(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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において、
前記回転子は、前記固定子からの磁路となる部分にその磁路に沿って断面円弧状に形成された孔が極数分だけ円周方向に等間隔で配置されている機構部と、各々が断面円弧状に形成されていて前記回転子の半径方向に積層される複数枚の磁性鋼板を含み前記各孔内に埋設される磁性鋼板部とを備え、
前記磁性鋼板には積層時に隣接する磁性鋼板間に空気層を設けるための突起部がプレス加工にて一体に形成されており、前記磁性鋼板部は前記隣接する磁性鋼板間に空気層が設けられた状態で前記各孔内に埋設されていることを特徴とするリラクタンスモータ。
【請求項２】
前記突起部の高さは、前記磁性鋼板の１／５以上とした請求項１に記載のリラクタンスモータ。
【請求項３】
前記突起部の形状は、隣接する磁性鋼板と線接触、面接触もしくは点接触のいずれかになるようにし、かつ、前記突起部の形成は、突出しあるいは半抜きによる請求項１または２に記載のリラクタンスモータ。
【請求項４】
前記磁性鋼板部は、断面円弧状の磁性鋼板を複数枚重ねて断面扇状として同断面円弧状の頂点をシャフト用の中心孔に向け、かつ、当該極数分だけ円周方向に等間隔の位置とし、前記回転子の外周は、前記断面扇状の内側に対応する部分を凹部に、前記断面扇状の端部側に対応する部分を凸部にしてなる請求項１，２または３に記載のリラクタンスモータ。
【請求項５】
前記磁性鋼板部と前記シャフト用の中心孔との間の領域でｄ軸部にはインナーフラックスバリアを形成し、前記回転子の外周の凹部（ｑ軸近傍）をフラックスバリアとしてなる請求項４に記載のリラクタンスモータ。
【請求項６】
前記磁性鋼板部を構成する鋼板あるいは磁性鋼板は、方向性電磁鋼板あるいは無方向性電磁鋼板もしくは冷間圧延鋼板であり、前記機構部は、無方向性電磁鋼板あるいは冷間圧延鋼板である請求項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。
【発明の詳細な説明】
【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、特に詳しくは、回転子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には、例えば図７および図８に示す構成のものがある。
【０００３】
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に折り曲げた磁性鋼板を複数枚積層した磁性鋼板部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、バスタブ断面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不均一化として突極部を形成する。
【０００４】
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。
【０００５】
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、種々構成の回転子が提案されているが、図７および図８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ということが知られており、現状においては、この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。
【０００６】
なお、図７および図８において、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。
【０００７】
【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積層し、この積層した磁性鋼板部２を多角形柱のボス部３にネジ４で止めるが、そのボス部３の加工に手間がかかり、つまり加工コストが高価になってしまうという欠点がある。
【０００８】
また、磁性鋼板を重ねた磁性鋼板部２の外径寸法にバラツキが生じ、特に突極部となる磁性鋼板部２の両端部が不揃いとなるためモータの性能にバラツキが生じることになる。したがって、モータ製造の歩留まりが悪く、製造コストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００９】
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、回転子の加工コストの低減、製造コストの低減を図るとともに、モータ性能の向上を図り、しかも突極比を大きくしてモータの効率向上を図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。
【００１０】
【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固定子内に回転子を有するリラクタンスモータにおいて、前記回転子は、前記固定子からの磁路となる部分にその磁路に沿って断面円弧状に形成された孔が極数分だけ円周方向に等間隔で配置されている機構部と、各々が断面円弧状に形成されていて前記回転子の半径方向に積層される複数枚の磁性鋼板を含み前記各孔内に埋設される磁性鋼板部とを備え、前記磁性鋼板には積層時に隣接する磁性鋼板間に空気層を設けるための突起部がプレス加工にて一体に形成されており、前記磁性鋼板部は前記隣接する磁性鋼板間に空気層が設けられた状態で前記各孔内に埋設されていることを特徴している。
【００１１】
前記回転子の機構部は、少なくとも前記固定子からの磁路となる部分に対応する孔について鋼板を自動プレスによって打ち抜くともとに、前記機構部の外周を凹凸状に打ち抜いて金型内で自動積層して形成し、磁性鋼板を所定断面形状に自動プレスした後複数枚密着させずに空気層を介在させて重ねた磁性鋼板を前記孔に埋め込むとよい。
【００１２】
前記突起部の高さは、前記磁性鋼板の１／５以上にするとよい。前記突起部の形状は、隣接する磁性鋼板と線接触、面接触もしくは点接触のいずれかになるようにし、かつ、前記突起部の形成は、突出しあるいは半抜きによるとよい。
【００１３】
前記磁性鋼板部は、断面円弧状の磁性鋼板を複数枚重ねて断面扇状として同断面円弧状の頂点をシャフト用の中心孔に向け、かつ、当該極数分だけ円周方向に等間隔の位置とし、前記回転子の外周は、前記断面扇状の内側に対応する部分を凹部に、前記断面扇状の端部側に対応する部分を凸部にしてなるとよい。
【００１４】
前記磁性鋼板部とシャフト用の中心孔との間の領域でｄ軸部にはインナーフラックスバリアを形成し、前記回転子の外周の凹部（ｑ軸近傍）をフラックスバリアとしてなるとよい。
【００１５】
前記磁性鋼板部を構成する鋼板あるいは磁性鋼板は、方向性電磁鋼板あるいは無方向性電磁鋼板もしくは冷間圧延鋼板であり、前記機構部は、無方向性電磁鋼板あるいは冷間圧延鋼板であるとよい。
【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。
【００１７】
本発明のリラクタンスモータは、外周を凹凸状にした鋼板を自動プレスで打ち抜き、同時に、磁路に合わせた断面形状の磁性鋼板を複数枚重ねてなる磁性鋼板部の形状の孔を極数分打ち抜いて自動積層し、これら孔にその磁性鋼板部を埋め込んで磁性鋼板の隣接する磁性鋼板の間に空気層を介在させれば、磁性鋼板部を固定するボス部の加工コストを安価に済ませられるとともに、磁性鋼板部の寸法のバラツキを解消させることでモータの性能にバラツキを生じさせず、しかも、空気層の存在によって突極比がより大きくなることから、モータの効率向上が図れることに着目したものである。
【００１８】
そのため、図１に示すように、このリラクタンスモータの回転子１０は、断面円孤状とした磁性鋼板１１ａを複数枚密着させずに空気層ａを介在させて重ねた断面扇状の磁性鋼板部１１を当該極数分だけ円周方向に、かつ、その扇の頂点を中心孔６に向けて固定子１からの磁路となる部分に等間隔に埋め込んで形成されている。
【００１９】
また、この回転子１０の外周は、断面扇状の磁性鋼板部１１の内側に沿った形状（つまり円弧の内側面凹部およびその両端面凸部の形状）とし、磁性鋼板部１１の両端部に突極部を形成する。
【００２０】
この場合、磁性鋼板部１１の磁性鋼板１１ａの片面には、同磁性鋼板１１ａの１／５以上（好ましくは１／２程度）の高さの突起部１２が複数個形成されており、磁性鋼板１１ａを重ねた際には、その突起部１２により隣接する磁性鋼板１１ａの間に空気層ａが存在する。
【００２１】
なお、磁性鋼板部１１の磁性鋼板１１ａのうち、中心孔６に最も近い磁性鋼板１１ａには突起部１２を形成しない。すなわち、磁性鋼板部１１を回転子１０の機構部（スケルトン）１０ａに埋め込んだ際に、その磁性鋼板部１１を安定に固定させることができるからである。
【００２２】
また、断面円弧状の磁性鋼板部１１の両端部は、回転子１０の外周に沿って円弧状である。
【００２３】
さらに、中心孔６と各扇状の磁性鋼板部１１との間の領域で極間のｄ軸部には、磁束の短絡、漏洩を防止するためのインナーフラックスバリア１３を形成するとともに、コア外周のｑ軸付近にアウターフラックスバリア１４を形成し、インナーフラックスバリア１３の端部側（回転子１０の外周側端部）で、かつｄ軸上には、後述する自動積層時に形成するかしめ部１５を設けている。
【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】
図２および図３を参照して具体的に説明すると、回転子１０の製造においては、金型を用いて自動プレスで鋼板を打ち抜き、金型内でかしめてロータのスケルトン１０ａを一体的に形成する自動積層方式を採用する。
【００２６】
このプレス加工工程において、図２に示すように、中心孔６、扇状の磁性鋼板部１１を埋め込むための孔１０ｂおよびインナーフラックスバリア１３を打ち抜くとともに、アウターフラックスバリア１４を形成するために回転子１０の外周を凹凸状に打ち抜き（自動的にプレスし）、磁性鋼板部１１を固定するための機構部（スケルトン；従来のボス部に相当）１０ａを形成する。
【００２７】
前記プレス加工で打ち抜いた機構部１０ａを金型内で積層するが、この積層時にはかしめ部１５を形成し、機構部１０ａをかしめる。
【００２８】
一方、断面扇状の磁性鋼板部１１は、図３に示すように、断面円弧状の磁性鋼板を所定寸法にプレス加工して積み重ねて形成する。この磁性鋼板部１１を機構部１０ａであるスケルトンの孔１０ｂに埋め込めば、当該回転子１０が完成する。
【００２９】
このように、固定子１からの磁束の路（磁路）となる磁性鋼板部１１の各磁性鋼板１１ａの間、つまり隣接する磁性鋼板１１ａの間には、空気層ａが介在するので、各磁性鋼板１１ａ密着させた場合より突極比が大きくなり、つまりリラクタンストルクが大きくなり、ひいてはモータ効率の向上が図れる。
【００３０】
また、磁性鋼板部１１を固定するボス部は、従来の自動積層方式で製造することができ、つまりプレスワークでよいことからボス部の加工コストが安価に済む。
【００３１】
さらに、磁性鋼板部１１をスケルトンの孔１０ｂに埋め込むことから、その磁性鋼鉄板部１１の外形寸法は孔１０ｂの範囲内に納まることになる。したがって、外形寸法のバラツキが解消され、特に両端部の面が揃うため（つまり突極部となる端部の精度が向上し）、モータの性能にバラツキを生じない。
【００３２】
さらにまた、ｄ軸に沿ったインナーフラックスバリア１３およびｑ軸近傍のアウターフラックスバリア１４により、ｄ軸とｑ軸のリラクタンス比（突極比）を大きくすることができる。
【００３３】
なお、磁性鋼板部１１は、４層（４枚）になっているが、これに限らず２層（２枚）以上であればよく、好ましくは４層以上にするとよい。
【００３４】
ところで、前記突起部１２としては、例えば図４ないし図６に示す形状の突起部２０，２１，２２が考えられる。図４に示す突起部２０は、断面Ｖ字形状であり、かつ、紙面に垂直方向に長くなっている。したがって、突起部１２の先端は、隣接する磁性鋼板１１ａの面に線接触することになる。なお、突起部２０は、隣接する磁性鋼板１１ａで異なる位置に形成する。
【００３５】
この場合、磁性鋼板部１１の磁性鋼板１１ａをプレスで得る際、磁性鋼板１１ａにその断面Ｖ字の突起部２０を形成するため、プレスの治具（パンチ）２０ａの面にその断面Ｖ字に合わせた形状のものを設けてＶ字突出しプレスとする。
【００３６】
図５に示す突起部２１は、円柱形（円形で断面長方形（あるいは正方形））である。したがって、突起部２１の先端は隣接する磁性鋼板１１ａの面に面接触することになる。
なお、突起部２０は、隣接する磁性鋼板１１ａで異なる位置に形成する。
【００３７】
この場合、磁性鋼板部１１の各磁性鋼板１１ａをプレスで得る際、磁性鋼板１１ａにその円柱形の突起部２１を形成するため。プレスの治具（パンチ）２１ａの面をその円柱形に合わせた形状のものを設け、円形半抜きプレスとする。
【００３８】
図６に示す突起部２２は、ほぼ円錐形である。したがって、突起部２２の先端は隣接する磁性鋼板１１ａの面に点接触することになる。なお、突起部２０は、隣接する磁性鋼板１１ａで異なる位置に形成する。
【００３９】
この場合、磁性鋼板部１１の各磁性鋼板１１ａをプレスで得る際、磁性鋼板１１ａにその円錐形の突起部２２を形成するため、プレスの加工治具（パンチ）２２ａの面にその円錐形に合わせた形状のものを設け、円錐形突出しプレスとする。
【００４０】
このように、突起部２０，２１，２２の形成にあっては、プレスの加工治具（パンチ）２０ａ，２１ａ，２２ａを異ならせるだけよく、製造上のコストアップにならずに済む。
【００４１】
また、前述した磁性鋼板部１１の磁性鋼板１１ａとしては、方向性磁性鋼板あるいは無方向性電磁鋼板もしくは冷間圧延鋼板等を用いるとよく、この磁性鋼板部１１を埋め込むためのロータのスケルトンの機構部１０ａとしては無方向性電磁鋼板あるいは冷間圧延鋼板等を用いるとよい。これにより、リラクタンストルクの大きさやコストを踏まえ、それぞれの用途に適した材料を選択することができ、つまり適応的なモータを実現することができる。
【００４２】
さらに、前述した回転子１０を電動機に組み込み、例えば空気調和機の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。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に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において、前記回転子は、前記固定子からの磁路となる部分にその磁路に沿って断面円弧状に形成された孔が極数分だけ円周方向に等間隔で配置されている機構部と、各々が断面円弧状に形成されていて前記回転子の半径方向に積層される複数枚の磁性鋼板を含み前記各孔内に埋設される磁性鋼板部とを備え、前記磁性鋼板には積層時に隣接する磁性鋼板間に空気層を設けるための突起部がプレス加工にて一体に形成されており、前記磁性鋼板部は前記隣接する磁性鋼板間に空気層が設けられた状態で前記各孔内に埋設されているという構成を採用したことにより、磁性鋼板部の外形寸法にバラツキによるモータの性能にバラツキが生じることがないため、モータ性能の向上を図ることができる。さらに、磁性鋼板部の隣接する磁性鋼板の間には空気層が存在することから、突極比が大きくなり、リラクタンストルクをより大きなものとしてモータ効率の向上を図ることができるという効果がある。
【００４４】
また、突起部という簡単な構造で突極比を大きくすることができ、しかもその突起部は磁性鋼板部の磁性鋼板をプレスして得る際に同時に形成することができることから、製造コストのアップにならずに済むという効果がある。
【００４５】
請求項２に記載の発明によると、請求項１における突起部の高さは、前記磁性鋼板の１／５以上としたので、請求項１の効果に加え、ｄ軸とｑ軸リラクタンスＸｄ，Ｘｑの比が大きくなり（最も突極比を大きくすることができ）、モータの効率を最も大きくすることができる。
【００４６】
請求項３に記載の発明によると、請求項１または２における突起部の形状は、隣接する磁性鋼板と線接触、面接触もしくは点接触のいずれかになるようにし、かつ前記突起部の形成は突出しあるいは半抜きによるので、請求項１また２はの効果に加え、隣接する磁性鋼板の間に十分な空気層を存在させることができることから突極比を確実に大きくすることができる。
【００４７】
請求項４に記載の発明によると、請求項１，２または３における磁性鋼板部は、断面円弧状の磁性鋼板を複数枚重ねて断面扇状として同断面円弧状の頂点をシャフト用の中心孔に向け、かつ当該極数分だけ円周方向に等間隔の位置とし、前記回転子の外周は、前記断面扇状の内側に対応する部分を凹部に、前記断面扇状の端部側に対応する部分を凸部にしてなるので、請求項１，２または３の効果に加え、磁性鋼板部が固定子からの磁路に沿った形状となり、その凹部がアウターフラックスバリアとなることから、ｄ軸とｑ軸リラクタンスＸｄ，Ｘｑの比を大きなものとして突極比を大きくすることができるという効果がある。
【００４８】
請求項５に記載の発明によると、請求項４において、前記磁性鋼板部と前記シャフト用の中心孔との間の領域でｄ軸部にはインナーフラックスバリアを形成し、前記回転子の外周の凹部（ｑ軸近傍）をフラックスバリアとしてなるので、請求項６の効果に加え、ｄ軸とｑ軸リラクタンスＸｄ，Ｘｑの比がより大きく、つまり突極比をより大きくすることができるという効果がある。
【００４９】
請求項６に記載の発明によると、請求項１ないし５のいずれかにおいて、前記磁性鋼板部を構成する鋼板あるいは磁性鋼板は、方向性電磁鋼板あるいは無方向性電磁鋼板もしくは冷間圧延鋼板であり、前記機構部は無方向性電磁鋼板あるいは冷間圧延鋼板であるので、請求項１ないし５の効果に加え、例えば、磁性鋼板部に方向性電磁鋼板を選択すればモータ性能のよいものを得ることができ、また、機構部に冷間圧延鋼板を選択すればモータのコストダウンが図れ、つまり用途やコストを勘案して回転子を構成する機構部と磁性鋼板部の材質を適応的選択することができ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を示すリラクタンスモータの概略的平面図。
【図２】図１に示すリラクタンスモータの回転子のスケルトン（機構部）を説明するための概略的平面図。
【図３】図１に示すリラクタンスモータの回転子に埋め込む磁性鋼板部を説明するための概略的平面図。
【図４】図１に示す回転子の突起部の実施の形態を説明するための概略的側断面図。
【図５】図１に示す回転子の突起部の他の実施の形態を説明するための概略的側断面図。
【図６】図１に示す回転子の突起部の他の実施の形態を説明するための概略的側断面図。
【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７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  回転子
１０ａ  機構部（スケルトン）
１０ｂ  孔（磁性鋼板部１１の埋め込み用）
１１  磁性鋼板部（断面扇状）
１１ａ  磁性鋼板
１２  突起部
１３  インナーフラックスバリア
１４  アウターブラックスバリア
１５  かしめ部
ａ  空気層
【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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