固定されている。また、ブラケット１１は、ボルトを含む締結部材１２によってケーシング１０内に固定されている。

ロータ３は、ケーシング１０に対して回転自在に取り付けられたシャフト３０の略中央部に取り付けられており、軸心回りに回転自在となるように、ステータ２の内周側にステータ２と当接しない状態、すなわち、ギャップＧを有する状態で収容されている。ロータ３は、ステータ２の突極に巻きつけられたコイルに通電されて形成される磁界によって、軸心回りに回転する。また、ロータ３の外周面には、図２に示すように、複数の突極３１が等間隔で形成されている。ここでは、１２個の突極３１が形成されている。

突極３１は、図２、図３に示すように、ロータ３の外周面に軸方向に沿って軸方向の両端部まで延設されている。図２に示すように、隣接する突極３１と突極３１との間には、溝部３２が形成されている。溝部３２は、ロータ３の外周面に軸方向に沿って軸方向の両端部まで形成されている。ここでは、１２本の溝部３２が形成されている。溝部３２の幅は、外周側が広く内周側が狭くなっている。突極３１と溝部３２とによって、ロータ３の外周面は円周方向に凹凸が繰り返された形状となっている。

挿入部材４は、図２に示すように、ロータ３の溝部３２と係合可能な形状、大きさの非磁性体で形成されている。挿入部材４としては、軽量で高剛性な材料、例えば、ＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック、Carbon Fiber Reinforced Plastics）が適している。図５に示すように、挿入部材４の軸方向の長さｄ１は、ロータ３の軸方向と同じ長さで、図２に示すように、挿入部材４の高さは、溝部３２と同じ深さに形成されている。挿入部材４の軸方向における両端部には、図４に示すように、ロータ３の軸方向における端面よりも軸方向の外方に長さｄ２だけ突出した係合凸部４１が形成されている。図２、図３に示すように、挿入部材４を溝部３２に挿入すると、ロータ３の外周面には凹凸がなくなり、滑らかな略円柱形となって、ロータ３の軸方向における両端部からは係合凸部４１（図４参照）が突出する。また、溝部３２に挿入した挿入部材４の係合凸部４１と後述する側板５の係合凹部５１とを係合することにより、挿入部材４は側板５によって軸方向における両端部（側方）から支持されるので、ロータ３の回転時に遠心力によって溝部３２から剥離することが防止される。

側板５は、図３に示すように、シャフト３０の中心（図１参照）とロ−タ３の突極３１の頂点との間の距離よりも大きな径で、図１に示すように、ステータ２の内径より大きな径の円板である（図３参照）。側板５は、図３に示すように、ロ−タ３の突極３１の頂点や、溝部３２に挿入した挿入部材４の頂点よりも半径方向外方に突出しており（図５に示すｈ１）、具体的には例えば、０．５〜０．８ｍｍ程度突出している。図５に示すように、側板５のロータ３と対向する面部５ａには、挿入部材４の係合凸部４１と係合する係合凹部５１が形成されている。係合凹部５１は、溝部３２（図２参照）に挿入した挿入部材４の係合凸部４１と係合可能な位置、形状、大きさに形成されている。

このような側板５は、図２に示すように、挿入部材４をロータ３の溝部３２に挿入した状態で、図１、図３、図５に示すように、ロータ３の軸方向における両端部にロータ３と同軸上に配設される。このように配設された側板５は、図３に示すように、ロータ３と挿入部材４の軸方向における両端部を、シャフト３０（図１参照）の貫通部分を除いて閉塞する。また、図１に示すように、側板５は、ステータ２とロータ３との間のギャップＧの側方に配設されるため、側方からギャップＧへの空気の流入や、ギャップＧから側方への空気の排出を規制する。

ここで、このようなロータ３と挿入部材４と側板５の組み付け方法について説明する。まず、図２に示すように、ロータ３の溝部３２に、挿入部材４がロータ３の外周側から挿入される。このように、すべての溝部３２が挿入部材４によって埋められるので、ロータ３の外周面は凹凸がなくなり、滑らかな略円柱形となる。このとき、係合凸部４１は、ロータ３の軸方向における両端部から突出している。そして、図５に示すように、側板５の係合凹部５１と挿入部材４の係合凸部４１とが係合するように、ロータ３の軸方向における両端部に側板５が配設される。これにより、ロータ３と溝部３２に挿入された挿入部材４との軸方向における両端部は、側板５によって閉塞される。また、挿入部材４は側板５によって側方から支持されるので、ロータ３の回転時に遠心力によって溝部３２から剥離することが防止される。

この実施形態に係るＳＲモータ１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。ステータ２の突極に巻きつけられたコイルに通電されると、軸心回りの磁界が形成されて、ロータ３が軸心回りに回転する。

図１に示すように、ロータ３の溝部３２（図２参照）が挿入部材４によって埋められており、ロータ３と挿入部材４の軸方向における両端部は、ステータ２の内径より大きな径の側板５によって閉塞される。このため、ステータ２とロータ３との間のギャップＧへの空気の流入や、ギャップＧからの空気の排出が規制されて、風切音が抑制される。すなわち、側板５によって空気の流れが規制されることで、ステータ２とロータ３との間の空気はロータ３とともに軸心回りに回転するので、風切音が低減される。

しかも、ギャップＧから外方に排出される空気は、ギャップＧの側方に配設された側板５によって、ロータ３の半径方向外方に向かって流れるようにガイドされる。これにより、ステータ２の突極に巻きつけられたコイルに向かって空気が排出されるので、コイルが冷却される。

以上のＳＲモータ１においては、挿入部材４をロータ３の溝部３２に挿入した状態で、ロータ３の軸方向における両端部に配設された側板５は、ステータ２の内径より大きな径で、ステータ２とロータ３との間のギャップＧの側方を閉塞するように配設される。このため、ステータ２とロータ３との間のギャップＧへの空気の流入や、ギャップＧからの空気の排出を規制することができるので、風切音を低減できる。ここで、具体的には、このような構成のＳＲモータ１によれば、風切音は約１０ｄｂ低減された。

また、ロータ３の溝部３２に挿入された挿入部材４は、その係合凸部４１を側板５の係合凹部５１と係合することにより側方から支持されて係止される。このように挿入部材４は側板５によって側方から支持されるので、ロータ３の回転時であっても遠心力によって溝部３２から剥離することを防止できる。このように、挿入部材４を溝部３２に固定するために突極３１の形状を変更する必要がないので、突極３１の断面積が縮小せず、発生トルクが減少することがない。また、突極３１の形状を変更する必要がないので、既存のＳＲモータの部品をそのまま利用してこの実施形態に係るＳＲモータ１に改修することも可能である。

しかも、ギャップＧの側方に側板５が配設されているため、ギャップＧから外方に排出される空気は、ロータ３の半径方向外方に向かって流れるように側板５によってガイドされる。これにより、ステータ２の突極に巻きつけられたコイルに向かって空気が排出されるので、コイルを効率的に冷却することができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係るＳＲモータ１は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。

例えば、挿入部材４の係合凸部４１と側板５の係合凹部５１の形状は、相互に係合するものであればよく、図４、図５に図示した形状に限定されないことはもちろんである。

１ ＳＲモータ（スイッチドリラクタンスモータ）
２ ステータ
３ ロータ
３１ 突極
３２ 溝部
４ 挿入部材
４１ 係合凸部
５ 側板
５ａ ロータと対向する面部
５１ 係合凹部
１０ ケーシング
１１ ブラケット

Claims (1)

1. 複数の突極が形成されたロータと、前記ロータと同軸上で、前記ロータの外周に離接して配設されたステータとを備えるスイッチドリラクタンスモータであって、
   前記突極間の溝部に挿入する挿入部材と、
   前記挿入部材を前記溝部に挿入した状態で、前記ロータの軸方向における両端部に、前記ロータと同軸上に配設され、前記ステータ内径より大きな径の側板と、
   を備え、
   前記挿入部材の軸方向における両端部には、前記ロータの軸方向における端面よりも軸方向の外方に突出した係合凸部が形成され、
   前記側板の、前記ロータと対向する面部には、前記係合凸部と係合する係合凹部が形成され、
   前記係合凸部と前記係合凹部とを係合することにより、前記挿入部材を前記側板に係止する、
   ことを特徴とするスイッチドリラクタンスモータ。

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