JP3849737B2 - リラクタンスモータの回転子の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は空気調和機や自動車等に用いる電動機のリラクタンスモータに係り、特に詳しくは回転子の製造に特徴を有するリラクタンスモータの回転子の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
このリラクタンスモータは、例えば図7および図8に示す構成のものがある。図7および図8において、回転磁界を発生する固定子1内には、リラクタンストルクを発生するために断面バスタブ曲線状の磁性鋼板を複数枚重ねて磁性鋼板部2を当該極数分だけ多角形柱のボス部3にネジ4で固定してなる回転子5が配置される。この磁性鋼板2はバスタブ形状の底部を中心孔(シャフト用)6に向けて形成されており、固定子1の回転磁界による磁気を回転子5内で変え、つまりリラクタンスを不均一化とし、突極部を形成する。
【0003】
具体的には、d軸とq軸リラクタンスXd,Xqの比(Xd/Xq;突極比)に応じてリラクタンストルクが発生し、いわゆる回転子5に回転力が発生する。この場合、固定子1によって発生する回転磁界による一方(q軸)の磁気の通路に磁性鋼板部2がほぼ直角に介在し、他方(d軸)の磁気の通路に磁性鋼板部2が沿って介在する。このd軸の磁気が磁性鋼板部2を通って突極部を形成し、リラクタンスの比(Xd/Xq)が大きくなる。
【0004】
ところで、リラクタンスモータとしてはリラクタンスの比(突極比)が大きく、つまり発生トルクが大きい方がよい。そのために、種々構成の回転子が提案されているが、図6に示すアキシャルラミネート形が突極比を大きくとれる。したがって、現状においては、アキシャルラミネート形の回転子が極めて現実的であるということができる。
【0005】
なお、図7および図8においては、回転子5に4層構造の磁性鋼板部2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。
【0006】
【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は、磁性鋼板を折り曲げて重ね、この重ねた磁性鋼板部2を多角形柱のボス部3にネジ4で止めているが、ボス部3の加工に手間がかかるため、コスト高になるばかりでなく、特に、突極部を形成するための磁性鋼板部2の外径寸法にバラツキが大きくなることから、モータの性能にバラツキが生じるため、品質の低下を招くことになる。
【0007】
この発明は、前記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、回転子の製造を容易なものとして製造コストの低減を図ることができるとともに、モータの性能のバラツキを抑えて高効率のモータを得ることができるようにしたリラクタンスモータの回転子製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明は、回転磁界を発生する固定子内に回転子を有するリラクタンスモータのアキシャルラミネート形回転子の製造方法において、磁性鋼板を渦巻状に巻いて所定内外径の円筒状の磁性鋼板部を作成し、該磁性鋼板部を複数個同一平面上に所定に並べるとともに、これら磁性鋼板部を覆うようしてボス部となる部分を非磁性体の軽金属で一体化し、該一体化した本体の所定箇所に前記回転子の中心孔を形成し、かつ該中心孔を基準として前記回転子の形状に外形を加工、切削するようにしたことを特徴としている。
【0009】
前記磁性鋼板部は磁性鋼板を用いて所定内径の円筒を作成し、磁性鋼板を前記円筒に巻いて円筒を重ねるとともに、これを繰り返して所定内外径の円筒形にしてもよい。
【0010】
前記リラクタンスモータは四極モータであり、前記磁性鋼板部を同一平面上に並べる際、前記磁性鋼板部の中心が正方形の頂点にくるように、かつ隣接する磁性鋼板部を密着させて配置するとよい。
【0011】
前記磁性鋼板部の外径Dに対してその内径dは(1−1/(2の平方根))×Dより大きく、Dより小さい値にするとよい。
【0012】
前記磁性鋼板部は方向性電磁鋼板、あるいは無方向性電磁鋼板、もしくはそれらの絶縁皮膜のないもの、ならびに冷間圧延鋼板を材料にするとよい。
【0013】
前記ボス部となる非磁性体の軽金属としてはアルミニウム、亜鉛、マグネシウムあるいはそれらの合金であり、前記磁性鋼板部とボス部をダイカスト、鋳造によって一体化するとよい。
【0014】
前記一体化した本体を加工、切削して前記回転子を得る際、ワイヤ放電加工、あるいはレーザ加工を行った後、旋盤による切削、研削盤による研削の後加工を行うとよい。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図1ないし図6を参照して詳しく説明する。 なお、図中、図7と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【0016】
この発明のリラクタンスモータの回転子製造方法は、突極部を形成する磁路が円弧状に近いことから、例えば、鋼板を渦巻状に巻いて円筒状の磁性鋼板部を形成し、この磁性鋼板部を平面上に並べて全体を非磁性体の軽金属で所定形状に鋳造してボス部となる部分を加えた後、回転子の形状に加工、切削すれば、突極部を形成する磁性鋼板部の外径寸法にバラツキが生じることもなく、また、磁性鋼板部を固定するボス部の加工の必要もなくなることに着目したものである。
【0017】
そのため、図1および図2に示すように、このリラクタンスモータの回転子製造方法にあっては、電磁鋼板または鋼板を円柱(径d)に渦巻状に巻き付けて外径Dの円筒状の磁性鋼板部10を当該極数分作成し、これを同一平面上に正方形状に並べ、これらを全て覆うようにボス部となる本体11を非磁性体の軽金属でダイカスト法によりインサート鋳造する。
【0018】
この場合、磁性鋼板部10の内径dは外径をDとすると、(1−1/(2平方根))×D<d<Dを満足するように決定する。
すなわち、後述する回転子の径D0は、Dより小さくする必要があり、q軸近傍にフラックスバリアを形成する必要があるからである。
【0019】
また、図1および図3に示すように、各磁性鋼板部10を正方形に並べ、かつ隣接する磁性鋼板部10を密着させた状態として正四角柱形状の金型内でインサート鋳造する。
【0020】
なお、図3に示すように、磁性鋼板部10としては、鋼板を内径dの円筒形とし、同じ鋼板をその内径dの円筒に重ねるとともに、これを外径Dの円筒形になるまで繰り返して得てもよい。
【0021】
続いて、本体11を図1の実線に示すように切削して回転子12を得る。この場合、4つの磁性鋼板部10の中心に回転子12のシャフト用の中心孔6を形成した後、この中心孔6を基準として回転子12の外径D0(<D)となるようにワイヤ放電加工機で加工、切削する。なお、他の加工方法としては、例えばレーザ加工方法を用いてもよい。
【0022】
また、後処理として、回転子12の外形を旋盤による切削、研削盤による研削の後加工を行う。
すると、図4および図5に示すように、回転子12は、積層した円弧状磁性鋼板部10aが当該極数(4極)分だけ円周方向に等間隔に配置した形、つまりアキシャルラミネート形となる。しかも、q軸近傍には非磁性体の軽金属が残り、d軸近傍には円弧状磁性鋼板部10aの断面が現れ、また全体がボス部13となる。
【0023】
図6に示すように、この回転子12を固定子1に適応すると、各円弧状磁性鋼板部10aの両端部(d軸近傍)が突極部aとなり、q軸近傍はフラックスバリアbとなる。したがって、突極比(Xd/Xq)が大きく、発生トルクが大きいリラクタンストルクを得ることができる。
【0024】
なお、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相としているが、スロット数や電機子巻線数が異なっていてもよい。
【0025】
このように、回転子12の製造において、鋼板をコイル状に巻き、これをボス部となる非磁性金属で鋳造し、ワイヤ放電加工機等で回転子の形状に外形を加工、切削して仕上げるようにしたので、ボス部13の加工コストを安価にすることができるとともに、磁極を形成する円弧状磁性鋼板部10aの外形寸法のバラツキを抑えることができ、しかも、円弧状磁性鋼板部10aの外形寸法の高精度化が図れることから、リラクタンスモータの品質向上を図ることができる。
【0026】
前述した製造方法によると、四極モータの場合に最も効率よく、(2+m)×(2+n)個の磁性鋼板部10から回転子12を(1+m)×(1+n)個得ることができる。
なお、n,mは正の整数であり、n,mを大きくすれば、回転子12の製造効率を上げることができる。
【0027】
磁性鋼板部10の鋼板としては、方向性電磁鋼板または無方向性電磁鋼板もしくはそれらの絶縁皮膜のないもの、ならびに冷間圧延鋼板を用いることができる。例えば、リラクタンスモータのトルク特性に重点を置くならば方向性電磁鋼板を用い、またリラクタンスモータのコストに重点を置くならば冷間圧延鋼板を用いる。したがって、リラクタンスモータの使用目的に合わせて回転子12を製造することができる。
【0028】
また、各円弧状磁性鋼板部10aを固定するボス部13の材料(非磁性体)としては、アルミウム、亜鉛およびマグネシウム等の軽金属、またはそれらの合金を使用する。
【0029】
さらに、前述により形成される回転子12を組み込んでDCブラシレスモータとし、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、空気調和機の性能アップ(運転効率の上昇、振動や騒音の低下)を図ることができる。
【0030】
【発明の効果】
以上説明したように、リラクタンスモータの回転子製造方法の請求項1記載の発明によると、回転磁界を発生する固定子内に回転子を有するリラクタンスモータのアキシャルラミネート形回転子の製造方法において、磁性鋼板を渦巻状に巻いて所定内外径の円筒状の磁性鋼板部を作成し、この磁性鋼板部を複数個同一平面上に所定に並べるとともに、これら磁性鋼板部を覆うようしてボス部となる部分を非磁性体の軽金属で一体化し、該一体化した本体の所定箇所に前記回転子の中心孔を形成し、かつ該中心孔を基準として前記回転子の形状に外形を加工、切削するようにしたので、分割磁路となる磁性鋼板の製造が容易になるとともに、製造コストの低減を図ることができる。また、突極部を形成する磁性鋼板部の外形寸法にバラツキがなくなることから、外形寸法の精度が高くなり、モータ性能のバラツキの小さい高効率のモータを得ることができるという効果がある。
【0031】
請求項2記載に発明によると、請求項1における磁性鋼板部は磁性鋼板を用いて所定内径の円筒を作成し、磁性鋼板を前記円筒に巻いて円筒を重ねるとともに、これを繰り返して所定内外径の円筒形にしてなるので、請求項1の効果に加え、突極部を形成する分割磁路の精度を上げることができ、より高効率のモータを得ることができる。
【0032】
請求項3記載の発明によると、請求項1または2におけるリラクタンスモータは四極モータであり、前記磁性鋼板部を同一平面上に並べる際、前記磁性鋼板部の中心が正方形の頂点にくるように、かつ隣接する磁性鋼板部を密着させて配置するようにしたので、請求項1または2記載の効果に加え、回転子の製造し易さが向上し、しかも正確に確実に高効率のモータを得ることができる。
【0033】
請求項4記載の発明によると、請求項3において前記磁性鋼板部の外径Dに対して内径dは(1−1/(2の平方根))×Dより大きく、Dより小さい値であるので、請求項3の効果に加え、回転子の径D0をDより小さくすると、q軸近傍にフラックスバリアを形成することができ、つまり突極比が大きくなり、高効率のモータを得ることができるという効果がある。
【0034】
請求項5記載の発明によると、請求項1,2,3または4における磁性鋼板部は、方向性電磁鋼板、あるいは無方向性電磁鋼板、もしくはそれらの絶縁皮膜のないもの、ならびに冷間圧延鋼板を材料としているので、請求項1,2,3または4の効果に加え、例えば、方向性電磁鋼板を用いると、リラクタンスモータのトルク特性を上げることができ、また、冷間圧延鋼板を用いると、リラクタンスモータのコストを安価に済ませることができる。したがって、リラクタンスモータの使用目的に合わせて回転子12を製造することができるという効果がある。
【0035】
請求項6記載の発明によると、請求項1または2において前記ボス部となる非磁性体の軽金属としては、アルミニウム、亜鉛、マグネシウムあるいはそれらの合金であり、前記磁性鋼板部とボス部をダイカスト、鋳造によって一体化するようにしたので、請求項1または2の効果に加え、入手の容易な非磁性体で実現が可能になるばかりか、従来のインサート鋳造および加工で容易に回転子を製造することができるため、製造コストの低減を図ることができる。
【0036】
請求項7記載の発明によると、前記一体化した本体を加工、切削して前記回転子を得る際、ワイヤ放電加工、あるいはレーザ加工を行った後、旋盤による切削、研削盤による研削の後加工を行うようにしたので、請求項1または2の効果に加え、回転子の外形を高精度に仕上げることができ、ひいてはモータの高性能化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態を示すリラクタンスモータの回転子製造方法を説明するための本体の概略的平面図。
【図2】図1に示す本体の概略的側面図。
【図3】この発明の変形実施の形態を説明するための概略的模式図。
【図4】この発明のリラクタンスモータの回転子製造方法による回転子を説明するための概略的平面図。
【図5】図3に示す回転子の概略的側面図。
【図6】図3および図4に示す回転子を有するリラクタンスモータを説明するための概略的平面図。
【図7】従来のリラクタンスモータを示す概略的平面図。
【図8】図6に示すリラクタンスモータの回転子を説明するための概略的側面図。
【符号の説明】
1 固定子
6 中心孔(シャフト用)
10 磁性鋼板部
10a 円弧状磁性鋼板部
11 本体
12 回転子
13 ボス部
a 突極部
b フラックスバリア
Claims (7)
- 回転磁界を発生する固定子内に回転子を有するリラクタンスモータのアキシャルラミネート形回転子の製造方法において、磁性鋼板を渦巻状に巻いて所定内外径の円筒状の磁性鋼板部を作成し、該磁性鋼板部を複数個同一平面上に所定に並べるとともに、これら磁性鋼板部を覆うようしてボス部となる部分を非磁性体の軽金属で一体化し、該一体化した本体の所定箇所に前記回転子の中心孔を形成し、かつ該中心孔を基準として前記回転子の形状に外形を加工、切削するようにしたことを特徴とするリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記磁性鋼板部は磁性鋼板を用いて所定内径の円筒を作成し、磁性鋼板を前記円筒に巻いて円筒を重ねるとともに、これを繰り返して所定内外径の円筒形にしてなる請求項1記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記リラクタンスモータは四極モータであり、前記磁性鋼板部を同一平面上に並べる際、前記磁性鋼板部の中心が正方形の頂点にくるように、かつ隣接する磁性鋼板部を密着させて配置するようにした請求項1または2記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記磁性鋼板部の外径Dに対してその内径dは(1−1/(2の平方根))×Dより大きく、Dより小さい値である請求項3記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記磁性鋼板部は方向性電磁鋼板、あるいは無方向性電磁鋼板、もしくはそれらの絶縁皮膜のないもの、ならびに冷間圧延鋼板を材料としている請求項1,2,3または4記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記ボス部となる非磁性体の軽金属としてはアルミニウム、亜鉛、マグネシウムあるいはそれらの合金であり、前記磁性鋼板部とボス部をダイカスト、鋳造によって一体化するようにした請求項1または2記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
- 前記一体化した本体を加工、切削して前記回転子を得る際、ワイヤ放電加工、あるいはレーザ加工を行った後、旋盤による切削、研削盤による研削の後加工を行うようにした請求項1または2記載のリラクタンスモータの回転子の製造方法。
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