JP5230511B2

JP5230511B2 - 磁気誘導子型回転機

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Publication number: JP5230511B2
Application number: JP2009096249A
Authority: JP
Inventors: 正哉井上; 道年東; 秀哲有田; 雅宏家澤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-04-10
Filing date: 2009-04-10
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-04-10
Also published as: JP2010252423A

Description

この発明は、鉄損成分がモータ損失のなかで支配的となるような高速回転域で駆動されるのに好適な磁気誘導子型回転機に関するものである。

従来の磁気誘導子型回転機は、円形状の第１励磁ヨーク、第１励磁ヨークの内周側に、軸方向に対をなして固定された複数の固定子鉄心、固定子鉄心に巻回された電機子巻線、および固定子鉄心の対の間に第１励磁ヨークの内周に沿って巻回され、可変磁束を発生する励磁巻線を有する固定子と、シャフトの周りに設けられた第２励磁ヨーク、および第２励磁ヨーク上に、固定子鉄心の対に対応して設けられた突極部であり、対の一方の突極部が対の他方の隣り合う突極部に間に設けられた突極部を有する回転子と、を備え、励磁巻線に電流を流すことにより励磁磁束を発生させ、電機子巻線に回転子位置に応じて交流電流を流すことによりトルクを発生させるように構成されている(例えば、特許文献１参照）。

そして、この従来の磁気誘導子型回転機では、鉄損の増大を抑えて、強度を高めるために、電磁鋼板を積層して固定子鉄心を作製する際に、板厚が薄く、鉄損が小さい電磁鋼板を回転軸方向断面の中央部に配置し、かつ板厚が厚く、高強度の電磁鋼板を回転軸方向断面の両側に配置している。

特開２００３−０７９１１７号公報

従来の磁気誘導子型回転機では、原理的に、励磁巻線に電流を流すことにより発生された磁束が、励磁巻線の軸方向の一側の固定子鉄心から回転子の軸方向一側の突極部に入り、第２励磁ヨーク内を軸方向他側まで流れ、その後回転子の軸方向他側の突極部から励磁巻線の軸方向他側の固定子鉄心に入り、第１励磁ヨーク内を軸方向一側に流れる磁気回路が構成される。そこで、回転子の突極部と固定子の固定子鉄心との間の磁路結合状態が回転子の回転にともなって変化し、回転機内部を流れる軸方向磁束量が増減する。回転子および固定子を流れる軸方向磁束量が変動すると、積層鉄心の面内渦電流損が発生するとともに、第１励磁ヨークや第２励磁ヨークなどの塊状磁性体にも渦電流損を発生する。この渦電流損は周波数の２乗に比例して増大することから、従来の磁気誘導子型回転機において、特に基本周波数が１ｋＨｚを超えるような高周波駆動すると、この渦電流損は深刻な問題となる。

しかしながら、従来の磁気誘導子型回転機は、渦電流損を低減することについては何ら考慮されていないので、高周波駆動した場合には、渦電流損が大きくなり、モータ効率が低下してしまうという課題があった。

ここで、積層鉄心の場合、積層鉄心を構成する電磁鋼板の板厚に反比例して渦電流損が低減するので、高周波駆動する場合、電磁鋼板を薄板化することで、渦電流損、すなわち鉄損の低減効果が得られ、モータ効率を高めることができる。

しかし、積層鉄心の占積率に着目すれば、電磁鋼板の絶縁被膜などの影響により、電磁鋼板が薄板化するほど積層鉄心の占積率は低下することになる。この占積率の低下は、積層鉄心の径方向および軸方向の磁気抵抗の増加をもたらし、積層鉄心を流れる磁束量が低下する。

そこで、この磁束量の低下を補うために、励磁巻線に流す電流を増やし、或いはトルクの低下を補うために、固定子巻線に流す電流を増やす必要があり、銅損の増大をもたらす。この銅損の増大が、電磁鋼板の薄板化による鉄損低減効果を相殺してしまうことになる。本出願人は、このような磁気誘導子型回転機においては、鉄損と銅損とがトレードオフの関係にあることを見出し、本発明を発明するに至ったものである。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、銅損の増大を抑えて鉄損を小さくし、超高速回転で駆動されても、効率が高められるとともに、トルクの低下を抑えることができる磁気誘導子型回転機を得ることを目的とする。

この発明に係る磁気誘導子型回転機は、それぞれ、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に並べて複数配設されてなる同一形状に作製され、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１固定子鉄心と第２固定子鉄心との対を有する固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻装された多相コイルを有する固定子と、突極が周方向に等角ピッチで配設されてなる同一形状に作製された第１回転子鉄心と第２回転子鉄心との対を、それぞれ対をなす上記第１固定子鉄心および上記第２固定子鉄心の内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着された回転子と、対をなす上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心との間に配設され、上記第１回転子鉄心の突極と上記第２回転子鉄心の突極とが異なる極性となるように界磁磁束を発生する界磁手段と、上記第１固定子鉄心のコアバック外周面と上記第２固定子鉄心のコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、を備えている。そして、上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心との対、および上記第１回転子鉄心と上記第２回転子鉄心との対の少なくとも一方の対の両鉄心が、板厚の異なる磁性薄板を、該磁性薄板の板厚が上記界磁手段から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して作製された積層鉄心である。

この発明によれば、空隙磁束密度の高い界磁手段近傍の鉄心の領域が、鉄損低減効果の大きな板厚の薄い磁性薄板の積層体により構成されているので、鉄心における鉄損を効果的に低減でき、効率が高められる。
また、界磁手段から軸方向に離反した鉄心の領域が、板厚の厚い磁性薄板の積層体により構成されているので、界磁手段近傍に板厚の薄い磁性薄板の積層体を配置することに起因する占積率の低下が補足され、鉄心全体としての占積率の低下が抑えられる。そこで、占積率の低下に起因する磁気抵抗の増加が抑えられ、磁束量の減少が少なくなる。これにより、銅損の増加が抑えられ、トルクの低下が抑えられる。

この発明の実施の形態１に係る回転機の構成を示す一部破断斜視図である。この発明の実施の形態１に係る回転機の構成を示す縦断面図である。この発明の実施の形態１に係る回転機における空隙磁束密度分布を測定した結果を示す図である。この発明の実施の形態２に係る回転機の構成を示す縦断面図である。この発明の実施の形態３に係る回転機の構成を示す縦断面図である。この発明の実施の形態４に係る回転機の構成を示す縦断面図である。

以下、本発明の磁気誘導子型回転機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転機の構成を示す一部破断斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転機の構成を示す縦断面図である。なお、図１中、矢印は磁束の流れを示している。

図１および図２において、回転機１は、磁気誘導子型同期回転機であり、鉄などの塊状磁性体で作製された回転軸２に同軸に固着された回転子３と、回転子３を囲繞するように配設された固定子鉄心８にトルク発生用駆動コイルとしての多相コイル１１を巻装して構成された固定子７と、界磁手段としての界磁コイル１２と、回転子３、固定子７および界磁コイル１２を収納する円筒状のケース１３と、を備えている。

回転子３は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性薄板としての磁性鋼板を積層一体化して作製された第１および第２回転子鉄心４，５と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔（図示せず）が穿設された円盤状の隔壁６と、を備える。第１および第２回転子鉄心４，５は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔（図示せず）が穿設された円筒状の基部４ａ，５ａと、基部４ａ，５ａの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで４つ設けられた突極４ｂ，５ｂと、から構成されている。さらに、第１および第２回転子鉄心４，５は、それぞれ、例えば０．１５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第１回転子積層鉄心３１と例えば０．３５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心３２とを互いに密接させて同軸に積層して構成されている。

そして、第１および第２回転子鉄心４，５は、周方向に半突極ピッチずらして、かつ第１回転子積層鉄心３１同士を隔壁６を介して相対させて、互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸２に固着されて構成されている。このように構成された回転子３は、回転軸２の両端を軸受（図示せず）に支持されてケース１３内に回転自在に配設されている。

固定子鉄心８は、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第１および第２固定子鉄心９，１０を備える。第１および第２固定子鉄心９，１０は、同一形状に作製され、円筒状のコアバック９ａ，１０ａと、コアバック９ａ，１０ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで６つ設けられたティース９ｂ，１０ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロット９ｃ，１０ｃが、コアバック９ａ，１０ａと隣り合うティース９ｂ，１０ｂとにより画成されている。さらに、第１および第２固定子鉄心９，１０は、それぞれ、例えば０．１５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第１固定子積層鉄心４１と例えば０．３５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第２固定子積層鉄心４２とを積層して構成されている。

そして、第１および第２固定子鉄心９，１０は、ティース９ｂ，１０ｂの周方向位置を一致させて、隔壁６の軸方向厚み分離間して、かつ第１固定子積層鉄心４１同士を対向させて、それぞれ第１および第２回転子鉄心４，５を囲繞するように、ケース１３内に配設されている。

多相コイル１１は、導体線をスロット９ｃ，１０ｃを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース９ｂ，１０ｂに巻回した、いわゆる集中巻き方式に巻回された３相の相コイルを有する。つまり、多相コイル１１は、軸方向に相対する６対のティース９ｂ、１０ｂに対して順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。

界磁コイル１２は、導体線を円筒状に巻回した円筒状コイルであり、ケース１３の内周面に沿って、第１および第２回転子鉄心９，１０のコアバック９ａ，１０ａ間に介装されている。
ケース１３は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第１固定子鉄心９のコアバック９ａの外周面と第２固定子鉄心１０のコアバック外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。

つぎに、このように構成された回転機１の動作について説明する。

界磁コイル１２に通電されることにより発生した磁束は、第１固定子鉄心９内を軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、ティース９ｂから空隙部を介して第１回転子鉄心４の突極４ｂに入る。第１回転子鉄心４に入った磁束は、第１回転子鉄心４内を、軸方向に隔壁６側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、回転軸２に流れ込む。回転軸２に流れ込んだ磁束は、回転軸２内を軸方向に流れ、第２回転子鉄心５に入る。第２回転子鉄心５に入った磁束は、第２回転子鉄心５内を、軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、突極５ｂから空隙部を介して第２固定子鉄心１０のティース１０ｂに入る。第２固定子鉄心１０に入った磁束は、第２固定子鉄心１０内を、軸方向に界磁コイル１２側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、ケース１３に流れ込む。ケース１３に流れ込んだ磁束は、ケース１３内を軸方向に流れ、第１固定子鉄心９に戻る。

この時、第１および第２回転子鉄心４，５の突極４ｂ，５ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、磁束は、軸方向から見ると、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置されたように作用する。そして、多相コイル１１に回転子３の位置に応じて交流電流を流すことにより、トルクを発生させる。これにより、回転機１は、無整流子モータであり、磁気的には、８極６スロットの集中巻き方式の永久磁石式回転機と同様に動作する。

なお、界磁コイル１２により磁束を発生させているので、界磁コイル１２への通電を停止することで、逆起電力を取り去ることができる。この回転機１も、界磁制御式の回転機である。

つぎに、この実施の形態１による回転機１による効果について説明する。ここで、図３はこの発明の実施の形態１に係る回転機における空隙磁束密度分布を測定した結果を示す図である。

回転機１の空隙磁束密度分布は、図３に示されるように、磁束密度が回転軸２の軸方向の中央、即ち起磁力中心で反転し、かつ起磁力中心に近づくほど高くなる傾斜した分布となる。そして、回転機１を高周波駆動する場合、渦電流損が支配的であり、渦電流損Ｗｅは磁束密度の２乗に比例するため、鉄損に着目すれば、鉄損が起磁力中心に集中して発生する構造となる。そして、通常、積層精度が確保しやすく、かつ安価な０．５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を用いられているが、渦電流損は磁性鋼板の板厚の２乗に反比例して低減することから、例えば０．２ｍｍ程度の板厚まで磁性鋼板を薄板化すれば、高周波駆動した場合に、鉄損の低減効果が顕著となる。

また、０．５ｍｍの板厚の磁性鋼板を積層して、積層方向の長さが２０ｍｍの積層鉄心を作製した場合、占積率は９８％以上となる。しかし、０．２ｍｍの板厚の磁性鋼板を積層して、積層方向の長さが２０ｍｍの積層鉄心を作製した場合には、占積率は９５％程度となる。そこで、０．２ｍｍの板厚の磁性鋼板を積層して作製された積層鉄心では、積層方向に１ｍｍ（＝２０×０．０５）の空隙が生じることになる。この空隙は、回転機１の磁気抵抗の支配要因である空隙部（０．３〜０．５ｍｍ）より大きく、磁路を流れる磁束量が低減する。そこで、磁束量の低下を補うために、界磁コイル１２への通電電流を増やし、或いはトルクの低下を補うために、多相コイル１１への通電電流を増やせば、銅損が大幅に増加する。

この実施の形態１では、第１および第２回転子鉄心４，５は、それぞれ、板厚の薄い磁性鋼板（ｔ＝０．１５ｍｍ）を積層してなる第１回転子積層鉄心３１と板厚の厚い磁性鋼板（ｔ＝０．３５ｍｍ）を積層してなる第２回転子積層鉄心３２とを積層して構成され、第１回転子積層鉄心３１が起磁力中心側に位置するように配設されている。すなわち、第１および第２回転子鉄心４，５は、それぞれ、板厚の異なる２種類の磁性鋼板を、磁性鋼板の板厚が起磁力中心から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して構成されている。

また、第１および第２固定子鉄心９，１０が、それぞれ、板厚の薄い磁性鋼板（ｔ＝０．１５ｍｍ）を積層してなる第１固定子積層鉄心４１と板厚の厚い磁性鋼板（ｔ＝０．３５ｍｍ）を積層してなる第２固定子積層鉄心４２とを積層して構成され、第１固定子積層鉄心４２が起磁力中心側に位置するように配設されている。すなわち、第１および第２固定子鉄心９，１０は、それぞれ、板厚の異なる２種類の磁性鋼板を、磁性鋼板の板厚が起磁力中心から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して構成されている。

そこで、板厚の薄い磁性鋼板を積層して作製された第１回転子積層鉄心３１および第１固定子積層鉄心４１が、磁束密度が高い起磁力中心側に配設されているので、磁性鋼板の薄板化による鉄損低減効果が顕著となる。また、板厚の厚い磁性鋼板を積層して作製された第２回転子積層鉄心３２および第２固定子積層鉄心４２が、磁束密度の低い軸方向外側に配設されているので、磁性鋼板の厚板化に起因する鉄損の増加が抑えられる。これにより、第１および第２回転子鉄心４，５および第１および第２固定子鉄心９，１０における鉄損が低減される。

また、板厚の薄い磁性鋼板を積層することに起因する占積率の低下が、板厚の厚い磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心３２および第２固定子積層鉄心４２を併設することにより、補足される。そこで、板厚の薄い磁性鋼板を積層することに起因する占積率の低下による第１および第２回転子鉄心４，５および第１および第２固定子鉄心９，１０における径方向および軸方向の磁気抵抗の増加が抑えられ、磁束量の減少が少なくなり、銅損の増加が抑えられる。

このように、この実施の形態１によれば、第１および第２回転子鉄心４，５および第１および第２固定子鉄心９，１０が、それぞれ、板厚の薄い磁性鋼板を積層してなる第１回転子積層鉄心３１および第１固定子積層鉄心４１と、板厚の厚い磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心３２および第２固定子積層鉄心４２と、を積層して構成され、第１回転子積層鉄心３１および第１固定子積層鉄心４１が起磁力中心側に位置するように配設されているので、銅損の増加を抑えつつ鉄損を低減でき、高効率および高トルクの回転機を実現できる。

なお、上記実施の形態１では、第１および第２回転子積層鉄心に用いられる磁性鋼板の板厚が第１および第２固定子積層鉄心に用いられる磁性鋼板の板厚と同じとしているが、第１および第２回転子積層鉄心に用いられる磁性鋼板と第１および第２固定子積層鉄心に用いられる磁性鋼板との板厚を変えてもよい。

また、上記実施の形態１では、第１および第２回転子鉄心および第１および第２固定子鉄心が、板厚の薄い磁性鋼板を積層してなる第１回転子積層鉄心および第１固定子積層鉄心と、板厚の厚い磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心および第２固定子積層鉄心と、を積層して構成されているものとしているが、第１および第２回転子鉄心が第１および第２回転子積層鉄心を積層して構成され、第１および第２固定子鉄心が単一の板厚の磁性鋼板を積層して構成されてもよいし、第１および第２固定子鉄心が第１および第２固定子積層鉄心を積層して構成され、第１および第２回転子鉄心が単一の板厚の磁性鋼板を積層して構成されてもよい。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２に係る回転機の構成を示す縦断面図である。

図４において、固定子鉄心８Ａは、第１固定子鉄心９Ａと第２固定子鉄心１０Ａとを備える。第１および第２固定子鉄心９Ａ，１０Ａは、それぞれ、例えば直径が１００ミクロン程度の鉄粉を絶縁コーティングした後加圧成形して作製された圧粉鉄心４３と、０．３５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層して作製された第２固定子積層鉄心４２と、を積層して構成されている。圧粉鉄心４３は、第１固定子積層鉄心４１とは、同じ形状に作製されている。そして、第１および第２固定子鉄心９Ａ，１０Ａは、圧粉鉄心４３同士を界磁コイル１２を介して対向させて、それぞれ第１および第２回転子鉄心４，５を囲繞するように、ケース１３内に配設されている。
なお、この実施の形態２では、第１固定子積層鉄心４１に代えて圧粉鉄心４３を用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された回転機１Ａでは、第１固定子積層鉄心４１に代えて、直径が１００ミクロン程度の鉄粉を絶縁コーティングした後加圧成形して作製された圧粉鉄心４３を用いているので、高周波駆動する場合、第１固定子積層鉄心４１に比べて、渦電流損、すなわち鉄損の低減効果が大きくなり、効率が高められる。
また、圧粉鉄心４３内には３次元的な磁路が形成されているので、第１固定子積層鉄心４１に比べて、軸方向の磁気抵抗が小さくなり、磁束量の減少が抑えられ、トルクの低下がほとんど発生しなくなる。

また、圧粉鉄心４３は素材の抵抗率が高いので、圧粉鉄心４３と界磁コイル１２との間の絶縁構造を省略、もしくは簡略にでき、その分界磁コイル１２の容積を大きくすることができる。
また、圧粉鉄心４３は第１固定子積層鉄心４１に比べて軸方向の伝熱抵抗が小さいので、界磁コイル１２での発熱は圧粉鉄心４３を介してケース１３に速やかに伝達され、ケース１３の表面から放熱される。このように、界磁コイル１２の放熱性が向上されるので、界磁コイル１２に大きな電流を流して、過度の温度上昇を伴うことなく、大トルクを得ることができる。

実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係る回転機の構成を示す縦断面図である。

図５において、回転子３Ｂは、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂと、隔壁６と、を備える。第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂは、それぞれ、例えば０．１５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第１回転子積層鉄心３５と、例えば０．２０ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心３６と、例えば０．３５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第３回転子積層鉄心３７と、をこの順に互いに密接させて同軸に積層して構成されている。そして、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂは、周方向に半突極ピッチずらして、かつ第１回転子積層鉄心３５同士を隔壁６を介して相対させて、互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸２に固着されて構成されている。なお、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂは、第１および第２回転子鉄心４，５と同じ形状に作製されている。

固定子鉄心８Ｂは、第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂを備える。第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂは、それぞれ、例えば０．１５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第１固定子積層鉄心４５と、例えば０．２０ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第２固定子積層鉄心４６と，例えば０．３５ｍｍ程度の板厚の磁性鋼板を積層してなる第２固定子積層鉄心４７と、をこの順に互いに密接させて同軸に積層して構成されている。そして、第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂは、ティースの周方向位置を一致させて、隔壁６の軸方向厚み分離間して、かつ第１固定子積層鉄心４５同士を対向させて、それぞれ第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂを囲繞するように、ケース１３内に配設されている。

なお、この実施の形態３では、回転子３および固定子鉄心８に代えて回転子３Ｂおよび固定子鉄心８Ｂを用いている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。

このように構成された回転機１Ｂでは、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，４Ｂが、それぞれ第１乃至第３回転子積層鉄心３５，３６，３７を、起磁力中心側から軸方向外側に向かって磁性鋼板の厚みが順次厚くなるように配列して構成されている。すなわち、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂは、それぞれ、板厚の異なる３種類の磁性鋼板を、磁性鋼板の板厚が起磁力中心から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して構成されている。同様に、第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂが、それぞれ第１乃至第３固定子積層鉄心４５，４６，４７を、起磁力中心側から軸方向外側に向かって磁性鋼板の厚みが順次厚くなるように配列して構成されている。すなわち、第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂは、それぞれ、板厚の異なる３種類の磁性鋼板を、磁性鋼板の板厚が起磁力中心から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して構成されている。

これにより、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，４Ｂおよび第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂによる鉄損低減効果は、軸方向外側から起磁力中心に向かってステップ状に大きくなる。

この回転機１Ｂにおいても、図３に示される空隙磁束密度分布を有しているので、鉄損を効果的に低減できる。つまり、第１および第２回転子鉄心４Ｂ，５Ｂおよび第１および第２固定子鉄心９Ｂ，１０Ｂにおいて、空隙磁束密度の大きな起磁力中心側に薄い磁性鋼板（ｔ＝０．１５ｍｍ）の積層体を配置し、その外側にやや薄い磁性鋼板（ｔ＝０．２０ｍｍ）の積層体を配置し、更にその外側に厚い磁性鋼板（ｔ＝０．３５ｍｍ）の積層体を配置して、鉄損を効果的に低減している。そこで、積層精度が確保しにくく、かつ高価な０．１５ｍｍの磁性鋼板の使用量を削減できるので、量産性が高められるとともに、低価格化が図られる。

なお、上記実施の形態３では、第１および第２回転子鉄心および第１および第２固定子鉄心がそれぞれ磁性鋼板の板厚が異なる３つの積層体を軸方向に配列して構成されているものとしているが、磁性鋼板の板厚が異なる積層体の軸方向の配列数は３つに限定されるものではなく、４つ以上であってもよい。
また、上記実施の形態３では、第１および第２回転子積層鉄心に用いられる磁性鋼板の板厚が第１および第２固定子積層鉄心に用いられる磁性鋼板の板厚と同じとしているが、第１および第２回転子積層鉄心に用いられる磁性鋼板と第１および第２固定子積層鉄心に用いられる磁性鋼板との板厚を変えてもよい。

また、上記実施の形態３では、第１および第２回転子鉄心および第１および第２固定子鉄心が、それぞれ磁性鋼板の板厚が異なる第１乃至第３回転子積層鉄心および第１乃至第３固定子積層鉄心により構成されているものとしているが、第１および第２回転子鉄心が磁性鋼板の板厚が異なる第１乃至第３回転子積層鉄心により構成され、第１および第２固定子鉄心が単一の板厚の磁性鋼板を積層して構成されてもよいし、第１および第２固定子鉄心が磁性鋼板の板厚が異なる第１乃至第３固定子積層鉄心により構成され、第１および第２回転子鉄心が単一の板厚の磁性鋼板を積層して構成されてもよい。

実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る回転機の構成を示す縦断面図である。

図６において、回転機１Ｃは、回転軸２に同軸に固着された回転子３Ｃと、回転子３Ｃを囲繞するように配設された固定子鉄心８Ｃにトルク発生用駆動コイルとしての多相コイル１１を巻装してなる固定子７Ｃと、界磁手段としての界磁コイル１２と、回転子３Ｃ、固定子７Ｃおよび界磁コイル１２を収納する円筒状のケース１３と、を備えている。

回転子３Ｃは、周方向に半突極ピッチずらして、かつ第１回転子積層鉄心３１同士を隔壁６を介して相対させて、互いに密接して配置された第１および第２回転子鉄心４，５の対を、第１回転子鉄心４同士を接するように軸方向に配列して、回転軸２により固着して構成されている。

固定子鉄心８Ｃは、ティースの周方向位置を一致させて、かつ第１固定子積層鉄心４１同士を界磁コイル１２を介して対向させて配置された第１および第２固定子鉄心９，１０の対を、第１固定子鉄心９同士を接するように軸方向に配列して、それぞれ第１および第２回転子鉄心４，５を囲繞するように、ケース１３内に固着されて構成されている。そして、図示していないが、多相コイル１１が、スロットを跨がないで軸方向に１列に配列されている４本のティースに導体線を巻回して構成された３相の相コイルを有する。さらに、界磁コイル１２が第１および第２固定子鉄心９，１０の各対の第１および第２固定子鉄心９，１０のコアバック間に介装されている。

この実施の形態４においても、第１および第２回転子鉄心４，５および第１および第２固定子鉄心９，１０の各対が、それぞれ、板厚の薄い磁性鋼板を積層してなる第１回転子積層鉄心３１および第１固定子積層鉄心４１と、板厚の厚い磁性鋼板を積層してなる第２回転子積層鉄心３２および第２固定子積層鉄心４２と、を積層して構成され、第１回転子積層鉄心３１および第１固定子積層鉄心４１が起磁力中心側に位置するように配設されているので、銅損の増加を抑えつつ鉄損を低減でき、高効率および高トルクの回転機を実現できる。

なお、上記各実施の形態では、界磁極数とスロット数との比が８：６、すなわち極スロット比が４：３であるが、極スロット比は４：３に限定されるものではなく、例えば２：３でもよい。
また、上記各実施の形態では、多相コイルが集中巻き方式で第１および第２固定子鉄心に巻回されているものとしているが、多相コイルは分布巻き方式で第１および第２固定子鉄心に巻回されていてもよい。

また、上記各実施の形態では、磁性薄板として磁性鋼板を用いるものとしているが、磁性薄板は磁性鋼板に限定されるものではなく、例えば電磁鋼板を用いてもよい。
また、上記各実施の形態では、界磁手段として界磁コイルを用いるものとしているが、界磁手段は界磁コイルに限定されるものではなく、永久磁石でもよい。
また、上記各実施の形態では、ケースを磁性材料で作製するものとしているが、フレームを非磁性のステンレスやアルミニウムなどで作製してもよい。この場合、鉄などの磁性材料からなる軸方向磁路形成部材を第１固定子鉄心のコアバック外周面と第２固定子鉄心のコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設すればよい。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ回転機、２回転軸、３，３Ｂ，３Ｃ回転子、４，４Ｂ第１回転子鉄心、４ａ基部、４ｂ突極、５，５Ｂ第２回転子鉄心、５ａ基部、５ｂ突極、７，７Ｃ固定子、８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ固定子鉄心、９，９Ａ，９Ｂ第１固定子鉄心、９ａコアバック、９ｂティース、９ｃスロット、１０，１０Ａ，１０Ｂ第２固定子鉄心、１０ａコアバック、１０ｂティース、１０ｃスロット、１１多相コイル、１２界磁コイル（界磁手段）、１３ケース（軸方向磁路形成部材）、３１第１回転子積層鉄心、３２第２回転子積層鉄心、３５第１回転子積層鉄心、３６第２回転子積層鉄心、３７第３回転子積層鉄心、４１第１固定子積層鉄心、４２第２固定子積層鉄心、４５第１固定子積層鉄心、４６第２固定子積層鉄心、４７第３固定子積層鉄心。

Claims

それぞれ、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に並べて複数配設されてなる同一形状に作製され、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１固定子鉄心と第２固定子鉄心との対を有する固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻装された多相コイルを有する固定子と、
突極が周方向に等角ピッチで配設されてなる同一形状に作製された第１回転子鉄心と第２回転子鉄心との対を、それぞれ対をなす上記第１固定子鉄心および上記第２固定子鉄心の内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着された回転子と、
対をなす上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心との間に配設され、上記第１回転子鉄心の突極と上記第２回転子鉄心の突極とが異なる極性となるように界磁磁束を発生する界磁手段と、
上記第１固定子鉄心のコアバック外周面と上記第２固定子鉄心のコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、を備え、
上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心との対、および上記第１回転子鉄心と上記第２回転子鉄心との対の少なくとも一方の対の両鉄心が、板厚の異なる磁性薄板を、該磁性薄板の板厚が上記界磁手段から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して作製された積層鉄心であることを特徴とする磁気誘導子型回転機。
それぞれ、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に並べて複数配設されてなる同一形状に作製され、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１固定子鉄心と第２固定子鉄心との対を有する固定子鉄心、および上記固定子鉄心に巻装された多相コイルを有する固定子と、
突極が周方向に等角ピッチで配設されてなる同一形状に作製された第１回転子鉄心と第２回転子鉄心との対を、それぞれ対をなす上記第１固定子鉄心および上記第２固定子鉄心の内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着された回転子と、
対をなす上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心との間に配設され、上記第１回転子鉄心の突極と上記第２回転子鉄心の突極とが異なる極性となるように界磁磁束を発生する界磁手段と、
上記第１固定子鉄心のコアバック外周面と上記第２固定子鉄心のコアバック外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、を備え、
対をなす上記第１固定子鉄心と上記第２固定子鉄心のそれぞれが、上記界磁手段に近接して配設された圧粉鉄心と、磁性薄板を積層して作製され、該圧粉鉄心の上記界磁手段と反対側に該圧粉鉄心に接するように配設された積層鉄心と、から構成されていることを特徴とする磁気誘導子型回転機。
対をなす上記第１回転子鉄心と上記第２回転子鉄心とのそれぞれが、板厚の異なる磁性薄板を、該磁性薄板の板厚が上記界磁手段から軸方向に離反する方向にステップ状に厚くなるように配列、積層して作製された積層鉄心であることを特徴とする請求項２記載の磁気誘導子型回転機。