JP2017073937A - スイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望のトルクの発生と風損の減少とを両立させることができる、スイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】スイッチトリラクタンスモータ１は、内側に突出し内周面１２ａが円形状に形成される複数の突極１２を有する固定子コア１１及び複数の突極１２の各々に巻回される複数の巻線１３を備えた固定子１０と、固定子コア１１の内側に回転自在に配置されるとともに、外周面２１ａが円形状に形成される回転子コア２１及び回転子コア２１に固定されたシャフト２４を備えた回転子２０とを備える。回転子コア２１は、外周面２１ａを円形状に保ったままで、複数の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数の突極部２３とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、スイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法に関する。

一般に、スイッチトリラクタンスモータは、内側に突出する複数の突極を有する固定子コア及び各突極に巻回された複数の巻線を備えた固定子と、固定子コアの内側に配置され、突極性を持たせるために外側に突出する複数の突極を有する回転子コア及び回転子コアに固定されたシャフトを備えた回転子とを備えている。そして、スイッチング素子を用いて各巻線に順次通電していくことで機械角によるインダクタンス差を利用したリラクタンストルクを回転子コアに常時発生させ、連続トルクを得るようにしている。

このスイッチトリラクタンスモータは、回転子が主に回転子コアとシャフトとから構成され、永久磁石を用いないため、非常に堅牢であるという特徴を有する。これに対し、例えば、表面磁石型永久磁石式モータでは、回転子コアの表面に永久磁石が貼り付けられている。このため、遠心力によって永久磁石が飛散することを防止するために非磁性の金属管などを永久磁石よりも外周側に挿入するなどの工夫が必要である。また、スイッチトリラクタンスモータは、永久磁石を使用しないことから、近年のレアアースショックによる希土類磁石の高騰の影響を受けないという利点もある。
以上の観点から、スイッチトリラクタンスモータは多大な遠心力が発生する高速回転用途のモータとして適している。

従来のこの種のスイッチトリラクタンスモータとして、例えば、特許文献１に示すものが知られている。
特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータは、内側に突出し内周が円形状に形成される複数の突極を有する固定子コア及び各突極に巻回された複数の巻線を備えた固定子と、固定子コアの内側に配置され、外側に突出し外周が円形状に形成される複数の突極を有する回転子コア及び回転子コアに固定されたシャフトを備えた回転子とを備えている。そして、回転子の突極の両側部のうち何れか一方及び回転子の突極間部分に、非磁性かつ導電性の材料から構成される磁束遮蔽部を設けている。
特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータによれば、巻線に通電した際に、磁束遮蔽部を通過する磁束が減少することによって漏れ磁束が減少し、突極の先端の磁束を増加させることができる。

特開２００１−２８８５１号公報

しかしながら、この従来の特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータにあっては、以下の問題点があった。
即ち、特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータにおいては、回転子における突極先端の磁束を増加させることで発生するトルクを増加させることができるが、複数の突極を回転子コアの外周から外側に突出させて突極性を持たせており、大きな風損が発生しやすい、という問題がある。
風損とは、モータの回転時に固定子と回転子との間に発生する空気の流れや摩擦によって発生する機械的な損失であり、一般に回転速度の３〜４乗に比例して増加していく。そのため、一般産業用の低速回転モータで風損が問題となることはほとんどないのに対し、例えば、２００００ｒｐｍ程度の高速回転モータでは風損の影響が無視できなくなることが多い。

ここで、特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータの場合、複数の突極が回転子コアの外周から外側に突出しているため、固定子コア（突極）の内周面と回転子コアの外周面との間のギャップの形状が真円から大きく異なった形状となっている。このため、高速回転時のギャップ部の空気の流れが複雑となり、大きな風損が発生しやすい。風損が増加すると、当然にモータの効率は低下してしまうことになる。
仮に、特許文献１に示すスイッチトリラクタンスモータにおいて、風損を少しでも低減させるために回転子コアの外周形状を真円に近づけると、突極の突極比が減少してしまうため、所望のトルクが発生しない、という問題がある。
従って、本発明は、この従来の問題点を解決するものであり、その目的は、所望のトルクの発生と風損の減少とを両立させることができる、スイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様に係るスイッチトリラクタンスモータは、内側に突出し内周面が円形状に形成される複数の突極を有する固定子コア及び前記複数の突極の各々に巻回される複数の巻線を備えた固定子と、前記固定子コアの内側に回転自在に配置されるとともに、外周面が円形状に形成される回転子コア及び該回転子コアに固定されたシャフトを備えた回転子とを備え、前記回転子コアが、外周面を円形状に保ったままで、複数の非磁性部と、隣接する前記非磁性部の間に形成された複数の突極部とを有することを要旨とする。

また、本発明の別の態様に係るスイッチトリラクタンスモータの製造方法は、内側に突出し内周面が円形状に形成される複数の突極を有する固定子コアを形成する工程と、前記複数の突極の各々に複数の巻線を巻回する工程と、外周面が円形状に形成される回転子コアを形成する工程と、前記回転子コアにシャフトを固定する工程と、前記回転子コアを前記固定子コアの内側に回転自在に配置する工程とを備え、前記回転子コアを形成する工程が、外周面を円形状とした複数の板材を準備する工程と、該複数の板材の各々の複数の箇所に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成するとともに、隣接する前記非磁性部の間に複数の突極部を形成する工程と、前記複数の板材を、前記複数の非磁性部が積層方向に整列するとともに前記複数の突極部が積層方向に整列するように、積層して固定する工程とを含むことを要旨とする。

本発明に係るスイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法によれば、所望のトルクの発生と風損の減少とを両立させることができる、スイッチトリラクタンスモータ及びその製造方法を提供できる。

本発明の第１実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの概略構成図である。 図１に示すスイッチトリラクタンスモータを製造する際の回転子コアを形成する工程における板材の平面図である。 本発明の第２実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの概略構成図である。 図３に示すスイッチトリラクタンスモータを製造する際の回転子コアを形成する工程における板材の平面図である。 本発明の第３実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータの概略構成図である。 図５に示すスイッチトリラクタンスモータを製造する際の回転子コアを形成する工程における板材の平面図である。 参考例に係るスイッチトリラクタンスモータの概略構成図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータは、図１に示すように、固定子１０と、回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、内側に突出し内周面１２ａが円形状に形成される複数（本実施形態にあっては６極）の突極１２を有する円筒状の固定子コア１１と、突極１２に巻回される複数の巻線１３とを備えている。
また、回転子２０は、外周面２１ａが円形状に形成される円筒状の回転子コア２１と、回転子コア２１の中心に固定されたシャフト２４とを備えている。回転子コア２１の「円形状」の意味は、回転子コア２１の外周面２１ａが真円である場合と、真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点から真円に近い形状の場合とを含む意である。回転子コア２１は、固定子コア１１の内側に回転自在に配置されている。

そして、回転子コア２１は、外周面２１ａを円形状に保ったままで、複数（本実施形態にあっては、４個）の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数（本実施形態にあっては４極）の突極部２３とを備えている。ここで、複数の非磁性部２２は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で回転子コア２１の外周面２１ａに沿って円周方向に均等な間隔で設けられている。また、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間に形成される。ここで、各非磁性部２２の形は、限定されるものではないが、本実施形態では、扇形の内周側が円弧で形成された形となっている。

このように、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の場合、回転子コア２１の外周面２１ａが円形状に保持されているので、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の突極１２の内周面１２ａとの間のギャップＧは円環形状（ギャップＧの外周と内周が円形状）となり、風損を減少させることができ、２００００ｒｐｍ程度の高速回転モータに好適に適用できる。
一方、回転子コア２１は、複数の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数の突極部２３とを備えているので、突極性を担保することができ、所望のトルクを得ることができる。つまり、隣接する非磁性部２２の間に突極部２３が形成されるので、固定子コア１１の突極１２からの磁束が非磁性部２２に漏れずに各突極部２３に流れることになり、所望のトルクを得ることができる。

このように、回転子コア２１の外周面２１ａから突出する形で機械的に突極を形成しなくても、回転子コア２１内で磁気的に突極を形成することができる。
ここで、非磁性部２２を規定する「非磁性」の意味は、常磁性、反磁性及び反強磁性のすべてを含む意であり、いわゆる弱磁性をも含む意である。
なお、非磁性部２２は、磁性は弱まっているものの、金属的には非磁性化されていない回転子コア２１の部位と接続しているため、回転子コア２１は高速回転時の遠心力に耐えうる高い機械的強度を有している。

また、複数の非磁性部２２は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で回転子コア２１の外周面２１ａに沿って円周方向に均等な間隔で設けられているとともに、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間に形成されるので、複数の突極部２３が回転子コア２１の円周方向に均等な間隔で配置されることになり、回転子コア２１の円周方向で定常的なトルクを得ることができる。

一方、図７に示す参考例に係るスイッチトリラクタンスモータ１０１は、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１と同様に、固定子１１０と、回転子１２０とを備えている。
固定子１１０は、図１に示す固定子１０と同様に、内側に突出し内周面１１２ａが円形状に形成される６極の突極１１２を有する円筒状の固定子コア１１１と、突極１１２に巻回される複数の巻線１１３とを備えている。
また、回転子２０は、円筒状の回転子コア１２１と、回転子コア１２１の中心に固定されたシャフト１２３とを備えている。回転子コア１２１は、固定子コア１１１の内側に回転自在に配置されている。

ここで、回転子コア１２１の外周には、４極の突極１２２が円周方向に均等な間隔で設けられている。各突極１２２は、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の突極部２３と異なり、回転子コア１２１の外周から固定子コア１１１側に向けて突出しており、回転子コア１２１の外周面１２１ａは円形状と異なっている。このため、固定子コア１１１の内周面１１２ａと回転子コア１２１の外周面１２１ａとの間のギャップＧの形状が真円とは大きく異なった形状となっている。このため、高速回転時のギャップＧにおける空気の流れが複雑となり、大きな風損が発生しやすい。風損が増加すると、当然にモータの効率は低下してしまうことになる。

仮に、風損を少しでも低減させるために回転子コア１２１の外周形状を真円に近づけると、突極の突極比が減少してしまうため、所望のトルクが発生しない、という問題がある。
これに対して、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の場合には、回転子コア２１の外周面２１ａが円形状に保持されているので、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の突極１２の内周面１２ａとの間のギャップＧは円環形状（ギャップＧの外周と内周が円形状）となり、風損を減少させることができ、２００００ｒｐｍ程度の高速回転モータに好適に適用できる。

一方、回転子コア２１は、複数の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数の突極部２３とを備えているので、突極性を担保することができ、所望のトルクを得ることができる。つまり、隣接する非磁性部２２の間に突極部２３が形成されるので、固定コア１１の突極１２からの磁束が非磁性部２２に漏れずに各突極部２３に流れることになり、所望のトルクを得ることができる。
従って、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１によれば、所望のトルクの発生と風損の減少とを両立させることができる、スイッチトリラクタンスモータが得られる。

次に、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の製造方法について説明する。
スイッチトリラクタンスモータ１の製造に際し、先ず、固定子１０を製造する。
固定子１０の製造工程は、内側に突出し内周面１２ａが円形状に形成される複数（本実施形態にあっては６極）の突極１２を有する固定子コア１１を形成する工程（固定子コア形成工程）と、複数の突極１２の各々に複数の巻線１３を巻回する工程（巻線巻回工程）とを含む。
ここで、固定子コア形成工程では、軟磁性材料からなる板材を複数の突極１２を形成する部分を有する所定の２次元形状にプレス加工して打ち抜き、これを必要な枚数だけ積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、固定コア１１は形成される。軟磁性材料からなる板材としては、例えば、無方向性電磁鋼板が挙げられる。固定子コア１１の形成に際し、軟磁性フェライト材を所定の３次元形状にプレスし、焼結してもよい。

そして、巻線巻回工程では、巻線１３の素材として、導電性を有し、表面が絶縁されているものを準備する。例えば、巻線１３の素材として、一般的に使用されるマグネットワイヤが好適である。そして、巻線１３の巻線方式は、図１に示す６極の場合には、集中巻となるが、極数に応じて分布巻を使用してもかまわない。
なお、巻線巻回工程の後に、必要に応じて図示しないフレーム等によって固定子１０を固定してもよい。以上により、固定子１０は製造される。

次に、回転子２０を製造する。
回転子２０の製造工程は、外周面２１ａが円形状に形成される回転子コア２１を形成する工程（回転子コア形成工程）と、回転子コア２１にシャフト２４を固定する工程（シャフト固定工程）とを備えている。
そして、回転子コア形成工程は、外周面を円形状にした複数の板材３１（図２参照）を準備する工程（板材準備工程）と、複数の板材３１の各々の複数の箇所３２（図２参照）に非磁性化を行って複数の非磁性部２２を形成するとともに、隣接する非磁性部２２の間に複数の突極部２３を形成する工程（非磁性化工程）と、複数の板材３１を、複数の非磁性部２２が積層方向に整列するとともに複数の突極部２３が積層方向に整列するように、積層して固定する工程（板材積層工程）とを含んでいる。

ここで、板材準備工程では、軟磁性材料からなる板材を、図２に示すように、外周面を円形状とし、中心にシャフト挿通孔３１ａを有する形状にプレス加工して打ち抜き、この板材３１を複数枚準備する。各板材３１の外周面は真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点では真円もしくは真円に近い形状が好ましい。また、軟磁性材料は非磁性化が可能な材料であれば何でも使用できる。例えば、フェライト系やマルテンサイト系のステンレス材を使用してもよいし、無方向性電磁鋼板を使用してもよい。

次に、非磁性化工程では、図２に示す複数の板材３１の各々の複数の箇所３２に非磁性化を行ってその箇所３２に非磁性部２２を形成するとともに、隣接する箇所３２の間の部分３３を突極部２３とする。当該箇所３２は、非磁性化によって非磁性部２２となるので、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で回転子コア２１の外周面２１ａに沿って円周方向に均等な間隔で設けられる箇所である。ここで、非磁性化の方法としては、例えば、オーステナイト相への変態が挙げられる。フェライト系やマルテンサイト系のステンレス材は、９００℃〜１２００℃以上の高温領域に非磁性のオーステナイト相が存在し、ここから急冷することで室温でもオーステナイト相を残留させることが可能である。そこで、複数の箇所３２の非磁性化は、当該箇所３２にレーザ又は高周波加熱によって局所的に加熱するともに当該箇所３２を急冷することにより行う。ここで、急冷の条件によって箇所３２が完全にオーステナイト相とならない場合、磁性がわずかに残存して弱磁性となる場合もあるが、十分な突極比が得られれば弱磁性の状態であっても構わない。また、板材３１が無方向性電磁鋼板などオーステナイト相化しにくい組成の軟磁性材料の場合には、Ｃｒ，Ｃ，Ｍｎ，Ｎｉなどのオーステナイト化促進剤を箇所３２の表面に塗布してから加熱・急冷を行ってもよい。

そして、板材積層工程では、非磁性化工程を経た複数の板材３１を、複数の非磁性部２２が積層方向に整列するとともに複数の突極部２３が積層方向に整列するように、積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、回転子コア２１が形成される。
次に、シャフト固定工程では、回転子コア２１のシャフト挿通孔３１ａにシャフト２４を嵌挿し、シャフト２４を焼きばめ等で固定する。これにより、回転子２０が製造される。
最後に、回転子２０が製造されたならば、回転子コア２１を図示しない軸受を介して固定子コア１１の内側に回転自在に配置する。これにより、スイッチトリラクタンスモータ１が製造される。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータを、図３及び図４を参照して説明する。
本発明の第２実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータ１は、図３に示すように、基本構成は第１実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータ１と同様であり、固定子１０と、回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、内側に突出し内周面１２ａが円形状に形成される複数（本実施形態にあっては６極）の突極１２を有する円筒状の固定子コア１１と、突極１２に巻回される複数の巻線１３とを備えている。

また、回転子２０は、外周面２１ａが円形状に形成される円筒状の回転子コア２１と、回転子コア２１の中心に固定されたシャフト２４とを備えている。回転子コア２１の「円形状」の意味は、回転子コア２１の外周面２１ａが真円である場合と、真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点から真円に近い形状の場合とを含む意である。回転子コア２１は、固定子コア１１の内側に回転自在に配置されている。
そして、回転子コア２１は、外周面２１ａを円形状に保ったままで、複数（本実施形態にあっては、４個）の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数（本実施形態にあっては４極）の突極部２３とを備えている。

ここで、回転子コア２１の内部には、円周方向に均等な間隔で複数（本実施形態では４個）の貫通孔２５が設けられるとともに、各貫通孔２５の外側には回転子コア２１の外周面２１ａに沿う複数のリブ２６が設けられている。そして、複数の非磁性部２２の各々は、リブ２６の各々に形成されている。また、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間及び隣接する貫通孔２５の間に形成されている。
このように、図３に示すスイッチトリラクタンスモータ１の場合にあっても、回転子コア２１の外周面２１ａが円形状に保持されているので、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の突極１２の内周面１２ａとの間のギャップＧは円形状（ギャップＧの外周と内周が円形状）となり、風損を減少させることができ、２００００ｒｐｍ程度の高速回転モータに好適に適用できる。

一方、回転子コア２１は、複数の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数の突極部２３とを備えているので、突極性を担保することができ、所望のトルクを得ることができる。つまり、隣接する非磁性部２２の間に突極部２３が形成されるので、固定コア１１の突極１２からの磁束が非磁性部２２に漏れずに各突極部２３に流れることになり、所望のトルクを得ることができる。
このように、回転子コア２１の外周面２１ａから突出する形で機械的に突極を形成しなくても、回転子コア２１内で磁気的に突極を形成することができる。
なお、図３に示すスイッチトリラクタンスモータ１の場合、リブ２６によって回転子コア２１の外周面２１ａを円形状とした上で、リブ２６のみに非磁性部２２を形成しているため、非磁性化させる必要がある領域を必要最小限とすることができる。但し、各突極部２３は、隣接する非磁性部２２の間のみならず隣接する貫通孔２５の間にも形成されているので、リブ２６のみに非磁性部２２を形成していたとしても突極比が小さくなることはない。

ここで、非磁性部２２を規定する「非磁性」の意味は、前述と同様に、常磁性、反磁性及び反強磁性のすべてを含む意であり、いわゆる弱磁性をも含む意である。
また、非磁性部２２は、磁性は弱まっているものの、金属的には非磁性化されていない回転子コア２１の部位と接続しているため、回転子コア２１は高速回転時の遠心力に耐えうる高い機械的強度を有している。
また、複数の非磁性部２２は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で回転子コア２１の外周面２１ａに沿って円周方向に均等な間隔で設けられているとともに、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間及び隣接する貫通孔２５の間に形成されるので、複数の突極部２３が回転子コア２１の円周方向に均等な間隔で配置されることになり、回転子コア２１の円周方向で定常的なトルクを得ることができる。

次に、図３に示すスイッチトリラクタンスモータ１の製造方法について説明する。
スイッチトリラクタンスモータ１の製造に際し、先ず、固定子１０を製造するが、その製造方法は、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の固定子１０の製造方法と同様であるため、その説明は省略する。
回転子２０の製造工程は、外周面２１ａが円形状に形成される回転子コア２１を形成する工程（回転子コア形成工程）と、回転子コア２１にシャフト２４を固定する工程（シャフト固定工程）とを備えている。
そして、回転子コア形成工程は、回転子コア形成工程は、材料準備工程と、非磁性化工程と、板材積層工程とを含んでいる。

材料準備工程では、軟磁性材料からなる板材を、図４に示すように、外周面を円形状とし、内部に円周方向に均等な間隔で複数（本実施形態にあっては４個）の貫通孔２５を有するとともに各貫通孔２５の外側に外周面に沿う複数のリブ２６を有し、中心にシャフト挿通孔３１ａを有する形状にプレス加工して打ち抜き、この板材３１を複数枚準備する。各板材３１の外周面は真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点では真円もしくは真円に近い形状が好ましい。また、軟磁性材料は非磁性化が可能な材料であれば何でも使用できる。例えば、フェライト系やマルテンサイト系のステンレス材を使用してもよいし、無方向性電磁鋼板を使用してもよい。

次に、非磁性化工程では、リブ２６の各々に非磁性化を行って複数の非磁性部２２を形成するとともに、隣接するリブ２６の間及び隣接する貫通孔２５の間の部分２７を突極部２３とする。リブ２６の各々に非磁性化を行う方法は、第１実施形態に示す箇所３２に非磁性化を行う方法と同様であり、その説明を省略する。
そして、板材積層工程では、非磁性化工程を経た複数の板材３１を、複数の非磁性部２２が積層方向に整列するとともに複数の突極部２３が積層方向に整列するように、積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、回転子コア２１が形成される。
次に、シャフト固定工程では、回転子コア２１のシャフト挿通孔３１ａにシャフト２４を嵌挿し、シャフト２４を焼きばめ等で固定する。これにより、回転子２０が製造される。
最後に、回転子２０が製造されたならば、回転子コア２１を図示しない軸受を介して固定子コア１１の内側に回転自在に配置する。これにより、スイッチトリラクタンスモータ１が製造される。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータを、図５及び図６を参照して説明する。
本発明の第３実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータ１は、図５に示すように、基本構成は第１実施形態に係るスイッチトリラクタンスモータ１と同様であり、固定子１０と、回転子２０とを備えている。
ここで、固定子１０は、内側に突出し内周面１２ａが円形状に形成される複数（本実施形態にあっては６極）の突極１２を有する円筒状の固定子コア１１と、突極１２に巻回される複数の巻線１３とを備えている。

また、回転子２０は、外周面２１ａが円形状に形成される円筒状の回転子コア２１と、回転子コア２１の中心に固定されたシャフト２４とを備えている。回転子コア２１の「円形状」の意味は、回転子コア２１の外周面２１ａが真円である場合と、真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点から真円に近い形状の場合とを含む意である。回転子コア２１は、固定子コア１１の内側に回転自在に配置されている。

そして、回転子コア２１は、外周面２１ａを円形状に保ったままで、複数（本実施形態にあっては、４個）の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数（本実施形態にあっては４極）の突極部２３とを備えている。
ここで、複数の非磁性部２２は、図１に示す回転子コア２１の非磁性部２２と異なり、回転子コア２１の内部に円周方向に均等な間隔で設けられている。また、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間に形成される。各非磁性部２２の形は、限定されるものではないが、本実施形態では、扇形の内周側が円弧で形成された形となっている。

このように、図５に示すスイッチトリラクタンスモータ１の場合にあっても、回転子コア２１の外周面２１ａが円形状に保持されているので、回転子コア２１の外周面２１ａと固定子コア１１の突極１２の内周面１２ａとの間のギャップＧは円形状（ギャップＧの外周と内周が円形状）となり、風損を減少させることができ、２００００ｒｐｍ程度の高速回転モータに好適に適用できる。
一方、回転子コア２１は、複数の非磁性部２２と、隣接する非磁性部２２の間に形成された複数の突極部２３とを備えているので、突極性を担保することができ、所望のトルクを得ることができる。
但し、固定コア１１の突極１２からの磁束は、非磁性部２２に漏れないが、非磁性部２２の外側の回転子コア２１の部分には漏れるので、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１と比較すると得られるトルクは小さい。

ここで、非磁性部２２を規定する「非磁性」の意味は、前述と同様に、常磁性、反磁性及び反強磁性のすべてを含む意であり、いわゆる弱磁性をも含む意である。
また、非磁性部２２は、磁性は弱まっているものの、金属的には非磁性化されていない回転子コア２１の部位と接続しているため、回転子コア２１は高速回転時の遠心力に耐えうる高い機械的強度を有している。
また、複数の非磁性部２２は、回転子コア２１の内部に円周方向に均等な間隔で設けられているとともに、複数の突極部２３は、回転子コア２１の外周面２１ａから突出しない形で隣接する非磁性部２２の間及び隣接する貫通孔２５の間に形成されるので、複数の突極部２３が回転子コア２１の円周方向に均等な間隔で配置されることになり、回転子コア２１の円周方向で定常的なトルクを得ることができる。

次に、図５に示すスイッチトリラクタンスモータ１の製造方法について説明する。
スイッチトリラクタンスモータ１の製造に際し、先ず、固定子１０を製造するが、その製造方法は、図１に示すスイッチトリラクタンスモータ１の固定子１０の製造方法と同様であるため、その説明は省略する。
回転子２０の製造工程は、外周面２１ａが円形状に形成される回転子コア２１を形成する工程（回転子コア形成工程）と、回転子コア２１にシャフト２４を固定する工程（シャフト固定工程）とを備えている。

そして、回転子コア形成工程は、図１に示す回転子コア２１の形成工程と同様に、外周面を円形状にした複数の板材３１（図６参照）を準備する工程（板材準備工程）と、複数の板材３１の各々の複数の箇所３２（図６参照）に非磁性化を行って複数の非磁性部２２を形成するとともに、隣接する非磁性部２２の間に複数の突極部２３を形成する工程（非磁性化工程）と、複数の板材３１を、複数の非磁性部２２が積層方向に整列するとともに複数の突極部２３が積層方向に整列するように、積層して固定する工程（板材積層工程）とを含んでいる。

ここで、板材準備工程では、軟磁性材料からなる板材を、図６に示すように、外周面を円形状とし、中心にシャフト挿通孔３１ａを有する形状にプレス加工して打ち抜き、この板材３１を複数枚準備する。各板材３１の外周面は真円でなくてもよいが、風損を可能な限り低減するという点では真円もしくは真円に近い形状が好ましい。また、軟磁性材料は非磁性化が可能な材料であれば何でも使用できる。例えば、フェライト系やマルテンサイト系のステンレス材を使用してもよいし、無方向性電磁鋼板を使用してもよい。

次に、非磁性化工程では、図６に示す複数の板材３１の各々の複数の箇所３２に非磁性化を行ってその箇所３２に非磁性部２２を形成するとともに、隣接する箇所３２の間の部分３３を突極部２３とする。当該箇所３２は、非磁性化によって非磁性部２２となるので、回転子コア２１の内部に円周方向に均等な間隔で設けられる箇所である。各箇所３２は、扇形の内周側が円弧で形成された形である。各箇所３２に行う非磁性化の方法は、第１実施形態に示す箇所３２に非磁性化を行う方法と同様であり、その説明を省略する。

そして、板材積層工程では、非磁性化工程を経た複数の板材３１を、複数の非磁性部２２が積層方向に整列するとともに複数の突極部２３が積層方向に整列するように、積層してカシメや溶接によって積層方向に固定する。これにより、回転子コア２１が形成される。
次に、シャフト固定工程では、回転子コア２１のシャフト挿通孔３１ａにシャフト２４を嵌挿し、シャフト２４を焼きばめ等で固定する。これにより、回転子２０が製造される。
最後に、回転子２０が製造されたならば、回転子コア２１を図示しない軸受を介して固定子コア１１の内側に回転自在に配置する。これにより、スイッチトリラクタンスモータ１が製造される。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されずに種々の変更、改良を行うことができる。
例えば、回転子コア２１における非磁性部２２は、回転子コア２１の外周面２１ａを円形状に保ったままで、隣接する非磁性部２２の間に突極部２３を形成できるものであれば、図１、図３及び図５に示す形状でなくて任意の形状でよく、また、それら非磁性部２２の設置位置も任意に設定することができる。
また、固定子１０側を６極、回転子２０側を４極としてあるが、これらの極数に限定されない。

１ スイッチトリラクタンスモータ
１０ 固定子
１１ 固定子コア
１２ 突極
１２ａ 内周面
１３ 巻線
２０ 回転子
２１ 回転子コア
２１ａ 外周面
２２ 非磁性部
２３ 突極部
２４ シャフト
２５ 貫通孔
２６ リブ
３１ 板材
３２ 箇所

Claims (7)

1. 内側に突出し内周面が円形状に形成される複数の突極を有する固定子コア及び前記複数の突極の各々に巻回される複数の巻線を備えた固定子と、前記固定子コアの内側に回転自在に配置されるとともに、外周面が円形状に形成される回転子コア及び該回転子コアに固定されたシャフトを備えた回転子とを備え、
   前記回転子コアが、外周面を円形状に保ったままで、複数の非磁性部と、隣接する前記非磁性部の間に形成された複数の突極部とを有することを特徴とするスイッチトリラクタンスモータ。
2. 前記複数の非磁性部は、前記回転子コアの外周面から突出しない形で前記回転子コアの外周面に沿って円周方向に均等な間隔で設けられ、前記複数の突極部は、前記回転子コアの外周面から突出しない形で隣接する前記非磁性部の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
3. 前記回転子コアの内部には、円周方向に均等な間隔で複数の貫通孔が設けられるとともに、各貫通孔の外側には前記回転子コアの外周面に沿う複数のリブが設けられ、前記複数の非磁性部の各々は、前記リブの各々に形成され、前記複数の突極部は、前記回転子コアの外周面から突出しない形で隣接する前記非磁性部の間及び隣接する前記貫通孔の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
4. 前記複数の非磁性部は、前記回転子コアの内部に円周方向に均等な間隔で設けられ、前記複数の突極部は、前記回転子コアの外周面から突出しない形で隣接する前記非磁性部の間に形成されることを特徴とする請求項１に記載のスイッチトリラクタンスモータ。
5. 内側に突出し内周面が円形状に形成される複数の突極を有する固定子コアを形成する工程と、前記複数の突極の各々に複数の巻線を巻回する工程と、外周面が円形状に形成される回転子コアを形成する工程と、前記回転子コアにシャフトを固定する工程と、前記回転子コアを前記固定子コアの内側に回転自在に配置する工程とを備え、
   前記回転子コアを形成する工程が、外周面を円形状とした複数の板材を準備する工程と、該複数の板材の各々の複数の箇所に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成するとともに、隣接する前記非磁性部の間に複数の突極部を形成する工程と、前記複数の板材を、前記複数の非磁性部が積層方向に整列するとともに前記複数の突極部が積層方向に整列するように、積層して固定する工程とを含むことを特徴とするスイッチトリラクタンスモータの製造方法。
6. 前記外周面を円形状とした複数の板材を準備する工程は、板材を、外周面を円形状とし、内部に円周方向に均等な間隔で複数の貫通孔を有するとともに各貫通孔の外側に外周面に沿う複数のリブを有する形状に打ち抜き、この板材を複数枚準備するものであり、
   前記複数の板材の各々の複数の箇所に非磁性化を行って複数の非磁性部を形成するとともに、隣接する前記非磁性部の間に複数の突極部を形成する工程は、前記リブの各々に非磁性化を行って前記複数の非磁性部を形成するとともに、隣接する前記非磁性部の間及び隣接する前記貫通孔の間に前記複数の突極部を形成するものであることを特徴とする請求項５に記載のスイッチトリラクタンスモータの製造方法。
7. 前記複数の箇所の非磁性化は、前記箇所にレーザ又は高周波加熱によって局所的に加熱するともに前記箇所を急冷することにより行うことを特徴とする請求項５又は６に記載のスイッチトリラクタンスモータの製造方法。

Images