JP2010057274A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】ロータコアにシャフトを圧入する際のロータコアおよびシャフトへの負荷を軽減させることができるリラクタンスモータを提供すること。
【解決手段】リラクタンスモータ１は、ロータコア３は、複数のコア板３１が積層されて構成され、各コア板３１は、シャフト２を圧入するための貫通孔３２が形成され、貫通孔３２は、その内周面に周方向に沿って複数の凸部３３と複数の凹部３４とが交互に並設されている。また、各凸部３３の厚さは、先端に向けて薄くなっているのが好ましい。さらに、各凸部３３の幅は、先端に向けて狭くなっているのが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、リラクタンスモータに関する。

リラクタンスモータは、リラクタンストルクを利用して駆動するモータである。このようなモータの一種として、ロータに永久磁石を用いないシンクロナスリラクタンスモータが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１にかかるリラクタンスモータは、回転可能に設けられたロータと、このロータに回転磁界を作用させるステータとで構成されている。

ロータは、複数の珪素鋼板を積層して構成されたロータコアがシャフトに固定されて構成されている。その各珪素鋼板には、ロータコアの周方向での複数箇所で、シャフト側に凸湾曲する一定幅の帯状をなす複数のスリットが互いに略平行となるように設けられている。

このような複数のスリットにより、ロータコアには、その周方向に、磁気抵抗の高い部分と低い部分とを交互に形成されて、複数の突極が形成される。このような複数の突極を有するロータコアに回転磁界を作用させることで、リラクタンストルクを発生させて、ロータコアを回転させる。

また、ロータコアの各珪素鋼板には、シャフトの外周と同形状および同寸法の貫通孔が形成されている。シャフトにロータコアを固定する際には、複数の珪素鋼板を互いの貫通孔が一致するように積層し、その状態で、各貫通孔にシャフトを圧入する。

しかしながら、特許文献１にかかるモータでは、上記の貫通孔の内周とシャフトの外周とが全周に亘って密着するので、上記の圧入時に要する力が大きく、シャフトやロータコアに過大な負荷がかかり、シャフトを損傷したり、ロータコアが変形したりするという問題があった。

また、冶具を用いて、積層した複数の珪素鋼板の貫通孔の位置決めを行い、上記の圧入時の負荷を軽減することも可能であるが、冶具のコストおよびメンテナンスを要してしまう。

特開２００１−２１１６１８号公報

本発明の目的は、ロータコアにシャフトを圧入する際のロータコアおよびシャフトへの負荷を軽減させることができるリラクタンスモータを提供することにある。

本発明にかかるリラクタンスモータは、軸線まわりに回転可能に設けられたシャフトと、該シャフトに固定されたロータコアとを備えるロータと、
前記ロータコアの周囲にもうけられ、前記ロータコアに回転磁界を作用させることにより、前記ロータを回転させるステータとを有するリラクタンスモータであって、
前記ロータコアは、複数のコア板が積層されて構成され、
前記各コア板は、前記シャフトを圧入するための貫通孔が形成され、
前記貫通孔は、その内周面に周方向に沿って複数の凸部と複数の凹部とが交互に並設されていることを特徴とする。

また、本発明にかかるリラクタンスモータは、前記各凸部の厚さは、先端に向けて薄くなっているのが好ましい。

さらに、本発明にかかるリラクタンスモータは、前記各凸部の幅は、先端に向けて狭くなっているのが好ましい。

また、本発明にかかるリラクタンスモータは、前記各コア板は、互いに隣接する２つの前記コア板同士を積層したときに、互いの前記貫通孔を一致させるように案内する複数の傾斜面を備える案内手段を有するのが好ましい。

さらに、本発明にかかるリラクタンスモータは、前記各コア板は、平面視にて、周方向での複数箇所のそれぞれに、互いに略平行でかつそれぞれ前記シャフト側が凸となるように湾曲または屈曲して設けられた帯状をなす複数の磁気障壁部を有し、前記各案内面は、互いに周方向で隣り合う２つの前記箇所の間に対応して設けられているのが好ましい。

また、本発明にかかるリラクタンスモータは、前記各凸部が、前記傾斜面を有するのが好ましい。

本発明にかかるリラクタンスモータによれば、シャフトを圧入するために各コア板に形成された貫通孔がその内周面に周方向に沿って複数の凸部と複数の凹部とが交互に並設されているため、シャフトの外周面と貫通孔の内周面との接触面積が小さく、また、各凸部が厚さ方向に変形しやすい。そのため、コア板の貫通孔にシャフトを圧入する際に、その圧入に要する力を小さくし、シャフトおよびコア板（ロータコア）にかかる負荷を軽減することができる。また、各凸部が厚さ方向に変形し易いので、複数のコア板を積層した状態において、互いの貫通孔の位置が若干ずれていても、コア板の貫通孔にシャフトを圧入することができる。したがって、冶具を用いなくても、コア板の貫通孔にシャフトを圧入することができる。

また、本発明のリラクタンスモータは、各凸部の厚さを先端に向けて薄くすることで、各凸部を厚さ方向により変形しやすくなる。その結果、シャフトおよびコア板（ロータコア）にかかる負荷をより軽減することができる。

さらに、本発明にかかるリラクタンスモータは、各凸部の幅を先端に向けて狭くすることで、各凸部に必要な機械的強度を維持しながら、シャフトの外周面と貫通孔の内周面との接触面積を小さくすることができる。その結果、シャフトおよびコア板（ロータコア）にかかる負荷をより軽減することができる。

また、本発明にかかるリラクタンスモータは、互いに隣接する２つのコア板同士を積層したときに、互いの貫通孔を一致させるように案内する複数の傾斜面を備える案内手段を各コア板に設けることで、複数のコア板を積層した状態において、互いの貫通孔の位置がずれるのを防止することができる。その結果、シャフトおよびコア板（ロータコア）にかかる負荷をより軽減することができる。

さらに、本発明にかかるリラクタンスモータは、各コア板が、平面視にて、周方向での複数箇所のそれぞれに、互いに略平行でかつそれぞれシャフト側が凸となるように湾曲または屈曲して設けられた帯状をなす複数の磁気障壁部を有する場合、各案内面を互いに周方向で隣り合う２つの前記箇所の間に対応して設けることで、ロータコア内の磁束に悪影響を与えることなく、複数のコア板を積層した状態において、互いの貫通孔の位置がずれるのを防止することができる。

また、本発明にかかるリラクタンスモータは、各凸部に案内手段の傾斜面を設けることによっても、ロータコア内の磁束に悪影響を与えることなく、複数のコア板を積層した状態において、互いの貫通孔の位置がずれるのを防止することができる。また、この場合、各コア板の構成が簡単となり、各コア板の製造が容易となる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態にかかるリラクタンスモータの概略構成を示す斜視図、図２は、図１に示すリラクタンスモータに備えられたロータコアのコア板を模式的に示す平面図、図３は、図２のＡ−Ａ線断面図、図４は、図１に示すリラクタンスモータの作用を説明するための平面図、図５は、図２に示す複数のコア板のそれぞれの貫通孔に対するシャフトの圧入を説明するための図である。

図１に示すリラクタンスモータ１は、回転子に永久磁石を用いないシンクロナスリラクタンスモータである。図１に示すように、リラクタンスモータ１は、シャフト２およびロータコア３を備えるロータ（回転子）４と、ステータコア５および複数の巻線６を備えるステータ（固定子）７とを有している。

このようなリラクタンスモータ１は、複数の巻線６への通電によりステータ７に生じた回転磁界をロータコア３に作用させることにより、シャフト２を回転中心軸としてロータ４を回転させる。

以下、リラクタンスモータ１を構成する各部を順次説明する。
ロータ４のシャフト２は、図示しない１対の軸受により支持されていて、軸線まわりに回転可能となっている。

このようなシャフト２の軸線方向での途中部分には、ロータコア３が固定されている。
ロータコア３は、図１に示すように、板状をなす複数のコア板３１が積層されて構成されている。このような複数のコア板３１は、互いに積層した状態で圧着カシメなどにより固着されていてもよい。

各コア板３１は、例えば電磁鋼板のような軟磁性材料で構成され、図２に示すように、平面視において、外形が円形をなしている。そして、各コア板３１の中心部には、前述したシャフト２が挿通される貫通孔３２が形成されている。この貫通孔３２には、前述したシャフト２が圧入され固着・固定されている。図２では、説明の便宜上、２つのコア板３１を図示している。

この貫通孔３２は、その内周面に周方向に沿って６つの凸部３３と６つの凹部３４とが交互に並設されている。このような貫通孔３２は、例えばプレス加工、レーザ加工などの加工によって形成されている。

複数の凸部３３は、貫通孔３２の内周面に沿って等間隔に並設され、互いに同一形状および同一寸法で形成されている。そして、各凸部３３は、コア板３１の中心軸側に向けて突出しており、その先端は、シャフト２の外周面に沿った湾曲面をなしている。

また、各凸部３３は、その厚さ方向での一方の面（図３にて下面）がコア板３１の板面に一致しているが、他方の面（図３にて上面）は先端側が上記一方の面側となるように傾斜するように形成されている。したがって、各凸部３３の厚さは、先端に向けて薄くなっている。そのため、各凸部３３は、その厚さ方向に変形（弾性変形）しやすくなっている。

さらに、各凸部３３の幅は、先端に向けて狭くなっている。そのため、各凸部３３に必要な機械的強度を維持しながら、シャフト２の外周面と貫通孔３２の内周面との接触面積をより小さくすることができる。

また、複数の凹部３４は、貫通孔３２の内周面に沿って等間隔に並設され、互いに同一形状および同一寸法で形成されている。そして、各凹部３４は、Ｕ字状に形成されている。そのため、各凸部３３がその厚さ方向に変形したときに、貫通孔３２の周囲に生じる応力を低減することができる。

また、各コア板３１の貫通孔３２の周囲には、周方向に等間隔を隔てた４箇所のそれぞれに２つの磁気障壁部３１ａ、３１ｂが組をなして設けられている。また、各コア板３１の貫通孔３２の周囲には、周方向に間隔を隔てて４つのガイド３５が設けられている。なお、各組における磁気障壁部の数は、本明細書では説明の便宜上２つの場合を例に説明するが、これに限定されるものではなく、３つ以上とすることができる。

この各組の２つの磁気障壁部３１ａ、３１ｂは、ロータコア３の中心軸側から外周側へ磁束を通りにくくする。一方、ロータコア３の周方向において２つの磁気障壁部３１ａ、３１ｂが設けられていない４つの部分は、それぞれ、ロータコア３の中心軸側から外周側へ磁束が通りやすく、突極部を構成する。なお、以下の説明では、ロータコア３の中心軸側から外周側へ磁束の通りやすい方向をｄ軸、磁束の通りにくい方向をｑ軸とする（図４参照）。

本実施形態では、各組の２つの磁気障壁部３１ａ、３１ｂは、それぞれ、コア板３１を貫通する孔（スリット）で構成されている。そのため、コア板３１を容易に製造することができる。このような２つの磁気障壁部３１ａ、３１ｂは、それぞれ、例えばプレス加工、レーザ加工などの加工によって形成されている。

なお、各磁気障壁部３１ａ、３１ｂ内は、空隙であってもよいし、エポキシ樹脂、アクリル樹脂等の樹脂材料や、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の非磁性金属等の非磁性材料が充填されていてもよい。また、各磁気障壁部３１ａ、３１ｂは、コア板３１を貫通しない溝で構成することもできる。

磁気障壁部３１ａおよび磁気障壁部３１ｂは、それぞれ、シャフト２側が凸となるように湾曲（または屈曲）して設けられた帯状をなしている。また、磁気障壁部３１ａと磁気障壁部３１ｂとが互いに略平行となるように設けられている。

また、磁気障壁部３１ａおよび磁気障壁部３１ｂは、それぞれ、コア板３１の外周面にまで達していない。

そのため、磁気障壁部３１ａとコア板３１の外周面との間には、コア板３１の磁気障壁部３１ａに対して内周側の部分と外周側の部分とを連結する連結部を構成するブリッジ部３１ｃが設けられている。このようなブリッジ部３１ｃが設けられていることにより、コア板３１の磁気障壁部３１ａに対して内周側の部分と外周側の部分とが一体化され、コア板３１およびロータコア３に必要な機械的強度を確保することができる。

同様に、磁気障壁部３１ｂとコア板３１の外周面との間には、コア板３１の磁気障壁部３１ｂに対して内周側の部分と外周側の部分とを連結する連結部を構成するブリッジ部３１ｄが設けられている。このようなブリッジ部３１ｄが設けられていることにより、コア板３１の磁気障壁部３１ｂに対して内周側の部分と外周側の部分とが一体化され、コア板３１およびロータコア３に必要な機械的強度を確保することができる。

また、コア板３１の外周近傍には、互いに隣り合う磁気障壁部３１ａと磁気障壁部３１ｂとの間に臨むように１対の磁気障壁部３１ｅが設けられている。

このような１対の末広状磁気障壁部３１ｅは、それぞれ、ロータコア３内に磁束を導くことができる。そのため、１対のブリッジ部３１ｃおよび１対のブリッジ部３１ｄのそれぞれの幅を大きくして、ロータコア３の機械的強度を高めることができる。

特に、１対の磁気障壁部３１ｅはそれぞれコア板３１の外周側に開放している。そのため、１対の磁気障壁部３１ｅはそれぞれスロット５１からの磁束が磁気障壁部３１ｅ内に極めて入りづらくなる。その結果、スロット５１からの磁束は磁気障壁部３１ｅの側面側に曲げられ、ロータコア３内に入りやすくなり、ｄ軸鎖交磁束数を増加させることができる。その結果、ロータコアにおけるｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差を大きくして、ロータコア３の回転トルクを向上させることができる。

前述したような磁気障壁部３１ａおよび磁気障壁部３１ｂが設けられた４つの箇所のうちの互いに隣り合う２つの箇所の間には、ガイド３５が設けられている。このように配置された４つのガイド３５は、ロータコア３内の磁束に悪影響を与えることがない。

このような各ガイド３５は、コア板３１を厚さ方向に貫通する略Ｕ字状の孔を形成し、当該孔の内側に残った片を厚さ方向に折り曲げるようにして形成されている。このような各ガイド３５は、例えばプレス加工、レーザ加工などの加工によって形成されている。

各ガイド３５は、図３に示すように、互いに隣接する２つのコア板３１同士を積層したときに、互いの貫通孔３２を一致させるように案内する１対の傾斜面３５ａ、３５ｂを備え、案内手段を構成する。そのため、複数のコア板３１を積層した状態において、互いの貫通孔３２の位置がずれるのを防止することができる。

ステータ７は、前述したロータコア３の外周を囲むように設けられたステータコア５と、このステータコア５に取り付けられた複数の巻線６とを有している。

ステータコア５は、略円環状をなし、その内周部には、ロータコア３に向けて突出する６つのスロット５１が設けられている。より具体的には、ステータコア５には、シャフト２を介して互いに対向する３対のスロット５１が設けられている。ここで、各対のスロット５１をＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする（図３参照）。また、図示しないが、ステータコア５は、複数のステータコア板を積層して構成されている。

６つのスロット５１は、周方向に等間隔を隔てて配置され、各スロット５１は、ロータコア３の外周面に対し微小間隔を隔てて対向している。

このような各スロット５１の外周には、巻線６が巻回されている。各巻線６は、図示しない３相交流電源に電気的に接続されている。そして、３相交流電源から各巻線６へ通電することにより、ステータコア５の内側に回転磁界を発生させる。

ここで、上述したように構成されたリラクタンスモータ１の作用を説明する。
巻線に接続された３相交流電源の作動により、ステータコア５の内側に回転磁界が発生する。このような回転磁界と、ロータコア３の有する突極性とにより、ロータコア３は回転する。

例えば、図４（ａ）に示すように、Ｕ相に対応する１対の巻線６に通電しているとき、ロータコア３は、突極部がＵ相に引き付けられるので、ｄ軸がＵ相側を向くような回転位置となる。

そして、Ｕ相に対応する１対の巻線６からＶ相に対応する１対の巻線６に通電を切り替える。その際、Ｕ相に対応する１対の巻線６からＶ相に対応する１対の巻線６への通電の切り替えを、Ｕ相への通電時間とＶ相への通電時間とが重複するように行うことで、Ｕ相とＶ相との間に延びる磁束を生じさせる。

また、Ｖ相に対応する１対の巻線６に通電することで、図４（ｂ）に示すように、ロータコア３は、突極部がＶ相に引き付けられるので、ｄ軸がＶ相側を向くように回転する。

このような通電の切り替えをＵ相、Ｖ相、Ｗ相で順次行って、回転磁界を発生させることで、ロータコア３を回転させる。

ここで、ロータコア３の各コア板３１の貫通孔３２へのシャフト２の圧入について説明する。なお、説明の便宜上、図５では、２つのコア板３１のみを図示し、また、以下の説明では、２つのコア板３１をシャフト２に固定する場合を例に説明する。

（１）まず、図５（ａ）に示すように、２つのコア板３１を積層する。
このとき、一方のコア板３１のガイド３５と他方のコア板３１のガイド３５との協働により、一方のコア板３１の貫通孔３２と他方のコア板３１の貫通孔３２とが一致するように案内される。

（２）次に、図５（ｂ）に示すように、２つのコア板３１が積層された状態で、一方のコア板３１側から２つのコア板３１のそれぞれの貫通孔３２にシャフト２を順次圧入する。

このとき、各コア板３１に形成された貫通孔３２がその内周面に周方向に沿って複数の凸部３３と複数の凹部３４とが交互に並設されているため、シャフト２の外周面と貫通孔３２の内周面との接触面積が小さく、また、各凸部３３が厚さ方向に変形しやすい。そのため、コア板３１の貫通孔３２にシャフト２を圧入する際に、その圧入に要する力を小さくし、シャフト２およびコア板３１（ロータコア３）にかかる負荷を軽減することができる。また、各凸部３３が厚さ方向に変形し易いので、複数のコア板３１を積層した状態において、互いの貫通孔３２の位置が若干ずれていても、コア板３１の貫通孔３２にシャフト２を圧入することができる。したがって、冶具を用いなくても、コア板３１の貫通孔３２にシャフト２を圧入することができる。

特に、各凸部３３の厚さが先端に向けて薄くなっているので、各凸部３３が厚さ方向により変形しやすくなっている。その結果、シャフト２およびコア板３１（ロータコア３）にかかる負荷をより軽減することができる。

また、各凸部３３の幅が先端に向けて狭くなっているので、各凸部３３に必要な機械的強度を維持しながら、シャフト２の外周面と貫通孔３２の内周面との接触面積が小さくなっている。その結果、シャフト２およびコア板３１（ロータコア３）にかかる負荷をより軽減することができる。

また、前述したように、各凸部３３の他方の面（図３にて上面）は先端側が一方の面（図３にて下面）側となるように傾斜しているので、その傾斜面は、シャフト２が貫通孔３２に圧入される際に、シャフト２が貫通孔３２内に案内される。そのため、積層された複数のコア板３１の互いの貫通孔３２の位置が若干ずれていても、これらの位置関係を修正・補正しながら、コア板３１の貫通孔３２にシャフト２を圧入することができる。

また、互いに隣接する２つのコア板３１同士を積層したときに、互いに貫通項３２を一致させるように案内する１対の傾斜面３５ａ、３５ｂを備える複数のガイド３５が各コア板３１に設けられているので、複数のコア板３１を積層した状態において、互いの貫通孔３２の位置がずれるのを防止することができる。その結果、シャフト２およびコア板３１（ロータコア３）にかかる負荷をより軽減することができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明のモータの第２実施形態を説明する。
図６は、本発明の第２実施形態にかかるリラクタンスモータのコア板の断面図である。

以下、第２実施形態について説明するが、前述した第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。

本実施形態のリラクタンスモータは、貫通孔の内周面に形成された凸部の形状が異なるとともに、前述した第１実施形態の複数のガイド３５を省略した以外は、前述した第１実施形態と同様である。

本実施形態のリラクタンスモータでは、図６に示すように、貫通孔３２の内周面に設けられた各凸部３３が１対の傾斜面３３ａ、３３ｂを有している。

具体的には、各凸部３３は、その厚さが一定となるように形成され、その厚さ方向での一方の面（図６にて上側の面）を傾斜面３３ａとし、他方の面（図６にて下側の面）を傾斜面３３ｂとしている。

この１対の傾斜面３３ａ、３３ｂは、互いに隣接する２つのコア板３１同士を積層したときに、互いの貫通孔３２を一致させるように案内するものであり、案内手段を構成する。

このように各凸部３３に案内手段の１対の傾斜面３３ａ、３３ｂを設けることによって、ロータコア３内の磁束に悪影響を与えることなく、複数のコア板３１を積層した状態において、互いの貫通孔３２の位置がずれるのを防止することができる。また、この場合、各凸部３３が案内手段を兼ねるので、各コア板３１の構成が簡単となり、各コア板３１の製造が容易となる。

以上、本発明のリラクタンスモータについて、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、本発明のリラクタンスモータでは、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

また、ステータのスロットおよびロータの突極の数は、ステータの回転磁界によりロータを回転させることができるものであれば、前述したものに限定されない。

さらに、コア板の積層数や、磁気障壁部の形状、数、配置等は、図１に図示されたものに限定されない。
また、ロータコアは、磁気障壁部をもたないコア板が含まれてもよい。

本発明の第１実施形態にかかるリラクタンスモータの概略構成を示す斜視図である。 図１に示すリラクタンスモータに備えられたロータコアのコア板を模式的に示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 図１に示すリラクタンスモータの作用を説明するための平面図である。 図２に示す複数のコア板のそれぞれの貫通孔に対するシャフトの圧入を説明するための図である。 本発明の第２実施形態にかかるリラクタンスモータのコア板を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ リラクタンスモータ
２ シャフト
３ ロータコア
３１ コア板
３１ａ 磁気障壁部
３１ｂ 磁気障壁部
３１ｃ ブリッジ部
３１ｄ ブリッジ部
３１ｅ 磁気障壁部
３２ 貫通孔
３３ 凸部
３３ａ、３３ｂ 傾斜面
３４ 凹部
３５ ガイド
３５ａ、３５ｂ 傾斜面
４ ロータ
５ ステータコア
５１ スロット
６ 巻線
７ ステータ

Claims (6)

1. 軸線まわりに回転可能に設けられたシャフトと、該シャフトに固定されたロータコアとを備えるロータと、
   前記ロータコアの周囲に設けられ、前記ロータコアに回転磁界を作用させることにより、前記ロータを回転させるステータとを有するリラクタンスモータであって、
   前記ロータコアは、複数のコア板が積層されて構成され、
   前記各コア板は、前記シャフトを圧入するための貫通孔が形成され、
   前記貫通孔は、その内周面に周方向に沿って複数の凸部と複数の凹部とが交互に並設されていることを特徴とするリラクタンスモータ。
2. 前記各凸部の厚さは、先端に向けて薄くなっている請求項１に記載のリラクタンスモータ。
3. 前記各凸部の幅は、先端に向けて狭くなっている請求項１または２に記載のリラクタンスモータ。
4. 前記各コア板は、互いに隣接する２つの前記コア板同士を積層したときに、互いの前記貫通孔を一致させるように案内する傾斜面を備える案内手段を有する請求項１ないし３のいずれかに記載のリラクタンスモータ。
5. 前記各コア板は、平面視にて、周方向での複数箇所のそれぞれに、互いに略平行でかつそれぞれ前記シャフト側が凸となるように湾曲または屈曲して設けられた帯状をなす複数の磁気障壁部を有し、前記各案内面は、互いに周方向で隣り合う２つの前記箇所の間に対応して設けられている請求項４に記載のリラクタンスモータ。
6. 前記各凸部が、前記傾斜面を有する請求項４に記載のリラクタンスモータ。

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