(57)【要約】【課題】風切り音を低減することと、ロータの磁性部とステータの突極部との間のギャップを低減することとを両立できるリラクタンスモータを提供する。【解決手段】リラクタンスモータ１は、コイル３２が巻かれた複数の突極部３１を有するステータ３と、ステータの内方にステータと同軸上に配置された断面形状が円形のロータ４と、を備え、ロータの外周面側には、非磁性部４５と突極形状の磁性部４４が周方向に交互に存在し、非磁性部は、ロータの一部が化学処理によって非磁性化された部分である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コイルが巻かれた複数の突極部を有するステータと、
前記ステータの内方に前記ステータと同軸上に配置された断面形状が円形のロータと、
を備え、
前記ロータの外周面側には、非磁性部と突極形状の磁性部が周方向に交互に存在し、
前記非磁性部は、前記ロータの一部が化学処理によって非磁性化された部分である
ことを特徴とするリラクタンスモータ。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、リラクタンスモータがある。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】
ここで、特許文献１のスイッチトリラクタンスモータでは、非磁性補強部が、ロータ側磁極部に取り付けられる。別部材である非磁性部が後付けされる場合、遠心力による分離を防ぐ補強部材が必要となる。例えば、外周側から補強する筒状補強部によって遠心力による分離を防ぐ場合、筒状補強部の厚みの分だけ、ステータの突極部とロータの磁性部の間のギャップが大きくなってしまう。また、非磁性補強部が分離して変形したとしてもステータに干渉しないようにしようとすると、ステータの突極部とロータの磁性部の間のギャップが大きくなってしまう。リラクタンスモータにおいてギャップが大きくなると、モータの最大トルクや効率が低下してしまうという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、風切り音を低減することと、ロータの磁性部とステータの突極部との間のギャップを低減することとを両立できるリラクタンスモータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のリラクタンスモータは、コイルが巻かれた複数の突極部を有するステータと、前記ステータの内方に前記ステータと同軸上に配置された断面形状が円形のロータと、を備え、前記ロータの外周面側には、非磁性部と突極形状の磁性部が周方向に交互に存在し、前記非磁性部は、前記ロータの一部が化学処理によって非磁性化された部分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係るリラクタンスモータは、断面形状が円形のロータを備え、ロータの外周面側には、非磁性部と突極形状の磁性部が周方向に交互に存在している。非磁性部は、ロータの一部が化学処理によって非磁性化された部分である。本発明に係るリラクタンスモータによれば、ロータの断面形状が円形であることから風切り音が低減される。また、磁性部と非磁性部が一体であることから、非磁性部の脱落を防ぐための補強部材が不要であり、ステータの突極部とロータの磁性部とのギャップを低減することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１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】図２は、第１実施形態に係るロータを示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る処理前ロータコアを示す斜視図である。
【図４】図４は、第１実施形態の化学処理について説明する平面図である。
【図５】図５は、磁性部および非磁性部の形状の一例を示す断面図である。
【図６】図６は、第２実施形態に係る処理前ロータコアを示す断面図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係るロータを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態に係るリラクタンスモータにつき図面を参照しつつ詳細に説明する。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。
【００１１】
［第１実施形態］
図１から図５を参照して、第１実施形態について説明する。本実施形態は、リラクタンスモータに関する。図１は、本発明の第１実施形態に係るリラクタンスモータを示す断面図、図２は、第１実施形態に係るロータを示す断面図、図３は、第１実施形態に係る処理前ロータコアを示す斜視図、図４は、第１実施形態の化学処理について説明する平面図、図５は、磁性部および非磁性部の形状の一例を示す断面図である。
【００１２】
図２に示す本実施形態の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が巻かれた複数の突極部３１を有する。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。本実施形態の突極部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、本明細書では、特に記載しない場合、「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。
【００１３】
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。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。
【００１４】
ロータ４は、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の形状は、円柱形状である。ロータ４の断面形状は、円形である。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、中空の円筒形状である。ロータコア４２は、例えば、複数の円環形状の電磁鋼板が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が挿入されている。ロータシャフト４１とロータコア４２は相対回転不能に固定されている。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。
【００１５】
図２に示すように、ロータコア４２は、内側磁性部４３と、突極状の複数の磁性部４４と、複数の非磁性部４５を含んで構成されている。内側磁性部４３の形状は、円筒形状である。内側磁性部４３と磁性部４４は連続した領域である。ロータコア４２の外周面４２ａ側には、非磁性部４５と突極形状の磁性部４４が周方向に交互に存在している。内側磁性部４３は、ロータコア４２における径方向内側の部分である。磁性部４４は、内側磁性部４３から径方向の外側に向けて突出した部分である。磁性部４４は、周方向に所定の間隔を空けて並んでおり、例えば、等間隔で並んでいる。
【００１６】
非磁性部４５は、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、内側磁性部４３、磁性部４４および非磁性部４５は、それぞれ一体不可分に形成されたロータコア４２の一部分である。内側磁性部４３および磁性部４４は、磁性を示す部分であり、本実施形態では強磁性を示す部分である。非磁性部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、磁性に関する特性が変化させられた部分である。非磁性部４５は、強磁性以外の磁性を示し、例えば、常磁性を示す。
【００１７】
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のある突極部３１のコイル３２に電流が流されると、当該突極部３１とロータコア４２の磁性部４４との間に発生する磁束により、当該突極部３１と磁性部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。
【００１８】
非磁性部４５は、例えば、以下に図３および図４を参照して説明する処理方法によって変性された部分である。図３に示す処理前ロータコア４２１は、化学処理がなされる前のロータコア４２である。処理対象部位４６は、化学処理による処理対象の部位である。処理前ロータコア４２１では、処理対象部位４６も含む全体が強磁性を有している。処理対象部位４６は、処理前ロータコア４２１における外周面４２１ａの一部および端面４２１ｂの一部を含む領域である。本実施形態の処理対象部位４６の形状は、柱形状である。処理対象部位４６の断面形状は、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。処理対象部位４６は、周方向に所定の間隔で複数設定されている。処理対象部位４６は、周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
【００１９】
化学処理の実行前に、処理前ロータコア４２１の表面には、ガード用の被覆５０が設けられる。被覆５０は、処理前ロータコア４２１における処理対象部位４６以外の部分を覆う。被覆５０は、例えば、耐酸性の被膜である。被覆５０は、塗布等によって処理前ロータコア４２１の表面に密着して設けられる。
【００２０】
本実施形態の処理前ロータコア４２１に対する化学処理は、塩酸溶液や硝酸溶液などの酸性液体による酸処理である。図４に示すように、被覆５０によって一部がコーティングされた処理前ロータコア４２１が、酸性液体５１に浸される。これにより、外部に露出した処理対象部位４６が酸化され、例えば以下式（１）に示す化学反応によって不導体となる。酸性液体５１は、処理対象部位４６の表面から内部へ浸透して、処理対象部位４６の内部も酸化する。処理対象部位４６は、酸処理がなされることにより、強磁性を示さない非磁性部４５となる。
４Ｆｅ＋３Ｏ２→２Ｆｅ２Ｏ３…（１）
【００２１】
なお、鉄の不導体生成には、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、下記式（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、条件によっては下記式（３）のように不導体を生成することもある。
２Ｆｅ＋Ｏ２→２ＦｅＯ…（３）
【００２２】
処理前ロータコア４２１において、被覆５０によって覆われた部分は、酸性液体５１との接触が抑制される。従って、被覆５０によって覆われた部分およびその内部は、処理前ロータコア４２１が酸性液体５１に浸された後も強磁性を有する。これにより、図２に示すように、ロータコア４２の外周面４２ａ側には、突極状の磁性部４４と非磁性部４５が周方向に交互に存在することになる。
【００２３】
非磁性部４５の形状は、処理前ロータコア４２１を酸性液体５１に浸す時間の調整によって精度良くコントロールすることが可能である。例えば、酸性液体５１に浸す時間を長くすると、処理対象部位４６のより深い部分まで酸化し、非磁性化することができる。なお、図５に示すように、磁性部４４や非磁性部４５の角部では、形状が多少なまされる可能性がある。例えば、磁性部４４の角部４４ａが多少丸みを帯びたり、非磁性部４５の角部４５ａが多少丸みを帯びたりすることがある。
【００２４】
本実施形態に係るリラクタンスモータ１は、ロータ４の形状が円柱形状であることから、ロータ４が回転するときの風切り音が低減される。従来のリラクタンスモータでは、ロータの外周側に凹凸が存在するため、回転により生じる圧力変化による音が問題となる。これに対して、本実施形態のリラクタンスモータ１では、ロータ４の形状が円柱形状であるため、回転による圧力変化が生じにくいという利点や、回転抵抗が小さいため、風損が低減するという利点がある。また、ロータ４のロータコア４２の外周面４２ａ側には、磁性部４４と非磁性部４５が周方向に交互に存在している。磁性部４４は、ステータ３に向けて突出しており、かつ強磁性を有していることから、ステータ３の突極部３１に対応する突極部として機能する。すなわち、ステータ３の突極部３１に巻かれたコイル３２に電流が流されると、突極部３１と磁性部４４との間に吸引力が作用する。これに対して、突極部３１と非磁性部４５との間には吸引力が作用しない。従って、磁性部４４の回転位置に応じて各コイル３２の通電を適宜切替えることによってロータ４を回転させる周方向の回転力を発生させることが可能である。
【００２５】
また、本実施形態に係るリラクタンスモータ１では、磁性部４４と非磁性部４５が一体である。非磁性部４５は、強磁性体であるロータコア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。非磁性部４５は、１つの円筒状部材であるロータコア４２の一部を事後的に変化させた箇所であり、化学処理後もロータコア４２が単体の円筒であることには変わりがない。従って、回転により大きな遠心力が作用したとしても、非磁性部４５が磁性部４４から分離する可能性は充分に低いと考えられる。このため、非磁性部４５が分離してしまうことを抑制するために外周側からロータ４を補強する補強部材が不要となる。また、非磁性部４５がロータコア４２から分離してしまった場合の変形に備えてロータコア４２と突極部３１とのギャップを大きくしておく必要がない。よって、ステータ３の突極部３１とロータ４の磁性部４４との径方向のギャップ（磁気的ギャップ）を小さくすることが可能となる。
【００２６】
よって、本実施形態に係るリラクタンスモータ１は、風切り音を低減することと、ロータ４の磁性部４４とステータ３の突極部３１との間のギャップを低減することとを両立可能である。
【００２７】
また、従来のように磁性部に別部材の非磁性部を組み合わせて形成されるロータコアでは、補強部材によってロータコアの外周面を覆い、非磁性部の脱落を防ぐ必要がある。この場合、磁性部が補強部材によって覆い隠されているため、リラクタンスモータの出力トルクの低下を招く。これに対して、本実施形態に係るリラクタンスモータ１では、磁性部４４と非磁性部４５が一体不可分である。このため、外周側からの補強が不要であり、磁性部４４がロータコア４２の外周面４２ａに露出している。よって、リラクタンスモータ１の最大トルクや効率が向上するという利点がある。
【００２８】
［第２実施形態］
図６および図７を参照して、第２実施形態について説明する。第２実施形態については、上記第１実施形態で説明したものと同様の機能を有する構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図６は、第２実施形態に係る処理前ロータコアを示す断面図、図７は、第２実施形態に係るロータを示す断面図である。本実施形態のロータコア４９（図７参照）において、上記第１実施形態のロータコア４２と異なる点は、例えば、孔部４８を有する点である。
【００２９】
図６に示すように、化学処理がなされる前の処理前ロータコア４９１には、孔部４８が設けられている。孔部４８は、処理前ロータコア４９１の軸方向に延在している。孔部４８は、例えば、処理前ロータコア４９１を軸方向に貫通している。つまり、孔部４８は、処理前ロータコア４９１の軸方向の両端面にそれぞれ開口部を有している。孔部４８は、処理対象部位４７の内部を軸方向に貫通している。処理対象部位４７は、化学処理による処理対象の部位である。処理対象部位４７は、化学処理がなされる前は強磁性を有している。処理対象部位４７の形状は、上記第１実施形態の処理対象部位４６の形状と同様に、柱形状である。処理対象部位４７の断面形状は、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。処理対象部位４７は、周方向に所定の間隔で複数設定されている。処理対象部位４７は、周方向に等間隔で配置されていることが好ましい。
【００３０】
本実施形態では、処理前ロータコア４９１の孔部４８に酸性液体５１を通すことにより、処理対象部位４７が酸化される。孔部４８に注入された酸性液体５１は、孔部４８の周囲に浸透し、処理対象部位４７を酸化して磁性を変化させる。酸化された処理対象部位４７は、強磁性を有していない非磁性部４５となる。磁性部４４は、隣接する孔部４８の間に存在する領域のうち、酸性液体５１が浸透しなかった部分である。
【００３１】
図７に示すように、酸性液体５１による化学処理がなされた後のロータコア４９の外周面４９ａ側には、突極状の磁性部４４と非磁性部４５が周方向に交互に存在する。非磁性部４５の形状は、処理前ロータコア４９１の孔部４８に酸性液体５１を流す（充填しておく）時間の調整によって精度良くコントロールすることが可能である。例えば、酸性液体５１を流しておく時間を長くすると、孔部４８からより離れた位置まで酸化し、非磁性化することができる。
【００３２】
本実施形態に係るリラクタンスモータ１は、ロータ４の形状が円柱形状であることから、ロータ４が回転するときの風切り音が低減される。また、ロータ４のロータコア４９の外周面４９ａ側には、磁性部４４と非磁性部４５が周方向に交互に存在している。磁性部４４は、ステータ３に向けて突出しており、かつ強磁性を有していることから、ステータ３の突極部３１に対応する突極部として機能する。すなわち、ステータ３の突極部３１に巻かれたコイル３２に電流が流されると、突極部３１と磁性部４４との間に吸引力が作用する。これに対して、突極部３１と非磁性部４５との間には吸引力が作用しない。従って、磁性部４４の回転位置に応じて各コイル３２の通電を適宜切替えることによってロータ４を回転させる周方向の回転力を発生させることが可能である。
【００３３】
また、本実施形態に係るリラクタンスモータ１では、磁性部４４と非磁性部４５が一体である。非磁性部４５は、強磁性体であるロータコア４９の一部が化学処理によって非磁性化された部分である。非磁性部４５は、１つの円筒状部材であるロータコア４９の一部を事後的に変化させた箇所であり、化学処理後もロータコア４９が単体の円筒であることには変わりがない。従って、回転により大きな遠心力が作用したとしても、非磁性部４５が磁性部４４から分離する可能性はきわめて低いと考えられる。このため、非磁性部４５が分離してしまうことを抑制するために外周側からロータ４を補強する補強部材が不要となる。また、非磁性部４５がロータコア４９から分離してしまった場合の変形に備えてロータコア４９と突極部３１とのギャップを大きくしておく必要がない。よって、ステータ３の突極部３１とロータ４の磁性部４４との径方向のギャップを小さくすることが可能となる。
【００３４】
よって、本実施形態に係るリラクタンスモータ１は、風切り音を低減することと、ロータ４の磁性部４４とステータ３の突極部３１との間のギャップを低減することとを両立可能である。
【００３５】
また、従来のように磁性部に別部材の非磁性部を組み合わせて形成されるロータコアでは、補強部材によってロータコアの外周面を覆い、非磁性部の脱落を防ぐ必要がある。この場合、磁性部が補強部材によって覆い隠されているため、リラクタンスモータの出力トルクの低下を招く。これに対して、本実施形態に係るリラクタンスモータ１では、磁性部４４と非磁性部４５が一体不可分である。このため、外周側からの補強が不要であり、磁性部４４がロータコア４９の外周面４９ａに露出している。よって、リラクタンスモータ１の最大トルクや効率が向上するという利点がある。
【００３６】
また、本実施形態に係るリラクタンスモータ１では、孔部４８に酸性液体５１を注入することで処理対象部位４７を非磁性化することができる。従って、上記第１実施形態のロータコア４２とは異なり、化学処理する場合に被覆５０によるガード処理が不要である。また、非磁性部４５に孔部４８が設けられていることにより、ロータ４の軽量化が可能である。
【００３７】
［各実施形態の変形例］
磁性部４４および非磁性部４５の形状は、例示した形状には限定されない。被覆５０の形状、孔部４８の位置や形状を調節することにより、様々な形状の磁性部４４および非磁性部４５を設けることが可能である。
【００３８】
上記の各実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１  リラクタンスモータ
３  ステータ
４  ロータ
３１  突極部
３２  コイル
４１  ロータシャフト
４２  ロータコア
４２ａ  外周面
４２１  処理前ロータコア
４２１ａ  外周面
４４  磁性部
４５  非磁性部
４６，４７  処理対象部位
４８  孔部
【図１】
2016039678.tif 000003
【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】
2016039678.tif 000008
【図７】
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