JP2017034899A - リラクタンスモータ - Google Patents

Abstract

【課題】風切り音を低減するとともに、効率およびトルクの低下やトルク変動の増加を抑制すること。【解決手段】コイル３２が巻かれた複数の突極部３１を有するステータ３と、ステータ３の内方にステータ３と同軸上に配置され、周方向に沿って突極形状の磁性部４４と中空状の空間部４５とが交互に配置されたロータ４と、ロータ４の周方向に沿って隣り合った突極形状の磁性部４４の間に空間部４５を覆う形状に設けられた非磁性のブリッジ４６と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、リラクタンスモータに関する。

一般的にリラクタンスモータが知られている。例えば特許文献１には、電気絶縁膜で被覆された軟磁性粉末を固めることによって形成され、かつ励磁コイルが励磁した状態で回転子が回転したときに各固定子側磁極部との間の磁気抵抗の増減が繰り返される形状および配置を有する回転子側磁極部と、非磁性材料によって形成され、かつ回転子側磁極部と結合して回転軸を中心軸とする円柱形状を構築する非磁性補強部と、を有する、スイッチトリラクタンスモータの技術が開示されている。

特許文献１のスイッチトリラクタンスモータは、ロータ側磁極部と非磁性補強部とによって構築された円柱形状の外周面を囲う円筒形状を有し、非磁性材料によって形成される筒状補強部を備えている。筒状補強部は、例えば、ロータ側磁極部と非磁性補強部とを結合させたもの（円柱形状）の外周面にテープ状の樹脂等を巻き付けることによって形成される。ロータを円柱形状とした場合、ロータが回転する際の風切り音を低減することが可能となる。

特開２０１４−０９０６４６号公報

上述したリラクタンスモータにおいては、ロータ側磁極部を構成する突状部の間が非磁性補強部で埋め込まれるため、非磁性補強部が埋め込まれていない場合に比して、ロータが高回転することで生じる圧力変化に起因する風切り音を抑制できる。ところが、ロータ側磁極部と非磁性補強部とが別部材であることから、ロータを高回転で回転させる際に、非磁性補強部が変形する可能性があった。

そこで、本発明者は、磁性部と非磁性部とを同一部材から構成したロータを想起した。図４は、本発明者が想起したロータの断面図を示す。図４に示すように、ロータ１００は、ステータ（図４中、図示せず）の中心軸線Ｘと同軸上に配置された断面形状が円形のロータである。本発明者が想起したロータ１００は、その外周面側において、強磁性で突極形状の磁性部１０１と化学処理によって非磁性化された非磁性部１０２とが周方向に交互に存在している。このように構成されたロータ１００によれば、磁性部１０１と非磁性部１０２とが同一部材から構成されているため、ロータ１００を高回転させた場合でもほとんど変形しないという利点がある。

しかしながら、円柱形状のロータ１００に対して部分的に化学処理を行って非磁性部１０２を形成する場合、化学処理の反応が生じる部分の制御が困難であるため、周方向に沿った磁性部１０１の歯幅ａのばらつきが大きくなる。磁性部１０１の歯幅ａにばらつきが生じると、リラクタンスモータにおいてトルクの変動が増加するという問題が生じる。さらに、磁性部１０１と非磁性部１０２との境界部分を明確に規定することができない。この場合、リラクタンスモータにおいてトルクや効率が低下するという問題が生じる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、風切り音を低減するとともに、効率およびトルクの低下やトルク変動の増加を抑制するリラクタンスモータを提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係るリラクタンスモータは、コイルが巻かれた複数の突極部を有するステータと、前記ステータの内方に前記ステータと同軸上に配置され、周方向に沿って突極形状の磁性部と中空状の空間部とが交互に配置されたロータと、を備え、前記ロータが、前記ロータの周方向に沿って隣り合った前記磁性部の間に前記空間部を覆う形状に設けられた非磁性のブリッジを有することを特徴とする。

本発明に係るリラクタンスモータによれば、ロータの断面における外周形状が円形であることから、風切り音を低減できるとともに、隣り合った突極形状の磁性部の間に中空状の空間部を覆うように非磁性のブリッジを設けていることにより、中空状の空間部によって突極形状の磁性部を明確に規定しつつブリッジに沿った磁路を遮断して必要な磁路を確保できるので、効率およびトルクの低下やトルク変動を抑制することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるリラクタンスモータを示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態によるロータを示す断面図である。 図３は、本発明の一実施形態による処理前ロータコアを示す斜視図である。 図４は、本発明者が想起したロータを説明するための断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

まず、本発明の一実施形態によるリラクタンスモータについて説明する。図１は、本発明の一実施形態によるリラクタンスモータを示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態によるロータを示す断面図である。

図１に示すように、この一実施形態によるリラクタンスモータ１は、スイッチトリラクタンスモータである。リラクタンスモータ１は、ステータ３と、ロータ４とを含んで構成されている。リラクタンスモータ１は、例えば、電動機および発電機として機能する制駆動力源として車両に搭載される。ステータ３は、車体側に固定され、回転不能である。ステータ３は複数の突極部３１を有する。突極部３１は、円筒形状のステータ本体３０から径方向の内側に向けて突出している。この一実施形態において、突極部３１は断面形状が矩形もしくは略矩形であってステータ３の軸方向に延在している。なお、本明細書において特に記載しない限り、「軸方向」はロータ４の軸方向を示し、「径方向」はロータ４の中心軸線Ｘに対して直交する半径方向を示し、「周方向」はロータ４の中心軸線Ｘを回転中心とする回転方向を示す。

突極部３１は、周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置され、例えば等間隔で配置される。突極部３１にはコイル３２が巻かれている。コイル３２は、巻き線であり、各突極部３１にそれぞれ１組のコイル３２が巻き付けられている。ステータ３の外周面３３には、補強部材６が嵌合している。補強部材６は、ステータ３の径方向の変形を抑制する。

ロータ４は、ステータ３の内方にステータ３と同軸上に配置されている。ロータ４の形状は略円柱形状である。ロータ４の断面形状は略円形である。なお、図１においてロータ４は簡略化して記載している。ロータ４は、ロータシャフト４１およびロータコア４２を含んで構成される。ロータコア４２は中空の円筒形状である。ロータコア４２は、例えば、複数の円環形状の電磁鋼板が積層されて構成されている。ロータコア４２の中空部には、ロータシャフト４１が挿入されている。ロータシャフト４１とロータコア４２とは相対回転不能に固定されている。ロータシャフト４１は円柱形状であり、その両端部はロータコア４２の両端面から軸方向に突出している。ロータシャフト４１は、軸受を介して車体側の部材によって支持されている。すなわち、ロータ４は、ステータ３に対して自在に相対回転可能に支持される。

リラクタンスモータ１は、ステータ３のコイル３２に通電することにより、回転力を発生させる。ステータ３のある突極部３１のコイル３２に電流が流されると、突極部３１とロータコア４２の磁性部４４との間に発生する磁束により、突極部３１と磁性部４４との間に吸引力が発生する。この吸引力の周方向の成分は、ロータコア４２を回転させる回転力となる。リラクタンスモータ１は、各コイル３２に対する通電タイミングおよび通電量を制御する制御回路を有する。制御回路は、ロータ４の回転位置に応じて通電するコイル３２を適宜切替えることにより、ロータ４を回転駆動する。

図２に示すように、ロータコア４２は、内側磁性部４３、突極形状の複数の磁性部４４、中空状の複数の空間部４５、およびブリッジ４６を含んで構成される。内側磁性部４３の形状は略円筒形状である。内側磁性部４３と磁性部４４とは連続した領域である。ロータコア４２の外周面４２ａ側には、突極形状の磁性部４４と中空状の空間部４５とが周方向に交互に存在している。内側磁性部４３はロータコア４２における径方向内側の部分である。磁性部４４は、内側磁性部４３から径方向の外側に向けて突出した部分からなる。磁性部４４は、周方向に所定の間隔を空けて並んでおり、例えば、等間隔で並んでいる。すなわち、内側磁性部４３および磁性部４４は、それぞれ一体不可分に形成されたロータコア４２の一部分である。

空間部４５は、隣り合う磁性部４４の間の中空状の部分から構成される。この一実施形態においては、ロータ４に１２本の中空状の空間部４５が形成されている。空間部４５の幅は、外周側が広く内周側が狭くなっている。磁性部４４と空間部４５とによって、ロータ４の最外周を除いた外周側が、周方向に沿って凹凸が繰り返された形状になる。内側磁性部４３および磁性部４４は、磁性を示す部分であり、この一実施形態では強磁性を示す部分である。空間部４５は、強磁性に比して磁性が極めて小さい非磁性状態の部分になる。この空間部４５によって、隣り合う磁性部４４の磁性が遮断される。

空間部４５はブリッジ４６によって覆われた形状になっている。ブリッジ４６は例えば、磁性を有するロータ４の最外周部分のうちの空間部４５に対応する外周部分からなる。ブリッジ４６は、化学処理によって非磁性化されている。

上述したように、ブリッジ４６は、空間部４５の外周側の部分が、所定の化学処理によって変性された部分である。図３に示す処理前ロータコア４２１は、ロータ４の最外周に対して化学処理がなされる前のロータコア４２である。処理対象部位４６１ａは、ロータ４の外周部４６１における化学処理の処理対象となる部位である。処理前ロータコア４２１においては、外周部４６１の処理対象部位４６１ａも含む全体が強磁性を有している。処理対象部位４６１ａは、処理前ロータコア４２１の外周部４６１の表面において、空間部４５に対応する領域である。この一実施形態の処理対象部位４６１ａの形状は、円弧板形状である。処理対象部位４６１ａは、処理前ロータコア４２１の周方向に所定の間隔で複数設定され、好適には周方向に等間隔で配置される。

化学処理の実行前に、処理前ロータコア４２１の外周部４６１における磁性部４４に対応する外周側の面は、ガード用の被覆（図示せず）により覆われる。被覆は、例えば耐酸性の被膜であり、塗布等によって磁性部４４に対応する外周部４６１の表面領域に密着される。

この一実施形態による処理前ロータコア４２１の外周部４６１に対する化学処理は、塩酸溶液や硝酸溶液などの酸性液体による酸処理である。化学処理においては、被覆によって一部がコーティングされた外周部４６１の表面が、酸性液体に浸される。これにより、外部に露出した処理対象部位４６１ａが酸化され、例えば以下式（１）に示す化学反応によって不導体となる。
４Ｆｅ＋３Ｏ₂→２Ｆｅ₂Ｏ₃ …（１）

なお、鉄の不導体生成においては、各種条件によって諸々の形態をとる。例えば、水蒸気（水）の存在下では、下記式（２）の反応が生じる。生成する化合物は、溶存酸素によって酸化し、水酸化第二鉄Ｆｅ（ＯＨ）₃になる。引き続き、この反応は水を失って水和酸化物ＦｅＯＯＨまたはＦｅ₂Ｏ₃（赤錆）となり、また一部は酸化不十分なまま、Ｆｅ₃Ｏ₄（黒錆）となって、鉄表面に錆層を形成する。
２Ｆｅ＋Ｏ₂＋Ｈ₂Ｏ→２Ｆｅ（ＯＨ）₂ …（２）
また、条件によっては下記式（３）のように不導体を生成することもある。
２Ｆｅ＋Ｏ₂→２ＦｅＯ …（３）

酸性液体は、上述した式（１）、式（２）、または式（３）による反応を生じつつ処理対象部位４６１ａの表面から浸透して、処理対象部位４６１ａを酸化する。処理対象部位４６１ａに対して酸化処理が行われることにより、強磁性を示さない非磁性のブリッジ４６が形成される。他方、処理前ロータコア４２１の外周部４６１の表面における被覆に覆われた領域は、酸性液体との接触が抑制される。そのため、被覆によって覆われた領域の外周部４６１の部分は、磁性部４４による強磁性によって、酸性液体に浸された後も強磁性を有する。これにより、図２に示すように、ロータコア４２は、外周面４２ａ側において突極形状の磁性部４４と空間部４５が周方向に交互に存在しつつ、空間部４５の外周が非磁性のブリッジ４６によって覆われた形状となる。

図２に示すように、この一実施形態によるリラクタンスモータ１は、ロータ４の形状が円柱形状であることから、ロータ４が回転するときの風切り音が低減される。従来のリラクタンスモータでは、ロータの外周側に凹凸が存在するため、回転により生じる圧力変化による音が問題となる。これに対し、この一実施形態のリラクタンスモータ１では、ロータ４の形状が円柱形状であるため、回転による圧力変化が生じにくいという利点や、回転抵抗が小さいため、風損が低減するという利点がある。

また、ロータ４のロータコア４２の外周面４２ａ側においては、磁性部４４と空間部４５とが周方向に交互に存在している。磁性部４４は、ステータ３に向けて突出しており、かつ強磁性を有していることから、ステータ３の突極部３１に対応する突極部として機能する。すなわち、ステータ３の突極部３１に巻かれたコイル３２に電流が流されると、突極部３１と磁性部４４との間に吸引力が作用する。これに対して、突極部３１と空間部４５との間には吸引力が作用しない。したがって、磁性部４４の回転位置に応じて各コイル３２の通電を適宜切替えることによってロータ４を回転させる周方向の回転力を発生させることが可能である。

また、隣り合う磁性部４４が空間部４５によって分離された構造になるため、磁性部４４の歯幅ａは、空間部４５の形成によって規定でき、周方向に沿った磁性部４４における歯幅ａのばらつきを抑制できる。さらに、磁性部４４と空間部４５との境界部分は明確である。これらのことから、リラクタンスモータ１におけるトルクの変動を抑制できるとともに、トルクや効率の低下を抑制できる。

また、この一実施形態によるリラクタンスモータ１においては、磁性部４４と空間部４５とが周方向に交互に存在しつつ空間部４５を覆うブリッジ４６が化学処理によって非磁性化されている。これにより、隣り合った突極形状の磁性部４４の間を連結するブリッジ４６が非磁性であることから、空間部４５による磁路の遮断のみならず、ブリッジ４６に沿った磁路も遮断しつつ、磁性部４４における必要な磁路を確保できるので、効率およびトルクの低下やトルク変動を抑制することができる。

また、従来のように磁性部に別部材の非磁性部を組み合わせて形成されるロータコアでは、補強部材によってロータコアの外周面を覆い、非磁性部の脱落を防ぐ必要がある。この場合、磁性部が補強部材によって覆い隠されているため、リラクタンスモータの出力トルクの低下を招く。これに対して、この一実施形態によるリラクタンスモータ１においては、磁性部４４とブリッジ４６とが同一部材からなるため、外周側からの補強が不要であり、磁性部４４もロータコア４２の外周面４２ａに露出した状態になる。よって、リラクタンスモータ１の最大トルクや効率が向上できる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた材料はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる材料を用いてもよい。

１ リラクタンスモータ
３ ステータ
４ ロータ
３１ 突極部
３２ コイル
４１ ロータシャフト
４２ ロータコア
４２ａ 外周面
４４ 磁性部
４５ 空間部
４６ ブリッジ

Claims (1)

1. コイルが巻かれた複数の突極部を有するステータと、
   前記ステータの内方に前記ステータと同軸上に配置され、周方向に沿って突極形状の磁性部と中空状の空間部とが交互に配置されたロータと、を備え、
   前記ロータが、前記ロータの周方向に沿って隣り合った前記磁性部の間に前記空間部を覆う形状に設けられた非磁性のブリッジを有する
   ことを特徴とするリラクタンスモータ。

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