JP5677593B2 - ランデル型回転機 - Google Patents

Description

この発明はランデル型回転機に関するものである。

従来、高出力化を図るために、２つのコア片を軸線方向に並べて互いに結合し各コア片の内側に界磁コイルを個別に配置したタンデム式のロータと、ロータを囲むステータとを備えている交流発電機が提案されている（例えば特許文献１参照）。

特開平６−２２５１８号公報

しかし、ステータにおけるロータに対向する部分のうち、各コア片の境界に対向する部分では、磁束が鎖交しなくなるので、交流発電機の出力が低下してしまう。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、高効率化および高出力化を図ることができるランデル型回転機を得ることを目的とする。

この発明に係るランデル型回転機は、固定子磁極を持つ筒状の固定子、固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る回転子磁極を持ち、固定子の内側で固定子に対して回転される回転子、および回転子磁極の径方向内側に設けられ、固定子内および回転子内に磁束を発生させる一対の界磁コイルを備え、回転子は、軸線方向について互いに離して配置された一対の磁性端板と、軸線方向について一対の磁性端板間に配置されているとともに、軸線方向について一対の界磁コイル間に配置された磁性中間板と、軸線方向に延び、一端部が一方の磁性端板に、他端部が他方の磁性端板にそれぞれ磁気的および機械的に結合されているとともに、磁性中間板に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置された複数の第１の磁極部材と、軸線方向に延び、中間部が磁性中間板に磁気的および機械的に結合されているとともに、各磁性端板に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置され、それぞれ第１の磁極部材の間に挿入されて第１の磁極部材と協働して回転子磁極を構成する複数の第２の磁極部材と、周方向について第１の磁極部材および第２の磁極部材の間にそれぞれ配置され、一端部が一方の磁性端板に達し、他端部が他方の磁性端板に達している複数の永久磁石と、第１の磁性部材を磁性中間板から磁気的に分離させ、かつ第２の磁性部材を磁性端板から磁気的に分離させるための非磁性の保持体とを有している。

この発明によれば、回転子のほぼ全長に亘って永久磁石を配置することにより、高効率化および高出力化を図ることができるランデル型回転機を得ることができる。

この発明の実施の形態１によるランデル型回転機を示す断面図であり、図４のI-I線に沿った断面図である。 図１のランデル型回転機の回転子の外周面を示す模式的展開図である。 図１のIII-III線に沿った断面図である。 図１のIV-IV線に沿った断面図である。 図１のV-V線に沿った断面図である。 図１のVI-VI線に沿った断面図である。 図１のVII-VII線に沿った断面図である。 図１のVIII-VIII線に沿った断面図である。 図４のIX-IX線に沿った断面図である。 図２のX-X線に沿った断面図である。 図２のXI-XI線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態１によるランデル型回転機、および実施の形態１によるランデル型回転機と比較するための比較例によるランデル型回転機のそれぞれについて、平均トルク［Ｎ・ｍ］と、固定子コイル７の電流密度のピーク値［Ａ／ｍｍ²］との関係を示すグラフである。 この発明の実施の形態２によるランデル型回転機を示す断面図である。 図１３のXIV-XIV線に沿った断面図である。 図１３のXV-XV線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における磁性中間板の位置での回転子の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における非磁性部材の位置での回転子の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における一方の磁性端板の位置での回転子の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態４によるランデル型回転機の回転子を示す部分縦断面図である。 図１９のXX-XX線に沿った断面図である。 この発明の実施の形態５によるランデル型回転機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態６によるランデル型回転機の回転子を示す断面図である。 この発明の実施の形態６によるランデル型回転機の回転子の変形例を示す断面図である。 この発明の実施の形態６によるランデル型回転機の回転子の変形例を示す断面図である。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

実施の形態１．
図１〜図９には、この発明の実施の形態１によるランデル型回転機が示されている。即ち、図１は、この発明の実施の形態１によるランデル型回転機を示す断面図であり、図４のI-I線に沿った断面図である。また、図２は、図１のランデル型回転機の回転子の外周面を示す模式的展開図である。さらに、図３は図１のIII-III線に沿った断面図、図４は図１のIV-IV線に沿った断面図、図５は図１のV-V線に沿った断面図、図６は図１のVI-VI線に沿った断面図、図７は図１のVII-VII線に沿った断面図、図８は図１のVIII-VIII線に沿った断面図である。また、図９は、図４のIX-IX線に沿った断面図である。

ランデル型回転機は、筒状の固定子１と、固定子１の内側で回転できるように固定子１と同軸に支持された回転子２と、回転子２の内側に設けられ、固定子１内および回転子２内に磁束を発生させる一対の界磁コイル３とを備えている。

固定子１は、中空円筒形の枠体４と、周方向に間隔を置いて配置された複数の固定子磁極５を持ち、枠体４の円筒部分の内周面に固着された固定子鉄心６と、複数の固定子磁極５に巻回された固定子コイル７とを有している。

回転子２は、軸受８によって固定子１と同軸に支持されて固定子１に対して回転できる回転軸９と、周方向に間隔を置いて配置された複数の回転子磁極１０を持ち、回転軸９に焼嵌めなどによって固着され、固定子１の内側で固定子１に対して回転軸９と一体に回転する回転子鉄心１１と、複数の回転子磁極１０間に磁極の方向を交互に変えて配置され、周方向に着磁されて回転子磁極１０間の磁束の漏洩を減少させる複数の永久磁石１２とを有している。

永久磁石１２の磁束は、固定子磁極５に鎖交するようになっている。永久磁石１２は、焼結フェライトもしくは絶縁体で成形した希土類ボンド磁石で作れば、磁石部に渦電流を発生せず無駄な損失がなく、高効率化できる。回転子磁極１０は、固定子磁極５に径方向に対面するように周方向に互いに離間して配置されていて、固定子磁極５に対して空隙を介して磁気的に結合され得るようにしてある。

回転子鉄心１１は、回転子２の軸線方向（以下、単に「軸線方向」という）について互いに離して配置されて回転軸９に固定された一対の磁性端板２１と、軸線方向について一対の磁性端板２１間に配置され、回転軸９に固定された磁性中間板２３と、軸線方向に延び、一端部が一方の磁性端板２１に、他端部が他方の磁性端板２１にそれぞれ磁気的および機械的に結合されているとともに、磁性中間板２３に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置された複数の第１の磁極部材２４と、軸線方向に延び、中間部が磁性中間板２３に磁気的および機械的に結合されているとともに、各磁性端板２１に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置されて、それぞれ第１の磁極部材２４の間に挿入され、第１の磁極部材２４と協働して上述の回転子磁極１０を構成する複数の第２の磁極部材２５と、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５をほぼそれらの全長に亘って支持し、第１の磁極部材２４を磁性中間板２３から磁気的に分離させ、かつ第２の磁極部材２５を各磁性端板２１から磁気的に分離させるための非磁性の保持体２６とを有している。

従って、回転子鉄心１１の構成は、一方の磁性端板２１と磁性中間板２３との間で第１および第２の磁極部材２４，２５が保持体２６で互いに軸線方向反対側から延びて周方向に噛み合うように組み合わされたランデル型の磁気鉄心部分と、他方の磁性端板２１と磁性中間板２３との間で第１および第２の磁極部材２４，２５が互いに軸線方向反対側から延びて周方向に噛み合うように組み合わされたランデル型の磁気鉄心部分とが軸線方向について結合されたタンデム式の構成となっている。

回転軸９は、回転子鉄心１１を軸線方向について貫通する円柱状の回転軸本体１００と、回転軸本体１００に固定され、軸線方向について一対の磁性端板２１のそれぞれと磁性中間板２３との間に配置された一対の内部磁性部材１０１とを有している。各内部磁性部材１０１の形状は、回転軸本体１００が径方向内側に嵌る円筒状とされている。

各界磁コイル３は、各第１の磁極部材２４および各第２の磁極部材２５（即ち、回転子磁極１０）よりも径方向内側に設けられ、かつ各内部磁性部材１０１よりも径方向外側に設けられている。また、一対の界磁コイル３は、一対の磁性端板２１間に軸線方向に並んで配置されている。さらに、一対の界磁コイル３間には、磁性中間板２３が配置されている。各界磁コイル３は、回転子鉄心１１に固定されており、回転子２と一体に回転される。各界磁コイル３には、回転子鉄心１１よりも軸方向端部に位置し回転軸９に設けられたスリップリング（図示せず）を介して外部から電流が供給される。

磁性中間板２３は、軸線方向について一対の磁性端板２１間の中央位置に配置されている。回転子２は、回転子２の軸線に対して垂直でかつ磁性中間板２３の中心を通る平面に関して対称な構成となっている。

各磁性端板２１、磁性中間板２３、各第１の磁極部材２４及び各第２の磁極部材２５は、いずれも軸線方向に積層された複数の磁性板の積層体で構成されている。また、図示の例では、各磁性端板２１、磁性中間板２３、各第１の磁極部材２４及び各第２の磁極部材２５は、保持体２６、および、それらを貫通して締結する締結手段である締結ボルト１３などによる保持により、永久磁石１２とともに、強固に組み立てられて保持されている。各磁性端板２１および磁性中間板２３は、その内周縁を回転軸９に嵌めることにより回転軸９に強固に固着されている。

保持体２６は、軸線方向について磁性端板２１と磁性中間板２３との間に配置され第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれを径方向内側で支持する円筒状の非磁性部材３１と、径方向について磁性中間板２３と第１の磁極部材２４との間に介在する複数の非磁性部材３２と、磁性中間板２３と第１の磁極部材２４との間に介在し、非磁性部材３１と非磁性部材３２との間の空間を埋める非磁性部材３３と、径方向について磁性端板２１と第２の磁極部材２５との間に介在する複数の非磁性部材３４と、磁性端板２１と第２の磁極部材２５との間に介在し、非磁性部材３１と非磁性部材３４との間の空間を埋める非磁性部材３５と、各第２の磁極部材２５の軸線方向外側に配置された複数の非磁性部材３６とを有している。各界磁コイル３は、円筒状の非磁性部材３１の径方向内側に配置されている。

各第１の磁極部材２４の端部は、図１、図３および図４に示すように、各磁性端板２１と一体に成形されている。非磁性部材３６は、図３に示すように、周方向について各第１の磁極部材２４の端部間に個別に配置されている。各非磁性部材３６の径方向内側の部分には、ダブテイル４２が設けられている。磁性端板２１には、非磁性部材３６のダブテイル４２が係合する複数のダブテイル溝４１が設けられている。各非磁性部材３６は、非磁性部材３６のダブテイル４２が磁性端板２１のダブテイル溝４１に係合することにより磁性端板２１に周方向および径方向に固定されている。また、磁性端板２１および各非磁性部材３６には、締結ボルト１３を通すためのボルト通し穴４３がそれぞれ設けられている。各非磁性部材３６は、図２に示すように、各第２の磁極部材２５および各永久磁石１２を軸線方向について挟んだ状態で配置されている。従って、各第２の磁極部材２５および各永久磁石１２は、各非磁性部材３６のボルト通し穴４３に通された締結ボルト１３によって各非磁性部材３６とともに締結されることにより、軸線方向について互いに固定されている。

非磁性部材３４の径方向内側の部分には、図４に示すように、磁性端板２１のダブテイル溝４１に係合するダブテイル４２が設けられ、非磁性部材３４の径方向外側の部分には、第２の磁極部材２５のダブテイル４２が係合するダブテイル溝４１が設けられている。非磁性部材３４は、磁性端板２１のダブテイル溝４１に対する非磁性部材３４のダブテイル４２の係合により磁性端板２１に径方向および周方向に固定され、第２の磁極部材２５は、非磁性部材３４のダブテイル溝４１に対する第２の磁極部材２５のダブテイル４２の係合により非磁性部材３４に径方向および周方向に固定されている。締結ボルト１３を通すための各ボルト通し穴４３は、磁性端板２１に設けられている。

非磁性部材３５の径方向外側の部分には、図５に示すように、第１の磁極部材２４のダブテイル４２と、第２の磁極部材２５のダブテイル４２とが個別に係合する複数のダブテイル溝４１が設けられている。第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、それぞれのダブテイル４２が非磁性部材３５のダブテイル溝４１に係合することにより、非磁性部材３５に径方向および周方向に固定されている。非磁性部材３５の位置での回転子鉄心１１の断面では、第１の磁極部材２４の厚さ寸法（径方向寸法）が、第２の磁極部材２５の厚さ寸法（径方向寸法）よりも大きくなっている。締結ボルト１３を通すための各ボルト通し穴４３は、非磁性部材３５に設けられている。

非磁性部材３１の径方向外側の部分には、図６に示すように、第１の磁極部材２４のダブテイル４２と、第２の磁極部材２５のダブテイル４２とが個別に係合する複数のダブテイル溝４１が設けられている。第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、それぞれのダブテイル４２が非磁性部材３１のダブテイル溝４１に係合することにより、非磁性部材３１に径方向および周方向に固定されている。非磁性部材３１の位置での回転子鉄心１１の断面では、第１の磁極部材２４の厚さ寸法（径方向寸法）と、第２の磁極部材２５の厚さ寸法（径方向寸法）とが、同一になっている。締結ボルト１３を通すための各ボルト通し穴４３は、非磁性部材３１に設けられている。

非磁性部材３３の径方向外側の部分には、図７に示すように、第１の磁極部材２４のダブテイル４２と、第２の磁極部材２５のダブテイル４２とが個別に係合する複数のダブテイル溝４１が設けられている。第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、それぞれのダブテイル４２が非磁性部材３３のダブテイル溝４１に係合することにより、非磁性部材３３に径方向および周方向に固定されている。非磁性部材３３の位置での回転子鉄心１１の断面では、第２の磁極部材２５の厚さ寸法（径方向寸法）が、第１の磁極部材２４の厚さ寸法（径方向寸法）よりも大きくなっている。締結ボルト１３を通すための各ボルト通し穴４３は、非磁性部材３３に設けられている。即ち、非磁性部材３３の位置での回転子鉄心１１の断面形状は、非磁性部材３５の位置での回転子鉄心１１の断面形状に対して、回転子磁極１０の１ピッチ分だけ周方向にずらした形状となっている。

各第２の磁極部材２５の中間部は、図８に示すように、磁性中間板２３と一体に成形されている。非磁性部材３２の径方向内側の部分には、磁性中間板２３のダブテイル溝４１に係合するダブテイル４２が設けられ、非磁性部材３２の径方向外側の部分には、第１の磁極部材２４のダブテイル４２が係合するダブテイル溝４１が設けられている。非磁性部材３２は、磁性中間板２３のダブテイル溝４１に対する非磁性部材３２のダブテイル４２の係合により磁性中間板２３に径方向および周方向に固定され、第１の磁極部材２４は、非磁性部材３２のダブテイル溝４１に対する第１の磁極部材２４のダブテイル４２の係合により非磁性部材３２に径方向および周方向に固定されている。締結ボルト１３を通すための各ボルト通し穴４３は、磁性中間板２３に設けられている。即ち、非磁性部材３２の位置での回転子鉄心１１の断面形状は、非磁性部材３４の位置での回転子鉄心１１の断面形状に対して、回転子磁極１０の１ピッチ分だけ周方向にずらした形状となっている。

ここで、界磁コイル３への通電により発生する磁束の流れについて説明する。図１０は、図２のX-X線に沿った断面図である。また、図１１は、図２のXI-XI線に沿った断面図である。なお、図１０及び図１１では、各第１の磁性部材２４にＮ極が生じ、各第２の磁性部材２５にＳ極が生じている状態での磁束の流れを示している。各界磁コイル３によって発生する磁束は、各第１の磁性部材２４を含む経路と、各第２の磁性部材２５を含む経路とを流れる。各第１の磁性部材２４を含む経路を流れる磁束は、図１０に示すように、磁性中間板２３から、回転軸９（即ち、回転軸本体１００及び内部磁性部材１０１）、磁性端板２１及び各第１の磁性部材２４の順に通り、固定子１へ流れる。これにより、各第１の磁性部材２４にはＮ極が生じる。また、各第２の磁性部材２５を含む経路を流れる磁束は、図１１に示すように、各第２の磁性部材２５から、磁性中間板２３及び回転軸９（即ち、回転軸本体１００及び内部磁性部材１０１）の順に通り、磁性端板２１へ流れる。これにより、各第２の磁性部材２５にはＳ極が生じる。この例では、回転子２の軸線に対して垂直でかつ磁性中間板２３の中心を通る平面に関して対称な磁束が生じるように各界磁コイル３が設けられている。

また、各第１の磁極部材２４のそれぞれと磁性中間板２３とは、各非磁性部材３２，３３によって磁気的に分離されている。各第２の磁極部材２５のそれぞれと各磁性端板２１とは、各非磁性部材３４〜３６によって磁気的に分離されている。これにより、回転子２の内部では、磁束が漏れにくくなっている。

上述のように、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれのダブテイル４２と保持体２６のダブテイル溝４１との係合により径方向および周方向に支持され、また締結ボルト１３による締結により径方向および周方向に加えて軸線方向にも支持されている。

永久磁石１２は、図４〜図８に示すように、周方向について第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５間に個別に挟まれている。永久磁石１２は、永久磁石１２の両側に位置する第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれの側面に接触した状態で保持されている。

第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５の径方向外側の角部には、径方向について永久磁石１２を係止する庇部２７が形成されている。永久磁石１２は、庇部２７に係止されていることにより、第１の磁極部材２４と第２の磁極部材２５との間から径方向外側へ外れないようになっている。これにより、永久磁石１２は、回転子２の回転による遠心力に耐えられるように回転子鉄心１１に強固に支持されている。

各永久磁石１２は、図２および図９に示すように、回転子２のほぼ全長に亘って略直線状に配置されている。これにより、各永久磁石１２の一端部が一方の磁性端板２１に達し、各永久磁石１２の他端部が他方の磁性端板２１に達している。即ち、各永久磁石１２は、一方の磁性端板２１の位置から、磁性中間板２３の位置を通り、他方の磁性端板２１の位置に達するように、軸線方向に沿って配置されている。

このように、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、各非磁性部材３１〜３５の外周部に軸線方向に形成されたダブテイル溝４１にダブテイル４２が係合することにより、保持体２６に支持されている。また、永久磁石１２は、第１の磁極部材２４、第２の磁極部材２５および保持体２６によって回転子鉄心１１のほぼ全長に亘って支持されている。さらに、このような組立体全体が、回転子鉄心１１を貫通する締結ボルト１３によって締結されている。従って、回転子鉄心１１は、全体として剛性の高い組立体となっていて、軸線方向寸法が大きな場合にも十分な機械的強度が得られる。

また、このようなランデル型回転機では、一対の磁性端板２１に磁気的および機械的に結合された第１の磁極部材２４が磁性中間板２３に磁気的に分離され、磁性中間板２３に磁気的および機械的に結合された第２の磁極部材２５が一対の磁性端板２１に磁気的に分離されており、永久磁石１２が周方向について第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５の間に配置され、永久磁石１２の一端部が一方の磁性端板２１に達し、他端部が他方の磁性端板２１に達しているので、一方の磁性端板２１の位置から、磁性中間板２３の位置を通って、他方の磁性端板２１の位置まで、回転子鉄心１１のほぼ全長に亘って永久磁石１２を配置することができる。これにより、固定子磁極５に対して永久磁石１２の磁束を回転子鉄心１１のほぼ全長に亘って鎖交させることができ、固定子１を有効に利用することができる。これにより、ランデル型回転機の高効率化を図ることができる。また、軸線方向について磁性中間板２３の位置にも永久磁石１２が配置されるので、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれの磁気飽和の緩和だけでなく、磁性中間板２３の磁気飽和の緩和も図ることができ、ランデル型回転機の高出力化を図ることができる。

ここで、図１２は、この発明の実施の形態１によるランデル型回転機、および実施の形態１によるランデル型回転機と比較するための比較例によるランデル型回転機のそれぞれについて、平均トルク［Ｎ・ｍ］と、固定子コイル７の電流密度のピーク値［Ａ／ｍｍ²］との関係を示すグラフである。比較例によるランデル型回転機では、磁性中間板２３の軸線方向両側に永久磁石を配置し磁性中間板２３の厚さの範囲内には永久磁石１２を設けないようにしている。比較例によるランデル型回転機の他の構成は、実施の形態１のランデル型回転機の構成と同様にしている。

図１２に示すように、実施の形態１によるランデル型回転機の平均トルクＡは、固定子コイル７の電流密度のピーク値が変化しても、比較例によるランデル型回転機の平均トルクＢよりも高くなっていることが分かる。特に、固定子コイル７の電流密度のピーク値が２０［Ａ／ｍｍ²］であるときには、実施の形態１によるランデル型回転機の出力トルクが、比較例によるランデル型回転機の出力トルクに対して、約１０％向上していることが分かる。このように、実施の形態１によるランデル型回転機では、トルクの飛躍的な向上が図られることが確認された。なお、ランデル型回転機においては、磁性体の飽和域で使用することが多いので、数％のトルク向上を図ることは一般的に容易ではない。

また、回転子鉄心１１が磁性板の積層体で構成されているので、回転子鉄心１１内を通過する磁束変動による渦電流の発生を抑制することができ、回転子鉄心１１に生じる渦電流損を抑制することができる。これにより、ランデル型回転機の高効率化をさらに図ることができる。

また、永久磁石１２は、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれと接触した状態で支持されているので、磁気ギャップが少なく比較的安価なフェライト磁石などでも磁石による磁気飽和緩和効果を高くでき、その結果、大きな界磁起磁力を界磁コイル３に印加しても回転子２の磁気飽和による出力低下は小さくなるため、永久磁石１２の磁束を有効に利用することができ、高トルクなモータ（回転機）が得られる。

また、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５は、いずれも保持体２６に設けられたダブテイル溝４１によって支持されており、永久磁石１２は、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５によって支持されているので、回転子２の機械的強度を高めることができる。また、永久磁石１２は別個の特別の新規に用意した機構によって支持されるのではなく、回転子鉄心１１の構成に必要な構成要素によって支持されているので、ランデル型回転機を新規の部品作製の必要が無く、低コストで量産性に優れたものとすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれの断面形状が、軸線方向端部と軸線方向中間部とで互いに異なっているが、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれの断面形状が、軸線方向の全長に亘って同一形状になっていてもよい。

即ち、図１３は、この発明の実施の形態２によるランデル型回転機を示す断面図である。また、図１４は図１３のXIV-XIV線に沿った断面図、図１５は図１３のXV-XV線に沿った断面図である。保持体２６は、軸線方向について磁性端板２１と磁性中間板２３との間に配置された円筒状の非磁性部材３１と、径方向について磁性中間板２３と第１の磁極部材２４との間に介在する複数の非磁性部材６１と、第２の磁極部材２５の軸線方向外側に配置された複数の非磁性部材３６と、非磁性部材３１と各非磁性部材３６との間にそれぞれ介在する複数の非磁性部材６２とを有している。非磁性部材３１および非磁性部材３６のそれぞれは、実施の形態１と同様のものである。実施の形態２による保持体２６には、実施の形態１の非磁性部材３３〜３５は含まれていない。

各非磁性部材６１および非磁性部材３１は、径方向外側の部分同士が段差なく連続するように軸線方向に並んでいる。非磁性部材６１の径方向内側の部分には、磁性中間板２３のダブテイル溝４１に係合するダブテイル４２が設けられ、非磁性部材６１の径方向外側の部分には、第１の磁極部材２４のダブテイル４２が係合するダブテイル溝４１が設けられている。非磁性部材６１は、磁性中間板２３のダブテイル溝４１に対する非磁性部材６１のダブテイル４２の係合により磁性中間板２３に径方向および周方向に固定され、第１の磁極部材２４は、非磁性部材６１のダブテイル溝４１に対する第１の磁極部材２４のダブテイル４２の係合により非磁性部材６１に径方向および周方向に固定される。

各非磁性部材６２および非磁性部材３１は、径方向外側の部分同士が段差なく連続するように軸線方向に並んでいる。非磁性部材６２の径方向内側の部分には、磁性端板２１のダブテイル溝４１に係合するダブテイル４２が設けられ、非磁性部材６２の径方向外側の部分には、第２の磁極部材２５のダブテイル４２が係合するダブテイル溝４１が設けられている。非磁性部材６２は、磁性端板２１のダブテイル溝４１に対する非磁性部材６２のダブテイル４２の係合により磁性端板２１に径方向および周方向に固定され、第２の磁極部材２５は、非磁性部材６２のダブテイル溝４１に対する第２の磁極部材２５のダブテイル４２の係合により非磁性部材６２に径方向および周方向に固定される。

第１の磁極部材２４の断面形状は、軸線方向全長に亘って同一形状になっている。第２の磁極部材２５の断面形状も、軸線方向全長に亘って同一形状になっている。他の構成は実施の形態１と同様である。また、実施の形態２によるランデル型回転機の出力トルクも、実施の形態１と同様に向上することが確認されている。

このようなランデル型回転機では、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５のそれぞれの断面形状が軸線方向全長に亘って同一形状になっているので、例えば非磁性部材３１と非磁性部材３２との間の段差を埋めるための非磁性部材３３をなくすことができ、保持体２６を構成する部品点数を少なくすることができる。これにより、コストの低減化を図ることができる。また、第１の磁極部材２４および第２の磁極部材２５の作製を容易にすることもできる。

実施の形態３．
図１６は、この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における磁性中間板２３の位置での回転子２の構成を示す断面図である。また、図１７は、この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における非磁性部材３３の位置での回転子２の構成を示す断面図である。さらに、図１８は、この発明の実施の形態３によるランデル型回転機における一方の磁性端板２３の位置での回転子２の構成を示す断面図である。図１６は実施の形態１の図８に対応する図、図１７は実施の形態１の図７に対応する図、図１８は実施の形態１の図３に対応する図である。

磁性中間板２３に設けられた複数のボルト通し穴４３のうち、少なくともいずれかは、図１６に示すように、他のボルト通し穴４３よりも拡大された拡大通し穴４３ａとされている。この例では、各第１の磁極部材２４に近い複数のボルト通し穴４３のうち、回転軸９の軸線に関して対称位置にある２つのボルト通し穴４３が拡大通し穴４３ａとされている。また、この例では、各拡大通し穴４３ａが、他のボルト通し穴４３よりも径方向内側へ延びた長穴とされている。

非磁性部材３３に設けられた複数のボルト通し穴４３のうち、少なくともいずれかは、図１７に示すように、径方向内側へ開放された開放穴４３ｂとされている。この例では、磁性中間板２３の各拡大通し穴４３ａの位置に軸線方向について重なる２つのボルト通し穴４３が開放穴４３ｂとされている。

スリップリングに近い一方の磁性端板２１に設けられた複数のボルト通し穴４３のうち、少なくともいずれかは、図１８に示すように、他のボルト通し穴４３よりも拡大された拡大通し穴４３ｃとされている。この例では、複数のボルト通し穴４３のうち、回転軸９の軸線に関して対称位置にある２つのボルト通し穴４３が拡大通し穴４３ｃとされている。また、この例では、各拡大通し穴４３ｃが、他のボルト通し穴４３よりも径方向内側へ延びた長穴とされている。

各拡大通し穴４３ａ，４３ｃ及び開放穴４３ｂには、スリップリングと界磁コイル３とを電気的に接続し、界磁コイル３への給電を行うためのコイル引き出し線（図示せず）が、締結ボルト１３とともに通されている。これにより、各界磁コイル３のそれぞれからのコイル引き出し線が、共通のスリップリングに接続されている。即ち、各界磁コイル３のそれぞれへの給電が一方向のみから行うことができるようになっている。

ここで、上記の例では、第１の磁極部材２４に近いボルト通し穴４３が拡大通し穴４３ａとされている。第２の磁極部材２５に近いボルト通し穴４３を拡大通し穴としてもよいが、第２の磁極部材２５に近いボルト通し穴４３を拡大通し穴とすると、非磁性部材３３の厚さの薄い部分に設けられたボルト通し穴４３を開放穴となってしまうため、第１の磁極部材２４に近いボルト通し穴４３を拡大通し穴４３ａとするのが望ましい。

なお、上記の例では、拡大通し穴４３ａ、拡大通し穴４３ｃ及び開放穴４３ｂの数が２つずつとされているが、拡大通し穴４３ａ、拡大通し穴４３ｃ及び開放穴４３ｂの数は、１つずつであってもよいし、３つ以上であってもよい。

また、上記の例では、ボルト通し穴４３を拡大することにより、コイル引き出し線及び締結ボルト１３をまとめて通す各拡大通し穴４３ａ，４３ｃ及び開放穴４３ｂが形成されているが、磁性中間板２３、磁性端板２１及び非磁性部材３３のそれぞれに、コイル引き出し線を通すコイル線通し穴をボルト通し穴４３と別個に形成してもよい。

実施の形態４．
図１９は、この発明の実施の形態４によるランデル型回転機の回転子を示す部分縦断面図である。実施の形態１〜３では、回転軸本体１００と各内部磁性部材１０１とが別部材とされているが、回転軸本体１００及び各内部磁性部材１０１をまとめて一体の同一部材としてもよい。図においては、回転軸９の外周面には、磁性中間板２３の内側に嵌る中間板内挿入部９ａと、各磁性端板２１の内側にそれぞれ嵌る一対の端板内挿入部９ｂと、各端板内挿入部９ｂ及び中間板内挿入部９ａ間に介在し、各界磁コイル３の内側にそれぞれ嵌る一対のコイル内挿入部９ｃとを有している。中間板内挿入部９ａの外径はコイル内挿入部９ｃの外径よりも大きく、コイル内挿入部９ｃの外径は端板内挿入部９ｂの外径よりも大きくなっている。従って、中間板内挿入部９ａとコイル内挿入部９ｃとの間に段差が形成され、コイル内挿入部９ｃと端板内挿入部９ｂとの間にも段差が形成されている。これにより、各界磁コイル３が回転軸９に対して軸線方向について固定されやすくなり、回転子２の組み立て作業が容易になる。

図２０は、図１９のXX-XX線に沿った断面図である。磁性中間板２３の内周面及び中間板内挿入部９ａの外周面のそれぞれには、キー溝が２つずつ設けられている。互いに向かい合うキー溝で形成された２つのキー挿入穴には、キー１０３が挿入されている。これにより、磁性中間板２３および回転軸９は、周方向について互いに固定されている。磁性端板２１および回転軸９も、同様に、磁性端板２１の内周面及び端板内挿入部９ｂの外周面にそれぞれ設けられたキー溝を向かい合わせて２つのキー挿入穴を形成し、キー挿入穴にキーを挿入することにより、周方向について互いに固定されている。

なお、上記の例では、キーがキー挿入穴に挿入されることにより磁性中間板２３及び磁性端板２１が回転軸６に対して固定されているが、これに限定されず、例えば圧入や焼き嵌め等によって磁性中間板２３及び磁性端板２１を回転軸６に対して固定してもよい。

実施の形態５．
図２１は、この発明の実施の形態５によるランデル型回転機の回転子を示す断面図である。なお、図２１は実施の形態１の図８に対応する図である。実施の形態１〜４では、永久磁石１２の幅寸法（周方向についての寸法）が径方向のどの位置でも同一となっているが、これに限定されることなく、図２１に示すように、永久磁石１２の幅寸法が径方向外側に向かって連続的に広がっていてもよい。図２１では、互いに隣り合う永久磁石１２の側面同士が径方向へ平行になっている。このようにすれば、各永久磁石１２の磁束をより有効に利用することができ、トルクの向上を図ることができる。

実施の形態６．
図２２は、この発明の実施の形態６によるランデル型回転機の回転子を示す断面図である。なお、図２２は実施の形態１の図８に対応する図である。実施の形態１〜５では、ダブテイル４２とダブテイル溝４１とによって互いに係合する２つの部材のうち、径方向外側に存在する部材にダブテイル４２が設けられ、径方向内側に存在する部材にダブテイル溝４１が設けられているが、これに限定されない。

例えば、図２２に示すように、非磁性部材３２の径方向内側及び径方向外側のそれぞれの部分にダブテイル４２を設け、非磁性部材３２よりも径方向内側に存在する磁性中間板２３および非磁性部材３２よりも径方向外側に存在する第１の磁性部材２４のそれぞれに、ダブテイル４２に個別に係合するダブテイル溝４１を設けてもよい。

また、図２３に示すように、非磁性部材３２の径方向内側及び径方向外側のそれぞれの部分にダブテイル溝４１を設け、非磁性部材３２よりも径方向内側に存在する磁性中間板２３および非磁性部材３２よりも径方向外側に存在する第１の磁性部材２４のそれぞれに、ダブテイル溝４１に個別に係合するダブテイル４２を設けてもよい。

さらに、図２４に示すように、非磁性部材３２の径方向内側の部分にダブテイル溝４１を設け、非磁性部材３２に径方向外側の部分にダブテイル４２を設けるとともに、非磁性部材３２よりも径方向内側に存在する磁性中間板２３に、非磁性部材３２のダブテイル溝４１に係合するダブテイル４２を設け、非磁性部材３２よりも径方向外側に存在する第１の磁性部材２４に、非磁性部材３２のダブテイル４２に係合するダブテイル溝４１を設けてもよい。

なお、上記で図示により説明したランデル型回転機は単に例として示した実施の形態であって、この発明の実施に当たっては様々な変形が可能であり、またそれぞれの具体例の特徴の全てあるいは選択的に組み合わせて用いることもできる。

１ 固定子、２ 回転子、３ 界磁コイル、５ 固定子磁極、１０ 回転子磁極、１２ 永久磁石、２１ 磁性端板、２３ 磁性中間板、２４ 第１の磁性部材、２５ 第２の磁極部材、２６ 保持体、４１ ダブテイル溝。

Claims (6)

1. 固定子磁極を持つ筒状の固定子、
   上記固定子磁極に対面して磁気的に結合され得る回転子磁極を持ち、上記固定子の内側で上記固定子に対して回転される回転子、および
   上記回転子磁極の径方向内側に設けられ、上記固定子内および上記回転子内に磁束を発生させる一対の界磁コイル
   を備え、
   上記回転子は、
   軸線方向について互いに離して配置された一対の磁性端板と、
   軸線方向について上記一対の磁性端板間に配置されているとともに、軸線方向について上記一対の界磁コイル間に配置された磁性中間板と、
   軸線方向に延び、一端部が一方の上記磁性端板に、他端部が他方の上記磁性端板にそれぞれ磁気的および機械的に結合されているとともに、上記磁性中間板に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置された複数の第１の磁極部材と、
   軸線方向に延び、中間部が上記磁性中間板に磁気的および機械的に結合されているとともに、各上記磁性端板に対して磁気的に分離され、互いに周方向に間隔を置いて配置され、それぞれ上記第１の磁極部材の間に挿入されて上記第１の磁極部材と協働して上記回転子磁極を構成する複数の第２の磁極部材と、
   周方向について上記第１の磁極部材および上記第２の磁極部材の間にそれぞれ配置され、一端部が一方の上記磁性端板に達し、他端部が他方の上記磁性端板に達している複数の永久磁石と、
   上記第１の磁極部材を上記磁性中間板から磁気的に分離させ、かつ上記第２の磁極部材を上記磁性端板から磁気的に分離させるための非磁性の保持体と
   を有していることを特徴とするランデル型回転機。
2. 上記磁性中間板、上記第１の磁極部材及び上記第２の磁極部材は、いずれも軸線方向に積層された複数の磁性板の積層体で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のランデル型回転機。
3. 上記永久磁石は、上記第１の磁極部材および上記第２の磁極部材のそれぞれと接触した状態で支持されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のランデル型回転機。
4. 上記第１の磁極部材および上記第２の磁極部材は、いずれも上記保持体の外周に軸線方向に形成されたダブテイル溝によって支持されており、
   上記永久磁石は、上記第１の磁極部材および上記第２の磁極部材によって支持されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のランデル型回転機。
5. 上記第１の磁極部材及び上記第２の磁極部材のそれぞれの断面形状は、軸線方向全長に亘って同一形状になっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のランデル型回転機。
6. 上記磁性中間板には、界磁コイルへの給電を行うためのコイル引き出し線を通す穴が設けられている請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のランデル型回転機。

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