JP4367375B2 - リラクタンスモータ用ロータコア及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、リラクタンスモータ用ロータコア及びその製造方法に関する。

たとえば弓状のフラックスバリアをロータコアに設けてロータコアを磁気突極化したフラックスバリア型リラクタンスロータ構造が知られている。このようなフラックスバリア型リラクタンスロータを用いるモータとして、リラクタンスモータや磁石埋め込み型同期モータ（IPM）が知られている。なお、この明細書で言うモータは発電機も含む。リラクタンストルク発生用の磁束（リラクタンス磁束とも呼ぶ）は、フラックスバリアの径方向外側に沿って延在するたとえば弓状鉄心部分により構成されるリラクタンス磁路部分を流れる。

このリラクタンス磁路部分の周方向両端部は、フラックスバリアの径方向外端に隣接する狭小な鉄心部分（ブリッジ）によりロータコア本体に連結される。以下、このブリッジは表面ブリッジとも呼ぶものとする。また、リラクタンス磁路部分の遠心力に耐えるために、フラックスバリア内部にも同様のブリッジを設けることも知られている。以下、このブリッジは内部ブリッジとも呼ぶものとする。この種のブリッジ付きフラックスバリア型リラクタンスロータは、たとえば下記の特許文献１に記載されている。
特開２００１−２５８２２２号公報

しかしながら、上記したブリッジ付きフラックスバリア型リラクタンスロータは、ブリッジに流れる漏れ磁束によりモータ性能が低下する。このブリッジ漏れ磁束問題は以前から良く知られているが、フラックスバリア型リラクタンスロータ構造を採用する限り、ブリッジを省略することができなかった。

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、ロータ強度の低下を防止しつつブリッジ漏れ磁束の低減を実現したリラクタンスモータ用ロータコア及びその製造方法を提供することをその目的としている。

上記課題を解決する本発明のリラクタンスモータ用ロータコアは、電磁鋼板を積層して形成される本体部と、電磁鋼板を積層して形成されて前記本体部よりも周面側に配置されるリラクタンス磁束通過用のリラクタンス磁路部と、軸方向に貫通して前記本体部と前記リラクタンス磁路部との間に配置されるフラックスバリアと、電磁鋼板を積層して形成されて前記リラクタンス磁路部を前記本体部に連ねるブリッジとを有するリラクタンスモータ用ロータコアにおいて、前記本体部及びリラクタンス磁路部の主面と平行な前記ブリッジの主面は、前記本体部及びリラクタンス磁路部の主面よりも１０％以上〜５０％未満陥没している陥没面に塑性変形により形成されていることを特徴としている。

すなわち、この発明は、輪板状の電磁鋼板を厚さ方向に積層してなるリラクタンスモータ用ロータコアのブリッジを塑性変形加工により本体部及びリラクタンス磁路部の主面よりも１０％以上〜５０％未満陥没させたことをその特徴としている。このようにすれば、簡素な構造、工程により大幅な工程及び製造コストの増加を招くことなく、このブリッジを通過することによりトルク発生に寄与しない漏れ磁束を大幅に低減することができ、優れたモータ特性を有し実用性に優れたリラクタンスモータを実現することができた。

なお、この発明で言うリラクタンスモータとは、リラクタンス磁束によるリラクタンストルクのみを用いるリラクタンスモータの他、ロータコアに永久磁石を装備して磁石磁束による磁石トルクも用いる埋め込み磁石型同期モータ（ＩＰＭ）も含む。

実験によれば、陥没率（据えこみ率とも呼ぶ）が１０％未満は漏れ磁束低減効果が小さく、陥没率（据えこみ率とも呼ぶ）が５０％以上では製造が困難かつブリッジの強度低下が増大するにもかかわらず漏れ磁束低減効果は飽和した。したがって、陥没率は上記範囲とすることが好適である。

なお、陥没面と反対側のブリッジの主面は、本体部及びリラクタンス磁路部の主面と同一面としてもよく、あるいは本体部及びリラクタンス磁路部の主面よりも陥没していても良く、あるいは本体部及びリラクタンス磁路部の主面よりも厚さ方向へ突出していても良い。また、一つのブリッジはその一主面側からのみ陥没していてもよく、凸凹に陥没していてもよい。

好適な態様において、前記陥没面の合計面積は、前記ブリッジの両主面の合計面積の２５〜５０％を占める。すなわち、できるだけブリッジ全面にわたって施すことにより、上記陥没によるブリッジの磁気特性悪化効果を増大することができる。

上記課題を解決する本発明のリラクタンスモータ用ロータコアの製造方法は、電磁鋼板を積層して形成される本体部と、電磁鋼板を積層して形成されて前記本体部よりも周面側に配置されるリラクタンス磁束通過用のリラクタンス磁路部と、軸方向に貫通して前記本体部と前記リラクタンス磁路部との間に配置されるフラックスバリアと、電磁鋼板を積層して形成されて前記リラクタンス磁路部を前記本体部に連ねるブリッジとを有するリラクタンスモータ用ロータコアの製造方法において、電磁鋼板を打ち抜き加工して前記フラックスバリアが形成された輪板状のコアシートを形成した後、前記コアシートのブリッジを厚さ方向へ押圧することにより、前記ブリッジの主面を前記コアシートの主面よりも１０％以上〜５０％未満陥没させることを特徴としている。

すなわち、この発明によるブリッジ陥没工程は、あらかじめフラックスバリア、ブリッジ、リラクタンス磁路部、本体部をもつコアシートを打ち抜いた後、このコアシートのブリッジのみを次のパンチング加工やプレス加工などにより更に陥没させる。このようにすれば、陥没加工によりブリッジの主面方向への塑性変形が容易となるため、陥没加工が容易となる。

なお、上記コアシート打ち抜き加工と上記陥没加工とを同時に実施することも可能である。これにはコアシート打ち抜き用の金型に陥没加工用の面を形成すればよい。

本発明の好適な実施態様を具体的に説明する。もちろん、本発明は下記の実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知の技術要素又はそれに相当する技術要素を組み合わせて実現してもよいことは当然である。

この実施態様に用いるリラクタンスモータ用ロータコアを軸方向に見た正面図を図１に示す。

このリラクタンスモータ用ロータコアは、周知のごとく輪板状に打ち抜かれた電磁鋼板である電磁輪板（以下、コアシートとも呼ぶ）を厚さ方向（軸方向）に積層してなる。コアシート１０は、本体部１、フラックスバリア２、表面ブリッジ（本発明で言うブリッジ）３、内部ブリッジ（本発明で言うブリッジ）４、軸孔５及びリラクタンス磁路部６を有している。内部ブリッジ４の省略は可能である。

内部ブリッジ４を含んだフラックスバリア（空隙）２の形状は、中央部が径方向内側に突出する弓形とされ、フラックスバリア２の両端は電磁輪板すなわちコアシート１０の外周面に表面ブリッジ３を介して面しており、表面ブリッジ３は本体部１又は内側のリラクタンス磁路部６と外側のリラクタンス磁路部６とを連ねている。内部ブリッジ４は、フラックスバリア２の最も径方向内側部分にて近傍に達しており、本体部１又は内側のリラクタンス磁路部６と外側のリラクタンス磁路部６とを連ねている。上記したリラクタンスモータ用ロータコアの構造自体はもはや周知であるため、これ以上の説明は省略する。ただし、本発明は図１に示す形状のリラクタンスモータ用ロータコアに限定されるものではなく、フラックスバリア２は公知の種々の形状をもつことができる。

コアシート１０の１極分の拡大断面図を図２に示す。２a〜２fは６重に形成された各フラックスバリア２を個別に呼称したものであり、４a〜４eはフラックスバリア２a〜２eに設けられる内部ブリッジ４を個別に呼称したものであり、３a〜３eはフラックスバリア２ａ〜２ｅに隣接する表面ブリッジ３を個別に呼称したものである。ただし、最外側のフラックスバリア２fは内部ブリッジ４及び表面ブリッジ３をもたないとする。

図２のA-A断面を図３に示す。すなわち、図３は各内部ブリッジ４を径方向に貫通するコアシート１０の断面を示す。フラックスバリア２ａ〜２ｅにより区画される各リラクタンス磁路部６の各主面は本体部１の主面と同一平面をなす。

各内部ブリッジ４a〜４eの一主面（陥没面）は、本体部１及びリラクタンス磁路部６の一主面よりも１０〜５０％の陥没率（据えこみ率）だけ陥没している。表面ブリッジ３も同様に陥没している。ただし、内部ブリッジ４だけを陥没させても良い。各内部ブリッジ４及び表面ブリッジ３の陥没は、コアシート１０の厚さ方向へのパンチング加工又はプレス加工による塑性変形により形成されている。

このように構成したリラクタンスモータ用ロータコアは、ブリッジ陥没を行わない従来のリラクタンスモータ用ロータコアに比べてブリッジ貫通漏れ磁束を低減できるため、モータ特性（損失低減及びトルク向上）を実現することができる。

（試験例）
上記した塑性変形加工によるブリッジ陥没によるブリッジの磁気特性変化を、底面φ20mm,高さh20mmの円柱形状をもつテストピースを用いて試験した。テストピースの材質は低炭素鋼である。このテストピースをパンチングにより厚さを種々の割合で縮小する塑性変形加工を室温にて行った。据えこみ率（陥没率）を種々変えた場合のテストピースのB-Hカーブの変化を図４に示す。図４から据えこみ率（陥没率）を１０〜５０％とするだけでテストピースの磁気特性は大幅に悪化することがわかった。もちろん、更に据えこみ率を向上すれば更なる磁気特性の悪化が期待できるが、ブリッジの引っ張り強度の低下が許容範囲を超え、かつ、塑性変形加工が困難となるため好ましくない。

なお、コアシートの打ち抜き後、コアシートを焼き鈍し加工する場合には、焼き鈍し加工後に上記塑性変形加工を行うことが好適である。これにより、塑性変形加工により増加したブリッジ内の格子欠陥密度が焼き鈍しにより減少してブリッジの磁気特性の回復を防止することができる。

（変形態様）
上記実施例では、パンチングは１回だけ行ったが複数回のパンチングにより必要な据えこみ率を実現してもよい。また、ブリッジを複数領域にわけて互いに隣接する領域を互いに反対側から陥没させても良い。この場合にはブリッジはその長手方向において凸凹に形成されることになる。

実施例のリラクタンスモータ用ロータコアの軸方向に見た正面図である。 図１のロータコアの一部拡大部分正面図である。 図２のA-A線矢視断面図である。 試験例のB-Hカーブを示す磁気特性図である。

符号の説明

１ 本体部
２a〜２e フラックスバリア
２f フラックスバリア
２ フラックスバリア
３ 表面ブリッジ
４a〜４e 内部ブリッジ
４ 内部ブリッジ
５ 軸孔
６ リラクタンス磁路部
１０ コアシート

Claims (3)

1. 電磁鋼板を積層して形成される本体部と、
   電磁鋼板を積層して形成されて前記本体部よりも周面側に配置されるリラクタンス磁束通過用のリラクタンス磁路部と、
   軸方向に貫通して前記本体部と前記リラクタンス磁路部との間に配置されるフラックスバリアと、
   電磁鋼板を積層して形成されて前記リラクタンス磁路部を前記本体部に連ねるブリッジと、
   を有するリラクタンスモータ用ロータコアにおいて、
   前記本体部及びリラクタンス磁路部の主面と平行な前記ブリッジの主面は、前記本体部及びリラクタンス磁路部の主面よりも１０％以上〜５０％未満陥没している陥没面に塑性変形により形成されていることを特徴とするリラクタンスモータ用ロータコア。
2. 請求項１記載のリラクタンスモータ用ロータコアにおいて、
   前記陥没面の合計面積は、前記ブリッジの両主面の合計面積の２５〜５０％を占めることを特徴とするリラクタンスモータ用ロータコア。
3. 電磁鋼板を積層して形成される本体部と、
   電磁鋼板を積層して形成されて前記本体部よりも周面側に配置されるリラクタンス磁束通過用のリラクタンス磁路部と、
   軸方向に貫通して前記本体部と前記リラクタンス磁路部との間に配置されるフラックスバリアと、
   電磁鋼板を積層して形成されて前記リラクタンス磁路部を前記本体部に連ねるブリッジと、
   を有するリラクタンスモータ用ロータコアの製造方法において、
   電磁鋼板を打ち抜き加工して前記フラックスバリアが形成された輪板状のコアシートを形成した後、前記コアシートのブリッジを厚さ方向へ押圧することにより、前記ブリッジの主面を前記コアシートの主面よりも１０％以上〜５０％未満陥没させることを特徴とするリラクタンスモータ用ロータコアの製造方法。

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