JP4784345B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

この発明は回転電機に関し、特に埋込磁石型の界磁子で電機子を囲む構造に関する。

電動機や発電機は固定子と回転子とを有する回転電機である。そして回転子が固定子を囲む構成は、いわゆるアウターロータ型として知られている。界磁磁束（以下、単に「界磁」と称する）を発生する界磁子が回転子として、電機子巻線が巻回されて回転磁界を発生する電機子が固定子として、それぞれ採用される回転界磁型が一般的ではあるが、その逆の選択もあり得る。ここではアウターロータ型との名称に倣い、回転電機の構成として界磁子が電機子を囲む構成を、アウターフィールドエレメント型と仮称することにする。

アウターフィールドエレメント型において、界磁を界磁磁石によって発生させる構造では、界磁磁石の体積を大きくすることができるので、小型化しても界磁を大きくすることができる。但し界磁磁石が界磁子のコアを介さずに電機子に対して露呈する構造、いわゆる表面磁石型の構造では、電機子からの回転磁界が直接に界磁磁石に供給されることになる。これは界磁磁石の減磁のみならず、例えば界磁磁石に固有抵抗の低いＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系の焼結材料を用いた場合、渦電流を発生させて損失が増大し、また界磁磁石が発熱してしまう。特にＰＷＭインバータを用いた制御では、直接に界磁磁石に働く磁束に高調波が多く含まれるため、渦電流による影響が顕著となる。

界磁磁石での渦電流発生を回避するためには、界磁磁石を界磁子コアに埋め込んで、電機子からの回転磁界が直接に界磁磁石に供給されないことが望ましい。かかる構造はいわゆる埋込磁石型として知られている。

特開２００２−３５６１９０号公報 特開２００４−２３９７６号公報 特開２００４−３０１０３８号公報

しかしながら、アウターフィールドエレメント型において、埋込磁石型を採用し、かつ界磁磁石の体積を大きくするためには界磁子の磁極の境界でのバックヨークとしての界磁子コアの機能は低くなってしまう。アウターフィールドエレメント型の界磁子において、界磁子コアに埋め込まれる界磁磁石の寸法を大きくすると、その端部が界磁子コアの外周面に近づくことになる。つまり界磁磁石よりも外周面側にある界磁子コアは、界磁磁石の端部近傍で径方向における長さ（周方向についての幅）が小さくなる。そして従来の界磁子では隣接して配置された界磁磁石同士の間が界磁子の磁極の境界となるので、外周面側を経由する磁束を通すためのバックヨークとしての界磁子コアの機能は低下する。

また界磁磁石の寸法を大きくすると、その中心部が界磁子コアの内周面に近づくことになる。つまり界磁子磁石のうちで磁束発生に最も重要な役割を果たす部分が、最も減磁し易い位置に配置されることになる。

また、界磁磁石の端部から、界磁子コアの内周面に近接する位置までの間には、空隙を設ける必要がある。これは隣接する界磁磁石同士の間で、界磁磁石と内周面との間の界磁子コアを介して、磁束が界磁子内で短絡的に流れることを防止するためである。しかしながらこのような空隙の存在は界磁子コアの体積を損なってしまい、磁性体としての利用効率を低下させる。

これを避けるためには、特許文献１〜３に紹介された技術のように界磁子の磁極一つ当たりに複数枚の界磁磁石を電機子に向けて凹となる形状に配置することも一つの解決方法ではある。しかしこれは界磁磁石の個数を磁極の２倍またはそれ以上に増やすことになり望ましくない。更に界磁子コアに界磁磁石を埋め込むための孔も複雑となる。

このような構成で界磁磁石の個数を減らし、また上記の孔を複雑にしない工夫として、電機子に向けて開口する凹部を呈する界磁磁石を用いることもできる（例えば特許文献２）。しかしそのような形状の界磁磁石は曲率が大きくなり、界磁子の作製に必要な寸法精度を得ることが困難である。

また特許文献３に示されたように、界磁子コアの外径を磁極の境界近傍で大きくすることは、特に回転界磁型であり、かつアウターフィールドエレメント型の界磁子においては、風損が増大するので望ましくない。

更に特許文献１〜３に紹介された技術は、埋込磁石型における利点であるリラクタンストルクの利用という観点でも望ましくない。複数枚の界磁磁石を電機子に向けて凹となる形状に配置していることにより、磁極中央部の界磁磁石よりも外周面側に位置する界磁子コアは、その周方向についての幅が小さくなる。しかしこの位置の電機子コアはいわゆるｑ軸磁路を形成するため、界磁磁石を上記のように配置すると、いわゆるｑ軸インダクタンスを低めてしまうことになる。他方、いわゆるｄ軸磁路は界磁磁石を横断するため、いわゆるｄ軸インダクタンスはｑ軸インダクタンスよりも小さい（逆突極性）。よって上記のｑ軸インダクタンスの低下は、リラクタンストルクがｄ軸インダクタンスとｑ軸インダクタンスとの差に基づくことに鑑みれば、リラクタンストルクの低下を招来する。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので埋込磁石型であり、アウターフィールドエレメント型の界磁子を採用しながらも、界磁磁石を大きくしつつ界磁に対するバックヨークとしての界磁子コアの機能を、界磁子コアの厚さの割に高める技術を提供することを目的とする。また、リラクタンストルクを有効に利用しやすくすることも目的とする。

この発明にかかる回転電機は、回転軸（Ｑ）に平行な外周面（１７）及び内周面（１８）を有する界磁子（１Ａ〜１Ｈ）と、前記内周面によって囲まれる電機子（２）とを備える。

そしてその第１の態様では、前記界磁子は、界磁子コア（１００）と、前記回転軸についての周方向に配列して前記界磁子コア（１００）に埋め込まれ、前記内周面に対峙する内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）と、前記外周面に対峙する外周側磁極面（１０１Ｓ，１０２Ｎ）とを有する界磁磁石（１０；１０１，１０２）の複数と、前記内周面と前記外周面との間での磁束の流れを阻害する磁束阻害部（１０３；１３０）とを含む。そしていずれも第１の極性（Ｎ）である一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ）が前記周方向において第１の位置（１５）で相互に隣接し、いずれも第２の極性（Ｓ）である一対の前記内周側磁極面（１０２Ｓ）が前記周方向において第２の位置（１６）で相互に隣接する。そして相互に極性（Ｎ，Ｓ）が異なる一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）が、前記周方向において前記第１の位置と前記第２の位置との間に存する第３の位置（１３）において前記磁束阻害部を介して相互に隣接する。そして前記界磁磁石の前記磁束阻害部側の端部の方が、前記磁束阻害部とは反対側の端部よりも、前記内周面に近い。

この発明にかかる回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記磁束阻害部（１０３）及びこれを介して相互に隣接する一対の前記界磁磁石（１０１，１０２）とは一体の永久磁石材料で形成され、前記磁束阻害部は前記永久磁石材料の無着磁部で構成され、前記界磁磁石は前記永久磁石材料の着磁部で構成される。

この発明にかかる回転電機の第３の態様は、その第１の態様であって、前記磁束阻害部（１３０）は、前記第３の位置において一対の前記界磁磁石（１０１，１０２）に挟まれた非磁性体である。

この発明にかかる回転電機の第４の態様は、その第１の態様乃至第３の態様のいずれかであって、前記第３の位置（１３）と前記内周面（１８）との間の前記界磁子コア（１００）には欠損（１０５，１０６，１０７，１０８）が設けられる。

この発明にかかる回転電機の第５の態様は、その第４の態様であって、前記欠損は前記内周面（１８）において前記電機子に向けて開口する凹部（１０５，１０８）である。

この発明にかかる回転電機の第６の態様は、その第４の態様であって、前記欠損（１０６，１０７）は前記内周面（１８）と離隔して設けられる。

この発明にかかる回転電機の第７の態様は、その第１の態様乃至第６の態様のいずれかであって、前記界磁子コア（１００）は、前記第３の位置（１３）と前記外周面（１７）との間で結合する複数の界磁子コア部品（１１０）で構成される。

この発明にかかる回転電機の第８の態様は、その第１の態様乃至第７の態様のいずれかであって、前記第３の位置（１３）から前記周方向に沿って離れるにつれ、前記内周面（１８）と前記電機子（２）との間の距離は狭くなる。

この発明にかかる回転電機の第９の態様は、その第１の態様乃至第８の態様のいずれかであって、前記界磁磁石は前記内周面（１８）に対して凸に湾曲する。

この発明にかかる回転電機の第１０の態様は、その第１の態様乃至第９の態様のいずれかであって、前記界磁磁石は焼結されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂを用いて構成される。

この発明にかかる回転電機の第１１の態様は、その第１の態様乃至第１０の態様のいずれかであって、前記界磁磁石は前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）と前記外周側磁極面（１０１Ｓ，１０２Ｎ）とを結ぶ方向を磁化容易軸とする異方性を有する材料で構成される。

この発明にかかる回転電機の第１２の態様は、その第１の態様乃至第１１の態様のいずれかであって、前記第１の位置（１５）又は前記第２の位置（１６）で隣接する一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）の間に介在する非磁性体（１０４）を更に備える。

この発明にかかる回転電機の第１３の態様は、その第１の態様乃至第１２の態様のいずれかであって、前記電機子（２）に巻回される電機子巻線が集中巻きで巻回される。

この発明にかかる回転電機の第１の態様によれば、第３の位置においては、界磁子の磁極の境界が形成され、しかも界磁磁石と外周面との間にある界磁子コアの厚さを大きく採ることができる。よって界磁磁石における渦電流損、発熱、減磁を低減する観点及びリラクタンストルクの利用という観点で望ましい埋込磁石型であり、かつ電機子を囲む構造の界磁子でありながらも、界磁磁石を大きくしつつ界磁に対するバックヨークとしての界磁子コアの機能をその厚さに比して向上させる。

更に、磁束阻害部が第３の位置に存するので、界磁子の磁極の境界を経由する経路のインダクタンスよりも、第１の位置あるいは第２の位置の内周側に存する界磁子コアを経由する経路のインダクタンスの方が小さいため、いわゆるｑ軸磁路は後者の経路が主たる経路となる。そして第１の位置あるいは第２の位置では界磁磁石と内周面との間にある界磁子コアの厚さを大きく採ることができる。よってｑ軸磁路のインダクタンスを小さくし、リラクタンストルクを向上させることができる。しかも同じｑ軸磁路の界磁子における両端の周方向の位置が小さいので、占積率が高い整列巻を実現しやすい集中巻で巻回された電機子巻線を有する電機子においてリラクタンストルクを利用しやすい。

この発明にかかる回転電機の第２の態様によれば、磁束阻害部及びこれを介して相互に隣接する一対の界磁磁石を得るための構成が簡易となる。また無着磁部が存在することで、電機子と界磁子との間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

この発明にかかる回転電機の第３の態様によれば、非磁性体が存在することで、電機子と界磁子との間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

この発明にかかる回転電機の第４の態様や第５の態様によれば、欠損が存在することで、電機子と界磁子との間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。また第３の位置において隣接して極性が相互に異なる一対の内周側磁極面同士の間での磁束の流れが、欠損によって妨げられる。これにより多くの界磁を電機子に鎖交させることができる。

この発明にかかる回転電機の第６の態様によれば、欠損が内周面の円筒形状を損なわないので、風損を増加させずに第４の態様にかかる回転電機の効果を得ることができる。

この発明にかかる回転電機の第７の態様によれば、界磁子コアを複数の部品の組み合わせで形成することができるので、環状で一体の界磁子コアを作製する場合と比較して、界磁子コアの材料についての歩留まりが向上する。また界磁磁石を埋設することが容易となる。

この発明にかかる回転電機の第８の態様によれば、電機子と界磁子との間のギャップにおける磁束密度の高調波及び変化が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

この発明にかかる回転電機の第９の態様によれば、内周側磁極面を大きくすることができる。

この発明にかかる回転電機の第１０の態様によれば、飽和磁束密度が高いので、界磁を大きくできる。さらに、渦電流による損失や発熱を抑制できる。

この発明にかかる回転電機の第１１の態様によれば、界磁の磁束密度が高められ、また着磁して界磁磁石を形成する場合の着磁性が向上する。

この発明にかかる回転電機の第１２の態様によれば、界磁磁石が発生する界磁が短絡的に流れることを回避する。

この発明にかかる回転電機の第１３の態様によれば、占積率が高い整列巻を採用しやすい。

第１の実施の形態．
図１はこの発明にかかる回転電機の構成を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。回転電機は界磁子１Ａと電機子２とを備えている。電機子２はここでは１２極の場合が例示されている。

界磁子１Ａは回転軸Ｑに平行な外周面１７及び内周面１８を有する。外周面１７及び内周面１８は例えばいずれも円筒形である。電機子２は内周面１８によって囲まれる。

界磁子１Ａは界磁子コア１００と、界磁を発生させる複数の（ここでは８個の場合を例示）界磁磁石１０を備えている。界磁磁石１０は、界磁子コア１００に埋め込まれ、回転軸Ｑについての周方向に配列される。

図２は図１の一部を拡大して示す断面図である。界磁磁石１０は内周面１８に対峙する内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓと、外周面に対峙する外周側磁極面１０１Ｓ，１０２Ｎとを有する。内周側磁極面１０１Ｎと外周側磁極面１０２Ｎとは同じくＮ極の磁極面であり、外周側磁極面１０１Ｓと内周側磁極面１０２Ｓとは同じくＳ極の磁極面である。界磁磁石１０は内周側磁極面１０１Ｎと外周側磁極面１０１Ｓとを有する界磁磁石１０１と、内周側磁極面１０２Ｎと外周側磁極面１０２Ｓとを有する界磁磁石１０２から構成されていると把握することもできる。なお、全図において、界磁磁石１０において「Ｎ」「Ｓ」と附された記号は、それぞれ内周側磁極面１０１Ｎの磁極がＮ極であり、外周側磁極面１０２Ｓの磁極がＳ極であることを示しており、回転軸Ｑに垂直な断面における磁極の極性を示すものではない。

異なる界磁磁石１０に属して、いずれもＮ極である内周側磁極面１０１Ｎが周方向において隣接位置１５で相互に近接する。また異なる界磁磁石１０に属して、いずれもＳ極である内周側磁極面１０２Ｓが周方向において隣接位置１６で相互に近接する。隣接位置１５，１６において、界磁磁石１０の周方向端部には空隙１０４が設けられている。空隙１０４が設けられていることにより、隣接位置１５，１６において界磁子コア１００の周方向における幅が狭くなり、この位置での界磁子コア１００は磁気飽和し易くなる。これにより、内周側磁極面１０１Ｎと外周側磁極面１０１Ｓとの間で磁束が短絡的に流れたり、内周側磁極面１０２Ｓと外周側磁極面１０２Ｎとの間で磁束が短絡的に流れたりすることを抑制する。

なお、隣接位置１５，１６における界磁子コア１００は、界磁磁石１０を埋設するための孔を打ち抜く加工に起因して特性が劣化し、透磁率が低くなっている。しかし、熱処理によって比透磁率を１に近づけうる軟磁性材料を用いることにより、界磁子コア１００のうち、隣接位置１５，１６において選択的に透磁率を低下させることが望ましい。上記のような、磁束が短絡的に流れることを抑制する効果が高まるからである。

この観点からはまた、隣接位置１５，１６近傍で外周面１７側において、界磁子コア１００の磁気特性を劣化させる構成を採用することも望ましい。当該構成は具体的には例えば、界磁子コア１００を電磁鋼板を積層して構成する場合、これらを締結する締結具を貫挿する為の孔や、電磁鋼板同士が絡み合う厚み方向の凹凸を設けることで実現できる。

空隙１０４は隣接位置１５，１６において隣接する界磁磁石１０同士の間で連通し、一纏まりに形成してもよい。他方、空隙１０４は隣接位置１５，１６における周方向の寸法を小さくし、ｄ軸インダクタンスを低下させてもよい。この場合には逆突極性の突極比を高め、リラクタンストルクを高めることができる。このような場合においても上記の短絡的な磁束の流出入を抑制するためには、空隙１０４は隣接位置１５，１６から径方向に伸びることも望ましい。

また、空隙１０４には非磁性体たる空気が存在するが、ここに他の非磁性体を充填してもよい。

周方向における隣接位置１５，１６との間には、磁束阻害位置１３が存在し、ここにおいて相互に極性が異なる一対の内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓが隣接する。磁束阻害位置１３には界磁磁石１０１，１０２の境界１０３が存在する。この境界１０３において界磁磁石１０１，１０２が隣接するので、内周面１８と外周面１７との間での磁束の流れが阻害される。つまり境界１３は当該方向への磁束の流れを阻害する磁束阻害部として機能する。

そして、界磁磁石１０の磁束阻害位置１３側（即ち境界１０３側）の端部の方が、磁束阻害位置１３とは反対側（即ち隣接位置１５，１６側）の端部よりも、内周面１８に近い。

磁束阻害位置１３においては、界磁子１Ａの磁極の境界が形成されることになる。しかも界磁磁石１０（あるいは界磁磁石１０１，１０２）の寸法を大きくし、その端部を外周面１７近傍まで配置しても、これと外周面１７との間にある界磁子コア１００の厚さを大きく採ることができる。よって界磁子１Ａは、界磁磁石１０における渦電流損、発熱、減磁を低減する観点及びリラクタンストルクの利用という観点で望ましい埋込磁石型であり、かつ電機子２を囲む構造でありながらも、界磁磁石１０を大きくしつつ界磁に対するバックヨークとしての界磁子コア１００の機能は、その厚さの割に高めることができる。

なお、界磁磁石１０との端部（隣接位置１５，１６近傍）と外周面１７との間の界磁子コア１００の幅は、大きく採ることが望ましい。界磁子１Ａが回転子である場合、遠心力に抗して界磁磁石１０を保持する必要があるからである。例えば当該幅は、界磁磁石１０の中央部（境界１０３近傍）と内周面１８との間の界磁子コア１００の幅よりも大きく選定される。

更に、境界１０３が磁束阻害位置１３において磁束阻害部として機能するので、界磁子１Ａの磁極の境界でもある境界１０３を経由する経路Ｒ１のインダクタンスよりも、隣接位置１５，１６の内周面１８側に存する界磁子コア１００を経由する経路Ｒ２のインダクタンスの方が小さい。このため、いわゆるｑ軸磁路は経路Ｒ２が主たる経路となる。

そして隣接位置１５，１６では界磁磁石１０（あるいは界磁磁石１０１，１０２）と内周面１８との間にある界磁子コア１０８の厚さを大きく採ることができる。よってｑ軸磁路のインダクタンスを小さくして逆突極性の突極比を高め、リラクタンストルクを向上させることができる。

しかも同じｑ軸磁路の、界磁子１Ａにおける両端Ｒ２ａ，Ｒ２ｂの周方向の間隔が小さいので、電機子２の電機子巻線の巻回方法として集中巻を採用する場合に、リラクタンストルクを利用しやすい。集中巻を採用することは、占積率が高い整列巻を実現しやすいという利点がある。

なお、電機子２は内周面１８に向かって開口し、巻線が巻回される巻線用溝２１が設けられるが、集中巻が採用される場合には、当該巻線用溝２１は例えば界磁子１Ａの極数の１．５倍となる。図１では界磁磁石１０が８個設けられているので、巻線用溝２１は１２個設けられている。但し界磁子１Ａの極数と巻線用溝２１の個数の関係は上記に限定されない。界磁磁石１０が８個設けられ、巻線用溝２１は９個設けられてもよい。このような構造では、コギングトルクが小さいことが知られている。

境界１０３が周方向に幅を有していてもよい。そして境界１０３及びこれを介して相互に隣接する界磁磁石１０１，１０２とは一体の永久磁石材料（例えばＮｄ−Ｆｅ−Ｂ）で形成されてもよい。これにより、界磁磁石の個数が極数と一致し、界磁磁石の数を低減できる。この場合、境界１０３は永久磁石材料の無着磁部で実現できる。また界磁磁石１０１，１０２は着磁部で実現できる。これにより、界磁磁石１０１，１０２、境界１０３を得るための構成が簡易となる。また無着磁部が存在することで、電機子２と界磁子１Ａとの間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

さらに、界磁磁石１０１，１０２の内周面１８に最も近接した位置は境界１０３近傍であり、この位置での減磁が顕著であったとしても、磁極としての機能が受ける影響は少ないし、もとよりこの部分は無着磁部分、もしくは着磁強度の弱い場所である。

永久磁石材料に例えば飽和磁束密度が大きく、界磁を大きくするＮｄ−Ｆｅ−Ｂを採用しても、界磁子コア１００に界磁磁石１０が埋め込まれているので、渦電流は問題とならない。

永久磁石材料には、内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓと外周側磁極面１０１Ｓ，１０２Ｎとを結ぶ方向を磁化容易軸とする異方性を有することが望ましい。界磁の磁束密度が高められ、また着磁して界磁磁石を形成する場合の着磁性が向上するからである。

かかる異方性が存在する場合、着磁の強度は境界１０３に近づくほど弱くなることが望ましい。電機子２と界磁子１Ａとの間のギャップにおける磁束密度の高調波は低減されるからである。

他方、永久磁石材料に、磁化が等方性であるものを採用することもできる。この場合、境界１０３近傍の磁化の方向は、回転軸Ｑに垂直な平面内で傾斜して遷移する。これは内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓと外周側磁極面１０１Ｓ，１０２Ｎとを結ぶ方向についてみれば、着磁の強度は境界１０３に近づくほど弱くなることと等価となる。よって電機子２と界磁子１Ａとの間のギャップにおける磁束密度の高調波は低減される。

永久磁石材料への着磁は、永久磁石材料単体に対して行ってもよいし、界磁子を構成した状態で行ってもよい。また、界磁磁石１０１，１０２を別個に着磁した後に、境界１０３を介して隣接させ、あるいはこれらを接着してもよい。

界磁子コア１００の回転軸Ｑ方向の長さは、電機子２のコアよりも、若干大きいことが望ましい。界磁磁石１０の磁束は界磁子コア１００を介してギャップに到達するので、回転軸Ｑ方向に磁束を流し、電機子２へと磁束を効率よく集めるためである。

界磁子コア１００は、圧粉鉄心で形成してもよいし、電磁鋼板を積層してもよい。また周方向と径方向とに磁気特性が優れた二方向性電磁鋼板を丸めて構成してもよい。

第２の実施の形態．
図３乃至図６はいずれもこの発明にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。

図３乃至図６は、第１の実施の形態に示された界磁子１Ａと置換して回転電機を構成できる界磁子１Ｂ〜１Ｅの構成のうち、磁束阻害位置１３近傍を拡大して部分的に示している。界磁子１Ｂ〜１Ｅのいずれにおいても磁束阻害位置１３と内周面１８との間の界磁子コア１００には欠損が設けられている。

当該欠損は、図３に示された界磁子１Ｂでは凹部１０５として、図４に示された界磁子１Ｃでは凹部１０６として、図５に示された界磁子１Ｄでは欠損部１０７として、図６に示された界磁子１Ｅでは切欠き１０８として、それぞれ例示されている。

このような欠損が存在することで、電機子２（図１）と界磁子１Ｂ〜１Ｅとの間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。また磁束阻害位置１３において隣接して極性が相互に異なる一対の内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓ同士の間での磁束の流れが、欠損によって妨げられる。これにより多くの界磁を電機子２に鎖交させることができる。

凹部１０５（図３）や切欠き１０８（図６）は、内周面１８において電機子２に向けて開口する。特に切欠き１０８は磁束阻害位置近傍１３で界磁磁石１０を露呈させるので、内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓ同士の間で磁束が短絡的に流れることを抑制する効果が高い。

凹部１０６（図４）や欠損部１０７（図５）は、内周面１８と離隔して設けられる。これらが設けられても内周面１８の円筒形状を損なわないので、風損を増加させない。欠損部１０７は界磁磁石１０に対しても離隔しており、欠損部１０７と界磁磁石１０との間には界磁子コア１００が残置している。これに対して凹部１０６は欠損部１０７と界磁磁石１０との間には界磁子コア１００が残置していないので、内周側磁極面１０１Ｎ，１０２Ｓ同士の間で磁束が短絡的に流れることを抑制する効果が高い。

なお、凹部１０５，１０６、欠損部１０７、切欠き１０８が設けられることにより、界磁子を構成した状態で永久磁石材料の着磁を行う場合に、境界１０３に無着磁部分を形成しやすい点で有利である。

第３の実施の形態．
図７はこの発明にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。本実施の形態では第２の実施の形態において図６で紹介した界磁子１Ｅの外形を採用しているが、上述の界磁子１Ａ〜１Ｄを採用することもできる。

本実施の形態にかかる界磁子では、界磁子コア１００は、磁束阻害位置１３と外周面１７との間で結合する複数の界磁子コア部品１１０で構成される。このように界磁子コア１００を複数の界磁子コア部品１１０の組み合わせで形成することができるので、環状で一体の界磁子コアを作製する場合と比較して、界磁子コアの材料（例えば電磁鋼板）についての歩留まりが向上する。圧粉鉄心を用いる場合には、焼結の際のプレスを小型化できる点で有利である。また界磁磁石１０を埋設することが容易となる。

図８は界磁子コア部品１１０の形状を示す断面図である。例えば界磁子コア部品１１０は電磁鋼板で作成され、その厚み方向に積層されてから、相互に組み合わされて界磁子コア１００を構成することができる。

界磁子コア部品１１０の外形は、界磁子コア１００の外周面１７及び内周面１８（図７）をそれぞれ構成する外周面１１０ｃ及び内周面１１０ｄを有し、更に界磁子コア１００の周方向には端部１１０ｐ，１１０ｑを有している。端部１１０ｐには凸部１１０ａが、端部１１０ｑには凹部１１０ｂが、それぞれ周方向に向かって突出／陥没して設けられている。一の界磁子コア部品１１０の凸部１１０ａと他の界磁子コア部品１１０の凹部１１０ｂとを嵌合させて組み合わせることにより、界磁子コア１００が構成される。

界磁子コア部品１１０は界磁磁石１０を埋め込むための孔を構成する鞘状部１１０ｅ，１１０ｆを有している。鞘状部１１０ｅ，１１０ｆは、それぞれ凸部１１０ａ側及び凹部１１０ｂ側で開口する。一の界磁子コア１００の鞘状部１１０ｅと、他の界磁子コア１００の鞘状部１１０ｆとが組合わさって、界磁磁石１０を埋め込むための孔を構成する。この際、鞘状部１１０ｅ，１１０ｆのそれぞれの盲部端１１０ｇ，１１０ｈには図２で例示された空隙１０４が形成可能となる。

内周面１１０ｄは、凸部１１０ａが形成されていない位置での端部１１０ｐから距離ｄ１で、凹部１１０ｂが形成されていない位置での端部１１０ｑから距離ｄ２で、それぞれ退いており、隣接する二つの界磁子コア部品１１０同士で凸部１１０ａと凹部１１０ｂとが嵌合した場合、図６、図７に示された切欠き１０８が形成される。内周面１１０ｄの形状を適宜に設計することにより、凹部１０５（図３）、凹部１０６（図４）、欠損部１０７（図５）を形成することができる。

第４の実施の形態．
図９はこの発明にかかる回転電機に利用できる界磁子１Ｆの構成の一部を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。界磁子１Ｆは第１の実施の形態に示された界磁子１Ａと置換して回転電機を構成でき、図９ではその磁束阻害位置１３近傍を拡大して部分的に示している。

図９では円筒状の仮想内周面１９を付記している。界磁子１Ｆでは、磁束阻害位置１３から周方向に沿って離れるにつれ、内周面１８と電機子２（図１参照）との間の距離は狭くなる。換言すれば、磁束阻害位置１３に近づくほど、内周面１８は外周面１７側へと湾曲する。例えば隣接位置１５，１６近傍では内周面１８は断面視上で円弧であり、隣接位置１５，１６と磁束阻害位置１３との間のある位置から磁束阻害位置１３に至る間では、内周面１８が断面視上、上記円弧の接線として現れる形状を採ってもよい。

このような内周面１８の形状により、電機子と界磁子との間のギャップにおける磁束密度の高調波及び変化が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

図９では界磁子１Ｂ（図３）に示された凹部１０５と同様の凹部１０９を備えている場合が例示されている。しかし凹部１０９は凹部１０５（図３）、凹部１０６（図４）、欠損部１０７（図５）、切欠き１０８（図６）と置換することもできるし、界磁子１Ａ（図１、図２）のように欠損を設けない場合にも本実施の形態で示された内周面１８を採用することができる。

第５の実施の形態．
図１０はこの発明にかかる回転電機に利用できる界磁子１Ｇの構成の一部を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。界磁子１Ｇは第１の実施の形態に示された界磁子１Ａと置換して回転電機を構成でき、図１０ではその磁束阻害位置１３近傍を拡大して部分的に示している。

界磁子１Ｇでは、非磁性体の磁束阻害部１３０が磁束阻害位置１３において一対の界磁磁石１０１，１０２に挟まれて設けられる。このように界磁磁石１０１，１０２の間に非磁性体が存在することで、磁束阻害位置１３において内周面１８と外周面１７との間での磁束の流れが阻害される。よって第１の実施の形態における境界１０３と同じ機能が果たされ、第１の実施の形態で示された効果が得られる。

また境界１０３が周方向に幅を有している場合、例えば永久磁石材料の無着磁部が磁束阻害位置１３に設けられている場合と同様に、電機子１Ｇと界磁子２（図１、図２）との間のギャップにおける磁束密度の高調波が低減される。従って回転電機の回転むら及び振動を低減できる。

このような磁束阻害部１３０が採用される場合であっても、第２乃至第４の実施の形態に示された技術を適用できることは明白である。

第６の実施の形態．
図１１はこの発明にかかる回転電機に利用できる界磁子１Ｈの構成を例示する断面図であり、回転軸Ｑに垂直な断面を示している。界磁子１Ｈは第１の実施の形態に示された界磁子１Ａと置換して回転電機を構成できる。

界磁子１Ｇでは、界磁磁石１０が内周面１８に対して凸に湾曲する。これは内周側磁極面を大きくすることができる観点で望ましい。

界磁子１Ｇが採用される場合であっても、第１乃至第５の実施の形態に示された技術を適用できることは明白である。

この発明の第１の実施の形態にかかる回転電機の構成を例示する断面図である。 図１の一部を拡大して示す断面図である。 この発明の第２の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第２の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第２の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第２の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第３の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成を例示する断面図である。 界磁子コア部品の形状を示す断面図である。 この発明の第４の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第５の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成の一部を例示する断面図である。 この発明の第６の実施の形態にかかる回転電機に利用できる界磁子の構成を例示する断面図である。

符号の説明

１Ａ〜１Ｈ 界磁子
２ 電機子
１０，１０１，１０２ 界磁磁石
１００ 界磁子コア
１０１Ｎ，１０２Ｓ 内周側磁極面
１０１Ｓ，１０２Ｎ 外周側磁極面
１０４ 空隙
１０５，１０６，１０９ 凹部
１０７ 欠損部
１０８ 切欠き
１１０ 界磁子コア部品
１３ 磁束阻害位置
１３０ 非磁性体
１５，１６ 隣接位置
１７ 外周面
１８ 内周面
１９ 仮想内周面
Ｑ 回転軸

Claims (13)

1. 回転軸（Ｑ）に平行な外周面（１７）及び内周面（１８）を有する界磁子（１Ａ〜１Ｈ）と、
   前記内周面によって囲まれる電機子（２）と
   を備え、
   前記界磁子は、
   界磁子コア（１００）と、
   前記回転軸についての周方向に配列して前記界磁子コア（１００）に埋め込まれ、前記内周面に対峙する内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）と、前記外周面に対峙する外周側磁極面（１０１Ｓ，１０２Ｎ）とを有する界磁磁石（１０；１０１，１０２）の複数と、
   前記内周面と前記外周面との間での磁束の流れを阻害する磁束阻害部（１０３；１３０）と
   を含み、
   いずれも第１の極性（Ｎ）である一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ）が前記周方向において第１の位置（１５）で相互に隣接し、
   いずれも第２の極性（Ｓ）である一対の前記内周側磁極面（１０２Ｓ）が前記周方向において第２の位置（１６）で相互に隣接し、
   相互に極性（Ｎ，Ｓ）が異なる一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）が、前記周方向において前記第１の位置と前記第２の位置との間に存する第３の位置（１３）において前記磁束阻害部を介して相互に隣接し、
   前記界磁磁石の前記磁束阻害部側の端部の方が、前記磁束阻害部とは反対側の端部よりも、前記内周面に近い回転電機。
2. 前記磁束阻害部（１０３）及びこれを介して相互に隣接する一対の前記界磁磁石（１０１，１０２）とは一体の永久磁石材料で形成され、
   前記磁束阻害部は前記永久磁石材料の無着磁部で構成され、
   前記界磁磁石は前記永久磁石材料の着磁部で構成される、請求項１記載の回転電機。
3. 前記磁束阻害部（１３０）は、前記第３の位置において一対の前記界磁磁石（１０１，１０２）に挟まれた非磁性体である、請求項１記載の回転電機。
4. 前記第３の位置（１３）と前記内周面（１８）との間の前記界磁子コア（１００）には欠損（１０５，１０６，１０７，１０８）が設けられる、請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の回転電機。
5. 前記欠損は前記内周面（１８）において前記電機子に向けて開口する凹部（１０５，１０８）である、請求項４記載の回転電機。
6. 前記欠損（１０６，１０７）は前記内周面（１８）と離隔して設けられる、請求項４記載の回転電機。
7. 前記界磁子コア（１００）は、前記第３の位置（１３）と前記外周面（１７）との間で結合する複数の界磁子コア部品（１１０）で構成される、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の回転電機。
8. 前記第３の位置（１３）から前記周方向に沿って離れるにつれ、前記内周面（１８）と前記電機子（２）との間の距離は狭くなる、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の回転電機。
9. 前記界磁磁石は前記内周面（１８）に対して凸に湾曲する、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の回転電機。
10. 前記界磁磁石は焼結されたＮｄ−Ｆｅ−Ｂを用いて構成される、請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の回転電機。
11. 前記界磁磁石は前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）と前記外周側磁極面（１０１Ｓ，１０２Ｎ）とを結ぶ方向を磁化容易軸とする異方性を有する材料で構成される、請求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載の回転電機。
12. 前記第１の位置（１５）又は前記第２の位置（１６）で隣接する一対の前記内周側磁極面（１０１Ｎ，１０２Ｓ）の間に介在する非磁性体（１０４）
    を更に備える、請求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載の回転電機。
13. 前記電機子（２）に巻回される電機子巻線が集中巻きで巻回される、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載の回転電機。
    

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