(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、
上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、且つこの長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1／2以上の位置に延在する長溝部分における両側部分の溝幅の一部を、他の長溝部分の溝幅より狭くし、この長溝に二次導体を充填したことを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項２】
ロータコアの外径を加工したことを特徴とする請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、リラクタンストルクを利用した同期電動機に関するものであり、特に商用電源で反抗トルクの大きな負荷を接続した場合でも容易に自己始動が可能で、低騒音のリラクタンスモータを得るためリラクタンスモータのロータを改善したものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は従来のリラクタンスモータのロータコアの正面図、図９はステータコア、ロータコアの正面図である。
図８において、１ａは電磁鋼板などの薄金属部材を円形状に形成したロータコア抜板で、円形状の中心部には、このロータコア抜板１ａを回転軸（図示せず）に挿入するための回転軸挿入用の穴部１ｂが設けられている。２ａ、２ｂ、２ｃは半径方向に１極あたり１層以上所定の間隔をおいてプレス加工などの打ち抜き加工により多層に形成された長溝で、円形状の半径方向に偶数極配置されている。長溝２ａ、２ｂ、２ｃ内は二次導体を有しておらず、空気層となっている。
１１はロータコア抜板１ａの強度を確保するため、長溝２ａ、２ｂ、２ｃの中央部の半径方向に設けられたリブである。また、このロータコア抜板１ａの最外周部１ｃの厚さは、０．３５ｍｍ以下程度の薄肉で連結されている。このように形成されたロータコア抜板１ａを所定のロータコア幅とすべく多数枚積層し圧着カシメにより固着してロータコア１を構成しロータ８（図９）が形成される。
次にステータコアについて説明する。
図９において、７は電磁鋼板などの薄金属部材をドーナツ状に形成したステータコア抜板で、このステータコア抜板７の内周部には、スロット７ａが放射状に多数個配設され、このステータコア抜板７を多数枚積層し圧着カシメにより固定すると共に、スロット７ａ内にステータ巻線（図示せず）を巻回することによりステータ7ｂが形成されている。
ロータ８とステータ7ｂは上記のように形成され、図８で示したロータ８が、ステータ7ｂと僅かな空隙９を介して内設されている。
【０００３】
次に上記のように形成されたロータ８、ステータ7ｂ間の磁束および電流の流れる方向について、図９を参照しながら説明する。
上述のステータ7ｂ、ロータ８の構成において、ステータ巻線を３相交流電源に接続することによって、ステータ側に電流が流れるが、この電流は、図９において、図中×（紙面の表面側から裏面側へ）から●（紙面の裏面側から表面側へ）の方向に流れる。電流が流れることによって磁束が発生するが、磁束の流れる方向については、図中符号１４で示されている。この磁束が流れることによって、Ｎ極、Ｓ極が形成されてロータ８が所定の方向に回転を始める。この場合、磁束はＮ極からＳ極へと流れるが、一部磁束はＮ極からＳ極以外にも流れ（漏れ）よって特性が低下する。
【０００４】
上述したように、このリラクタンスモータは、図１０で示すロータ８のコア抜板積層方向ｑ軸とこのｑ軸と電気角が直交するｄ軸の磁気抵抗の差により発生するリラクタンストルクで回転するモータであり、リラクタンストルクは、ｄ軸とｑ軸の磁気抵抗の差が大きいほど大きくなる。
また、高速度で回転するリラクタンスモータの場合は、ロータ８の強度確保が必要であり、図８に示す長溝２ａ、２ｂ、２ｃの中央部のリブ１１と、ロータ最外周部１ｃの連結される部分の厚さをある程度確保することで、ロータ８の強度を確保している。
【０００５】
また、ロータコア１の長溝２ａ、２ｂ、２ｃが半径方向に１極あたり１層以上所定の間隔をおいて複数組みに配置された従来のリラクタンスモータにおいては、一般に長溝２ａ、２ｂ、２ｃがロータ８の軸中心方向に突形であり、多層でかつ長溝２ａ、２ｂ、２ｃが長くなっており、特に長溝２ａ、２ｂ、２ｃが３層以上を有するリラクタンスモータではこの傾向は顕著である。ステータ7ｂとロータ８との間の空隙９を均一とするためロータ８の外周を加工することも考えられるが長溝内が空洞でもあり、またロータ最外周部の厚さが０．３５ｍｍ以下程度の薄肉で連結されているので加工が困難であった。
またロータ８の外径を加工するため、ロータ最外周部１ｃの厚さを厚くして加工代を設けておきロータ形成後ロータ最外周部１ｃの厚さを０．５ｍｍ〜１ｍｍ程度以上にすることも考えられるが、コア変形などの問題から切削加工に限界があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のリラクタンスモータのロータ８は、長溝２ａ、２ｂ、２ｃ内に二次導体を有していないので、一般のインダクションモータのように商用電源で自己始動は不可能であり、このため、インバータ等の専用アンプにより始動をしなければならず高価な制御装置が必要となる問題点があった。
また、ロータ８はロータコア抜板1ａの部材である薄金属部材は、製造上にひずみが発生し易く、さらに薄金属部材をプレス加工によって所定の大きさのロータコア抜板１ａに打ち抜かれ多数枚積層するので、製作誤差によっては、ロータ外径を加工する必要があるが、ロータコア抜板1ａの最外周部1ｃの厚さが0.35ｍｍ以下程度と薄肉であり、図８のロータ最外周部の薄肉連結部１ｃが加工により破れるなど外径加工が容易でなかった。
また、薄金属部材を積層して圧着カシメによって形成されたロータ８は、ロータ８の外径加工するに強度が小さいため切削・研削によってロータ８の外径加工を施して真円にできないため、図8の空隙９が不均一となり、大きな磁気騒音が発生しやすい。同時に空隙９が不均一であるので漏れ磁束が多くなるため、突極比の低下につながりリラクタンスモータの電気的特性の効率、力率を著しく低下させるなどの問題点があった。
【０００７】
この発明は、大掛かりな起動制御装置を必要とせずに迅速に同期状態に立ち上がるよう自己始動できるとともに、電気的特性を低下させることなく磁気騒音の低減したリラクタンスモータを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明のリラクタンスモータは、二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、且つこの長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1／2以上の位置に延在する長溝部分における両側部分の溝幅の一部を、他の長溝部分の溝幅より狭くし、この長溝に二次導体を充填したものである。
【００１１】
ロータコアの外径を加工したものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
図１において、７は電磁鋼板などの薄金属部材をドーナツ状に形成したステータコア抜板で、このステータコア抜板７の内周部には、スロット７ａが放射状に多数個配設され、このステータコア抜板７を多数枚積層し圧着カシメにより固定すると共に、スロット７ａ内にステータ巻線（図示せず）を巻回することによりステータが形成されている。
ステータ巻線に３相交流電源を接続することによって、回転磁界が発生する。ロータ８は後述するロータコアが多数枚積層され、上記ステータコア７と僅かな空隙９を介して内設されている。
【００１３】
次にロータコアについて説明する。
図２において、１ａは例えば電磁鋼板などの薄金属部材からなるロータコア抜板で、その周方向の９０°の角度内で分割した４ヵ所にそれぞれ、外周円の中心軸方向に湾曲する円弧状であって、各々同一溝幅に設定された複数の長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅが多層に形成されるようプレス加工、レーザ加工などによって加工されている。さらにロータコア抜板１ａの中心部には、回転軸挿入用の穴部１ｂが設けられている。このように形成されたロータコア抜板１ａを所定のコア幅とすべく多数枚積層し圧着カシメなどにより固着してロータコア１を構成している。
なお、上記実施例では長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅは、５層の円弧状の溝を例にとって説明したが、長溝は５層に限定されるものではない。
【００１４】
上述したロータコア１の長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料を後述するダイキャスト法により充填する。４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ（図3）は長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に充填された非磁性材料の二次導体で、図４に示すように、積層されたロータコア１の両端部にこの二次導体とそれぞれ電気的接続し連結した一対の短絡環６が形成されている。５はロータ外径である。ロータコア１の長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に、非磁性の導電性材料の二次導体が充填され、一対の短絡環６が形成されてなるロータ８は、図３に示すように、回転軸１５に挿入され焼きばめなどによって固着、装着される。
【００１５】
以上述べたロータ８の電流、磁束の流れの方向について、図１を参照して説明する。
ステータ巻線を３相交流電源に接続することによって、回転磁界が発生するが、電流の流れる方向は、図中×（紙面の表面側から裏面側へ）から●（紙面の裏面側から表面側へ）の方向に流れ、また磁束の流れる方向については、図中１４で示され、これによりＮ極、Ｓ極がロータ８の円周方向に交互に形成されてロータ８が所定の円周方向へ回転する。また長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に二次導体が充填されているので、磁束はＮ極からＳ極へとその殆どが流れるため図8で示した長溝2ａ、2ｂ、2ｃが空気層となっている従来のものと比べ特性が向上する。
【００１６】
次に、以上述べたロータにおいて、溝数と電気的特性、ダイキャスト性の関係について図５を参照して説明する。
図は、７．５ＫＷ、４Ｐのリラクタンスモータを用いて実験した結果得られたモータの電気的特性の一つである効率と溝数との関係を示すもので、Ｘ軸方向に溝数、Ｙ軸方向に効率をとっている。この図からも明らかなように効率は、溝数が１個〜５個程度までは上昇し、５個以上は、飽和状態となっている。
また、溝幅については、０．６ｍｍ〜５ｍｍ幅にて実験を行ったが、実験の結果および製作性（加工性）、モータの電気的特性を考慮し判断すれば、２ｍｍ〜３ｍｍが適切な溝幅である。
さらに、ダイキャスト性は、溝数が１個から2個、3個と増加する程ほぼ比例して悪化している。
【００１７】
次に上記ロータの製造方法について図２、図３を参照して説明する。
まずロータコア抜板１ａを所定コア幅とすべく多数枚積層し、次に積層されたロータコア抜板１ａの両端面部にＣ形の芯金を配置しロータコア１の固定を行う。次に積層されたロータコア抜板１ａの回転軸挿入用の穴部１ａをダイキャスト金型内の芯金に挿入しロータコア１をダイキャスト金型内に型締めし固定する。
ダイキャスト金型内にアルミニュウムなどの非磁性材料の溶融金属を充填し、次に、この溶融金属に圧力を加え上記ロータコア１の各長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に充填するとともに、ロータコア１の両端部に、各長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内の溶融金属と電気的接続し連結した一対の短絡環６を一体形成しロータ８を構成する。
【００１８】
次に、上記リラクタンスモータの動作について説明する。
図１のステータ側のスロット７ａに巻回されたステータ巻線を３相交流電源に接続すると、それにより回転磁界が発生して空隙９を介して内設されているロータ８の長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内の導電性のある導体に発生した電流と、上記回転磁界との電磁力によって、ロータ８が回転し始める。すなわち回転始動時には、ステータとロータ８のかご形の二次導体とによってインダクションモータとして機能するので、リラクタンスモータには従来必要としていた始動用の制御装置を設けることなく、かつリラクタンスモータ自身に自己始動の機能を備えることなく始動することができる。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態２について、図6を参照して説明する。
図において、ロータコア１の夫々の長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅの一部にくびれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを設け溝の一部を狭くしてある。始動時に電流がロータコア１の上部表面に集中して実効二次抵抗を高くする、いわゆる表皮効果は二次導体を２つの溝に分けると、始動時に大部分の電流がロータコア１の表面側に位置する長溝の導体に流れて表皮効果が更に大きくなり、始動トルクが増大する。
なお、上記実施例ではくびれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄの位置をロータ８の外周表面の近傍部に設けたが、この位置は外周の近傍部に限定されるものではない。またくびれは全ての長溝に設けなくてもよい。
さらにまた長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内には、上述した非磁性の導電性材料を二次導体として充填することは言うまでもない。
【００２０】
さらにまた、図6において、長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅのくびれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを効果的に設けるには、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1／2以上の位置に設けられた長溝（２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ）に、くびれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを設けると、表皮効果を効果的に得ることができる。
なお、上述したくびれ３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄは、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1／2以下の位置に設けられた長溝に、くびれを設けても表皮効果はあまり効果はなく期待できない。
【００２１】
さらにまた、図2、図6で述べた上記実施例では長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料をダイキャスト法により充填したが、さらにこの非磁性の導電性材料にセラミックスなど非磁性材料の絶縁体を粒子状、粉体状または固体状として上記非磁性の導電性材料に混入させて長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に充填させてもよい。
非磁性材料の絶縁体を混入させたことにより、二次抵抗を大きくすることができ、したがって始動トルクが大きくなり、商用電源で反抗トルクの大きな負荷を接続した場合であっても自己始動が可能である。
【００２２】
実施の形態3．
実施の形態３について、図1、図４を参照して説明する。
実施の形態３によれば、長溝２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ内に、アルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料を充填するとともに、この充填された溶融金属と電気的接続した一対の短絡環６を一体形成してロータ８を構成し、さらにロータ８外周部を切削加工または研削加工を施すものである。
長溝内に導電性のある材料を充填しロータを中実構造にした後に外周部を切削加工または研削加工を施したので、切削加工時または研削加工時のロータ変形を抑制でき、従来不可能であった外周部の加工と薄肉連結とを両立させることができる。外周部の加工によって得られたロータ外径の寸法精度が極めて高いのでステータコア７とロータ８との僅かな空隙９の長さが０．２ｍｍ以下の寸法長さで構成することができ、コア積層方向ｑ軸の磁束を増やすことができるので、突極比を大きくでき電気的特性の高効率、高力率のリラクタンスモータを得ることができる。
また、ロータ８外周部を切削加工または研削加工を施したので、空隙９を均一にでき騒音を抑制でき低騒音なリラクタンスモータを得ることができる。
【００２３】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係るリラクタンスモータのロータコアの正面図である。図において、このロータコアは従来例にて示したロータコアを用いている。
所定のコア幅に積層固着されたロータコアの長溝４ａ、４ｂ、４ｃ内にアルミニュウム、アルミニュウム合金、銅、銅合金、真鍮、ステンレス鋼などの非磁性の導電性材料をダイキャスト法により充填する。この長溝４ａ、４ｂ、４ｃ内に充填された非磁性材料の二次導体とそれぞれ電気的接続し連結した一対の短絡環６をロータコアの両端部に形成しているので、ロータの半径方向および円周方向において機械的強度を向上することができる。
長溝４ａ、４ｂ、４ｃ内に、導電性のある材料を溶融し充填したので、回転始動時には、ステータ１とロータ８のかご形の二次導体とによってインダクションモータとして機能する。
以上の構成により上述した長溝(図1、図2)が外周円に対して逆方向に湾曲する円弧状のロータコアと比べ二次導体の充填がし易く作業性が向上する。また、長溝４ａ、４ｂ、４ｃの近傍部にリブ11が設けられているので、ロータコア抜板1ａの強度を確保することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明は、以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
この発明のリラクタンスモータは、二次導体を有すると共に、円形状の薄金属部材から構成され、中心部にロータ軸貫通穴を有するロータコアを多数枚積層固着して構成するロータを備えたリラクタンスモータにおいて、上記ロータ軸貫通穴の周りに上記ロータ軸貫通穴方向に突出すると共に、複数ブロックに配置して磁極を構成する長溝を形成し、上記長溝に二次導体を充填したので、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【００２６】
また、ロータコアに設けられた長溝の溝幅の一部を狭くしたので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【００２７】
また、ロータコアに設けられた長溝のうち、ロータ軸中心部からコア半径寸法の1／2以上の位置に設けられた上記長溝は、溝幅の一部を狭くしたので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能なリラクタンスモータを得ることができる。
【００２８】
また、ロータコアの外径を加工したので、始動トルクが増大し電気的特性も向上するとともに、低騒音で高価な制御装置を必要とすることなく自己始動が可能となり、磁気騒音を低減したリラクタンスモータを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
【図２】  この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータコアの正面図である。
【図３】  この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータの一部を破断した斜視図である。
【図４】  この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータのロータの正面図である。
【図５】  この発明の一実施の形態であるリラクタンスモータの溝数と電気的特性、ダイキャスト性の関係を示す図である。
【図６】  この発明の一実施の形態であるロータコアの正面図である。
【図７】  この発明の一実施の形態であるロータの一部破断正面図である。
【図８】  従来のリラクタンスモータのロータコアの正面図である。
【図９】  従来のリラクタンスモータのステータコア、ロータコアの正面図である。
【図１０】  ｄ軸、ｑ軸の説明図である。
【符号の説明】
１  ロータコア、  １ａ  ロータコア抜板、  １ｂ  回転軸挿入用の穴部、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ  長溝、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ  くびれ、４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆ  二次導体、  ５  ロータ外径、  ６  短絡環、８  ロータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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