JP5261965B2

JP5261965B2 - 回転子

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Publication number: JP5261965B2
Application number: JP2007107242A
Authority: JP
Inventors: 桂治青田; 能成浅野; 伸中増
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2007-04-16
Filing date: 2007-04-16
Publication date: 2013-08-14
Anticipated expiration: 2027-04-16
Also published as: JP2008271622A

Description

この発明は回転子の磁気特性及び機械的強度を向上させる技術に関する。

回転電機は主として、電機子たる固定子と、界磁子たる回転子とで構成される。そして従来から、固定子において磁束を通過させたくない部分の強度を増強するため、固定子を構成する金属板を折り曲げる技術が提案されている。

特開２００６−６７６９７号公報特開平１１−１５０８９２号公報特開平７−２９８５２３号公報「高磁束密度における電磁鋼板の磁気特性について」開道ほか、電気学会論文誌Ａ、電気学会（平成１０年）、１１８巻９号、第１０２９〜１０３３頁

しかしながら回転子においても、固定子と同様に、磁束を通過させたくない部分の強度を増強する要求がある。特に回転子は界磁磁束を発生する永久磁石を備えており、界磁磁束が回転子内部で短絡的に流れることを抑制する必要がある。このように短絡的に流れる界磁磁束は固定子へと有効に鎖交しないため、トルクに寄与しないからである。

そこでこの発明の目的は、積層された磁性板及びこれに貫挿された永久磁石を備えた回転子において、界磁磁束が回転子内部で短絡的に流れることを効果的に防止しつつ、回転子の機械的強度をも増強することにある。

この発明にかかる回転子は、回転軸（Ｑ）に平行な筒状のエアギャップ（４）を介して固定子（１）と対向し、前記固定子と共に回転電機に採用される回転子（２）であって、前記回転軸に平行な方向である回転軸方向に積層され、その各々が、前記回転軸周りの周方向に配置された第１孔の複数（２１）と、前記第１孔の端部で前記第１孔よりも前記固定子側に位置する第２孔（２２，２２ａ〜２２ｆ）とを有し、前記第２孔の固定子側の端部よりも前記固定子側に位置する第１変形位置（２０１）において前記回転軸方向に変形する磁性板（２０，２８）の複数と、いずれも前記第１孔に貫挿されて前記回転軸方向に平行な磁極面を呈する永久磁石（３）の複数と、を備える。

この発明にかかる回転子の第９の態様は、下記の第１乃至第８の態様のいずれかであって、前記第１変形位置（２０１）は、前記磁性板（２）の最も前記固定子（１）に近い縁（２００）から離れている。

この発明にかかる回転子の第１の態様では、前記第２孔（２２）は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられる。第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、前記磁性板（２０）は、前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた第１の前記第２孔と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔との間の第２変形位置（２０２）で前記回転軸方向に更に変形する。

この発明にかかる回転子の第２の態様では、前記磁性板（２０）は、前記第２孔（２２）の各々の前記周方向の端部に位置する第２変形位置（２０２）で前記回転軸方向に更に変形する。

この発明にかかる回転子の第３の態様は、その第２の態様であって、前記第２変形位置（２０２）は前記第２孔（２２）の前記周方向の一方側の前記端部に位置する。

この発明にかかる回転子の第４の態様は、その第２乃至第３の態様のいずれかであって、前記第２変形位置（２０２）において前記磁性板（２０）の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる。

この発明にかかる回転子の第５の態様は、その第２の態様であって、前記磁性板（２０）の各々において、前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられる。第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた第１の前記第２孔（２２ｅ；２２ｆ）の前記第２変形位置（２０２）と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔（２２ｆ：２２ｅ）の前記第２変形位置とは、前記周方向について相互に反対側に位置する。同一の前記第１孔の前記一対の前記端部で設けられた前記一対の前記第２孔の前記第２変形位置の一対は、前記周方向について前記一対の前記第２孔に対して相互に同じ側に位置する。前記第２変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる。前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される。

この発明にかかる回転子の第６の態様は、その第２の態様であって、前記磁性板（２０）の各々において、前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接する。前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた前記第１の前記第２孔（２２ｃ；２２ｄ）の前記第２変形位置（２０２）と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔（２ｄ；２２ｃ）の前記第２変形位置とは、前記周方向について相互に同じ側に位置する。同一の前記第１孔の前記一対の前記端部で設けられた前記一対の前記第２孔の前記第２変形位置の一対は、前記周方向について前記一対の前記第２孔に対して相互に反対側に位置する。前記第２変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる。前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される。

この発明にかかる回転子の第７の態様では、前記磁性板（２０）の各々において、前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接する。前記第１の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔の前記周方向の端部の第２変形位置（２０２）においても前記磁性板が前記回転軸方向に更に変形する。前記第２の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔は、前記第１の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔並びにその前記第１変形位置（２０１）及び前記第２変形位置を囲む広さで開口する。前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される。

この発明にかかる回転子の第８の態様は、その第５乃至第７の態様のいずれかであって、前記第２変形位置（２０２）において前記磁性板が回転軸方向に捲れる長さは、前記磁性板（２０）の厚み以下である。

この発明にかかる回転子の第１０の態様は、その第１乃至第９の態様のいずれかであって、前記磁性板（２０）は、前記第１孔（２１）よりも前記固定子（１）と反対側で前記回転軸方向に更に変形する。

この発明にかかる回転子の第１１の態様は、その第１乃至第１０の態様のいずれかであって、いずれの前記磁性板よりも前記回転軸方向に位置して前記磁性板に対して積層され、前記磁性板が前記回転軸方向に変形する位置を前記回転軸方向に沿って投射した位置で前記磁性板に対して開口する端板（５）を更に備える。

この発明にかかる回転子の第１２の態様は、その第１乃至第１０の態様のいずれかであって、前記磁性板のうち、前記回転軸方向において最も端に位置する少なくとも一の前記磁性板（２８）は、他の前記磁性板（２０）が前記回転軸方向に変形する位置を前記回転軸方向に沿って投射した位置で除去される。

この発明にかかる回転子の第１３の態様は、その第１乃至第１２の態様のいずれかであって、前記磁性板は無方向性電磁鋼板であり、前記磁性板の各々において、前記回転軸から見て前記無方向性電磁鋼板の圧延方向に対して４５度傾斜する方向には、隣接する前記第１孔（２１）の間が位置する。

上記いずれの態様においても、望ましくは、前記第１変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる。

この発明にかかる回転子によれば、回転子の機械的強度を増すこととあわせて、永久磁石が発生する界磁磁束が、永久磁石の端部近傍で回転子内を短絡的に流れることが、第２孔が磁気障壁となることで防止される。しかも磁性板が第２孔よりも固定子側で変形するので、第１変形位置の磁気抵抗が高まり、界磁磁束が第２孔よりも固定子側を迂回することをも阻害する。よって界磁磁束の短絡的な流れを防止する効果が高まる。
またその第１の態様によれば、永久磁石の端部近傍で回転子内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を更に高める。
またその第２の態様によれば、いわゆるｑ軸磁路の磁気抵抗を小さくし、ｑ軸インダクタンスを大きく採ることができる。

この発明にかかる回転子の第９の態様によれば、固定子と対向する、回転子の最も固定子に近い縁の寸法精度を高め、エアギャップの精度を損なわない。

この発明にかかる回転子の第３の態様によれば、第２変形位置側が進行方向となる回転を行うことで、通電時の固定子からの磁束を望ましい磁路に導く。

この発明にかかる回転子の第４の態様によれば、第２変形位置を狭くしてｑ軸磁路の磁気抵抗をより小さくする。

この発明にかかる回転子の第５，６，７の態様によれば、第２孔が他の第２孔の第２変形位置における磁性体の変形を収容するので、磁性体が捲れる角度をほぼ直角にできるため、捲れる量が同じであっても、機械的強度をより増大することができる。

この発明にかかる回転子の第８の態様によれば、磁性板同士を密着して積層し、その積層された全体での機械的強度を大きくする。

この発明にかかる回転子の第１０の態様によれば、永久磁石の端部近傍で回転子内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を更に高める。

この発明にかかる回転子の第１１の態様によれば、端板が磁性板の変形と干渉しない。

この発明にかかる回転子の第１２の態様によれば、端の磁性板が磁性板の変形と干渉しない。

この発明にかかる回転子の第１３の態様によれば、無方向性電磁鋼板の圧延方向に対して４５度傾斜する方向での磁気特性は悪化するので、永久磁石の端部近傍で回転子内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を更に高める。

第１の実施の形態．
図１はこの発明の第１の実施の形態にかかる回転子２と、固定子１とを備えた回転電機を示す断面図である。当該断面図は回転子２の回転軸Ｑに垂直な断面を示す。なお、通常は固定子１には電機子巻線が設けられているが、本発明にかかる回転子を特徴づけるものではなく、また周知の構成であるので、この明細書及び図面において省略した。同様に、回転子２に連結して外部へと回転を伝導するための回転シャフト及びこれを支持する構造についても省略した。

回転子２は、回転軸Ｑに平行な筒状のエアギャップ４を介して固定子１と対向し、固定子１と共に回転電機に採用される。

固定子１は、ヨーク１０とティース１１とを備えている。ティース１１は、回転軸Ｑを中心とする径方向に延在して回転子２と対向する。ヨーク１０は環状を呈し、ティース１１を回転子２と反対側で連結する。

回転子２は、複数の磁性板２０を、回転軸Ｑに平行な方向（以下「回転軸方向」と称す）に積層して備えている。磁性板２０の各々はいずれも複数の第１孔２１及び第２孔２２を有している。第１孔２１は、回転軸Ｑ周りの周方向に配置されている。第１孔２１には永久磁石３が貫挿されており、永久磁石３は回転軸方向に平行な磁極面を呈する。第２孔２２は、第１孔２１の端部で、第１孔２１よりも固定子１側に位置する。

第２孔２２が、あるいは更に第１孔２１のうち永久磁石３が貫挿されていない端部も併せて、磁気障壁となって、永久磁石３の発生する界磁磁束が永久磁石３の端部近傍で回転２子内を短絡的に流れることを防止する。

本実施の形態では永久磁石３の位置決めのため、第１孔２１は幅に段差が生じているが、当該段差は本発明において必須ではない。また第２孔２２は第１孔２１と連通しているが、容易に磁気飽和できる程度の幅で分離されていてもよい。

図２は図１の内、磁性板２０の固定子１側の面となる外周面２００近傍を拡大した断面図である。外周面２００は磁性板２０のうち、最も固定子１に近い縁によって形成される。

第２孔２２の固定子１側の端部よりも固定子１側に第１変形位置２０１が存在し、ここにおいて磁性板２０は回転軸方向に変形する。回転軸方向の変形は、回転軸に垂直な断面において現れにくいので、特に断らない限り鎖線で示している。

図３は図２の位置ＡＡにおける断面矢視図であり、第２孔２２から第１変形位置２０１を経由して外周面２００に至る断面を示している。このように複数の磁性板２０が第１変形位置２０１において回転軸方向に揃って屈曲する歪みを呈している。

従来はかかる歪みが設けられていなかったため、永久磁石３から発生した界磁磁束の一部が、磁性板２０の中を、第２孔２２よりも固定子１側を経由して短絡的に流れていた。しかし本実施の形態によれば、第１変形位置２０１における歪みは、磁性体の磁気特性を劣化させることがわかっており、第２孔２２よりも固定子１側における磁性板２０の磁気抵抗を高める。これにより、界磁磁束が第２孔２２よりも固定子１側を迂回することも阻害され、よって界磁磁束の短絡的な流れを防止する効果が高まる。

図４及び図５は回転電機における磁束密度分布を示す分布図である。図４は第１変形位置２０１に歪みを設けない従来技術における磁束密度分布を示し、図５は第１変形位置２０１に歪みを設けた場合における磁束分布密度を示す。

図４及び図５において符号Ｊ０〜Ｊ１０は磁束密度の大きさを等磁束密度線で区分した領域を示し、この符号において文字「Ｊ」の次に続く数字が大きいほど、磁束密度が高いことを示している。

図４に示されるように、従来の技術では、第２孔２２の固定子１側において領域Ｊ１０が存在している。これに対して、第１変形位置２０１に歪みを設けた場合には、図５で示されるように、第２孔２２の固定子１側において領域Ｊ７〜Ｊ１０は存在しない。よって図４及び図５を比較すれば、第１変形位置２０１に歪みを設けたことで第２孔２２の固定子１側において磁束密度が低下することがわかる。かかる磁束密度の低下は、第２孔２２の固定子１側において磁性体の透磁率及び飽和磁束密度が低下することにより、第２孔２２の固定子１側を通る界磁磁束が低下したことを表している。

第２孔２２の固定子１側は、従来から、その位置での磁気抵抗を高めるために細く設計されていたため、その機械的強度は他の位置における磁性板２０よりも弱かった。しかし、第１変形位置２０１に歪みを設けることにより、この位置での磁性板２０の機械的強度が向上する。言い換えれば、同一の機械的強度を得るためには、第２孔２２の固定子１側の磁性体をより細く設計できるようになる。いずれの場合も、第２孔２２の固定子１側の磁性体を介して電機子に鎖交することなく短絡する磁束を減らすことができる。

即ち本実施の形態によれば、界磁磁束が回転子２の内部で短絡的に流れることを効果的に防止しつつ、回転子２の機械的強度をも増強する。

但し、第１変形位置２０１は、磁性板２０の最外周から回転軸Ｑ側に離れていることが望ましい。外周面２００の寸法精度を高め、エアギャップ４の精度を損なわないためである。

図６は回転電機を発電機として用いた場合の誘起電圧を次数別に示すグラフである。第１変形位置２０１に歪みを設けた場合を白棒で、設けない場合を黒棒で、それぞれ示した。基本波成分（第1次成分）をみると、第１変形位置２０１に歪みを設けた場合の方が誘起電圧が高いことが示されている。即ち、本実施の形態のように歪みを設けることにより、誘起電圧が高まることが現れている。これは界磁磁束が回転子２の内部で短絡的に流れることが効果的に防止され、固定子１へと鎖交する界磁磁束が増大したためと考えられる。

図７は本実施の形態の第１の変形を示す断面図である。一方の第１孔２１は他方の第１孔２１と隣接している。そして第１変形位置２０１は、第１孔２１の一方の、第１孔２１の他方側の端部に設けられた第２孔２２と、第１孔２１の他方の、第１孔２１の一方側の端部に設けられた第２孔２２との間にも延在する。以下、かかる配置の一対の第２孔２２を、同じ第１孔２１の両端に設けられた一対の第２孔２２とは区別して、「相互に隣接する第２孔２２」と表現する。

図８は本実施の形態の第２の変形を示す断面図である。磁性体２０には第１変形位置２０１に加え、相互に隣接する第２孔２２の間に第２変形位置２０２も存在し、ここにおいても磁性板２０が回転軸方向に更に変形する。第２変形位置２０２における磁性板２０の歪みは、第２孔２２と共に磁気障壁として機能する。このような構成を採用することにより、永久磁石３の端部近傍で回転子２内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を更に高める。また、第２変形位置２０２も細いため、機械的強度が懸念されるが、本構成により、機械的強度を増大することができる。

図９は本実施の形態の第３の変形を示す断面図である。第３の変形では第２の変形に加え、第１孔２１よりも内周側で、磁性板２０が回転軸方向に更に変形する。ここでは第２変形位置２０２が固定子１側で一端を、その反対側で二端を有するＹ字形状を呈している。このような構成を採用することにより、第１変形位置２０１及び第２変形位置２０２での磁性板２０の機械的強度を増大できるとともに、永久磁石３の端部近傍で回転子２内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を更に高める。

図１０は本実施の形態の第４の変形を示す断面図である。相互に隣接する第２孔２２の間に第２変形位置２０２が存在する点で第２及び第３の変形と共通する。但し第４の変形では、第２変形位置２０２は第２孔２２の各々の周方向の端部に位置する。これにより、相互に隣接する第２孔２２の間で磁性板２０が機能する、いわゆるｑ軸磁路の磁気抵抗を小さくし、ｑ軸インダクタンスを大きく採ることができる。これは回転電機を電動機として採用する場合、リラクタンストルクを利用する観点で望ましい。なお、第１変形位置２０１における磁性板２０の変形と、第２変形位置２０２における磁性板２０の変形とは、互いに連結されていてもよい。これにより、機械的強度をさらに増すことができる。これは、絞り加工により実現できる。

第２の実施の形態．
図１１はこの発明の第２の実施の形態にかかる回転子２の一部を拡大して示す断面図である。当該断面図は第１の実施の形態の第１乃至第４の変形とほぼ同じ位置を示している。

本実施の形態にかかる構成は、第２変形位置２０２が第２孔２２の各々の周方向の端部に位置する点で、第１の実施の形態の第４の変形と共通する。但し本実施の形態では、第２変形位置２０２は第２孔２２の周方向の、一方側の端部に位置する。図１１では第２変形位置２０２が第２孔２２の左側に位置する。

図１２は、図１１に示された構造を有する回転子２を用いた回転電機における反時計回りに駆動したときに磁束密度分布を示す分布図である。符号Ｊ０〜Ｊ１０は図４及び図５において用いられたものと同じ意味である。図１１において左側に示された第１変形位置２０１における磁束密度は第１の実施の形態と同程度に低下しているが、右側に示された第１変形位置２０１における磁束密度は、第１変形位置２０１に歪みを設けない場合とほぼ同程度の磁束密度になっていることが分かる。

これは回転子２が図１１、図１２において反時計回り方向に移動する場合に好適である。第２変形位置２０２側が進行方向となる回転を行うことで、固定子１からの磁束を望ましい磁路に導くことができるからである。次にこれをより具体的に説明する。

図１３は図１１に示された構造を有する回転子２を用いた回転電機における磁束の流れを示す断面図である。回転子２の回転方向は白抜き矢印で示している。また図示の繁雑を避けるため、第１変形位置２０１及び第２変形位置２０２をそれぞれ太線で簡略化して示している。

ここではティース１１が相互に隣接する第２孔２２の近傍に位置しており、Ｎ極を呈する磁極として機能している。また図１３において左側の永久磁石３がティース１１側にＮ極を、右側の永久磁石３がティース１１側にＳ極を、それぞれ呈している。

このような状況において、磁束のうちマグネットトルクに寄与するｄ軸成分Ｒｄは、右側の（Ｓ極を呈する）永久磁石３へと流れることが望ましい。よって図１２に示されたように、右側の永久磁石３の固定子１側へと至る経路においては磁性体に歪が無く透磁率及び飽和磁束密度が高い態様は望ましい。

他方、磁束のうちリラクタンストルクに寄与するｑ軸成分Ｒｑは、相互に隣接する第２孔２２の間を経由して、左側の永久磁石３の固定子１とは反対側（こちら側には当該永久磁石３がＳ極を呈する）へと流れることが望ましい。即ち、磁束のｑ軸成分Ｒｑは、隣接する第２孔２２間の磁性板２０を、回転方向の進行側の縁に沿って流れる。従って、磁性板２０の、回転方向の進行側の縁に沿った部分は歪がなく、透磁率及び飽和磁束密度が高い態様が望ましい。よって図１２から理解されるように左側の第１変形位置２０１近傍へと磁束が流れにくいことは、ｑ軸成分Ｒｑやｄ軸成分Ｒｄを多くする観点で望ましい。

第１変形位置２０１や第２変形位置２０２において磁性板２０の第２孔２２側の端部は、回転軸方向に捲れることが望ましい。特に第２変形位置２０２における回転軸方向の変形を、第２孔２２側の端部での回転軸方向への捲れで実現することは、第２変形位置２０２を狭く実現することとなる。これはｑ軸磁路で磁性板２０が変形する部位を極力狭くすることで、ｑ軸磁路の磁気抵抗を小さくしてリラクタンストルクへの寄与を損なわない点で有利である。

図１４は回転軸方向の変形を上述の捲れで実現した場合を示す回転子２の断面図であり、相互に隣接する第２孔２２近傍を拡大して示している。捲れが第２孔２２側の端部で行われているので、鎖線で示された第１変形位置２０１や第２変形位置２０２も第２孔に接触して示されている。なお、第１変形位置２０１における磁性板２０の捲れと、第２変形位置２０２における磁性板２０の捲れとが互いに連続していると、さらに機械的強度が増大し好適である。

図１５は図１４の位置ＢＢにおける断面矢視図であり、第２孔２２から第１変形位置２０１を経由して外周面２００に至る断面を示している。このように複数の磁性板２０が第１変形位置２０１において回転軸方向に揃って捲れた歪みを呈している。

第３の実施の形態．
図１６はこの発明の第３の実施の形態にかかる回転子の一部を拡大して示す平面図である。当該平面図は回転軸方向から見て、第１の実施の形態の第１乃至第４の変形とほぼ同じ位置を示している。

本実施の形態にかかる構成は、第１の実施の形態及び第２の実施の形態のいずれにも併用できる。回転子は端板５を備えている。端板５はいずれの磁性板２０よりも回転軸方向に位置して磁性板２０に対して積層される。

図１７はかかる積層構造を模式的に示す側面図であり、回転軸方向に積層された磁性板２０のいずれよりも上側に端板５が、いずれよりも下側に端板６が、それぞれ磁性板２０に対して積層されている。

端板５は、磁性板２０が回転軸方向に変形する第１変形位置２０１や第２変形位置２０２を、回転軸方向に沿って投射した位置で磁性板２０に対して開口している。このような端板５を用いれば、磁性板２０の変形と干渉することなく、端板の機能が得られる。

図３や図１５に示されるように、磁性板２０の変形は回転軸方向の一方側にのみ実現することにより、積層された磁性板２０同士の間隔を詰めることができる。よって磁性板２０が変形する側には端板５を設け、変形する側と反対側に設けられる端板６には、通常に採用される構成を採用できる。なお、部品を共用するために、変形する側と反対側に設けられる端板も、端版５と同じものを用いても良い。

ここでは開口５１が回転軸方向に貫通して第２変形位置２０２を露出する態様が例示されているものの、貫通することなく磁性板２０側に開口する凹部であってもよい。また端板５は固定子１側に外周面５０を有しており、これが外周面２００よりも内周側に退くことで、第１変形位置２０１を回転軸方向に沿って投射した位置で開口している。但し外周面５０が必ずしも外周面２００よりも内周側に退かなくても、第１変形位置２０１を回転軸方向に沿って投射した位置で回転軸方向に貫通してもよく、また当該位置で磁性板２０側に開口する凹部が設けられていてもよい。

ここでは第２変形位置２０２として相互に隣接する第２孔（端板５に隠れている）の間に３つ設けられている場合が例示されたが、もちろん、その個数は任意であり、また図２に示されるように第２変形位置を設けなくてもよい。なお、端板には、磁性体と同じ位置に、これらをかしめるためのピンを通す孔も別途設けられる。

積層された磁性板のうち、回転軸方向において最も端に位置する一つを、他の磁性板と異なる構成にしても同様の効果が得られる。図１８は回転軸方向において最も端に位置する磁性板２８を、他の磁性板２０と重ねた状態を示す平面図である。但し、磁性板２０が回転軸方向へと捲れる高さが、磁性板２８の１枚の厚みより高いときは、磁性板２８を複数枚設けることが望ましい。磁性板２０に対して上述のように開口している磁性板２８を用いても、これを１枚しか設けないのであれば、磁性板２０の捲れが磁性板２８から回転軸方向へとはみ出るからである。

磁性板２８も第１孔２１を有しているが、第２孔２２の代わりに第３孔２７を有している。第３孔２７は、磁性板２０が回転軸方向に変形する位置を回転軸方向に沿って投射した位置で磁性板２８が除去されることにより、実現されている。ここでは磁性板２０の第１変形位置２０１及び第２変形位置２０２並びに第２孔２２が、磁性板２８の第３孔２７を通して現れている。このようにして磁性板２８は磁性板２０の変形と干渉しない。よって端板６と異なる端板５を設けなくてもよい。

第３孔２７は第２孔２２と同様に、永久磁石３が発生する界磁磁束の短絡的な流れを阻害する磁気障壁としても機能する。

図１９は磁性板２８を用いた場合の回転子２の積層構造を模式的に示す側面図であり、回転軸方向に積層された磁性板２０のいずれよりも上側に磁性板２８が磁性板２０に積層され、更にその上に通常の端板６が積層されている。また回転軸方向の下端には端板６が磁性板２０に積層されている。

図３や図１５に示されるように、磁性板２０の変形は回転軸方向の一方側にのみ実現することにより、積層された磁性板２０同士の間隔を詰めることができる。そしてこの場合、磁性板２８は磁性板２０が変形する側にのみ設ければよく、両端の端板６には通常に採用される構成を採用できる。

第４の実施の形態．
図２０はこの発明の第４の実施の形態にかかる回転子を構成する磁性板２０を示す平面図である。図２０において左上及び右下に配置された第１孔２１の両端には第２孔２２ａが設けられ、その周囲には第１変形位置２０１、第２変形位置２０２が配置される。図２０において左下及び右上に配置された第１孔２１の両端には第２孔２２ｂが設けられる。第２孔２２ｂは第２孔２２ａ及びその周囲の第１変形位置２０１、第２変形位置２０２を囲む広さで開口している。

つまり隣接する一方の第１孔２１の両端には第２孔２２ａが、他方の第１孔２１の両端には第２孔２２ｂが、それぞれ設けられている。そして第１変形位置２０１及び第２変形位置２０２は第２項２２ａの周囲に配置されている。

よって図２０に示された磁性板２０を、周方向に第１孔２１同士の間隔で、ここでは９０度ずつずらせて積層することにより、第１変形位置２０１、第２変形位置２０２における磁性板２０の変形は、他の磁性板２０の第２孔２２ｂ内に収まる。よって磁性体２０が捲れる角度をほぼ直角にできるため、捲れる量が同じであっても、回転子２の機械的強度を増大することができる。

図２１は、図２０に示された構成を有する二枚の磁性板２０を、９０度ずらして積層した状態を、第２孔２２ａ，２２ｂ近傍で切断して示す斜視図である。ここでは第１変形位置２０１、第２変形位置２０２における磁性板２０の変形が、第２孔２２ａ端部における捲れで実現されている場合が示されている。磁性板２０が回転軸方向に密着して積層されるために、磁性板２０が回転軸方向に捲れる長さｍは、磁性板２０の厚みｔ以下であることが望ましい。

第５の実施の形態．
図２２はこの発明の第５の実施の形態にかかる回転子において積層される磁性板２０の構造を示す平面図である。磁性板２０において、相互に隣接する第２孔２２ｃ，２２ｄの第２変形位置２０２は、周方向について相互に同じ側に位置する。しかも図２２において左上及び右下に配置された第１孔２１の両端に設けられた第２孔２２ｃの第２変形位置２０２同士は第１孔２１から遠い側に位置しており、周方向について相互に反対側に位置する。また図２２において左下及び右上に配置された第１孔２１の両端に設けられた第２孔２２ｄの第２変形位置２０２同士は第１孔２１に近い側に位置しており、周方向について反対側に位置する。第２変形位置２０２において磁性板２０は第２孔２２ｃ，２２ｄ側の端部で回転軸方向に捲れる。

磁性板２０を周方向において第１孔２１同士の間隔で積層することにより、第４の実施の形態と同様に、磁性板２０の変形が第２孔２２ｃ，２２ｄに収められる。

図２３は相互に隣接する第２孔２２ｃ，２２ｄの間をほぼ周方向に切断した断面を示す断面図である。磁性板２０が回転軸方向に捲れる長さｍは、磁性板２０の厚みｔ以下であり、第２孔２２ｃの端における磁性板２０の捲れが他の磁性板２０の第２孔２２ｄに収められることが現れている。同様にして、第２孔２２ｄの端における磁性板２０の捲れが他の磁性板２０の第２孔２２ｃに収められる。

図２４はこの発明の第５の実施の形態にかかる回転子において積層される磁性板２０の他の構造を示す平面図である。磁性板２０において、相互に隣接する第２孔２２ｅ，２２ｆの第２変形位置２０２は、周方向について相互に反対側に位置している。

しかも図２４において左上及び右下に配置された第１孔２１の両端に設けられた第２孔２２ｅの第２変形位置２０２はいずれも時計回り方向側に位置しており、周方向について相互に同じ側に位置する。また図２４において左下及び右上に配置された第１孔２１の両端に設けられた第２孔２２ｆの第２変形位置２０２はいずれも反時計回り方向側に位置しており、周方向について同じ側に位置する。第２変形位置２０２において磁性板２０は第２孔２２ｅ，２２ｆ側の端部で回転軸方向に捲れる。

磁性板２０を周方向において第１孔２１同士の間隔で積層することにより、第４の実施の形態と同様に、磁性板２０の変形が第２孔２２ｅ，２２ｆに収められる。

以上のように、本実施の形態でも第４の実施の形態と同様に、磁性板２０の捲れる角度をほぼ直角にすることができ、以て回転子２の機械的強度を増大できる。

第６の実施の形態．
本実施の形態は第１乃至第５の実施の形態のいずれとも併用できる。ここでは磁性板２０として無方向性電磁鋼板を採用する。

図２５は磁性板２０における第１孔２１及び第２孔２２の位置と、その圧延方向Ｔ１，Ｔ２との関係を示す平面図である。回転軸Ｑから見て圧延方向Ｔ１，及び、それに直交する方向Ｔ２に対して４５度傾斜方向には、相互に隣接する第２孔２２の間が位置する。つまり隣接する第１孔２１の間が位置する。

上述の非特許文献１等から公知であるように、一般に無方向性電磁鋼板の圧延方向に対して４５度傾斜する方向での磁気特性は悪化する。よって第１孔２１の端部での磁気抵抗を高め、永久磁石の端部近傍で回転子内を界磁磁束が短絡的に流れる磁路の磁気抵抗を高めることができる。

上記のいずれの実施の形態における特徴も、他の実施の形態の特徴を損なわない限り、他の実施の形態の特徴と併有され得る。また、積層される磁性板同士は「カラマセ」によりかしめられていることが望ましい。この「カラマセ」は、打ち抜かれることなく部分的に破断された凹凸を互いに嵌めあうことで、積層される磁性板同士を固定して形成される。この際、カラマセを磁性板の変形として一部共用することも可能である。

また、上述の実施の形態では主としてインナーロータ型の構造について説明したが、アウターロータ型の構造にも本発明を適用可能である。その場合、固定子１側には外周面２００ではなく、内周面が対峙する。

この発明の第１の実施の形態にかかる回転子と、固定子とを備えた回転電機を示す断面図である。磁性板の外周面近傍を拡大した断面図である。図２の位置ＡＡにおける断面矢視図である。回転電機における磁束密度分布を示す分布図である。回転電機における磁束密度分布を示す分布図である。回転電機を発電機として用いた場合の誘起電圧を次数別に示すグラフである。本実施の形態の第１の変形を示す断面図である。本実施の形態の第２の変形を示す断面図である。本実施の形態の第３の変形を示す断面図である。本実施の形態の第４の変形を示す断面図である。この発明の第２の実施の形態にかかる回転子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子を用いた回転電機における磁束の流れを示す断面図である。この発明の第２の実施の形態にかかる回転子を用いた回転電機における磁束の流れを示す断面図である。磁性板の回転軸方向の変形を、捲れで実現した場合を示す回転子の断面図である。図１４の位置ＢＢにおける断面矢視図である。この発明の第３の実施の形態にかかる回転子の一部を拡大して示す平面図である。この発明の第３の実施の形態にかかる回転子の積層構造を模式的に示す側面図である。回転軸方向において最も端に位置する磁性板を、他の磁性板と重ねた状態を示す平面図である。この発明の第３の実施の形態にかかる回転子の積層構造を模式的に示す側面図である。この発明の第４の実施の形態にかかる回転子を構成する磁性板を示す平面図である。二枚の磁性板を９０度ずらして積層した状態を、第２孔近傍で切断して示す斜視図である。この発明の第５の実施の形態にかかる回転子において積層される磁性板の構造を示す平面図である。相互に隣接する第２孔の間をほぼ周方向に切断した断面を示す断面図である。この発明の第５の実施の形態にかかる回転子において積層される磁性板の他の構造を示す平面図である。磁性板における第１孔及び第２孔の位置と、圧延方向との関係を示す平面図である。

符号の説明

１固定子
２回転子
２０，２８磁性板
２０１第１変形位置
２０２第２変形位置
２１第１孔
２２，２２ａ〜２２ｆ第２孔
５端板

Claims

回転軸（Ｑ）に平行な筒状のエアギャップ（４）を介して固定子（１）と対向し、前記固定子と共に回転電機に採用される回転子（２）であって、
前記回転軸に平行な方向である回転軸方向に積層され、その各々が、前記回転軸周りの周方向に配置された第１孔の複数（２１）と、前記第１孔の端部で前記第１孔よりも前記固定子側に位置する第２孔（２２，２２ａ〜２２ｆ）とを有し、前記第２孔の固定子側の端部よりも前記固定子側に位置する第１変形位置（２０１）において前記回転軸方向に変形する磁性板（２０，２８）の複数と、
いずれも前記第１孔に貫挿されて前記回転軸方向に平行な磁極面を呈する永久磁石（３）の複数と、
を備え、
前記第２孔（２２）は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、
第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、
前記磁性板（２０）は、前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた第１の前記第２孔と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔との間の第２変形位置（２０２）で前記回転軸方向に更に変形する回転子。
回転軸（Ｑ）に平行な筒状のエアギャップ（４）を介して固定子（１）と対向し、前記固定子と共に回転電機に採用される回転子（２）であって、
前記回転軸に平行な方向である回転軸方向に積層され、その各々が、前記回転軸周りの周方向に配置された第１孔の複数（２１）と、前記第１孔の端部で前記第１孔よりも前記固定子側に位置する第２孔（２２，２２ａ〜２２ｆ）とを有し、前記第２孔の固定子側の端部よりも前記固定子側に位置する第１変形位置（２０１）において前記回転軸方向に変形する磁性板（２０，２８）の複数と、
いずれも前記第１孔に貫挿されて前記回転軸方向に平行な磁極面を呈する永久磁石（３）の複数と
を備え、
前記磁性板（２０）は、前記第２孔（２２）の各々の前記周方向の端部に位置する第２変形位置（２０２）で前記回転軸方向に更に変形する回転子。
前記第２変形位置（２０２）は前記第２孔（２２）の前記周方向の一方側の前記端部に位置する、請求項２記載の回転子。
前記第２変形位置（２０２）において前記磁性板（２０）の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる、請求項２又は請求項３記載の回転子。
前記磁性板（２０）の各々において、
前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、
第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、
前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた第１の前記第２孔（２２ｅ；２２ｆ）の前記第２変形位置（２０２）と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔（２２ｆ：２２ｅ）の前記第２変形位置とは、前記周方向について相互に反対側に位置し、
同一の前記第１孔の前記一対の前記端部で設けられた前記一対の前記第２孔の前記第２変形位置の一対は、前記周方向について前記一対の前記第２孔に対して相互に同じ側に位置し、
前記第２変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れ、
前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される請求項２記載の回転子。
前記磁性板（２０）の各々において、
前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、
第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、
前記第１の前記第１孔の前記第２の前記第１孔側の前記端部で設けられた前記第１の前記第２孔（２２ｃ；２２ｄ）の前記第２変形位置（２０２）と、前記第２の前記第１孔の前記第１の前記第１孔側の前記端部で設けられた第２の前記第２孔（２ｄ；２２ｃ）の前記第２変形位置とは、前記周方向について相互に同じ側に位置し、
同一の前記第１孔の前記一対の前記端部で設けられた前記一対の前記第２孔の前記第２変形位置の一対は、前記周方向について前記一対の前記第２孔に対して相互に反対側に位置し、
前記第２変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れ、
前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される請求項２記載の回転子。
回転軸（Ｑ）に平行な筒状のエアギャップ（４）を介して固定子（１）と対向し、前記固定子と共に回転電機に採用される回転子（２）であって、
前記回転軸に平行な方向である回転軸方向に積層され、その各々が、前記回転軸周りの周方向に配置された第１孔の複数（２１）と、前記第１孔の端部で前記第１孔よりも前記固定子側に位置する第２孔（２２，２２ａ〜２２ｆ）とを有し、前記第２孔の固定子側の端部よりも前記固定子側に位置する第１変形位置（２０１）において前記回転軸方向に変形する磁性板（２０，２８）の複数と、
いずれも前記第１孔に貫挿されて前記回転軸方向に平行な磁極面を呈する永久磁石（３）の複数と
を備え、
前記磁性板（２０）の各々において、
前記第２孔は前記第１孔（２１）の一対の前記端部で一対設けられ、
第１の前記第１孔と第２の前記第１孔とが隣接し、
前記第１の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔の前記周方向の端部の第２変形位置（２０２）においても前記磁性板が前記回転軸方向に更に変形し、
前記第２の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔は、前記第１の前記第１孔の前記端部に設けられた前記第２孔並びにその前記第１変形位置（２０１）及び前記第２変形位置を囲む広さで開口し、
前記磁性板同士は前記周方向において前記第１孔同士の間隔でずらして積層される回転子。
前記第２変形位置（２０２）において前記磁性板が回転軸方向に捲れる長さは、前記磁性板（２０）の厚み以下である、請求項５乃至請求項７のいずれか一つに記載の回転子。
前記第１変形位置（２０１）は、前記磁性板（２）の最も前記固定子（１）に近い縁（２００）から離れている、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載の回転子。
前記磁性板（２０）は、前記第１孔（２１）よりも前記固定子（１）と反対側で前記回転軸方向に更に変形する、請求項１乃至請求項９のいずれか一つに記載の回転子。
いずれの前記磁性板よりも前記回転軸方向に位置して前記磁性板に対して積層され、前記磁性板が前記回転軸方向に変形する位置を前記回転軸方向に沿って投射した位置で前記磁性板に対して開口する端板（５）
を更に備える、請求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載の回転子。
前記磁性板のうち、前記回転軸方向において最も端に位置する少なくとも一の前記磁性板（２８）は、他の前記磁性板（２０）が前記回転軸方向に変形する位置を前記回転軸方向に沿って投射した位置で除去された、請求項１乃至請求項１０のいずれか一つに記載の回転子。
前記磁性板は無方向性電磁鋼板であり、
前記磁性板の各々において、
前記回転軸から見て前記無方向性電磁鋼板の圧延方向に対して４５度傾斜する方向には、隣接する前記第１孔（２１）の間が位置する、請求項１乃至請求項１２のいずれか一つに記載の回転子。
前記第１変形位置において前記磁性板の前記第２孔側の端部が前記回転軸方向に捲れる、請求項１乃至請求項１３のいずれか一つに記載の回転子。