(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状に形成された磁性体である内側磁性部と、前記内側磁性部から径方向外側に突出し、かつ外周面を形成する突部とが一体成形されている略円筒状のロータコアを備え、
前記突部は、
前記ロータコアの周方向で所定間隔を空けた位置に複数形成された磁性体である突極部と、
前記ロータコアの周方向で隣り合う前記突極部同士の間に形成された非磁性体である非磁性体部とを含み、
前記ロータコアの外周面側には、周方向で前記突極部と前記非磁性体部との間にスリットが設けられ、
前記スリットの周方向幅は、前記突極部の周方向幅よりも狭い
ことを特徴とするリラクタンスモータのロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リラクタンスモータのロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リラクタンスモータが知られている。例えば、特許文献１には、回転子は、電気絶縁膜で被覆された軟磁性粉末を固めることによって形成され、且つ励磁コイルが励磁した状態で当該回転子が回転したときに各固定子側磁極部との間の磁気抵抗の増減が繰り返される形状及び配置を有する回転子側磁極部と、非磁性材料によって形成され、且つ回転子側磁極部と結合して回転軸を中心軸とする円柱形状を構築する非磁性補強部と、を有する、スイッチトリラクタンスモータの技術が開示されている。
【０００３】
特許文献１のスイッチトリラクタンスモータは、ロータ側磁極部と非磁性補強部とによって構築された円柱形状の外周面を囲う円筒形状を有し、非磁性材料によって形成される筒状補強部を備えている。筒状補強部は、例えば、ロータ側磁極部と非磁性補強部とを結合させたもの（円柱形状）の外周面にテープ状の樹脂等を巻き付けることによって形成される。ロータを円柱形状とした場合、ロータが回転する際の風切り音を低減することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０９０６４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したリラクタンスモータにおいては、ロータ側磁極部を構成する突状部の間が非磁性補強部で埋め込まれるため、非磁性補強部が埋め込まれていない場合に比して、ロータが高回転することで生じる圧力変化に起因する風切り音を抑制できる。ところが、ロータ側磁極部と非磁性補強部とが別部材であることから、ロータを高回転で回転させる際に、非磁性補強部が変形する可能性があった。
【０００６】
そこで、本発明者は、磁性部と非磁性体部とを同一部材から構成したロータを想起した。図３は、本発明者が想起したロータの断面図を示す。図３に示すように、ロータ１００は、ステータ（図３には示さず）の中心軸線Ｘと同軸上に配置された断面形状が円形のロータである。本発明者が想起したロータ１００は、その外周面側において、強磁性を示す突極形状の磁性部１０１と、化学処理によって非磁性化された非磁性体部１０２とが、周方向に交互に存在している。このように構成されたロータ１００によれば、磁性部１０１と非磁性体部１０２とが同一部材から構成されているため、ロータ１００を高回転させた場合でもほとんど変形しないという利点がある。
【０００７】
しかしながら、円柱形状のロータ１００に対して部分的に化学処理を行って非磁性体部１０２を形成する場合、化学処理の反応が生じる部分と生じない部分との境界を制御することが困難であるため、周方向に沿った磁性部１０１の歯幅ａのばらつきが大きくなる。磁性部１０１の歯幅ａにばらつきが生じると、リラクタンスモータにおいてトルクの変動が増加するという問題が生じる。また、磁性部１０１と非磁性体部１０２との境界を明確に規定することができない。特に、磁性部１０１の外周側で角形状となる部分で非磁性体部１０２との境界が制御困難になることが問題となる。この場合、各磁性部１０１の形状に応じてステータとロータ１００との間で形成される磁路がばらついてしまう。その結果、リラクタンスモータにおいて、所望の磁路が形成されにくくなってしまい、トルクや効率が低下するという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、回転時の風切り音を抑制するとともに、トルクや効率が低下することを抑制することができるリラクタンスモータのロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るリラクタンスモータのロータは、円筒状に形成された磁性体である内側磁性部と、前記内側磁性部から径方向外側に突出し、かつ外周面を形成する突部とが一体成形されている略円筒状のロータコアを備え、前記突部は、前記ロータコアの周方向で所定間隔を空けた位置に複数形成された磁性体である突極部と、前記ロータコアの周方向で隣り合う前記突極部同士の間に形成された非磁性体である非磁性体部とを含み、前記ロータコアの外周面側には、周方向で前記突極部と前記非磁性体部との間にスリットが設けられ、前記スリットの周方向幅は、前記突極部の周方向幅よりも狭いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、ロータコアの外周面を構成する突部が、磁性体からなる突極部と、非磁性体からなる非磁性体部とによって形成されている。そのため、周方向で隣り合う突極部同士の間の間隙を減らすようにして非磁性体部が設けられているので、突極部のみの場合に比べてロータコアの外周面を形成する部分が増え、ロータ回転時の圧力変化を低減でき、風切り音を抑制できる。また、内側磁性部と突極部と非磁性体部とが一体成形されているとともに、周方向で突極部と非磁性体部との間にはスリットが形成されている。これにより、ロータコアの成形が簡易になることに加え、突部のうち非磁性体部となる部分を非磁性化させる化学処理が容易になる。つまり、スリットによって周方向で物理的に突極部と非磁性体部とが離れているので、従来のように化学処理によって突極部と非磁性体部との境界を規定しなくてよくなる。これにより、突極部とステータとを繋ぐ所望の磁路が形成されるようになり、リラクタンスモータのトルクや効率が低下することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施形態におけるリラクタンスモータを示す断面図である。
【図２】図２は、実施形態におけるロータ構造を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明者が想起したロータ構造を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、図面を参照して、本発明の実施形態に係るリラクタンスモータのロータについて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るリラクタンスモータを示す断面図である。図２は、リラクタンスモータのロータを示す断面図である。
【００１４】
図１に示すように、リラクタンスモータ１は、スイッチトリラクタンスモータである。リラクタンスモータ１は、ステータ３と、ロータ４とを含んで構成されている。リラクタンスモータ１は、例えば、電動機および発電機として機能する制駆動力源として車両に搭載される。ステータ３は、車体側に固定されており、回転不能である。ステータ３は、コイル３２が巻かれた複数のステータ側突極部３１を有する。ステータ側突極部３１は、円筒形状のステータ本体３０から径方向の内側に向けて突出している。ステータ側突極部３１は、断面形状が矩形もしくは略矩形であり、ステータ３の軸方向に延在している。なお、この説明では、「軸方向」はロータ４の軸方向を示し、「径方向」はロータ４の中心軸線Ｘに対して直交する半径方向を示し、「周方向」はロータ４の中心軸線Ｘを回転中心とする回転方向を示すものとする。
【００１５】
ステータ側突極部３１は、周方向に所定の間隔を空けて配置されており、例えば等間隔で配置されている。ステータ側突極部３１には、コイル３２が巻かれている。コイル３２は、巻き線であり、各ステータ側突極部３１にそれぞれ１組のコイル３２が巻き付けられている。ステータ３の外周面３３には、補強部材６が嵌合している。補強部材６は、ステータ３の径方向の変形を抑制する。
【００１６】
ロータ４は、全体形状が略円柱状に形成され、ステータ３の内方にステータ３と同軸上に配置されている。ロータ４の断面形状は、略円形状であり、外周部分が凹凸形状に形成されている。ロータ４は、ロータシャフト４１と、ロータコア４２を含んで構成されている。ロータコア４２は、中空の略円筒形状であり、外周面が周方向で凹凸状に形成されている。ロータコア４２は、例えば、略円環状に形成された電磁鋼板が複数枚積層されて構成されている。ロータコア４２の中空部には、ロータシャフト４１が嵌合しており、ロータシャフト４１とロータコア４２とが一体回転する。ロータシャフト４１は、円柱形状であり、その両端部はロータコア４２の両端面から軸方向に突出している。ロータシャフト４１は、軸受を介して車体側の部材によって支持されている。つまり、ロータ４は、ステータ３に対して自在に相対回転できるように支持されている。
【００１７】
図２に示すように、ロータコア４２は、内側磁性部４３と、内側磁性部４３から径方向外側に突出する複数の突極部４４と、複数の非磁性体部４５と、スリット４６とを有する。内側磁性部４３は、円筒形状に形成された強磁性体であって、ロータコア４２における径方向内側の部分を形成している。ロータコア４２は、内側磁性部４３と、内側磁性部４３から径方向外側に突出している突部とが一体成形されている。その突部は、突極部４４と、非磁性体部４５とを含み、それぞれがロータコア４２の外周面を形成している。つまり、ロータコア４２の外周面側には、突極部４４の外周面４４ａと非磁性体部４５の外周面４５ａとが周方向に交互に存在している。また、ロータコア４２の外周面は円弧面であるため、各外周面４４ａ，４５ａは円弧面に形成され、ロータコア４２の外周面を構成している。
【００１８】
突極部４４は、内側磁性部４３からステータ３側に突出する強磁性体であって、ロータコア４２における径方向外側の部分を形成している。内側磁性部４３と突極部４４は一体成形されており、ロータコア４２として連続した強磁性体領域である。また、突極部４４は、周方向に所定の間隔を空けて並んで複数形成されている。例えば、複数の突極部４４が周方向で等間隔に位置するように並んでいる。さらに、ロータ４の径方向外側からロータコア４２を見た場合、各突極部４４がロータコア４２の外周部を軸方向に伸びる突条に形成されている。
【００１９】
非磁性体部４５は、内側磁性部４３からステータ３側に突出する非磁性体であって、内側磁性部４３から径方向外側に突出している。内側磁性部４３と突極部４４と非磁性体部４５とは、一体成形されている、すなわち一体不可分に形成されている。また、非磁性体部４５は、周方向で隣り合う突極部４４，４４同士の間に形成されている。図２に示す例では、周方向で突極部４４と非磁性体部４５とが交互の設けられている。すなわち、ロータ４では、周方向で隣り合う突極部４４，４４同士間の間隙を減らすようにして、非磁性体部４５が複数設けられている。その非磁性体部４５は、突極部４４とは異なり、磁性を有するロータコア４２の一部が化学処理によって非磁性化された部分である。つまり、ロータ４において、内側磁性部４３と突極部４４とは強磁性を示す部分であるが、非磁性体部４５は、強磁性体であるロータコア４２の一部分に化学処理が施されたものであるため、磁性に関する特性が変化させられた部分である。非磁性体部４５は、強磁性以外の磁性を示し、例えば、常磁性を示す。図２に示すように、非磁性体部４５の断面形状は、軸方向から見た場合に、径方向の内側へ向かうに従い周方向の幅が狭くなる台形状である。
【００２０】
スリット４６は、周方向で突極部４４と非磁性体部４５との間に形成された間隙である。ロータコア４２において、スリット４６が設けられていることによって、突極部４４と非磁性体部４５とが接触しないように構成されている。図２に示すように、スリット４６は、周方向で隣り合う突極部４４と非磁性体部４５との間に形成されている。また、ロータコア４２の周方向において、スリット４６は周方向の幅ｄが、突極部４４の周方向幅（歯幅）Ｗよりも狭く形成されている。そのスリット４６の幅ｄは、微小幅であって、一定に形成されていることが好ましい。そして、ロータコア４２の径方向において、スリット４６は、内側磁性部４３の外周面から径方向外側に向けて線状に伸びている。
【００２１】
リラクタンスモータ１は、ステータ３のコイル３２に通電することにより、回転力を発生させる。ステータ３のあるステータ側突極部３１のコイル３２に電流が流されると、ステータ側突極部３１とロータコア４２の突極部４４との間に発生する磁束により、ステータ側突極部３１と突極部４４との間に吸引力が発生する。この吸引力の周方向の成分は、ロータコア４２を回転させる回転力となる。リラクタンスモータ１は、各コイル３２に対する通電タイミングおよび通電量を制御する制御回路を有する。制御回路は、ロータ４の回転位置に応じて通電するコイル３２を適宜切替えることにより、ロータ４を回転駆動する。
【００２２】
次に、ロータ４の製造方法について説明する。例えば、ロータ４は、ロータコア４２の母材となる円環状の電磁鋼板をプレス加工しスリット４６を成形し、プレス成形後の電磁鋼板に対してその一部を非磁性体部４５とするための化学処理を施すことによって、製造される。
【００２３】
プレス成形では、ロータコア４２の母材となる円環状の電磁鋼板に対して、縁抜き加工することによって、スリット４６を形成する。詳細には、円環状母材を、外周縁から径方向内側に向けて所定長さ、かつ周方向に所定幅ｄで、縁抜き加工する。そして、スリット４６が成形されることによって、突極部４４となる径方向外側へ突出する部分の形状が成形され、かつ非磁性体部４５となる径方向外側に突出する部分の形状が成形されることになる。プレス成形時に、スリット４６は、突極部４４となる部分および非磁性体部４５となる部分が周方向に所定の間隔で複数成形されるように、周方向で複数個所に設定されている。例えば、突極部４４となる部分は、周方向に等間隔で位置するように成形されていることが好ましい。また、プレス成形の際、スリット４６としての周方向幅ｄは、プレス成形後の突極部４４となる部分の周方向幅Ｗよりも狭くなるように設定される。つまり、プレス成形後の電磁鋼板の形状は、図２に示すロータコア４２の形状と同じである。そのため、スリット４６が成形されることによって、非磁性体部４５となる部分の形状は、図２に示すように非磁性体部４５と同様に、径方向内側へ向かうに従い周方向幅が狭くなる台形状となる。プレス成形後のスリット４６を有する電磁鋼板は、全体が強磁性を有する。そして、プレス成形後の電磁鋼板に対して、その一部である径方向外側に突出する形状の非磁性体部４５となる部分を処理対象部位として、磁性を変性させる化学処理を施す。
【００２４】
磁性を変性させる化学処理の一例として、塩酸溶液や硝酸溶液などの酸性液体による酸処理がある。酸処理では、例えば処理前の準備として、処理対象部位ではない部分の電磁鋼板表面（例えば突極部４４の表面や内側磁性部４３の表面）を、ガード用の耐酸性被膜で覆う。その耐酸性被膜は、突極部４４となる部分の表面および内側磁性部４３の表面に、塗布等によって密着させられる。そして、処理対象部位以外の部分を耐酸性被膜で被覆させた状態のロータコア４２が、酸性液体に浸される。これにより、ロータコア４２のうち外部に露出した処理対象部位が酸化され、不導体となる。例えば、下式（１）に示す化学反応式のように化学反応する。
４Ｆｅ＋３Ｏ２→２Ｆｅ２Ｏ３…（１）
【００２５】
酸性液体は、処理対象部位の表面から内部へ浸透して、処理対象部位の内部も酸化する。例えば、処理対象部位を酸性液体に浸す時間を長くすると、処理対象部位のより深い部分まで酸化し、非磁性化することができる。また、処理前のロータコア４２を酸性液体に浸す時間の調整によって、酸処理後の非磁性体部４５の形状を精度良くコントロールすることが可能である。そして、処理対象部位が酸処理されることによって、強磁性を示さない非磁性体部４５となる。さらに、酸処理前のロータコア４２において、耐酸性被膜によって覆われた部分は、酸性液体との接触が抑制される。この場合、スリット４６が形成されていることによって、突極部４４となる部分と非磁性体部４５となる部分とが物理的に離れているので、突極部４４となる部分の全体を耐酸性被膜によって覆うことが容易になる。そのため、酸処理によって突極部４４が酸性液体によって酸化されることを抑制できる。より具体的には、従来のように酸処理によって突極部４４となる部分の形状が規定されることがなくなる。そして、酸処理後では、図２に示すように、ロータコア４２の外周面側には、突形状の突極部４４および非磁性体部４５が周方向に交互に存在することになる。
【００２６】
また、酸処理とは別の化学処理として、温度によって非磁性体部４５を形成する方法がある。この場合、処理対象部位を高温の溶液に浸し、酸化させて不導体とし、磁気的に非磁性化させる。その溶液は、硝酸や過酸化水素水等の鉄を酸化するものである。一方、突極部４４として強磁性体を維持させたい部位には、液体窒素やドライアイス等で冷却させてもよい。
【００２７】
なお、鉄の不導体生成には、酸処理以外にも各種条件により、以下のような諸々の形態をとることが可能である。例えば、水蒸気（水）の存在下では、下式（２）の反応が生じる。生成する化合物は、溶存酸素によって酸化し、水酸化第二鉄Ｆｅ（ＯＨ）３になる。引き続き、この反応は水を失って水和酸化物ＦｅＯＯＨまたはＦｅ２Ｏ３（赤錆）となり、また一部は酸化不十分なまま、Ｆｅ３Ｏ４（黒錆）となって、鉄表面に錆層を形成する。
２Ｆｅ＋Ｏ２＋Ｈ２Ｏ→２Ｆｅ（ＯＨ）２…（２）
また、条件によっては下式（３）のように不導体を生成することもある。
２Ｆｅ＋Ｏ２→２ＦｅＯ…（３）
【００２８】
以上説明した通り、本実施形態のロータ４によれば、回転時に生じる圧力変化を低減でき、風切り音を抑制できるとともに、モータトルクの低下および効率低下を抑制することができる。突極部４４と非磁性体部４５とによってロータ４の外周形状が略円柱形状となるので、ロータ４の回転時に生じる圧力変化が低減し、風切り音を抑制できる。また、ロータ４の周方向で、突極部４４と非磁性体部４５との間には微小幅のスリット４６が形成されている。そのため、一体構造に成形されたロータコタ４２において、非磁性体部４５となる部分を磁性変化させる際に、その化学処理が容易になるとともに、その化学処理によって突極部４４の境界が規定されなくなる。これにより、突極部４４に形成される磁路は、突極部４４の形状（歯幅や角部分）に応じて変化するため、非磁性体部４５の化学処理の影響で強磁性を有する部分（突極部４４）の形状が規定されなくなる。その結果、ステータ側突極部３１に巻かれたコイル３２に電流が流されて、ステータ側突極部３１と突極部４４との間に磁路が形成されると、所望の吸引力が作用する。
【符号の説明】
【００２９】
１  リラクタンスモータ
３  ステータ
４  ロータ
３１  ステータ側突極部
３２  コイル
４１  ロータシャフト
４２  ロータコア
４３  内側磁性部
４４  突極部
４４ａ  外周面
４５  非磁性体部
４５ａ  外周面
４６  スリット
【図１】
0006413996.tif 000002
【図２】
0006413996.tif 000003
【図３】
0006413996.tif 000004