JPH11220856A - リラクタンス機械およびそのローター構成用円板状薄板の製造方法 - Google Patents
リラクタンス機械およびそのローター構成用円板状薄板の製造方法Info
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- JPH11220856A JPH11220856A JP10307394A JP30739498A JPH11220856A JP H11220856 A JPH11220856 A JP H11220856A JP 10307394 A JP10307394 A JP 10307394A JP 30739498 A JP30739498 A JP 30739498A JP H11220856 A JPH11220856 A JP H11220856A
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Abstract
る。 【解決手段】 多数枚の薄い電磁鋼板を積層してロータ
ー17を構成するものにおいて、オーステナイト鋼板か
ら円板状薄板を成形した後、ローターポール部とする部
分の両面に低温シュー部材を押圧してオーステナイト層
をマルテンサイト層に変態させてなる多数枚の円板状薄
板を積層してローターを構成する。
Description
ドリラクタンスモーター、可変リラクタンス機械、ステ
ッパーモーター、および同期リラクタンスモーター等の
リラクタンス機械およびそのローター構成用円板状薄板
の製造方法に関するものである。
は、例えば米国特許5053666号明細書および図面
から知られるように、歯付ローター形状によって比較的
に多くの風損が発生することである。この風損の増加は
速度の二乗に比例し、またはそれ以上であり、これによ
ってリラクタンス機械の高速時の効率が低くなり、リラ
クタンス機械が実用できなくなる。
れており、ローター表面を滑らかにして風損を低減する
ための様々な試みがなされた。例えば、ローター表面を
滑らかにするためにセグメントおよび/またはフィラー
を隣接する歯の間の空隙に詰めるものである。この場
合、ローターの回転中にセグメントおよび/またはフィ
ラーが遠心力によってローターから脱落しないように、
何らかの方法でセグメントおよび/またはフィラーをロ
ーターに保持させることが必要である。加えて、リラク
タンス機械においてはローターが可変リラクタンスでな
いことが要求されるので、セグメントおよび/またはフ
ィラーを非磁性にすることが必要である。
磁性で高抵抗のセグメントを歯の間に溶接することが開
示されている。セグメントと積層薄板との溶接は、積層
薄板が互いに電気的に接続されていることに起因する渦
電流損失を増大させる。また、米国特許5111096
号明細書には、磁性セグメントの周りにアルミニウムを
鋳造してなる非磁性セグメントが開示されている。一般
的に、高強度非磁性鋳造金属、例えばインコネル(In
conel)は高い溶融点を持ち、このことはセグメン
トの鋳造時にローターの磁気特性および電気特性を悪化
させる。更に、米国特許5023502号明細書には、
舌状部と端板とによって歯の間にフィラー材料(例え
ば、ベークライト、ナイロン)を保持させることが開示
されている。この舌状部はフィラー材料を完全には支持
できない。リラクタンス機械を長時間駆動した後におい
ては、舌状部の疲労により、フィラー材料の保持の信頼
性が劣る。
ーターの風損を、セグメントやフィラーを用いることな
く、低減することを目的とする。
向において内側に突出しかつ軸方向へ延在する一対のス
テーターポール部を複数対円周方向に等間隔で設けた円
筒状のステーターと、前記一対のステーターポール部に
巻いたコイルと、多数枚の薄板を積層して形成し、径方
向において内側に突出しかつ軸方向へ延在する少なくと
も一対のローターポール部とこれらローターポール部の
間の非磁性部とを設けた円板状のローターと、前記ステ
ーターおよび前記ローターを収容すると共に前記ロータ
ーを回転自在に支承するハウジングとを備えたリラクタ
ンス機械において、前記薄板を、前記非磁性部とするオ
ーステナイト相部分と前記ローターポール部とするマル
テンサイト相部分とからなる1片の円板状薄板としたこ
とを特徴とするリラクタンス機械である。
記載の円板状薄板を製造する方法であって、オーステナ
イト鋼の基材から円板状に成形した後、前記ローターポ
ール部とする部分を急速冷却によりオーステナイト相か
らマルテンサイト相へ変態させることを特徴とするロー
ター構成用円板状薄板の製造方法である。
記載のローター構成用円板状薄板の製造方法であって、
低温媒体を充填した一対の低温シュー部材を前記円板状
薄板の前記ローターポール部とする部分の両面に押圧す
ることを特徴とするローター構成用円板状薄板の製造方
法である。
記載のローター構成用円板状薄板の製造方法であって、
前記低温シュー部材の押圧面の輪郭を前記ローターポー
ル部とする部分の形状に一致させたことを特徴とするロ
ーター構成用円板状薄板の製造方法である。
たは請求項4に記載のローター構成用円板状薄板の製造
方法であって、前記円板状薄板の前記非磁性部とする部
分の冷却を防止するべく電気的加熱の高温シュー部材を
前記低温シュー部材と組合わせたことを特徴とするロー
ター構成用円板状薄板の製造方法である。
記載のローター構成用円板状薄板の製造方法であって、
前記円板状薄板の前記非磁性部とする部分の両面を断熱
材で被覆した後、低温媒体に浸漬することを特徴とする
ローター構成用円板状薄板の製造方法である。
記載の円板状薄板の製造方法であって、マルテンサイト
鋼の基材から円板状に成形した後、前記非磁性部とする
部分を急速加熱してマルテンサイト相からオーステナイ
ト相に変態させることを特徴とするローター構成用円板
状薄板の製造方法である。
記載のローター構成用円板状薄板の製造方法であって、
加熱した一対の高温シュー部材を前記円板状薄板の両面
に押圧して前記非磁性部とする部分を加熱することを特
徴とするローター構成用円板状薄板の製造方法である。
記載のローター構成用円板状薄板の製造方法であって、
前記高温シュー部材の押圧面の輪郭を前記非磁性部とす
る部分の形状に一致させたことを特徴とするローター構
成用円板状薄板の製造方法だる。
または請求項7に記載のローター構成用円板状薄板の製
造方法であって、前記基材に窒素を0.5%以上含有さ
せたことを特徴とするローター構成用円板状薄板の製造
方法である。
または請求項7に記載のローター構成用円板状薄板の製
造方法であって、前記基材の厚みを0.05〜0.1m
mにしたことを特徴とするローター構成用円板状薄板の
製造方法である。
または請求項7に記載のローター構成用円板状薄板の製
造方法であって、前記ローターポール部を、磁性部と、
ローターポール部の外側端に位置しかつマルテンサイト
とオーステナイトの両方の特性を有する中間相部とで構
成したことを特徴とするローター構成用円板状薄板の製
造方法である。
〜請求項12の何れか1つにに記載の製造方法により製
造された多数枚の円板状薄板を積層して構成されたロー
ターを備えたリラクタンス機械である。
クタンス機械であるスイッチドリラクタンスモーター1
0を示し、このモーター10はアルミニウム合金製のハ
ウジング11を備える。ハウジング11の内孔11aに
は円筒状のステーター12が配置されている。このステ
ーター12は多数枚の薄い電磁鋼板を積層することによ
り構成されており、その外周をハウジング12の内周に
焼き嵌めされて固定されている。
ーポール部13a、13b、14a、14b、15a、
15bを備えている。これらステーターポール部のそれ
ぞれは、径方向において内側に突出しかつ軸方向へ延在
している。ステーターポール部の各対、例えば一対のス
テーターポール部13a、13bにはコイル16a、1
6bが巻かれており、両コイルは互いに直列に接続され
ている。他の2対のステーターポール部にもコイルが巻
かれ、各対の2つのコイルは互いに直列に接続されてい
る。これらコイルは全て駆動回路21に接続されてい
る。
された円板状のローター17は、ハウジング12により
回転自在に支承された出力軸18に固定されており、従
ってハウジング12内で出力軸18と一体に回転するこ
とができる。各電磁鋼板15は完全な円板であることか
ら本質的に高強度を有し、ローターは最小風損とするた
めの滑らかな表面を有する。更に、ローター17は2対
の対向するローターポール部19a、19b、20a、
20bを有しており、各ローターポール部は径方向にお
いて外側に突出しかつ軸方向に延在している。ローター
ポール部19a、19b、20a、20bのそれぞれの
内端は、磁束が各対のローターポール部間を流れ得るよ
うに、中央部22に一体に連結されている。ローター1
7の回転時、ローターポール部の各対とステーターポー
ル部の各対とが両者間にクリアランスを保ちつつ整列す
る。
19b、20a、20bおよび中央部22)と非磁性領
域(非磁性部)23は、急速サブ−ゼロ冷却(rapi
dsub−zero coolinng)と呼称され
る、オーステナイト相からマルテンサイト相への変態法
によって、円筒状のローター17に形成される。この変
態法は、図7に示され、冷却によりもたらされる。ロー
ター17を構成する電磁鋼板15の基材であるオーステ
ナイト鋼基材は、高強度を備えるように、窒素を0.5
%含有させることが好ましい。電磁鋼板15は高速での
渦電流損失を低く保つために0.1〜0.05mmと薄
く、選択領域(磁性部40、ローターポール部19a、
19b、20a、20b、中央部22)を極めて速く冷
却することができるので、変態は可能な限り速く行う。
これにより、磁性部および非磁性部23の良好な区分け
がなされる。
角度を検出する回転センサーが示されているが、これら
の位置および角度はコイルを介して検出することができ
る。
図1に示すように、磁場が限定された角度ステップだけ
回転させるように構成されかつ励磁される。かかるステ
ーターは、連続回転ではなく、所定の角度ステップを得
るステッパーモーターに使用される。
a、20b を形成する方法を以下に説明する。
シュー部材31には77Kの液体窒素(低温媒体)を充
填する。各低温シュー部材31の接触端31aの輪郭
は、ローター20のローターポール部19a、19b、
20a、20bおよび中央部22の形状に一致させる。
両低温シュー部材31、31をローター20の両面に同
時に押圧し、ローター20の部分的オーステナイト相を
マルテンサイト相へ変態させる。図3に示すように、ロ
ーター20の非磁性(オーステナイト相)領域23が変
態を起こさせる低温になるのを防止するため、電気的加
熱の高温シュー部材32を低温シュー部材31、31と
組合わせて使用することができる。この結果、ローター
17の磁性領域40と非磁性領域23が得られる。
ー17の非磁性領域23の両面を断熱材(例えば樹脂)
で被覆した後、ローター17を液体窒素34に浸漬して
非被覆領域(磁性領域)の部分的オーステナイト相をマ
ルテンサイト相に変態させる。
は低温シュー部材31または樹脂被覆33の形状の設定
を通して任意に設定することができる。図5は一定形状
ではないローターポール部を示す。ローターポール部1
9a、19b、20a、20bは、磁性部35a、35
b、36a、36bと外側端の中間相部37a、37
b、38a、38bとを有する。この中間相部は、図7
に示すように、マルテンサイト相とオーステナイト相の
中間の相である。ローター17の回転中、磁性部35
a、35bが例えばステーターポール部37a、37b
と整列する直前に中間相部37a、37bがステーター
ポール部13a、13bと整列する。中間相部がいくら
かのマルテンサイトを含むので、磁性部35a、35b
がステーターポール部と整列する前にいくらかの磁束が
中間相部37a、37bを通って流れる。而して、磁束
の大きな変化率が防止される。
るものを示す。磁性領域61、62をローターの外周側
に配置することで通常の2ポール歯付ローター形状を反
対にした形状である。矢印64は磁束を示す。矢印63
は低リラクタンス特性を有する整列位置を示す。矢印6
5は高リラクタンス特性を有する非整列位置を示す。
速加熱(rapid heating)と呼称される、
マルテンサイト相からオーステナイト相への変態法によ
って、円筒状のローター17に形成することができる。
この変態は、ローター17の基材をマルテンサイト鋼と
し、加熱することによって起こさせる。この場合、図3
に示す高温シュー部材32を使用し、図2および図3に
示す低温シュー部材31は使用しない。
ターポール部19a、19b、20a、20bに発生す
る。ローターポール部19a、19b、20a、20b
が非磁性部23と一体の場合、ローター17の捻れ剛性
はリラクタンス機械の従来ローターよりも大きい。
は切欠きにより除去されていた。これに対して、この出
願の発明では非磁性部23を除去しないので、円板状薄
板を作る鋼材の無駄が少ない。更に、単純な円板状でる
ためエッジ長さが従来よりも短く、打ち抜きに必要な荷
重が小さく、打ち抜きに起因する磁気特性の劣化が少な
く、打ち抜きのための型の摩耗およびコストが少ない。
ター50(リラクタンス機械の1つである)に使用する
ことができる。この同期モーター50は、例えば3相、
4ポール、2層コイルのものである。同期リラクタンス
型ステーターは、磁場がローターを可能な限り円滑に回
転するように構成されかつ励磁される。この型式のステ
ーターは誘導機械用のものと本質的に同じであり、例え
ばステーターはコイルを正弦波電流で励磁されたとき正
弦波磁場を得るように均等に配置する多数のスロットを
有している。このようなステーターは可変リラクタンス
モーターを使用した幾つかの他の型式の機械に適用でき
る。例えば、ローターが磁束の非回転源に対し空隙を介
して励磁されるところのインダクターアンドフラックス
−スイッチ型や、ローターがスリップリングを介して励
磁されるランデル型に適用できる。
に係るリラクタンス機械は、ローターの表面が滑らかで
あるため風損が少ない。また、この出願の発明に係るロ
ーター構成用円板状薄板の製造方法によれば、表面が滑
らかなロータを容易に製造できる。
モーターの概略構成を示す図である。
する第1の方法を示す図である。
する第2の方法を示す図である。
する第3の方法を示す図である。
る。
ステーターポール部 16a、16b・・・コイル 17・・・ローター 18・・・出力軸 19a、19b、20a、20b・・・ローターポール部 22・・・中央部 31・・・低温シュー部材 32・・・高温シュー部材 33・・・断熱材 38a、38b・・・中間相部
Claims (13)
- 【請求項1】 径方向において内側に突出しかつ軸方向
へ延在する一対のステーターポール部を複数対円周方向
に等間隔で設けた円筒状のステーターと、前記一対のス
テーターポール部に巻いたコイルと、多数枚の薄板を積
層して形成し、径方向において内側に突出しかつ軸方向
へ延在する少なくとも一対のローターポール部とこれら
ローターポール部の間の非磁性部とを設けた円板状のロ
ーターと、前記ステーターおよび前記ローターを収容す
ると共に前記ローターを回転自在に支承するハウジング
とを備えたリラクタンス機械において、前記薄板を、前
記非磁性部とするオーステナイト相部分と前記ローター
ポール部とするマルテンサイト相部分とからなる1片の
円板状薄板としたことを特徴とするリラクタンス機械。 - 【請求項2】 請求項1に記載の円板状薄板を製造する
方法であって、オーステナイト鋼の基材から円板状に成
形した後、前記ローターポール部とする部分を急速冷却
によりオーステナイト相からマルテンサイト相へ変態さ
せることを特徴とするローター構成用円板状薄板の製造
方法。 - 【請求項3】 請求項2に記載のローター構成用円板状
薄板の製造方法であって、低温媒体を充填した一対の低
温シュー部材を前記円板状薄板の前記ローターポール部
とする部分の両面に押圧することを特徴とするローター
構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項4】 請求項3に記載のローター構成用円板状
薄板の製造方法であって、前記低温シュー部材の押圧面
の輪郭を前記ローターポール部とする部分の形状に一致
させたことを特徴とするローター構成用円板状薄板の製
造方法。 - 【請求項5】 請求項3または請求項4に記載のロータ
ー構成用円板状薄板の製造方法であって、前記円板状薄
板の前記非磁性部とする部分の冷却を防止するべく電気
的加熱の高温シュー部材を前記低温シュー部材と組合わ
せたことを特徴とするローター構成用円板状薄板の製造
方法。 - 【請求項6】 請求項2に記載のローター構成用円板状
薄板の製造方法であって、前記円板状薄板の前記非磁性
部とする部分の両面を断熱材で被覆した後、低温媒体に
浸漬することを特徴とするローター構成用円板状薄板の
製造方法。 - 【請求項7】 請求項1に記載の円板状薄板の製造方法
であって、マルテンサイト鋼の基材から円板状に成形し
た後、前記非磁性部とする部分を急速加熱してマルテン
サイト相からオーステナイト相に変態させることを特徴
とするローター構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項8】 請求項7に記載のローター構成用円板状
薄板の製造方法であって、加熱した一対の高温シュー部
材を前記円板状薄板の両面に押圧して前記非磁性部とす
る部分を加熱することを特徴とするローター構成用円板
状薄板の製造方法。 - 【請求項9】 請求項8に記載のローター構成用円板状
薄板の製造方法であって、前記高温シュー部材の押圧面
の輪郭を前記非磁性部とする部分の形状に一致させたこ
とを特徴とするローター構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項10】 請求項2または請求項7に記載のロー
ター構成用円板状薄板の製造方法であって、前記基材に
窒素を0.5%以上含有させたことを特徴とするロータ
ー構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項11】 請求項2または請求項7に記載のロー
ター構成用円板状薄板の製造方法であって、前記基材の
厚みを0.05〜0.1mmにしたことを特徴とするロ
ーター構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項12】 請求項2または請求項7に記載のロー
ター構成用円板状薄板の製造方法であって、前記ロータ
ーポール部を、磁性部と、ローターポール部の外側端に
位置しかつマルテンサイトとオーステナイトの両方の特
性を有する中間相部とで構成したことを特徴とするロー
ター構成用円板状薄板の製造方法。 - 【請求項13】 請求項2〜請求項12の何れか1つに
記載の製造方法により製造された多数枚の円板状薄板を
積層して構成されたローターを備えたリラクタンス機
械。
Applications Claiming Priority (2)
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GB9802130.6 | 1998-01-30 |
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GB (1) | GB2333906A (ja) |
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