JP4058576B2

JP4058576B2 - リラクタンスモータ

Info

Publication number: JP4058576B2
Application number: JP08819799A
Authority: JP
Inventors: 正憲村上
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1999-03-30
Filing date: 1999-03-30
Publication date: 2008-03-12
Anticipated expiration: 2019-03-30
Also published as: JP2000287419A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気調和機や自動車等に用いられるリラクタンスモータに係り、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９に示す構成のものがある。図９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、当該中心孔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】
複数のスリット３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３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９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、しかもそのリラクタンスの比（Ｘｄ／Ｘｑ）が大きくなる。なお、図９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。
【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、ロータコア２の製造上の理由からスリット３の幅や間隔をコアシートの厚さより大きくすることができず、また、スリット３をより多層構造としても、磁気的な突極性（リラクタンス比）を大きくするにはどうしても限界があることから、リラクタンストルクをそれほど上げることができないという問題点があった。
【０００７】
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（いわゆるリラクタンス比）を大きくすることができ、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。
【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、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、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿ったスリットを有し、かつ、前記ｄ軸で分割された所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層してなり、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。
【０００９】
本発明において、前記各分割磁路部におけるｑ軸付近には、前記スリットに沿った形状のフラックスバリア用の切欠部が形成されていることが好ましい。
【００１０】
前記分割磁路部のスリットは、円弧形状であり、かつ、該円弧形状の頂点を前記中心孔に向けてなり、該分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにするとよい。
【００１１】
また、前記分割磁路部のスリットは、断面バスタブ形状であり、かつ、該断面バスタブ形状の底辺を前記中心孔に向けてなり、該分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにするとよい。
【００１２】
さらに、前記分割磁路部のスリットは、Ｖ字形状であり、かつ、該Ｖ字形状の下部を前記中心孔に向けてなり、該分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにするとよい。
【００１３】
前記各分割磁路部は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜き、該打ち抜いた電磁鋼板を金型内で自動積層してなり、該各分割磁路と前記非磁性体とをダイカスト法によって一体化するとよい。
【００１４】
前記ボス部の非磁性体は、アルミニウム、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とするとよい。
【００１５】
前記各分割磁路部には、ｄ軸付近でロータコア外周側にかしめ部を形成するとよい。
【００１６】
【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８を参照して詳しく説明する。なお、図中、図９で説明した構成要素と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
【００１７】
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軸への磁路に沿った多層のスリットを有する鋼板を自動プレスで打ち抜き、しかも前記ステータコアからの磁路を分割する形状に自動ブレスで打ち抜いて極数分の分割磁路部を自動積層し、この極数分の分割磁路部を非磁性体のボス部に一体化し、かつ、各分割磁路部を当該ロータコアの円周方向に所定間隔で配置すれば、スリットだけなく、非磁性体や分割磁路部と分割磁路部との間（磁気的絶縁の隙間）がフラックスバリアとして発揮し、また、スリットの間には、ｄ軸方向の磁路を十分確保し、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比を大きくすることができることに着目したものである。
【００１８】
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スリット１１を有する断面蒲鉾形状の分割磁路部１２を備え、この分割磁路部１２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１２を非磁性体のボス部１３に一体化してなる。
【００１９】
この場合、分割磁路部１２は、ｄ軸で分割した断面蒲鉾形状の鋼板（コアシート）１２ａを中心孔３の軸方向に積層してなり、また、各分割磁路部１２には、ロータコア１０の外周側でｄ軸付近にかしめ部１４，１５が形成されている。
【００２０】
また、各分割磁路部１２には、ボス部１３と一体化した際に同ボス部１３内に含まれるように、係止用の孔（半閉孔）１６，１７がｄ軸方向に長く、かつｑ軸と対称に形成されている。さらに、ボス部１３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。
【００２１】
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１２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１２を極数分だけ作成する。
【００２２】
このプレス加工工程において、図３に示すように、分割磁路部１２を構成するコアシート１２ａを断面蒲鉾形状に打ち抜き、同時にスリット１１を打ち抜くとともに、係止用の孔１６，１７を打ち抜き、このコアシート１２ａを積層して分割磁路部１２を形成する一方、この積層時にかしめ部１４，１５も形成する。
【００２３】
なお、スリット１１は４層になっているが、１層以上であればよい。また、スリット１１の間隔、スリット１１とロータコア１０の外周との間隔およびスリット１１とロータコア１０の内周（ボス部１６までの距離）は、少なくともコア１２ａの厚さ以上とする。
【００２４】
次に、各分割磁路部１２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１２を非磁性体のボス部１３に一体化する。この方法としては、非磁性体の軽金属によるダイカストを利用する。
【００２５】
非磁性体の軽金属によるダイカスト法の場合、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１３を製造し、各分割磁路部１２と一体化する際、ボス部１３がスリット１１に重ならないようにし、また、各分割磁路部１２の間を所定間隔とし、つまり各分割磁路部１２を磁気的に絶縁する。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。
【００２６】
このように、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路がスリット１１の間に確保される一方、ｑ軸方向の磁路に対してスリット１１が介在し、また、各分割磁路部１２の間（磁気的絶縁隙間）ａもそのｑ軸方向の磁路に対して直角に介在する。したがって、分割磁路部１２においては、従来と比較して少なくとも磁的絶縁隙間ａ分ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなり、つまりリタクタンストルクが大きくなる。
【００２７】
また、ボス部１３が係止用の孔１６，１７に入り込むため、ロータコア１０の機械的強度が向上し、かつ、渦電流損を低減することができる。また、この係止用の孔１６，１７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。
【００２８】
さらに、かしめ部１４，１５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することができ、ｄ軸インダクタンスが大きくなることから、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなりばかりでなく、かしめ部１４，１５によってコア強度を十分にもたせることができる。
【００２９】
さらにまた、分割磁路部１２を従来の自動積層方式で作成するとともに、ボス部１３を既に公知のダイカスト法で形成し、かつ、この形成時にボス部１３と分割磁路部１２とを一体化するため、コストをアップすることなく容易にモータを得ることができる。しかも、ボス部１３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が図れる。
【００３０】
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する。また、ステータコアは図１を参照されたい。
【００３１】
図４において、ロータコア２０を構成する分割磁路部２１は、前記実施の形態の分割磁路部１２のｑ軸付近に、スリット１１に沿って同ロータコア１０の外周部分を切り欠き、つまり、フラックスバリア用の切欠部２２を有している。なお、切欠部２２の縁（逆円弧の内側形状）とスリット１１との間隔は、前述した理由によりコアシート１２ａの厚さ以上とする。
【００３２】
したがって、ｑ軸方向の磁路には、前述したスリット１１および各分割磁路部１２の間が介在するだけなく、切欠部２２が介在することになり、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比がより大きくなり、つまり、リタクタンストルクが大きくなる。なお、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。
【００３３】
図５は、本発明の他の実施の形態を説明するリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図である。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する。また、ステータコアは図１を参照されたい。
【００３４】
図５において、ロータコア３０を構成する分割磁路３１には、断面バスタブ形状のスリット３２が底辺をボス部１３に向けて多層に形成されている。なお、分割磁路部３１の他の構成は図３と同じであることから、その説明を省略する。また、スリット３２は１つ以上であればよい。
【００３５】
したがって、ロータコア３０には、前記実施の形態の効果の他に、スリット３２の断面バスタブ形状の底辺をボス部１３に近づければ、前記実施の形態の逆円弧形状のスリット１１よりも多層化が容易になり、ｑ軸方向の磁路をより妨げることにができ、図３に示すロータコア１０よりも、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなり、つまり、リタクタンストルクが大きくなる。なお、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。
【００３６】
図６は、図５に示すロータコアの変形実施例である。なお、図中、図５と同一部分には同一符号を付して重複説明を省略する。またステータコアは図１を参照されたい。
【００３７】
図６において、ロータコア４０を構成する分割磁路部４１は、前記他の実施の形態の分割磁路部３１のｑ軸付近にスリット３２に沿って同ロータコア１０の外周部分を切り欠き、つまり、フラックスバリア用の切欠部４２を有している。なお、切欠部４２の縁（断面バスタブの内側形状）とスリット３２との間隔は、前述した理由によりコアシート１２ａの厚さ以上とする。
【００３８】
したがって、ｑ軸方向の磁路には、前述したスリット３２および各分割磁路部４１の間が介在するだけなく、切欠部４２が介在することになり、図５に示すロータコア３０よりもｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなり、つまり、リタクタンストルクが大きくなる。なお、ロータコア４０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。
【００３９】
図７は、本発明の他の実施の形態を説明するリラクタンスモータのロータコアの概略的平面図である。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する。また、ステータコアは図１を参照されたい。
【００４０】
図７において、ロータコア５０を構成する分割磁路５１にはＶ字形状のスリット５２がその角をボス部１３に向けて多層に形成されている。なお、分割磁路部５１の他の構成は図３と同じであることから、その説明を省略する。また、スリット５２は１つ以上であればよい。
【００４１】
したがって、ロータコア５０には前記実施の形態と同様の効果を奏する。なお、ロータコア５０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。
【００４２】
図８は、図７に示すロータコアの変形実施例である。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。また、ステータコアは図１を参照されたい。
【００４３】
図８において、ロータコア６０を構成する分割磁路部６１は、前記他の実施の形態の分割磁路部５１のｑ軸付近にスリット５２に沿って同ロータコア５０の外周部分を切り欠き、つまり、フラックスバリア用の切欠部６２を有している。なお、切欠部６２の縁（断面バスタブの内側形状）とスリット５２との間隔は前述した理由によりコアシート１２ａの厚さ以上とする。
【００４４】
したがって、ｑ軸方向の磁路には、前述したスリット５２および各分割磁路部６１の間（磁気的隙間）ａが介在するだけなく、切欠部６２が介在することになり、図７に示すロータコア５０よりもｄ軸とｑ軸インダクタンスの比が大きくなり、つまりリタクタンストルクが大きくなる。なお、ロータコア６０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。
【００４５】
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。
【００４６】
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み、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。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によれば、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、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿ったスリットを有し、かつ、前記ｄ軸で分割された所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層してなり、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により、一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁路がスリットの間に確保される一方、ｑ軸方向の磁路に対してスリットが介在するだけなく、各分割磁路部１２の間（磁気的絶縁隙間）もそのｑ軸方向の磁路に対して直角に介在するとともに、各分割磁路部の係止用の孔はｄ軸方向に長い孔であるため、従来と比較して少なくとも磁的絶縁隙間分ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなる。したがって、リタクタンストルクが大きくなり、ひいてはモータの高効率化を図ることができるという効果がある。また、係止用の孔の部分がボス部内に含まれるようにボス部に一体的に固着されているため、ロータコアの機械的強度の向上を図ることができ、ひいてはモータの品質向上が図れるという効果がある。
【００４８】
請求項２記載の発明によれば、各分割磁路部におけるｑ軸付近にはスリットに沿った形状のフラックスバリア用の切欠部が形成されていることにより、従来と比較して少なくとも磁的絶縁隙間およびフラックスバリア分、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）が大きくなる。したがって、リラクタンストルクが大きくなり、ひいてはモータの高効率化を図ることができるという効果がある。
【００４９】
請求項３記載の発明によれば、各分割磁路部のスリットは円弧形状であり、かつ、この円弧形状の頂点を前記中心孔に向けてなり、この分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにしたので、請求項１または２の効果に加え、スリットの多層化が可能であるため、ｑ軸方向の磁束をより防ぐことになる。つまり、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）がより大きくなることから、リラクタンストルクがより大きくなり、ひいてはモータの高効率化を図ることができるという効果がある。
【００５０】
請求項４記載の発明によれば、各分割磁路部のスリットは断面バスタブ形状であり、かつ、この断面バスタブ形状の底辺を前記中心孔に向けてなり、この分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにしたので、請求項１または２の効果に加え、スリットの多層化が可能になるとともに、円弧形状のスリットの場合よりも多層化が可能であるため、ｑ軸方向の磁束をより防ぐことになる。つまり、ｄ軸とｑ軸インダクタンスの比（突極比）がより大きくなることから、リラクタンストルクがより大きくなり、ひいてはモータの高効率化を図ることができるという効果がある。
【００５１】
請求項５記載の発明によれば、各分割磁路部のスリットはＶ字形状であり、かつ、このＶ字形状の下部を前記中心孔に向けてなり、この分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが同ボス部に含まれないようにしたので、請求項４と同様の効果を奏する。
【００５２】
請求項６記載の発明によれば、各分割磁路部は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜き、該打ち抜いた電磁鋼板を金型内で自動積層してなることにより、従来の製造方法によってロータコアを製造することができるため、コストをアップすることなくモータを実現することができる。
【００５３】
請求項７記載の発明によれば、ボス部の非磁性体は、アルミニウム、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であるので、金型内に高速、高圧で圧入し、かつ、急速凝固させることにより、製造工程を短時間で済ませることができることから、製造コストの低下、ひいてはモータの低コスト化が可能であるという効果がある。
【００５４】
請求項８記載の発明によれば、各分割磁路部には、ｄ軸付近でロータコア外周側にかしめ部を形成してなるので、ロータコアの機械的強度の向上を図ることができ、ひいてはモータの品質向上が図れ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に係るリラクタンスモータを示す概略的平面図。
【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の概略的平面図。
【図４】図１ないし図３に示すリラクタンスモータのロータコアの変形実施の形態を説明する概略的平面図。
【図５】本発明の他の実施の形態に係るリラクタンスモータのロータコアを示す概略的平面図。
【図６】図６に示すロータコアの変形実施の形態を説明するロータコアの概略的平面図。
【図７】本発明の他の実施の形態に係るリラクタンスモータのロータコアを示す概略的平面図。
【図８】図７に示すロータコアの変形実施の形態を説明するロータコアの概略的平面図。
【図９】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）
１０，２０，３０，４０，５０，６０ロータコア
１１スリット（逆円弧形状）
１２，２１，３１，４１，５１，６１分割磁路部
１３ボス部（非磁性体）
１４，１５かしめ部
１６，１７孔（係止用の）
２２切欠部（逆円弧の内側形状）
３２スリット（断面バスタブ形状）
４２切欠部（断面バスタブの内側形状）
５２スリット（Ｖ字形状）
６２切欠部（Ｖ字の内側縁）
ａ磁気的隙間（分割磁路部１２，２１，３１，４１，５１，６１の間）

Claims

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、
一方のｄ軸から他方のｄ軸への磁束の路に沿ったスリットを有し、かつ、前記ｄ軸で分割された所定形状の鋼板を前記中心孔の軸方向に積層してなり、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。
前記各分割磁路部におけるｑ軸付近には、前記スリットに沿った形状のフラックスバリア用の切欠部が形成されている請求項１に記載のリラクタンスモータ。
前記各分割磁路部のスリットは円弧形状であり、その円弧形状の頂点が前記中心孔に向けられ、前記分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが前記ボス部に含まれないようにした請求項１または２記載のリラクタンスモータ。
前記各分割磁路部のスリットは断面バスタブ形状であり、その断面バスタブ形状の底辺が前記中心孔に向けられ、前記分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが前記ボス部に含まれないようにした請求項１または２記載のリラクタンスモータ。
前記各分割磁路部のスリットはＶ字形状であり、そのＶ字形状の下部が前記中心孔に向けられ、前記分割磁路部を前記ボス部に一体化する際、前記スリットが前記ボス部に含まれないようにした請求項１または２記載のリラクタンスモータ。
前記各分割磁路部は、電磁鋼板を自動プレスで打ち抜き、該打ち抜いた電磁鋼板を金型内で自動積層してなる請求項１ないし５のいずれか１項に記載のリラクタンスモータ。
前記ボス部の非磁性体は、アルミニウム、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である請求項１ないし６のいずれか１項に記載のリラクタンスモータ。
前記各分割磁路部には、前記ｄ軸付近でロータコア外周側にかしめ部が形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載のリラクタンスモータ。