(57)【要約】回転子（５０）の回転子コア（２０）は、設定された離間幅（Ｄ）分、径方向に離間して配置される複数の外側コア（２１）を備え、回転子コア（２０）の外周面に向かって離間幅（Ｄ）を有して延びるスリット（１０）が形成され、軸方向の長さが回転子コア（２０）の軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体（３０）が、スリット（１０）内に配設され、外側コア（２１）あるいは結合体（３０）の一方に、離間幅（Ｄ）方向に突出するアンカー部（３１）が形成され、他方にこのアンカー部（３１）に係合する切欠部（２５）が形成され、切欠部（２５）は、遠心力の方向から設定角度θ分傾斜する方向に延びる第１面（２５Ｓ）が形成され、アンカー部（３１）は、第１面（２５Ｓ）に当接する第２面（３１Ｓ）が形成される。
2021024517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に間隔を隔てて複数の突極を有する回転子コアを備えた回転電機の回転子であって、
前記回転子コアは、設定された離間幅分、径方向に離間して配置される複数のコア形成体を備え、複数の前記コア形成体により、該回転子コアの外周面に向かって前記離間幅を有して延びる離間領域が形成され、
軸方向の長さが前記回転子コアの軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体が、前記離間領域内に配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記離間幅方向に突出する突出部が形成され、他方に前記突出部に係合する溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、各前記コア形成体が径方向に固定保持され、
前記溝部は、該溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、前記突出部は、前記第１面に当接する第２面が形成される、
回転電機の回転子。
【請求項２】
前記結合体は、前記回転子コアの軸方向両端面において、該結合体の相互間を互いに接続しない構成に形成される、
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
径方向に複数の前記離間領域が形成された構成において、
前記結合体は、前記回転子コアの径方向に沿って配設される、
請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
前記突出部は、前記コア形成体に形成され、前記溝部は、前記結合体に形成される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
一つの前記離間領域において複数の前記結合体が配設される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
径方向に隣合う前記コア形成体にそれぞれ形成された前記突出部が、前記離間領域において互いに対向するように配置される、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
各前記結合体は、
前記結合体が設けられた前記コア形成体の内、最も径方向外側に位置する前記コア形成体に設けられた前記結合体における径方向内側端面の、前記回転子コアの外周面から径方向内側への距離以内に位置するようにそれぞれ配置される、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
前記結合体は、前記離間領域を全て埋める形状に構成される、
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項９】
前記回転子コアは、
前記コア形成体よりも径方向内側に前記離間幅分離間して配置され、前記突極が付与されるコア主部を備え、
前記コア主部と前記コア形成体との間の前記離間領域内に前記結合体が配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記突出部が形成され、他方に前記溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、前記コア形成体と前記コア主部とが固定保持される、
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項１０】
前記コア形成体は、方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、
前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、該コア形成体を構成する前記電磁鋼板の圧延方向に沿うように構成される、
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項１１】
前記コア主部は、無方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される、
請求項９に記載の回転電機の回転子。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機の回転子を用いて構成される回転電機。
【請求項１３】
請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
各前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、電磁鋼板の圧延方向に沿うように、前記電磁鋼板から各前記コア形成体を打ち抜く、
回転電機の回転子の製造方法。
【請求項１４】
前記電磁鋼板における前記コア形成体間の打ち抜き幅は、前記回転子の前記離間幅よりも小さく構成される、
請求項１３に記載の回転電機の回転子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３または請求項１４に記載の回転電機の回転子の製造方法を用いて製造された回転子と同軸上に固定子を配置する、
回転電機の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、回転電機の回転子、回転電機、回転電機の回転子の製造方法、および回転電機の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮機、電気自動車などに搭載される回転電機として、低コスト化、省資源化等を目的として、リラクタンストルクを利用して永久磁石を不要とした回転子を用いるリラクタンスモータが用いられている。
このリラクタンスモータは、回転子鉄心において、リラクタンス（磁気抵抗）が小さく磁束の通りやすい部分と、リラクタンスが大きく磁束の通り難い部分とを、極数と同数交互に形成する。そして、回転子鉄心におけるこれらの各部分と、固定子との間の空隙磁束密度の差を利用してリラクタンストルクを発生させる。【０００３】
このように、リラクタンスモータは、永久磁石を使用せずにリラクタンストルクのみを利用して回転子を回転させるため、永久磁石型のモータに比べて出力トルクが小さいという問題があり、出力トルクを大きくすることが要求される。
しかしながらリラクタンスモータの回転子鉄心は、一般的に回転子鉄心の周縁部に設けられたブリッジ部において磁束の短絡が生じるという欠点がある。そこで、磁束短絡を抑制するための構造として、ブリッジ部分を小さくした以下のような構成のリラクタンスモータが開示されている。【０００４】
即ち、従来のリラクタンスモータの回転子鉄心は、第１の打ち抜き板と、第２の打ち抜き板とから構成される。第１の打ち抜き板は、複数の孔からなるフラックスバリアが、円周方向に沿って等間隔に４つ設けられている。各孔の両端部は、第１の打ち抜き板の外周に接近しており、当該両端部の外側には幅の狭いブリッジ部（橋絡部）がそれぞれ形成される。第２の打ち抜き板は、第１の打ち抜き板と略同様の形状をなしており、第１の打ち抜き板の孔と略同様に形成された複数の離間空隙部からなるフラックスバリアが、円周方向に沿って等間隔に４つ設けられている。これら離間空隙部は、それぞれの両端部が第２の打ち抜き板の外周まで延びている。すなわち、離間空隙部は、第１の打ち抜き板の孔のそれぞれの両端部を、そのまま延長してブリッジ部をなくして第２の打ち抜き板の径方向外周に開放させた形態になっている。そして、回転子鉄心の軸方向における両端には第１の打ち抜き板が配置され、それらの中間には、第１打ち抜き板が配置される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２６７２号公報（段落［０００９］〜［００２６］、図１〜図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１のような従来のリラクタンスモータでは、ブリッジ部をなくした構造の第２打ち抜き板を、ブリッジ部を有する第１打ち抜き板の間に挟み込むこむことで、回転子鉄心のブリッジ部分を小さくし、回転子鉄心の磁束効率を高めている。しかしながら、第１打ち抜き板は、磁気抵抗の低いブリッジ部分を有する以上、磁束の漏洩を十分には低減できないという課題がある。【０００７】
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、磁束の漏洩を低減可能な、回転電機の回転子、回転電機、回転電機の回転子の製造方法、および回転電機の製造方法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】
【０００８】
本願に開示される回転電機の回転子は、
周方向に間隔を隔てて複数の突極を有する回転子コアを備えた回転電機の回転子であって、
前記回転子コアは、設定された離間幅分、径方向に離間して配置される複数のコア形成体を備え、複数の前記コア形成体により、該回転子コアの外周面に向かって前記離間幅を有して延びる離間領域が形成され、
軸方向の長さが前記回転子コアの軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体が、前記離間領域内に配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記離間幅方向に突出する突出部が形成され、他方に前記突出部に係合する溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、各前記コア形成体が径方向に固定保持され、
前記溝部は、該溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、前記突出部は、前記第１面に当接する第２面が形成される、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機は、
上記のように構成された回転電機の回転子を用いて構成される、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機の回転子の製造方法は、
各前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、端部同士を結ぶ直線の方向が、電磁鋼板の圧延方向に沿うように、前記電磁鋼板から各前記コア形成体を打ち抜く、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、
上記回転電機の回転子の製造方法を用いて製造された回転子と同軸上に固定子を配置するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本願に開示される回転電機の回転子、回転電機、回転電機の回転子の製造方法、および回転電機の製造方法によれば、磁束の漏洩を低減可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による回転子を、軸方向から見た時の全体形状を示す平面図である。
【図２】実施の形態１による回転子の一極部分を拡大した要部拡大図である。
【図３】実施の形態１による回転子の断面図である。
【図４】実施の形態１によるリラクタンスモータの概略構成を示す断面図である。
【図５】比較例の回転子を軸方向から見た時の全体形状を示す平面図である。
【図６】実施の形態１による回転子の一極部分を拡大した要部拡大図である。
【図７】実施の形態１による回転子の一極部分を拡大した要部拡大図である。
【図８】実施の形態２による回転子の一極部分を拡大した要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるリラクタンスモータ１００に用いられる回転子５０を、軸方向から見た時の全体形状を示す平面図である。
図２は、図１に示す回転子５０の一極部分を拡大した要部拡大図である。
図３は、図１のＡ−Ａ線矢視による回転子５０の断面図である。
図４は、実施の形態１による回転子５０を用いたリラクタンスモータ１００の概略構成を示す断面図である。
なお、図において、環状の回転子５０における各方向を、周方向Ｓ、径方向Ｘ、径方向内側Ｘ１、径方向外側Ｘ２、回転子５０の回転軸の軸心方向を軸方向Ｙとし、他の図も当該方向を基準としてそれぞれを示す。
【００１２】
先ず、本実施の形態のリラクタンスモータ１００の概略構成を図４を用いて説明する。
図４に示すように、回転電機としてのリラクタンスモータ１００は、回転子５０と、固定子８０と、シャフト８１と、フレーム８２とを備える。
固定子８０は、フレーム８２の内側に固着される。回転子５０は、リラクタンスモータ１００の軸心位置に貫通されたシャフト８１に固着されて、固定子８０の径方向内側Ｘ１においてこのシャフト８１を軸心として回転可能に配設される。
【００１３】
次に、上記リラクタンスモータ１００に用いられる回転子５０の構成について説明する。
図１、図２に示すように、本実施の形態の回転子５０は、磁性体材料により構成される円環状の回転子コア２０と、この回転子コア２０に取り付けられる非磁性体材料により構成される結合体３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）と、を備える。
【００１４】
回転子コア２０は、コア形成体としての複数の外側コア２１（２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）と、コア主部としての内側コア２２とを備える。
外側コア２１ａ、２１ｂ、２１ｃは、回転子５０の外周円とは逆向きの円弧状の外周をなして形成され、その各円弧の外周の頂点が回転子５０の半径上にそれぞれ位置する同心円状に、径方向Ｘに設定された離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３分、互いに離間して配置される。
内側コア２２は、これら外側コア２１ａ、２１ｂ、２１ｃよりも径方向内側Ｘ１において、外側コア２１ａから設定された離間幅Ｄ１分、径方向Ｘに離間して配置される。
【００１５】
こうして、内側コア２２と外側コア２１ａの相互間、外側コア２１ａと外側コア２１ｂの相互間、外側コア２１ｂと外側コア２１ｃの相互間には、離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３を有して回転子コア２０の外周面に向かって伸びる、離間領域としてのスリット１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）がそれぞれ確保される。このようにして確保されたこれらスリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの形状は、回転子コア２０の外周円とは逆向きの円弧状であり、その各円弧の頂点が回転子コア２０の半径上にそれぞれ位置する同心円状である。このように、スリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃの円弧の頂点は、回転子５０の極中心となる。
スリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内の極中心付近には、外側コア２１ａ、２１ｂ、２１ｃを固定保持するため、軸方向Ｙに延びる結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃがそれぞれ配設される。
なお、本実施の形態では、離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３はそれぞれ同じ幅のものを示したが、それぞれ幅が異なるものでもよい。また、離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、例えば、その幅が回転子コア２０の外周面に向かって延びるにつれて変化してもよい。
【００１６】
また内側コア２２は、その中央部にシャフト孔２３が形成されている。このシャフト孔２３には、図４に示したシャフト８１が挿入されて固着される。
【００１７】
回転子コア２０は、上記スリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃからなるスリット群１１を備える。回転子コア２０は、このスリット群１１を磁極１極分として、４極分が回転子コア２０の周方向Ｓに沿って等間隔に配列される。このスリット群１１がフラックスバリア（磁束障壁）として機能することで、磁束の通り易いリラクタンス（磁気抵抗）の小さい部分と、磁束の通り難いリラクタンスの大きい部分とが形成され、回転子コア２０の内側コア２２に磁気的な突極性が付与される。そしてこの回転子コア２０が有する、周方向に間隔を隔てた各突極と固定子８０との間の空隙磁束密度と、フラックスバリアの形成された部分と固定子８０との間の空隙磁束密度と、の差を利用してリラクタンストルクを発生させる。
【００１８】
また、図３に示すように回転子コア２０は、薄板状の電磁鋼板１を抜きカシメにより複数枚軸方向Ｙに積層して構成される。
なお、回転子コア２０は、このように電磁鋼板１を積層して構成するものに限定するものではなく、積層構成でない塊状のバルク品でもよいが、電磁鋼板１を積層する構成とすると渦電流を小さくできるメリットがある。
【００１９】
以下、結合体３０による各外側コア２１を固定保持する構成について説明する。
図２に示すように、各外側コア２１および内側コア２２には、スリット１０に相対する面から径方向Ｘ（離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３方向）に窪み、軸方向Ｙに延在する溝部としての切欠部２５が形成される。
各切欠部２５の周方向Ｓの両端には、回転子５０の回転による遠心力の方向Ｆ１から設定角度分θ分傾斜する方向に延びる第１面２５Ｓが形成される。
【００２０】
また、結合体３０には、この切欠部２５に係合するように突出する、突起部としてのアンカー部３１が形成される。
この結合体３０のアンカー部３１の周方向Ｓの両端には、切欠部２５の第１面２５Ｓに当接するように形成された第２面３１Ｓが形成される。
この結合体３０のアンカー部３１と切欠部２５とが係合することで、各外側コア２１が径方向Ｘに機械的に固定保持される。こうして、回転子５０の回転時の遠心力による各外側コア２１の径方向外側Ｘ２への飛散と、周方向Ｓへの横ずれの防止が可能となる。
【００２１】
またこのような非磁性材料の結合体３０による内側コア２２と外側コア２１との接続は、外側コア２１に遠心力による耐力を付与すると同時に、各外側コア２１と内側コア２２とを磁気的に断絶する役割を果たす。
【００２２】
また、本実施の形態では、各結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、回転子コア２０の径方向上、即ち、結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃに働く遠心力の方向Ｆ１上に沿って、並んで配設される。これにより各外側コア２１において遠心力に対する更なる耐力を確保できる。
【００２３】
また、図３に示すように、結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの軸方向Ｙの長さは、回転子コア２０の軸方向Ｙの長さと略同一に形成されており、結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの軸方向Ｙの端部は、回転子コア２０の軸方向Ｙの端面から外側へは突出しない。これにより、回転子５０およびリラクタンスモータ１００の小型化が可能になる。
なお、結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃの軸方向Ｙの長さは、回転子コア２０の軸方向Ｙの長さと略同一に限定するものではなく、回転子コア２０の軸方向Ｙの長さ以下であればよい。
【００２４】
ここで、本実施の形態の回転子５０における磁気的な突極性について、比較例を用いて説明する。
図５は、比較例の回転子を軸方向から見た時の全体形状を示す平面図である。
この比較例の回転子コアでは、各スリット９０ａ、９０ｂ、９０ｃの両端部が、回転子鉄心の外周面に近接しており、当該両端部の、回転子鉄心の外周面側には、幅の狭いブリッジ部９１が夫々形成されている。このブリッジ部９１の径方向Ｘの幅が広いほど遠心力に対する強度は高く、回転子の回転による遠心力が作用しても、ブリッジ部９１が破壊されずに回転子の強度を維持できる。しかしながら、一般的にはブリッジ部９１は、回転子コアと同じ磁気抵抗の低い磁性体材料で構成されるため、このブリッジ部９１を介した磁路が形成されて、この磁路を通過する漏れ磁束Ｍ１が発生する。
【００２５】
前述のように、リラクタンスモータは、回転子コアが備えるリラクタンス（磁気抵抗）が小さく、磁束の通り易い方向Ｇ１とリラクタンスが大きく磁束の通り難い方向Ｇ２とを極数と同数交互に形成し、回転子コアにおけるこれら各部分と図示しない固定子との間の空隙磁束密度の差を利用してリラクタンストルクを発生させるものである。そのため回転子コア内で短絡する漏れ磁束Ｍ１の存在はリラクタンストルクを減少させ、高効率な回転電機を目指す上で好ましくない。
本実施の形態の回転子５０は、回転子コア２０を構成する外側コア２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、内側コア２２はそれぞれ独立しており、その径方向外側Ｘ２の外周部にはブリッジ部は存在しない。そのため、漏れ磁束を低減することができ、リラクタンスモータの高トルク化が可能となる。
【００２６】
また、回転子５０は、上記のように、内側コア２２と外側コア２１とがそれぞれ独立して分離した構造であるため、電磁鋼板をプレス金型で打ち抜く際は、内側コア２２と外側コア２１とを別々に、しかも電磁鋼板上において任意の配置で打ち抜くことが可能となる。例えば、電磁鋼板における各外側コア間の打ち抜き幅を、回転子のスリット幅よりも小さく構成する。これにより、電磁鋼板からスリット１０の空間を省いて、内側コア２２および外側コア２１を打ち抜けるため、このスリット１０の空間分の電磁鋼板の端材の量を削減し、材料費を低減できる。
【００２７】
更に、本実施の形態の回転子コア２０では、上記のように内側コア２２と外側コア２１とは独立して分離した構造であるため、内側コア２２と外側コア２１とを、それぞれ異なる電磁鋼板から打ち抜き、積層後に組み合わせることが可能である。
例えば、外側コア２１を構成する電磁鋼板には方向性電磁鋼板を使用し、図２に示すように、外側コア２１の外周方向を、方向性電磁鋼板の長手方向に合わせるように、すなわち外側コア２１の磁路方向Ｐ１ａを、方向性電磁鋼板の圧延方向Ｐ２に合わせるように配置して打ち抜く。一方で内側コア２２には無方向性電磁鋼板を使用する。
このようにして形成された内側コア２２と外側コア２１とを組み合わせることで、回転子５０の磁気的な突極性を更に向上させるメリットがある。
【００２８】
なお、図２に示すように、外側コア２１の磁路方向Ｐ１ａを、方向性電磁鋼板の圧延方向Ｐ２に合わせるということは、外側コア２１の軸方向Ｙに垂直な方向側であって、回転子５０の外周面側の端部同士を結ぶ直線Ｐ１ｂの方向を、方向性電磁鋼板の圧延方向Ｐ２に合わせることと同義である。
【００２９】
以下、上記に示した回転子５０と異なる構成の回転子５０Ａ、５０Ｂについて図を用いて説明する。
図６は、本実施の形態の回転子５０Ａの一極部分を拡大した要部拡大図である。
図７は、本実施の形態の回転子５０Ｂの一極部分を拡大した要部拡大図である。
回転子５０Ａでは、切欠部を外側コア側ではなく、結合体側に備え、且つ、アンカー部を外側コア側に備えている点が特徴である。
【００３０】
図６に示すように回転子５０Ａは、外側コア２１および内側コア２２が、離間幅Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３方向側に突出する突起部としてのアンカー部２６を備える。そして、結合体３０が、このアンカー部２６に係合する溝部としての切欠部３５を備える。そして、切欠部３５の周方向Ｓの両端には、遠心力の方向Ｆ１から設定角度分θ分傾斜する方向に延びる第１面３５Ｓが形成される。
また、外側コア２１および内側コア２２のアンカー部２６の周方向Ｓの両端には、切欠部３５の第１面３５Ｓに当接するように形成された第２面２６Ｓが形成される。
【００３１】
こうして、結合体３０に形成された各切欠部３５と、外側コア２１および内側コア２２に形成されたアンカー部２６とがそれぞれ係合して、各外側コア２１が径方向Ｘに機械的に固定保持される。こうして、前述の回転子５０と同様に、遠心力による各外側コア２１の径方向外側Ｘ２への飛散と、周方向Ｓへの横ずれの防止が可能となる。
【００３２】
更に、外側コア２１側には、その幅を局所的に狭める切欠部が形成されていない。そのため、外側コア２１および内側コア２２を通る磁路の磁気抵抗が切欠部により低下してトルクが低下することがない。そのため有効に利用できる磁束が増加し、回転子の磁気特性が向上する。
【００３３】
図７に示す回転子５０Ｂでは、上記回転子５０Ａに示す構成と同様の結合体３０が、一つのスリット１０において複配設される。
このように、必要に応じて一つのスリット１０において複数個の結合体３０を配置しても良く、これにより大きな遠心力への耐力を付与することも可能である。
回転子コア２０の半径上に配設された結合体３０に加えて、回転子コア２０の外周面から径方向内側Ｘ１に設定距離Ｅ以内の範囲において配設された結合体３０を備える。これにより、例えば、回転子５０Ｂの回転始動時において、応力が付加される回転子５０の外周面近傍における剛性を確保でき、回転子コア２０の半径上に配設された結合体３０にかかる負荷を軽減できる。そのため、結合体３０は外周面近傍に配置するのが効果的であり、前記距離Ｅは回転子コア２０の構造上可能な限り小さく設定する。例えば、各結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃは、当該結合体３０ａ、３０ｂ、３０ｃが設けられた複数のコア形成体２１（外側コア２１ａ、２１ｂ、２１ｃ）の内、最も径方向外側Ｘ２に位置するコア形成体２１（外側コア２１ｃ）に設けられた結合体３０ｃにおける径方向内側端面３０ｃ−ｉｎの、回転子コア２０の外周面から径方向内側への距離Ｅ以内に位置するようにそれぞれ配置される。
また、結合体３０により係合される、径方向Ｘに隣り合うコア形成体２１のアンカー部２６は、スリット１０内において互いに対向するように配置される。これにより、例えば、回転子５０Ｂに遠心力が作用する際、結合体３０に作用する曲げモーメントを最小に抑えることができるので、結合体３０の変形、破壊等を低減できる。
【００３４】
なお、結合体３０は、インサート成形により例えばＰＰＳ（Ｐｏｌｙ  Ｐｈｅｎｙｌｅｎｅ  Ｓｕｌｆｉｄｅ）樹脂のような熱可塑性材料、ＢＭＣ（Ｂｕｌｋ  Ｍｏｌｄｉｎｇ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）のような熱硬化性樹脂材料をスリット１０内に充填して硬化させることで得られる。
しかしながら、このようなフィラを含んだ熱可塑性樹脂のＰＰＳに限定するものではなく、それ以外の樹脂材料、例えば他の熱可塑性樹脂、さらには熱硬化性樹脂の利用も考えられ、回転子コア２０のサイズ、形状等に応じて使い分けられる。
なお、前述の通り、結合体３０の軸方向Ｙの長さは、回転子コア２０の軸方向Ｙの長さ以下であるので、樹脂充填の際に回転子５０を構成する結合体３０の相互間が、回転子コア２０の最上段および最下段である軸方向両端面で互いに繋がるような端板は形成されない。即ち、結合体３０は、回転子コア２０の軸方向両端面において、当該結合体３０の相互間を互いに接続しない構成に形成される。
【００３５】
また、本実施の形態は、結合体を回転子コアの切欠き部へ圧入することでも達成できるため、インサート成形を不要とすることもでき、設備費および加工費の低減が期待できる。
また圧入による構造形成は、インサート成形では形成できないＳＵＳ鋼（ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  ｓｔｅｅｌ）、銅のようなアルミニウム以外の非磁性体金属の利用を可能とし、結合体の材料選択の幅を広げるメリットがある。
また、成形方法に関しても、射出成形、ダイカスト、圧入など、回転子コアと非磁性部材の形状の関係に応じて使い分け可能である。
【００３６】
また、樹脂が充填される切欠部２５の形状は、本実施の形態に示した形状に限定するものではない。各切欠部２５は、遠心力の方向Ｆ１から設定角度分θ分傾斜する方向に延び、遠心力に対抗できる第１面２５Ｓが形成されていれば良く、この他に、磁束短絡の低減効果、機械強度、およびプレス加工性のバランス等を考慮して形状を設定すればよい。
【００３７】
また、回転子コア２０の形状として磁極数が４極のものを例示したが、６極、８極など、異なる極数のものにも適用できる。
さらに、本実施の形態に示した回転電機としてのリラクタンスモータは、圧縮機、電気自動車に搭載される回転電機を想定しているが、それ以外の用途の回転電機でも良く、更には、磁石を回転子鉄心内に挿入する形態をとるものでも、全てにおいて有効であることは言うまでもない。
【００３８】
上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
周方向に間隔を隔てて複数の突極を有する回転子コアを備えた回転電機の回転子であって、
前記回転子コアは、設定された離間幅分、径方向に離間して配置される複数のコア形成体を備え、複数の前記コア形成体により、該回転子コアの外周面に向かって前記離間幅を有して延びる離間領域が形成され、
軸方向の長さが前記回転子コアの軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体が、前記離間領域内に配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記離間幅方向に突出する突出部が形成され、他方に前記突出部に係合する溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、各前記コア形成体が径方向に固定保持され、
前記溝部は、該溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、前記突出部は、前記第１面に当接する第２面が形成される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
前記結合体は、前記回転子コアの軸方向両端面において、該結合体の相互間を互いに接続しない構成に形成される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機は、
上記のように構成された回転電機の回転子を用いて構成される、
ものである。
【００３９】
このように、回転子コアを形成する各外側コアは、それぞれ径方向に離間して配置される。このように、回転子コアの軸方向両端面において、各外側コアの端部を互いに繋ぐブリッジ部分を備えない構成とし、代わりにスリット内に挿入され、非磁性体材料で構成される結合体により各外側コアが互いに径方向に固定保持される。
このように、磁気抵抗が小さい電磁鋼板により構成されるブリッジ部分を設けない構成とすることでトルクに寄与しない短絡磁束を減らし、高トルクの回転電機を得られる。
また、結合体および大気の磁気抵抗は、磁性材料である比較例のブリッジ部分と比較して極めて大きいので、短絡磁束は比較例の回転電機の回転子より大幅に低減される。
【００４０】
また、外側コアあるいは結合体の一方に形成される溝部は、この溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、突出部は、この第１面に当接する第２面が形成される。このように遠心力に対抗するように形成された第１面と、この第１面に当接する第２面を備える構成とすることで、回転子の回転時において大きな遠心力が付加される場合においても、外側コアの飛散を防止し、回転子の高い剛性を確保できる。
また、このように外側コアと結合体とは、第１面と第２面とにより互いに強固に固定保持されている。よって、遠心力に対抗するために、各スリット内に配設された結合体同士を回転子の外側で繋ぐ構造部を不要とできるため、結合体は、その軸方向の長さを回転子コアの軸方向の長さ以下に構成できる。この構造により、結合体の材料の使用量を低減できるだけでなく、回転電機を小型化できる。
こうして、漏れ磁束が低減されて高特性で、回転子の高速回転に耐える高い剛性が確保され、小型で、且つ、低コストの回転電機の提供が可能となる。
【００４１】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
径方向に複数の前記離間領域が形成された構成において、
前記結合体は、前記回転子コアの径方向に沿って配設される、
ものである。
このように、結合体を、回転子の径方向、即ち遠心力の方向上に並ぶように配設させることで、遠心力に対しての耐力を更に向上できる。
【００４２】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
前記突出部は、前記コア形成体に形成され、前記溝部は、前記結合体に形成される、
ものである。
このような構成とすることで、外側コアにおいて、その幅を局所的に狭める箇所が形成されない。そのため、外側コアを通る磁路の磁気抵抗が低下してトルクが低下することがない。これにより有効に利用できる磁束が増加し、回転子の磁気特性が向上できる。
【００４３】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
一つの前記離間領域において複数の前記結合体が配設される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
径方向に隣合う前記コア形成体にそれぞれ形成された前記突出部が、前記離間領域において互いに対向するように配置される、
ものである。
このような構成とすることで、回転子の遠心力に対しての耐力を向上でき、高い剛性を確保できる。
【００４４】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
各前記結合体は、
前記結合体が設けられた前記コア形成体の内、最も径方向外側に位置する前記コア形成体に設けられた前記結合体における径方向内側端面の、前記回転子コアの外周面から径方向内側への距離以内に位置するようにそれぞれ配置される、
ものである。
これにより、例えば、回転子の回転始動時において、強い応力が付加される回転子の外周面近傍における、回転子の高い剛性を確保できる。
【００４５】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
前記回転子コアは、
前記コア形成体よりも径方向内側に前記離間幅分離間して配置され、前記突極が付与されるコア主部を備え、
前記コア主部と前記コア形成体との間の前記離間領域内に前記結合体が配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記突出部が形成され、他方に前記溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、前記コア形成体と前記コア主部とが固定保持される、
ものである。
このように、回転子コアは、内側コアと外側とをつなぐ回転子コアの周縁部のブリッジ部分を有さず、非磁性の結合体により、外側コアと内側コアとが直接触れないような相対的な位置が確保された状態で固定保持され、かつ遠心力に対して各外側コアを保持できる。これにより、磁束の漏れを低減することができ、回転電機の更なる高トルク化が可能となる。
【００４６】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
前記コア形成体は、方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、
前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、該コア形成体を構成する前記電磁鋼板の圧延方向に沿うように構成される、
ものである。
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子の製造方法は、
各前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、電磁鋼板の圧延方向に沿うように、前記電磁鋼板から各前記コア形成体を打ち抜く、
ものである。
【００４７】
このように、外側コアに方向性電磁鋼板を使用し、外側コアの端部同士を結ぶ直線の方向、即ち、外側コアの磁路方向が圧延方向に沿うように電磁鋼板を打ち抜いて回転子コアを構成する。方向性電磁鋼板は圧延方向に優れた磁気特性を発揮するため、このような構成とすることで、回転子の磁気的な突極性を更に向上させ、回転電機を高効率化できる。
更に、比較例に示す回転子では、内側コア、外側コアがそれぞれ分離されておらず、ブリッジ部分により一体に接続されている。このような構成では、方向性電磁鋼板を打ち抜く際に、それぞれの外側コアの磁路方向を、方向性電磁鋼板の圧延方向沿うように打ち抜くことができない。そのため、回転子コアの磁気的特性が放射方向に不均一になり、回転子の効率を著しく損なうため利用が困難となる。
本実施の形態では、上記のように外側コアが分離されているため、全ての外側コアの磁路方向を、電磁鋼板の圧延方向にそうように打ち抜いて回転子コアを構成できる。これにより、回転電機を更に高効率化できる。
【００４８】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子は、
前記コア主部は、無方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される、
ものである。
このように、すべての方向にほぼ均一な磁気特性が得られる無方向性の電磁鋼板を内側コアに用いて、外側コアには方向性電磁鋼板を用いることで、回転子の磁気的な突極性向上を更に向上できる。
また、さらに内側コアと外側コアとを分離してプレス打抜き、積層後に組み合わせられる。これによりプレス装置を小型化できる。
【００４９】
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の回転子の製造方法は、
前記電磁鋼板における前記コア形成体間の打ち抜き幅は、前記離間幅より小さく構成される、
ものである。
外側コアはそれぞれ独立した構成であるため、回転子が構成された際のスリット幅よりも小さい打ち抜き幅で、各外側コアを電磁鋼板から打ち抜ける。これにより、スリットの幅分の電磁鋼板の端材の量を削減し、材料費を低減できる。
また、上記のように構成された本実施の形態の回転電機の製造方法は、
上記の回転電機の回転子の製造方法を用いて製造された回転子と同軸上に固定子を配置する、
ものである。
これにより、回転電機の製造において、これによりプレス装置を小型化できると共に、スリットの幅分の電磁鋼板の端材の量を削減し、材料費を低減できる。
【００５０】
さらに、以下に説明するように、回転子コアの幾何学的な形状に着目すると、内側コアおよび外側コアのプレス金型による打ち抜きの生産性を一層向上できる。
比較例の回転子コアの形状では、内側コアと外側コアはブリッジでつながっていたため、打ち抜かれる電磁鋼板のプレス穴は環状になり、隣接する打ち抜き穴間に多くの端材が発生していた。これに対し、本実施の形態に示す手法では、内側コアまたは外側コアの形状をそれぞれ集約して電磁鋼板から打ち抜ける。例えば図１の回転子コアを例にとると、内径側コアは四角形に近い形状をしているので、内径側コアの形状のみを集約して格子状に打ち抜くことで、端材の量を削減できる。例示した４極以外の回転子でも、多角形であれば同様の効果が得られる。例えば６極の場合では、打ち抜き穴を蜂の巣状に配置することで歩留まり改善が期待できる。
【００５１】
実施の形態２．
以下、本願の実施の形態２を、上記実施の形態１と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態１と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
図８は、実施の形態２による回転子２５０の一極部分を拡大した要部拡大図である。
本実施の形態の回転子２５０の構造は、インサート成形により例えばＰＰＳ樹脂のような熱可塑性材料、ＢＭＣのような熱硬化性樹脂材料を、スリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃに充填し、固化させることで得られる。これにより、スリット１０ａ、１０ｂ、１０ｃ内を全て埋める形状の結合体２３０ａ、２３０ｂ、２３０ｃが形成される。
【００５２】
上記のように構成された本実施の形態の回転子は、
前記結合体は、前記離間領域を全て埋める形状に構成される、
ものである。
このように結合体はスリット内を全て埋める構成であるため、回転子の剛性を更に向上できる。また、結合体を内側コアおよび外側コアとの間のスリット内に充填することで、回転時の振動が抑制され、振動による騒音が低減される効果を奏する。
【００５３】
以上、上記実施の形態１、２においては、結合体の配置は上記実施の形態に限定されるものではなく、結合体の個数も例示したものに限定されるものではない。例えば、本実施の形態では主に結合体の配置が極中心である場合を示して説明したが、磁極の両端、あるいは、極間に配置しても同様の効果を得られる。
同様に、結合体の形状も上記に示した形状に限定されるものではなく、上記に示した形状以外であってもよい。外側コアと内側コアとが直接触れないような回転子コアの構造において、結合体は、外側コア、内側コア、の相対的な位置関係を保持する形状であって、遠心力に対して外側コア、内側コアを保持できるように、遠心力に対抗できる第１面、第２斜面を備えたアンカー部と溝部が形成されていればよい。
【００５４】
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００５５】
１  電磁鋼板、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  スリット（離間領域）、２０  回転子コア、２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ  外側コア（コア形成体）、２２  内側コア（コア主部）、２５  切欠部（溝部）、２５Ｓ  第１面、３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ  結合体、３１  アンカー部（突出部）、３１Ｓ  第２面、５０  回転子、１００  リラクタンスモータ（回転電機）。
【図１】
2021024517.tif 000003
【図２】
2021024517.tif 000004
【図３】
2021024517.tif 000005
【図４】
2021024517.tif 000006
【図５】
2021024517.tif 000007
【図６】
2021024517.tif 000008
【図７】
2021024517.tif 000009
【図８】
2021024517.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和3年6月29日(2021.6.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周方向に間隔を隔てて複数の突極を有する回転子コアを備えた回転電機の回転子であって、
前記回転子コアは、設定された離間幅分、径方向に離間して配置される複数のコア形成体を備え、複数の前記コア形成体により、該回転子コアの外周面に向かって前記離間幅を有して延びる離間領域が形成され、
軸方向の長さが前記回転子コアの軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体が、前記離間領域内に配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記離間幅方向に突出する突出部が形成され、他方に前記突出部に係合する溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、各前記コア形成体が径方向に固定保持され、
前記溝部は、該溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、前記突出部は、前記第１面に当接する第２面が形成され、
前記突極間には、複数の前記離間領域が径方向に形成され、
前記突極間において、それぞれの離間領域に配設された前記結合体は、前記回転子コアの径方向上に並んで配設される、
回転電機の回転子。
【請求項２】
前記結合体は、前記回転子コアの軸方向両端面において、該結合体の相互間を互いに接続しない構成に形成される、
請求項１に記載の回転電機の回転子。
【請求項３】
前記突出部は、前記コア形成体に形成され、前記溝部は、前記結合体に形成される、
請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項４】
一つの前記離間領域において複数の前記結合体が配設される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項５】
径方向に隣合う前記コア形成体にそれぞれ形成された前記突出部が、前記離間領域において互いに対向するように配置される、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項６】
各前記結合体は、
前記結合体が設けられた前記コア形成体の内、最も径方向外側に位置する前記コア形成体に設けられた前記結合体における径方向内側端面の、前記回転子コアの外周面から径方向内側への距離以内に位置するようにそれぞれ配置される、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項７】
前記回転子コアは、
前記コア形成体よりも径方向内側に前記離間幅分離間して配置され、前記突極が付与されるコア主部を備え、
前記コア主部と前記コア形成体との間の前記離間領域内に前記結合体が配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記突出部が形成され、他方に前記溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、前記コア形成体と前記コア主部とが固定保持される、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項８】
前記コア形成体は、方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成され、
前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、該コア形成体を構成する前記電磁鋼板の圧延方向に沿うように構成される、
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の回転電機の回転子。
【請求項９】
前記コア主部は、無方向性の電磁鋼板を軸方向に積層して構成される、
請求項７に記載の回転電機の回転子。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機の回転子を用いて構成される回転電機。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の回転電機の回転子の製造方法であって、
各前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、前記回転子の外周面側の端部同士を結ぶ直線の方向が、電磁鋼板の圧延方向に沿うように、前記電磁鋼板から各前記コア形成体を打ち抜く、
回転電機の回転子の製造方法。
【請求項１２】
前記電磁鋼板における前記コア形成体間の打ち抜き幅は、前記回転子の前記離間幅よりも小さく構成される、
請求項１１に記載の回転電機の回転子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または請求項１２に記載の回転電機の回転子の製造方法を用いて製造された回転子と同軸上に固定子を配置する、
回転電機の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本願に開示される回転電機の回転子は、
周方向に間隔を隔てて複数の突極を有する回転子コアを備えた回転電機の回転子であって、
前記回転子コアは、設定された離間幅分、径方向に離間して配置される複数のコア形成体を備え、複数の前記コア形成体により、該回転子コアの外周面に向かって前記離間幅を有して延びる離間領域が形成され、
軸方向の長さが前記回転子コアの軸方向の長さ以下に構成される非磁性の結合体が、前記離間領域内に配設され、
前記コア形成体あるいは前記結合体の一方に、前記離間幅方向に突出する突出部が形成され、他方に前記突出部に係合する溝部が形成され、該突出部と該溝部との係合により、各前記コア形成体が径方向に固定保持され、
前記溝部は、該溝部に働く遠心力の方向から設定角度分傾斜する方向に延びる第１面が形成され、前記突出部は、前記第１面に当接する第２面が形成され、
前記突極間には、複数の前記離間領域が径方向に形成され、
前記突極間において、それぞれの離間領域に配設された前記結合体は、前記回転子コアの径方向上に並んで配設される、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機は、
上記のように構成された回転電機の回転子を用いて構成される、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機の回転子の製造方法は、
各前記コア形成体の、軸方向に垂直な方向側であって、端部同士を結ぶ直線の方向が、電磁鋼板の圧延方向に沿うように、前記電磁鋼板から各前記コア形成体を打ち抜く、
ようにしたものである。
また、本願に開示される回転電機の製造方法は、
上記回転電機の回転子の製造方法を用いて製造された回転子と同軸上に固定子を配置するようにしたものである。
【国際調査報告】
2021024517.tif 000011
2021024517.tif 000012
2021024517.tif 000013
2021024517.tif 000014