JP4038633B2 - リラクタンスモータ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機や電気自動車等に用いられるリラクタンスモータに関し、さらに詳しく言えば、ロータコアの機構に特徴を有するリラクタンスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リラクタンスモータとして、例えば図１３に示す構成のものがある。図１３において、回転磁界を発生するステータコア１内のロータコア２は、複数枚積層した電磁鋼板からなり、この電磁鋼板にはシャフト挿通用の中心孔３に頂点を向けた円弧形状（逆円弧形状）のスリット４をロータコア２の外周方向に複数個形成し、かつ、この複数のスリット４を当該極数分だけコア外周に沿って所定間隔に形成してなる。
【０００３】
前記多層構造のスリット４は、フラックスバリアとして機能するためにステータコア１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸）を通しにくくし、一方、スリット４の間はステータコア１からの磁束（一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束）を通す。
【０００４】
ところで、リラクタンスモータは、ｄ軸とｑ軸リラクタンスＸｄ，Ｘｑの比（Ｘｄ／Ｘｑ；突極比）に応じたリラクタンストルクによりロータコアに回転力を発生させる。
【０００５】
図１３に示すリラクタンスモータの場合、ステータコア１によって発生する回転磁界による一方（ｑ軸）の磁気の通路にスリット４がほぼ直角に介在し、他方（ｄ軸）の磁気の通路がスリット４の間となる。したがって、ｄ軸とｑ軸インダクタンス比が大きく、つまり、スリット４によりロータコア２内に磁気的な突極性が発生し、リラクタンスの比（Ｘｄ／Ｘｑ）が大きくなる。
【０００６】
なお、図１３においては、ロータコア２に５層構造のスリット３を形成した場合について説明しているが、２層以上の多層構造の場合であっても同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記リラクタンスモータにおいて、製造上の理由、磁束の路の確保とフラックスバリアの機能確保との兼ね合い等からスリット３の幅や間隔に限度がある。また、スリット３をより多層構造としても、例えば磁束が他の極側に漏れることがあり、磁気的な突極性（リラクタンス比）をさらに大きくするにはどうしても限界があり、リラクタンストルクの向上が見込めないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ｄ軸とｑ軸インダクタンス比（いわゆる突極比）をより大きくし、低コストで高トルク、高効率化を実現することができるようにしたリラクタンスモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、回転磁界を発生するステータコア内にロータコアを有するリラクタンスモータにおいて、前記ロータコアは、シャフト挿通用の中心孔を有しダイカスト法によって形成された非磁性体からなるボス部と、ｄ軸に沿って分割した所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層した積層体に一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿って磁性鋼板を埋め込んでなり、前記ロータコアの外周に沿って当該リラクタンスモータの極数分だけ所定の間隔をもって前記ボス部の周りに配置される複数個の分割磁路部とを備え、前記各分割磁路部には、前記ｄ軸方向に長い孔からなる係止用の孔が形成され、前記各分割磁路部は、前記ボス部が前記ダイカスト法により成形される際に、前記係止用の孔の部分が前記ボス部内に含まれるように前記ボス部に一体的に固着されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明において、前記分割磁路部に埋設する磁性鋼板は、一方のｄ軸から他方のｄ軸への向きとなる方向性の磁性を有し、該方向性の磁性鋼板の断面は円弧形状あるいは断面バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、前記磁性鋼板の断面が前記円弧形状である場合、同円弧の頂点を前記中心孔に向けて埋め込み、前記磁性鋼板の断面が前記断面バスタブ形状である場合、同断面バスタブ形状の底辺を前記中心孔に向けて埋め込み、前記磁性鋼板の断面が前記Ｖ字形状である場合、同Ｖ字の頂角を前記中心孔に向けて埋め込むことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図１２を参照して詳しく説明する。なお、図中、図１３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１２】
本発明のリラクタンスモータは、一方のｄ軸から他方のｄ軸に沿って磁性鋼板を埋め込んだ分割磁路部をｄ軸で分割して当該極数分非磁性体のボス部に一体化し、かつ各分割磁路を当該ロータコアの円周方向に所定間隔で配置すれば、磁性鋼板によりｄ軸方向の磁束を良く通し、各極となる分割磁路部を非磁性体でボス部に一体化することによりｑ軸方向の磁束を阻み、また、ステータコアからの磁束の他の極への漏れを防げることから、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比（突極比）を大きくして突極比をより大きくすることができることに着目したものである。
【００１３】
そのため、図１ないし図３に示すように、このリラクタンスモータのロータコア１０は、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿った磁性鋼板１１を埋め込み（円弧形状の磁性鋼板１１をその円弧の頂点を中心孔３に向けて埋め込み）、かつ、コア外周のｑ軸付近をその磁性鋼板１１と相似形に切り欠いてフラックスバリア１２としてなる断面蒲鉾形状の分割磁路部１３を備え、この分割磁路部１３をロータコア１０の外周に沿って当該極数分だけ所定間隔に配置し、かつ、複数の分割磁路部１３を非磁性体のボス部１４に一体化してなる。
【００１４】
この場合、分割磁路部１３は、ｄ軸で分割した断面蒲鉾形状の鋼板（コアシート）１３ａを当該中心孔３の軸方向（シャフトの軸方向）に積層してなり、また各分割磁路部１３は、ロータコア１０の外周側でｄ軸付近をかしめ部１５，１６によってかしめる。
各分割磁路部１３は、ボス部１４と一体化した際に同ボス部１４内に含まれ、その含まれた部分には係止用の孔（半閉孔）１７，１８がｄ軸方向に長く、かつｑ軸対称に形成されている。ボス部１４は、ロータコア１０の中心になることから、その中心部にシャフトを通す中心孔３を有している。
【００１５】
図２および図３を参照して具体的に説明すると、各分割磁路部１３の製造においては、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜いて自動積層金型内で積層して分割磁路部１３を極数分だけ作成する。このプレス加工工程において、図２に示すように、分割磁路部１３を構成するコアシート１３ａをほぼ断面蒲鉾形状に打ち抜き、同時に磁性鋼板１１を埋め込む孔を打ち抜くとともに、係止用の孔１７，１８を打ち抜き、このコアシート１３ａを積層して分割磁路部１３を形成する一方、この積層時にかしめ部１５，１６も形成する。
【００１６】
なお、磁性鋼板１１は６層に重ねているが、１層以上であればよい。また、磁性鋼板１１とロータコア１０の外周との間隔（同磁性鋼板１１とフラックスバリア１２となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板１１とロータコア１０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。
【００１７】
次に、各分割磁路部１３がステータコア１の内周に沿って等間隔に位置するように、各分割磁路部１３を非磁性体のボス部１４に一体化する方法について説明する。
【００１８】
この方法としては、非磁性体の軽金属によるダイカスト法を利用する。例えば、アルミニウム等の軽金属をダイカスト金型で鋳造してボス部１４を製造し、各分割磁路部１３と一体化する際、ボス部１４が磁性鋼板１１に重ならないようにし、また、各分割磁路部１３の間に空気層ａ形成して各分割磁路部１３を磁気的に絶縁する（つまり、各極を磁気的に絶縁する）。
【００１９】
なお、軽金属としてはアルミニウムの他に、アルミ合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウムあるいはマグネシウム合金の溶融軽金属を使用してもよい。
【００２０】
このように、ステータコア１からの磁束の路（一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路）が磁性鋼板１１で確保されて磁束がよく通る一方、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路に対しては、分割磁路部１３の間の磁気的に絶縁した空気層ａのフラックスバリアおよびコア外周を切り欠いたフラックスバリア１２が介在するため、分割磁路部１３においては、従来と比較して少なくとも方向性の磁性鋼板１１および隙間ａのフラックスバリア分だけｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなり、つまりリラクタンストルクが大きくなる。
【００２１】
また、ボス部１４が係止用の孔１７，１８に入り込むため、ロータコア１０の機械的強度が向上することから渦電流損を低減することができるとともに、係止用の孔１７，１８がｄ軸方向に細長くなっているため、ｄ軸方向の磁束を妨げることがなく、つまり、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなる。
【００２２】
さらに、かしめ部１５，１６は、ロータコア１０の外周側に形成されるため、ｄ軸方向の磁路を確保してｄ軸インダクタンスを大きなものとすることにより、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比をより大きなものとし、しかも、かしめ部１５，１６によってコア強度を十分にもたせることができる。
【００２３】
さらにまた、分割磁路部１３を従来の自動積層方式で、また、ボス部１４を既に公知のダイカスト法で形成する。この場合、形成時にボス部１４と分割磁路部１３とを一体化するため、製造面でのコストアップを抑えることができる。また、例えばボス部１４の材質として非磁性体の軽金属を用い、特に低コストのアルミニウムを用いれば、モータの低コスト化を図ることができる。
【００２４】
図４は、図３に示すロータコアの変形実施例である。なお、図中、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、またステータコアは図１を参照されたい。
【００２５】
図４において、ロータコア２０を構成する分割磁路部２１には前実施の形態の円弧形状の磁性鋼板１１に代えて断面バスタブ形状の磁性鋼板２２が断面バスタブ形状の底辺を中心孔３に向けて埋め込まれており、コア外周のｑ軸付近のフラックスバリア２３の形状はその断面バスタブ形状になっている。なお、磁性鋼板２２は、断面長手方向の方向性磁性を有し、また６層に重ねているが、１層以上であればよい。
【００２６】
また、磁性鋼板２２とロータコア２０の外周との間隔（同磁性鋼板２２とフラックスバリア２３となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板２２とロータコア２０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。さらに、ロータコア２０の製造については、前記ロータコア１０と同じでよいことから、その説明を省略する。
【００２７】
したがって、ロータコア２０は、前記実施例の効果の他に、磁性鋼板２２の断面バスタブ形状の底辺をボス部１３に近づければ、多層化が容易であり、つまり、ｄ軸方向の磁束をより通すことになるため、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなりってリタクタンストルクを大きくすることが可能である。
【００２８】
図５は、図３に示すロータコアの変形実施例である。なお、図中、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、またステータコアは図１を参照されたい。
【００２９】
図５において、ロータコア３０を構成する分割磁路部３１には、前実施の形態の断面円弧形状の磁性鋼板１１に代えてＶ字形状の磁性鋼板３２がそのＶ字形状の頂角を中心孔３に向けて埋め込まれており、コア外周でｑ軸付近のフラックスバリア３３の形状はそのＶ字形状になっている。なお、磁性鋼板３２は、断面長手方向の方向性磁性を有し、また６層に重なっているが、１層以上であればよい。
【００３０】
また、磁性鋼板３２とロータコア３０の外周との間隔（同磁性鋼板３２とフラックスバリア３３となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板３２とロータコア３０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は、少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。また、ロータコア３０の製造については、前記ロータコア１０と同じでよいことから、その説明を省略する。
【００３１】
ところで、前記多層構造とした磁性鋼板１１，２２，３２は１枚板を重ねたものであり、これに磁束が通ると渦電流が発生し、いわゆる渦電流損が発生してリラクタンストルクの向上を妨げることになる。
【００３２】
そこで、例えば図６に示す断面バスタブ形状の磁性鋼板２２について説明すると、断面バスタブ形状の各辺部にはスリット（長い孔）２２ａ，２２ｂ，２２ｃが一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束の流れを妨げない向き（磁束の向き）に沿って形成され、かつ中心孔３の軸方向に複数個形成される。この場合、スリット２２ａ，２２ｂ，２３ｃの形成位置は各層毎に異なっていてもよく、磁性鋼板２２のスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、当該電磁鋼板をプレス加工で打ち抜く際に同時に形成し、この磁性鋼板２２を分割磁路部１３に埋め込めばよい。
【００３３】
このように、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより渦電流損を低減することができるため、リラクタンストルクの低下を抑えることができる。
【００３４】
なお、磁性鋼板１１，３２の場合でも、同様のスリットを形成すればよく、例えば図３に示す円弧形状の磁性鋼板１１の場合には一辺であることから、中心孔３の軸方向のみに複数個形成し、また図５に示すＶ字形状の磁性鋼板３２の場合には二辺であることから、各辺毎に中心孔３の軸方向に複数個形成する。
【００３５】
また、図７に示すように、磁性鋼板２２は、中心孔３の軸方向に複数個分割した磁性鋼板２２ｄ，２２ｅ，２２ｆからなり、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の流れを妨げないようにする。すなわち、磁性鋼板２２を分割することにより、前述したスリットと同様の効果を発揮するからである。なお、磁性鋼板２２の分割位置は各層毎に異なってもよく、またその分割数が３つに限らなくともよい。この場合、磁性鋼板２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの丈を短くし、これを順次分割磁路部１３に埋め込めばよい。したがって、前述したスリットを形成した場合と同じく、渦電流損を低減することができ、リラクタンストルクの低下を抑えることができる。
【００３６】
さらに、図８および図１０に示すように、前記磁性鋼板１１，２２，３２の片面にそれぞれ突起部４０，５０を形成し、磁性鋼板１１，２２，３２の間に隙間（空気層）を形成してフラックスバリアとすれば、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比がより大きくなる。
【００３７】
このうち、図８に示す突起部４０は、ほぼ円錐形であり、図９に示すように、突起部４０の先端は、隣接する磁性鋼板４１の面に点接触するようになっている。また、突起部４０は、隣接する磁性鋼板４１で異なる位置に形成し、図９から明かなように、磁性鋼板４１のうち中心孔３に最も近いものには突起部を形成しないとよい。
【００３８】
なお、図９は図３に示すロータコア１０の分割磁路部１３に埋め込む磁性鋼板１１に対応している。この場合、磁性鋼板４１をプレスで得る際に、磁性鋼板にその円錐形の突起部４０を形成するため、プレスの加工治具（パンチ）４０ａ側にその円錐形に合わせた形状のものを設け、円錐形突出しプレスし、あるいは張り出しプレスとする。
【００３９】
また、図１０に示す突起部５０は、円柱形（円形で断面長方形（あるいは正方形）である。したがって、突起部５０の先端は隣接する磁性鋼板の面に面接触することになる。なお、突起部５０は前述同様に隣接する磁性鋼板で異なる位置に形成する。
【００４０】
この場合、磁性鋼板５１をプレスで得る際、磁性鋼板にその円柱形の突起部２１を形成するため、プレスの治具（パンチ）５０ａの面をその円柱形に合わせた形状のものを設け、円形半抜きプレスとする。
【００４１】
このように、突起部４０，５０の形成にあっては、プレスの加工治具（パンチ）４０ａ，５０ａが異なるだけよいことから、製造上のコストアップにならずに済む。
【００４２】
図１１および図１２は、各分割磁路部１３とボス部１４とを一体的とした際、係止用の孔（半閉孔）１７，１８に入るボス部１４側の断面形状である。図１１は、磁束の方向（ｄ軸方向）に沿った断面楕円形状であり、図１２は同じく磁束の方向に沿った断面長方形である。したがって、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束を阻まず、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束を阻むことになり、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比を上げることになる。
【００４３】
また、このリラクタンスモータは２４スロットの固定子１に三相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の電機子巻線を有し、例えば外径側の巻線をＵ相、内径側の巻線をＷ相、その中間の巻線をＶ相としていているが、スロット数や電機子巻線数が異なっていてもよい。
【００４４】
さらに、前述したロータコア１０，２０，３０，４０，５０，６０を直流ブラシレスモータに組み込めば、例えば空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の運転効率の上昇を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転磁界を発生するステータコア内にロータコアを有するリラクタンスモータにおいて、前記ロータコアは、シャフト挿通用の中心孔を有しダイカスト法によって形成された非磁性体からなるボス部と、ｄ軸に沿って分割した所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層した積層体に一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿って磁性鋼板を埋め込んでなり、前記ロータコアの外周に沿って当該リラクタンスモータの極数分だけ所定の間隔をもって前記ボス部の周りに配置される複数個の分割磁路部とを備え、前記各分割磁路部には、前記ｄ軸方向に長い孔からなる係止用の孔が形成され、前記各分割磁路部は、前記ボス部が前記ダイカスト法により成形される際に、前記係止用の孔の部分が前記ボス部内に含まれるように前記ボス部に一体的に固着されている構成としたことにより、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路には磁性鋼板を介在させることにより磁束の通りを良くし、また、一方ｑ軸から他方のｑ軸には、各分割磁路部１２の間（磁気的絶縁隙間）を介在させｑ軸方向の磁束を阻むことができる。
【００４６】
しかも、この磁気的絶縁により磁束の他の極への漏れが防がれるため、従来例と比較して、少なくとも磁的絶縁隙間分ｄ軸、ｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなるため、磁気的吸引力を大きく生成することが可能となり、モータの高効率化を図ることができる。
【００４７】
さらには、各分割磁路部の係止用の孔は、ｄ軸方向に長い孔であるので、特にｄ軸方向の磁束を妨げないことから、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比をより大きくすることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すリラクタンスモータの概略的平面図。
【図２】図１に示すリラクタンスモータのロータコアを説明するための概略的断面図。
【図３】図１に示すリラクタンスモータのロータコアを説明するための概略的平面図。
【図４】本発明の変形実施の形態を示すリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図。
【図５】本発明の他の実施の形態を示すリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図。
【図６】図３ないし図５に示すロータコアに埋め込む磁性鋼板の例を説明する概略的斜視図。
【図７】図３ないし図５に示すロータコアに埋め込む磁性鋼板の変形例を説明する概略的斜視図。
【図８】本発明の変形実施の形態を示し、ロータコアに埋め込む磁性鋼板を説明するための概略的断面図。
【図９】図８に示す磁性鋼板をロータコアに埋め込む状態とした概略的断面図。
【図１０】本発明の変形実施の形態を示し、ロータコアに埋め込む磁性鋼板を説明するための概略的断面図。
【図１１】本発明の実施の形態を示し、ロータコアのボス部に分割磁路部を係止する係止部を説明するための概略的断面図。
【図１２】図１１の変形実施の形態を示し、係止部を説明するための概略的断面図。
【図１３】従来のリラクタンスモータの概略的平面図。
【符号の説明】
１ ステータコア
３ 中心孔（シャフト用）
１０，２０，３０ ロータコア
１１ 磁性鋼板（方向性を有する円弧形状）
１２，２３，３３ フラックスバリア（コア外周の凹部）
１３，２１，３１ 分割磁路部
１４ ボス部（非磁性体）
１５，１６ かしめ部
１７，１８ 孔（係止用の）
２２，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ 磁性鋼板（方向性を有する断面バスタブ形状）
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ スリット
３２ 磁性鋼板（方向性を有するＶ字形状）
４０，５０ 突起部
４１ 磁性鋼板（方向性を有し、片面に突起を有する円弧形状）
５１ 磁性鋼板
ａ 空気層（分割磁路部の間；隙間）
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機や電気自動車等に用いられるリラクタンスモータに関し、さらに詳しく言えば、ロータコアの機構に特徴を有するリラクタンスモータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
リラクタンスモータとして、例えば図１３に示す構成のものがある。図１３において、回転磁界を発生するステータコア１内のロータコア２は、複数枚積層した電磁鋼板からなり、この電磁鋼板にはシャフト挿通用の中心孔３に頂点を向けた円弧形状（逆円弧形状）のスリット４をロータコア２の外周方向に複数個形成し、かつ、この複数のスリット４を当該極数分だけコア外周に沿って所定間隔に形成してなる。
【０００３】
前記多層構造のスリット４は、フラックスバリアとして機能するためにステータコア１からの磁束（一方のｑ軸から他方のｑ軸）を通しにくくし、一方、スリット４の間はステータコア１からの磁束（一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束）を通す。
【０００４】
ところで、リラクタンスモータは、ｄ軸とｑ軸リラクタンスＸｄ，Ｘｑの比（Ｘｄ／Ｘｑ；突極比）に応じたリラクタンストルクによりロータコアに回転力を発生させる。
【０００５】
図１３に示すリラクタンスモータの場合、ステータコア１によって発生する回転磁界による一方（ｑ軸）の磁気の通路にスリット４がほぼ直角に介在し、他方（ｄ軸）の磁気の通路がスリット４の間となる。したがって、ｄ軸とｑ軸インダクタンス比が大きく、つまり、スリット４によりロータコア２内に磁気的な突極性が発生し、リラクタンスの比（Ｘｄ／Ｘｑ）が大きくなる。
【０００６】
なお、図１３においては、ロータコア２に５層構造のスリット３を形成した場合について説明しているが、２層以上の多層構造の場合であっても同様である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記リラクタンスモータにおいて、製造上の理由、磁束の路の確保とフラックスバリアの機能確保との兼ね合い等からスリット３の幅や間隔に限度がある。また、スリット３をより多層構造としても、例えば磁束が他の極側に漏れることがあり、磁気的な突極性（リラクタンス比）をさらに大きくするにはどうしても限界があり、リラクタンストルクの向上が見込めないという問題点があった。
【０００８】
本発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、ｄ軸とｑ軸インダクタンス比（いわゆる突極比）をより大きくし、低コストで高トルク、高効率化を実現することができるようにしたリラクタンスモータを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、回転磁界を発生するステータコア内にロータコアを有するリラクタンスモータにおいて、前記ロータコアは、シャフト挿通用の中心孔を有しダイカスト法によって形成された非磁性体からなるボス部と、ｄ軸に沿って分割した所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層した積層体に一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿って磁性鋼板を埋め込んでなり、前記ロータコアの外周に沿って当該リラクタンスモータの極数分だけ所定の間隔をもって前記ボス部の周りに配置される複数個の分割磁路部とを備え、前記各分割磁路部には、前記ｄ軸方向に長い孔からなる係止用の孔が形成され、前記各分割磁路部は、前記ボス部が前記ダイカスト法により成形される際に、前記係止用の孔の部分が前記ボス部内に含まれるように前記ボス部に一体的に固着されていることを特徴としている。
【００１０】
本発明において、前記分割磁路部に埋設する磁性鋼板は、一方のｄ軸から他方のｄ軸への向きとなる方向性の磁性を有し、該方向性の磁性鋼板の断面は円弧形状あるいは断面バスタブ形状もしくはＶ字形状であり、前記磁性鋼板の断面が前記円弧形状である場合、同円弧の頂点を前記中心孔に向けて埋め込み、前記磁性鋼板の断面が前記断面バスタブ形状である場合、同断面バスタブ形状の底辺を前記中心孔に向けて埋め込み、前記磁性鋼板の断面が前記Ｖ字形状である場合、同Ｖ字の頂角を前記中心孔に向けて埋め込むことが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１ないし図１２を参照して詳しく説明する。なお、図中、図１３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１２】
本発明のリラクタンスモータは、一方のｄ軸から他方のｄ軸に沿って磁性鋼板を埋め込んだ分割磁路部をｄ軸で分割して当該極数分非磁性体のボス部に一体化し、かつ各分割磁路を当該ロータコアの円周方向に所定間隔で配置すれば、磁性鋼板によりｄ軸方向の磁束を良く通し、各極となる分割磁路部を非磁性体でボス部に一体化することによりｑ軸方向の磁束を阻み、また、ステータコアからの磁束の他の極への漏れを防げることから、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比（突極比）を大きくして突極比をより大きくすることができることに着目したものである。
【００１３】
そのため、図１ないし図３に示すように、このリラクタンスモータのロータコア１０は、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿った磁性鋼板１１を埋め込み（円弧形状の磁性鋼板１１をその円弧の頂点を中心孔３に向けて埋め込み）、かつ、コア外周のｑ軸付近をその磁性鋼板１１と相似形に切り欠いてフラックスバリア１２としてなる断面蒲鉾形状の分割磁路部１３を備え、この分割磁路部１３をロータコア１０の外周に沿って当該極数分だけ所定間隔に配置し、かつ、複数の分割磁路部１３を非磁性体のボス部１４に一体化してなる。
【００１４】
この場合、分割磁路部１３は、ｄ軸で分割した断面蒲鉾形状の鋼板（コアシート）１３ａを当該中心孔３の軸方向（シャフトの軸方向）に積層してなり、また各分割磁路部１３は、ロータコア１０の外周側でｄ軸付近をかしめ部１５，１６によってかしめる。
各分割磁路部１３は、ボス部１４と一体化した際に同ボス部１４内に含まれ、その含まれた部分には係止用の孔（半閉孔）１７，１８がｄ軸方向に長く、かつｑ軸対称に形成されている。ボス部１４は、ロータコア１０の中心になることから、その中心部にシャフトを通す中心孔３を有している。
【００１５】
図２および図３を参照して具体的に説明すると、各分割磁路部１３の製造においては、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜いて自動積層金型内で積層して分割磁路部１３を極数分だけ作成する。このプレス加工工程において、図２に示すように、分割磁路部１３を構成するコアシート１３ａをほぼ断面蒲鉾形状に打ち抜き、同時に磁性鋼板１１を埋め込む孔を打ち抜くとともに、係止用の孔１７，１８を打ち抜き、このコアシート１３ａを積層して分割磁路部１３を形成する一方、この積層時にかしめ部１５，１６も形成する。
【００１６】
なお、磁性鋼板１１は６層に重ねているが、１層以上であればよい。また、磁性鋼板１１とロータコア１０の外周との間隔（同磁性鋼板１１とフラックスバリア１２となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板１１とロータコア１０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。
【００１７】
次に、各分割磁路部１３がステータコア１の内周に沿って等間隔に位置するように、各分割磁路部１３を非磁性体のボス部１４に一体化する方法について説明する。
【００１８】
この方法としては、非磁性体の軽金属によるダイカスト法を利用する。例えば、アルミニウム等の軽金属をダイカスト金型で鋳造してボス部１４を製造し、各分割磁路部１３と一体化する際、ボス部１４が磁性鋼板１１に重ならないようにし、また、各分割磁路部１３の間に空気層ａ形成して各分割磁路部１３を磁気的に絶縁する（つまり、各極を磁気的に絶縁する）。
【００１９】
なお、軽金属としてはアルミニウムの他に、アルミ合金、亜鉛、亜鉛合金、マグネシウムあるいはマグネシウム合金の溶融軽金属を使用してもよい。
【００２０】
このように、ステータコア１からの磁束の路（一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路）が磁性鋼板１１で確保されて磁束がよく通る一方、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁路に対しては、分割磁路部１３の間の磁気的に絶縁した空気層ａのフラックスバリアおよびコア外周を切り欠いたフラックスバリア１２が介在するため、分割磁路部１３においては、従来と比較して少なくとも方向性の磁性鋼板１１および隙間ａのフラックスバリア分だけｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなり、つまりリラクタンストルクが大きくなる。
【００２１】
また、ボス部１４が係止用の孔１７，１８に入り込むため、ロータコア１０の機械的強度が向上することから渦電流損を低減することができるとともに、係止用の孔１７，１８がｄ軸方向に細長くなっているため、ｄ軸方向の磁束を妨げることがなく、つまり、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなる。
【００２２】
さらに、かしめ部１５，１６は、ロータコア１０の外周側に形成されるため、ｄ軸方向の磁路を確保してｄ軸インダクタンスを大きなものとすることにより、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比をより大きなものとし、しかも、かしめ部１５，１６によってコア強度を十分にもたせることができる。
【００２３】
さらにまた、分割磁路部１３を従来の自動積層方式で、また、ボス部１４を既に公知のダイカスト法で形成する。この場合、形成時にボス部１４と分割磁路部１３とを一体化するため、製造面でのコストアップを抑えることができる。また、例えばボス部１４の材質として非磁性体の軽金属を用い、特に低コストのアルミニウムを用いれば、モータの低コスト化を図ることができる。
【００２４】
図４は、図３に示すロータコアの変形実施例である。なお、図中、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、またステータコアは図１を参照されたい。
【００２５】
図４において、ロータコア２０を構成する分割磁路部２１には前実施の形態の円弧形状の磁性鋼板１１に代えて断面バスタブ形状の磁性鋼板２２が断面バスタブ形状の底辺を中心孔３に向けて埋め込まれており、コア外周のｑ軸付近のフラックスバリア２３の形状はその断面バスタブ形状になっている。なお、磁性鋼板２２は、断面長手方向の方向性磁性を有し、また６層に重ねているが、１層以上であればよい。
【００２６】
また、磁性鋼板２２とロータコア２０の外周との間隔（同磁性鋼板２２とフラックスバリア２３となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板２２とロータコア２０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。さらに、ロータコア２０の製造については、前記ロータコア１０と同じでよいことから、その説明を省略する。
【００２７】
したがって、ロータコア２０は、前記実施例の効果の他に、磁性鋼板２２の断面バスタブ形状の底辺をボス部１３に近づければ、多層化が容易であり、つまり、ｄ軸方向の磁束をより通すことになるため、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなりってリタクタンストルクを大きくすることが可能である。
【００２８】
図５は、図３に示すロータコアの変形実施例である。なお、図中、図１ないし図３と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略し、またステータコアは図１を参照されたい。
【００２９】
図５において、ロータコア３０を構成する分割磁路部３１には、前実施の形態の断面円弧形状の磁性鋼板１１に代えてＶ字形状の磁性鋼板３２がそのＶ字形状の頂角を中心孔３に向けて埋め込まれており、コア外周でｑ軸付近のフラックスバリア３３の形状はそのＶ字形状になっている。なお、磁性鋼板３２は、断面長手方向の方向性磁性を有し、また６層に重なっているが、１層以上であればよい。
【００３０】
また、磁性鋼板３２とロータコア３０の外周との間隔（同磁性鋼板３２とフラックスバリア３３となるコア外周との間隔も含む）および同磁性鋼板３２とロータコア３０の内周（ボス部１４までの距離）との間隔は、少なくともコアシート１３ａの厚さ以上とする。また、ロータコア３０の製造については、前記ロータコア１０と同じでよいことから、その説明を省略する。
【００３１】
ところで、前記多層構造とした磁性鋼板１１，２２，３２は１枚板を重ねたものであり、これに磁束が通ると渦電流が発生し、いわゆる渦電流損が発生してリラクタンストルクの向上を妨げることになる。
【００３２】
そこで、例えば図６に示す断面バスタブ形状の磁性鋼板２２について説明すると、断面バスタブ形状の各辺部にはスリット（長い孔）２２ａ，２２ｂ，２２ｃが一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束の流れを妨げない向き（磁束の向き）に沿って形成され、かつ中心孔３の軸方向に複数個形成される。この場合、スリット２２ａ，２２ｂ，２３ｃの形成位置は各層毎に異なっていてもよく、磁性鋼板２２のスリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、当該電磁鋼板をプレス加工で打ち抜く際に同時に形成し、この磁性鋼板２２を分割磁路部１３に埋め込めばよい。
【００３３】
このように、スリット２２ａ，２２ｂ，２２ｃにより渦電流損を低減することができるため、リラクタンストルクの低下を抑えることができる。
【００３４】
なお、磁性鋼板１１，３２の場合でも、同様のスリットを形成すればよく、例えば図３に示す円弧形状の磁性鋼板１１の場合には一辺であることから、中心孔３の軸方向のみに複数個形成し、また図５に示すＶ字形状の磁性鋼板３２の場合には二辺であることから、各辺毎に中心孔３の軸方向に複数個形成する。
【００３５】
また、図７に示すように、磁性鋼板２２は、中心孔３の軸方向に複数個分割した磁性鋼板２２ｄ，２２ｅ，２２ｆからなり、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の流れを妨げないようにする。すなわち、磁性鋼板２２を分割することにより、前述したスリットと同様の効果を発揮するからである。なお、磁性鋼板２２の分割位置は各層毎に異なってもよく、またその分割数が３つに限らなくともよい。この場合、磁性鋼板２２ｄ，２２ｅ，２２ｆの丈を短くし、これを順次分割磁路部１３に埋め込めばよい。したがって、前述したスリットを形成した場合と同じく、渦電流損を低減することができ、リラクタンストルクの低下を抑えることができる。
【００３６】
さらに、図８および図１０に示すように、前記磁性鋼板１１，２２，３２の片面にそれぞれ突起部４０，５０を形成し、磁性鋼板１１，２２，３２の間に隙間（空気層）を形成してフラックスバリアとすれば、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比がより大きくなる。
【００３７】
このうち、図８に示す突起部４０は、ほぼ円錐形であり、図９に示すように、突起部４０の先端は、隣接する磁性鋼板４１の面に点接触するようになっている。また、突起部４０は、隣接する磁性鋼板４１で異なる位置に形成し、図９から明かなように、磁性鋼板４１のうち中心孔３に最も近いものには突起部を形成しないとよい。
【００３８】
なお、図９は図３に示すロータコア１０の分割磁路部１３に埋め込む磁性鋼板１１に対応している。この場合、磁性鋼板４１をプレスで得る際に、磁性鋼板にその円錐形の突起部４０を形成するため、プレスの加工治具（パンチ）４０ａ側にその円錐形に合わせた形状のものを設け、円錐形突出しプレスし、あるいは張り出しプレスとする。
【００３９】
また、図１０に示す突起部５０は、円柱形（円形で断面長方形（あるいは正方形）である。したがって、突起部５０の先端は隣接する磁性鋼板の面に面接触することになる。なお、突起部５０は前述同様に隣接する磁性鋼板で異なる位置に形成する。
【００４０】
この場合、磁性鋼板５１をプレスで得る際、磁性鋼板にその円柱形の突起部２１を形成するため、プレスの治具（パンチ）５０ａの面をその円柱形に合わせた形状のものを設け、円形半抜きプレスとする。
【００４１】
このように、突起部４０，５０の形成にあっては、プレスの加工治具（パンチ）４０ａ，５０ａが異なるだけよいことから、製造上のコストアップにならずに済む。
【００４２】
図１１および図１２は、各分割磁路部１３とボス部１４とを一体的とした際、係止用の孔（半閉孔）１７，１８に入るボス部１４側の断面形状である。図１１は、磁束の方向（ｄ軸方向）に沿った断面楕円形状であり、図１２は同じく磁束の方向に沿った断面長方形である。したがって、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束を阻まず、一方のｑ軸から他方のｑ軸への磁束を阻むことになり、ｄ軸、ｑ軸インダクタンス比を上げることになる。
【００４３】
また、このリラクタンスモータは２４スロットの固定子１に三相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）の電機子巻線を有し、例えば外径側の巻線をＵ相、内径側の巻線をＷ相、その中間の巻線をＶ相としていているが、スロット数や電機子巻線数が異なっていてもよい。
【００４４】
さらに、前述したロータコア１０，２０，３０，４０，５０，６０を直流ブラシレスモータに組み込めば、例えば空気調和機の圧縮機モータ等として利用すれば、コストをアップすることなく、空気調和機の運転効率の上昇を図ることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、回転磁界を発生するステータコア内にロータコアを有するリラクタンスモータにおいて、前記ロータコアは、シャフト挿通用の中心孔を有しダイカスト法によって形成された非磁性体からなるボス部と、ｄ軸に沿って分割した所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層した積層体に一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿って磁性鋼板を埋め込んでなり、前記ロータコアの外周に沿って当該リラクタンスモータの極数分だけ所定の間隔をもって前記ボス部の周りに配置される複数個の分割磁路部とを備え、前記各分割磁路部には、前記ｄ軸方向に長い孔からなる係止用の孔が形成され、前記各分割磁路部は、前記ボス部が前記ダイカスト法により成形される際に、前記係止用の孔の部分が前記ボス部内に含まれるように前記ボス部に一体的に固着されている構成としたことにより、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路には磁性鋼板を介在させることにより磁束の通りを良くし、また、一方ｑ軸から他方のｑ軸には、各分割磁路部１２の間（磁気的絶縁隙間）を介在させｑ軸方向の磁束を阻むことができる。
【００４６】
しかも、この磁気的絶縁により磁束の他の極への漏れが防がれるため、従来例と比較して、少なくとも磁的絶縁隙間分ｄ軸、ｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなるため、磁気的吸引力を大きく生成することが可能となり、モータの高効率化を図ることができる。
【００４７】
さらには、各分割磁路部の係止用の孔は、ｄ軸方向に長い孔であるので、特にｄ軸方向の磁束を妨げないことから、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比をより大きくすることができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すリラクタンスモータの概略的平面図。
【図２】図１に示すリラクタンスモータのロータコアを説明するための概略的断面図。
【図３】図１に示すリラクタンスモータのロータコアを説明するための概略的平面図。
【図４】本発明の変形実施の形態を示すリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図。
【図５】本発明の他の実施の形態を示すリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図。
【図６】図３ないし図５に示すロータコアに埋め込む磁性鋼板の例を説明する概略的斜視図。
【図７】図３ないし図５に示すロータコアに埋め込む磁性鋼板の変形例を説明する概略的斜視図。
【図８】本発明の変形実施の形態を示し、ロータコアに埋め込む磁性鋼板を説明するための概略的断面図。
【図９】図８に示す磁性鋼板をロータコアに埋め込む状態とした概略的断面図。
【図１０】本発明の変形実施の形態を示し、ロータコアに埋め込む磁性鋼板を説明するための概略的断面図。
【図１１】本発明の実施の形態を示し、ロータコアのボス部に分割磁路部を係止する係止部を説明するための概略的断面図。
【図１２】図１１の変形実施の形態を示し、係止部を説明するための概略的断面図。
【図１３】従来のリラクタンスモータの概略的平面図。
【符号の説明】
１ ステータコア
３ 中心孔（シャフト用）
１０，２０，３０ ロータコア
１１ 磁性鋼板（方向性を有する円弧形状）
１２，２３，３３ フラックスバリア（コア外周の凹部）
１３，２１，３１ 分割磁路部
１４ ボス部（非磁性体）
１５，１６ かしめ部
１７，１８ 孔（係止用の）
２２，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ 磁性鋼板（方向性を有する断面バスタブ形状）
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ スリット
３２ 磁性鋼板（方向性を有するＶ字形状）
４０，５０ 突起部
４１ 磁性鋼板（方向性を有し、片面に突起を有する円弧形状）
５１ 磁性鋼板
ａ 空気層（分割磁路部の間；隙間）
Claims (1)
- 回転磁界を発生するステータコア内にロータコアを有するリラクタンスモータにおいて、
前記ロータコアは、シャフト挿通用の中心孔を有しダイカスト法によって形成された非磁性体からなるボス部と、
ｄ軸に沿って分割した所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層した積層体に一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿って磁性鋼板を埋め込んでなり、前記ロータコアの外周に沿って当該リラクタンスモータの極数分だけ所定の間隔をもって前記ボス部の周りに配置される複数個の分割磁路部とを備え、
前記各分割磁路部には、前記ｄ軸方向に長い孔からなる係止用の孔が形成され、前記各分割磁路部は、前記ボス部が前記ダイカスト法により成形される際に、前記係止用の孔の部分が前記ボス部内に含まれるように前記ボス部に一体的に固着されていることを特徴とするリラクタンスモータ。
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