説明

SRモータ

【課題】剛性に優れたSRモータを提供すること。
【解決手段】略円環形状のステータと、前記円環形状の中心部に回転可能に配置されたロータと、を有するSRモータであって、前記ステータは、該ステータの円環形状の少なくとも一部を形成する超磁歪素子部と、該ステータの円環形状の中心方向に突出する複数のステータ突極と、前記ステータ突極に巻かれたコイルと、を含み、前記コイルに電流を供給することにより前記ステータの内部に磁界を発生し、前記超磁歪素子部により前記ステータに前記磁界の磁束方向の圧縮応力を発生する、ことを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、SRモータに関する。
【背景技術】
【0002】
電気自動車やハイブリッドカーなどの駆動源に、回転子にコイルを巻く必要がなく、機械的構造が単純で、高価な永久磁石を使用しない低コストのモータとして、SRモータ(Switched Reluctance Motor)を用いる場合がある。
【0003】
SRモータは、複数の内向きに突出する突極を有する円環形状のステータ(固定子)と、その中心部に回転可能に配置されたロータ(回転子)と、を有するものがある。SRモータの駆動時には、ステータの突極に巻かれたコイルに電流を供給し、ステータの突極からロータへ向かう磁束を発生させ、ロータの外向きに突出する突極をステータの突極に引き付ける。このとき、SRモータは、順次通電するコイルの位置を変更することにより、ロータを連続的に回転することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2000−134849号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
SRモータは、ステータとロータとの間に発生する引力を利用して、ロータを回転する。ロータの回転時には、この引力により、円環形状のステータは楕円形状に変形する。このため、SRモータは、高速回転時又は高負荷時に、ステータの変形により発生する振動や騒音などが問題となる場合があった。
【0006】
特許文献1は、SRモータの駆動時に発生する振動などを低減するため、ステータの突極同士を連結する複数の連結部材を設ける技術を開示している。しかし、特許文献1に開示されている技術では、ステータの突極にコイルを取り付けた後に、接着剤又は溶接などで連結部材をその突極に固着する。このため、SRモータの製造に時間がかかる場合があった。また、SRモータの構造が複雑になる場合があった。
【0007】
本発明は、上記課題に鑑み、ステータの剛性を向上させることによって、発生する振動及び騒音を低減することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の一つの実施形態であるSRモータは、略円環形状のステータと、前記円環形状の中心部に回転可能に配置されたロータと、を有するSRモータであって、前記ステータは、該ステータの円環形状の少なくとも一部を形成する超磁歪素子部と、該ステータの円環形状の中心方向に突出する複数のステータ突極と、前記ステータ突極に巻かれたコイルと、を含み、前記コイルに電流を供給することにより前記ステータの内部に磁界を発生し、前記超磁歪素子部により前記ステータに前記磁界の磁束方向の圧縮応力を発生する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明のSRモータによれば、ステータの剛性を向上させることによって、発生する振動及び騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本実施例のSRモータを説明する概略構成図である。
【図2】本実施例のステータに作用する力を説明する図である。図(a)は、ステータに作用する引力(径を小さくする力)を説明する図である。図(b)は、超磁歪素子部により発生する圧縮応力(径を大きくする力)を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
超磁歪素子部を含むステータを有するSRモータの実施例によって、発明を実施するための形態を説明する。
【実施例】
【0012】
実施例のSRモータ(スイッチトリラクタンスモータ、リラクタンスモータ、VRモータ)を、図1及び図2を用いて説明する。
【0013】
(SRモータの構成)
図1は、本実施例のSRモータの概略構成図を示す。
【0014】
図1において、SRモータ100は、ステータ(固定子)10及びロータ(回転子)20を含む。SRモータ100は、その駆動時に、ステータ10のステータ突極に巻かれたコイルに電流を供給し、ステータ10のステータ突極からロータ20へ向かう磁界を発生させる。このとき、SRモータ100は、発生した磁界により、ロータ20のロータ突極をステータ10のステータ突極に引き付けるトルク(R1及びR2)を発生させることができる。また、SRモータ100は、発生した磁界の磁束方向(M1及びM2)にステータ10の超磁歪素子部が伸張しようとすることにより、ステータ10内部に圧縮応力を発生させることができる。
【0015】
ここで、ステータ10は、複数のステータ突極11a〜11f、超磁歪素子部12a〜12f及びコイル13a〜13fを含む。
【0016】
ステータ突極11a等は、ステータ10の円環形状の中心方向に突出した形状とすることができる。超磁歪素子部12a等は、ステータ10の円環形状の少なくとも一部を形成することができる。本実施例では、ステータ10は、ステータ10の円環形状の円周方向に対して、6個のステータ突極11a等と6個の超磁歪素子部12a等を交互に配置している。コイル13a等は、ステータ突極11a等に巻線を巻きつけて形成することができる。
【0017】
ロータ20は、ロータ突極21a〜21dと回転軸22とを含む。ロータ20は、ステータ10のステータ突極11a等から所定の離間距離となるように配置される。また、ロータ20は、回転軸22を中心に回転することができる。ロータ突極21a等は、ロータ20の外形から突出した形状とすることができる。回転軸22は、ステータ10の円環形状の中心と同軸とする。
【0018】
SRモータ100は、本実施例では、ステータ突極6個とロータ突極4個の三相モータを用いる。なお、ステータ突極とロータ突極との数は、相互に倍数関係とならない偶数個とすることができる。例えば、ロータ突極が6個のときに、ステータ突極を8個とすることができる。また、ロータ突極が8個のときに、ステータ突極を12個とすることができる。
【0019】
(SRモータの駆動)
本実施例のSRモータの駆動方法を、図1及び図2を用いて説明する。図2(a)は、ステータ(ステータヨーク)に作用する引力(径を小さくする力)を説明する。図2(b)は、超磁歪素子部により発生する圧縮応力(径を大きくする力)によって、ステータの変形を抑制することができることを説明する。
【0020】
図1において、SRモータ100は、ステータ10の対向する一対のステータ突極(図中の11a及び11d)のコイル(13a及び13d)に電流を供給し、ステータ10のステータ突極11aからステータ突極11dへ向かう磁界を発生させる。このとき、ステータ10の超磁歪素子部12a等は、超磁歪効果により、ステータ10内部の磁界の磁束方向(M1及びM2)であるステータ10の円周方向に伸張しようとする。すなわち、ステータには、ステータの円環形状の半径を大きくする方向の力(以下、「径を大きくする力」という。)が作用する。
【0021】
ここで、超磁歪素子部12a等は、ステータ20に組み込まれている。また、ステータ10は、所定の形状(所定の直径)で円環形状を形成している。したがって、超磁歪素子部12a等は伸張することができないため、超磁歪素子部12a等が組み込まれたステータ20内部に圧縮応力が発生する。このため、超磁歪素子部12a等が組み込まれたステータ20は、その超磁歪効果によってステータ20内部に圧縮応力が発生することにより、見かけの剛性(SRモータ全体の剛性)を向上することができる。
【0022】
次に、SRモータ100は、ステータ突極(11f及び11c)と位相が異なる対向する一対のロータ突極(21d及び21b)を移動させるため、ステータ突極(11f及び11c)に巻かれたコイル(13f及び13c)に電流を供給する。このとき、SRモータ100は、ステータ突極11fからステータ突極11cへ向かう磁界を発生する。このため、SRモータ100は、発生した磁界により、ロータ20のロータ突極(21d及び21b)をステータ10のステータ突極(11f及び11c)に引き付けるトルク(R1及びR2)を発生させることができる。すなわち、発生するトルク(R1及びR2)は、ステータの円環形状の半径を小さくする方向の力(以下、「径を小さくする力」という。)として、ステータに作用する。
【0023】
次いで、SRモータ100は、電流を供給するコイルを変更して同様の動作を繰り返し、ステータ10の中心部に回転可能に配置したロータ20を連続的に回転することができる。ここで、SRモータ100は、対向する一対のステータ突極のコイルに順次電流を供給するため、ステータに作用する径を小さくする力は、順次、その電流が供給されるステータ突極の位置に対応して変化する。このため、径を小さくする力に応じてステータの変形する位置が移動する。また、SRモータ100は、このステータの変形により、騒音及び振動を発生する。
【0024】
図2(a)及び図2(b)を用いて、径を大きくする力と径を小さくする力との関係を説明する。
【0025】
図2(a)おいて、SRモータが対向する一対のステータ突極に電流を供給して磁界を発生させた場合では、径を小さくする力(図中のFm)が発生することにより、ステータが形状St1から形状St2に変形する。このとき、ステータには、径を小さくする力のステータの円周方向の分力(Fa1及びFa2など)が作用する。
【0026】
一方、ステータでは、超磁歪素子部12a等により、前述の径を大きくする力(圧縮応力)が発生している。このため、ステータは、径を小さくする力と径を大きくする力とを相殺することができる。具体的には、図2(b)おいて、ステータのステータ突極11aに作用する力(径を小さくする力)の円周方向の分力Fa1と、超磁歪素子部12fの圧縮応力により発生する力(径を大きくする力)ff1とを相殺することができる。
【0027】
したがって、本実施例のSRモータは、超磁歪素子部12a等により径を大きくする力が作用する場合では、径を大きくする力が作用しない場合(超磁歪素子部12a等がない場合)と比較して、径を大きくする力と径を小さくする力とを相殺することができるため、ステータの変形量を小さくすることができる。よって、SRモータは、ステータの見かけの剛性を向上することができる。このため、SRモータは、見かけの剛性の向上により、発生する振動及び騒音を低減することができる。
【0028】
なお、超磁歪素子は、磁界の強さ0.4kOe及び1.0kOeにより、約600ppm及び約1100ppmの変位率(伸張率)を得ることができる。また、超磁歪素子は、磁界の強さ0.4kOe及び1.0kOeにより、約9×10Pa及び約22×10Paの圧縮応力を発生することができる。
【符号の説明】
【0029】
10 :ステータ
11a〜11f:ステータ突極
12a〜12f:超磁歪素子部
13a〜13f:コイル
20 :ロータ
21a〜21d:ロータ突極
22 :回転軸
100 : SRモータ
M1、M2:磁界(磁束)
R1、R2:トルク

【特許請求の範囲】
【請求項1】
略円環形状のステータと、前記円環形状の中心部に回転可能に配置されたロータと、を有するSRモータであって、
前記ステータは、該ステータの円環形状の少なくとも一部を形成する超磁歪素子部と、該ステータの円環形状の中心方向に突出する複数のステータ突極と、前記ステータ突極に巻かれたコイルと、を含み、
前記コイルに電流を供給することにより前記ステータの内部に磁界を発生し、前記超磁歪素子部により前記ステータに前記磁界の磁束方向の圧縮応力を発生する、
ことを特徴とするSRモータ。

【図1】
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【図2】
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【公開番号】特開2013−90383(P2013−90383A)
【公開日】平成25年5月13日(2013.5.13)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−226875(P2011−226875)
【出願日】平成23年10月14日(2011.10.14)
【出願人】(000003207)トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Fターム(参考)】