JP6631102B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に関し、特に、スイッチドリラクタンス（Switched Reluctance）モータおよびスイッチドリラクタンスジェネレータに関するものである。

一般に、スイッチドリラクタンスモータは、ロータ（回転子）にマグネットを使用しない。したがって、このようなスイッチドリラクタンスモータでは、コストがかかるレアアースを必須としない。このような観点から、近年、スイッチドリラクタンスモータが注目されている。

スイッチドリラクタンスモータは、ロータの突極とステータ（固定子）とが相互に対向するようにロータとステータを配置し、ステータに巻き回された複数の励磁コイルに流す励磁電流を順次切り替えることにより、回転方向（周方向）の磁気吸引力をロータに生じさせ、ロータを回転させる。

特許文献１に記載されているように、従来のスイッチドリラクタンスモータは、一般に以下のように構成される。
ステータは、周方向に延在するヨークと、当該ヨークの内周側端部から回転軸方向に延在し、周方向に間隔を有して配置される複数のティースとを有する。複数のティースには、それぞれ励磁コイルが巻き回される。
また、ロータは、周方向に間隔を有して配置される複数の突極を有し、当該複数の突極の先端面がステータのティースの先端面と間隔を有して相互に対向する位置になるように、回転軸に取り付けられる。

複数のティースに巻き回された励磁コイルに励磁電流を流すことにより、ティースとロータの突極との間に磁気吸引力が働く。前述したように、複数のティースに巻き回された励磁コイルに流す励磁電流を順次切り替えることによって、回転方向（周方向）の磁気吸引力をロータに生じさせ、ロータを回転させる。
尚、このようなスイッチドリラクタンスモータと同様の構成を用いて、スイッチドリラクタンスジェネレータとすることもできる。

また、スイッチドリラクタンスモータやスイッチドリラクタンスジェネレータを含め、一般的な回転電機は、ステータのティース部とヨーク部とが一体の構造となっている。このため、ティース部に対する励磁コイルの巻回作業が容易ではない。
そこで、特許文献２では、ヨーク部とティース部とを分離して構成したステータを備える回転電機が提案されている。具体的に、特許文献２では、ステータのコアは、中空円筒部とティース部とヨーク部とを有する。中空円筒部は、ギャップを挟んでロータを囲むこととなる円筒状の内側面を有する。ティース部は、前記中空円筒部の半径方向に沿う互いに異なる向きに前記中空円筒部から外側に延びる複数の放射状部を有する。ヨーク部は、前記ティース部を囲む略円筒の形状となるように軟磁性鋼帯を巻いて形成されており、前記ティース部の前記複数の放射状部の外側端面に対し内側面にて接するように構成される。

特開２０１２−１１４９７５号公報 特開２０１３−２４０２４９号公報

しかしながら、特許文献１に記載されているスイッチドリラクタンスモータでは、ロータとステータとの間の径方向の磁気吸引力が周方向に移動（回転）するので、振動および騒音が大きいという問題点がある。
また、特許文献２に記載されている技術では、ティース部からの磁束がヨーク部を構成する軟磁性鋼帯の板面に垂直に入るため、当該軟磁性鋼帯の板面内に渦電流が発生する。したがって、回転電機の効率が大きく低下する虞がある。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、振動および騒音を低減させると共に、効率を大きく低下させることなく容易に製造可能なスイッチドリラクタンスモータおよびスイッチドリラクタンスジェネレータを提供することを目的とする。

本発明の回転電機は、スイッチドリラクタンスモータまたはスイッチドリラクタンスジェネレータである回転電機であって、ロータと、ステータと、を有し、前記ロータは、前記回転電機の周方向において間隔を有して配置された複数の磁性体板ブロックであって、それぞれが、前記周方向において複数段に積層された磁性体板を有する複数の磁性体板ブロックを有し、前記ステータは、前記ロータの回転軸に平行な方向において前記ロータを介して相互に間隔を有して対向する位置に配置された２つのヨーク部であって、それぞれが、前記ロータの回転軸と同軸となるように巻き回された磁性体板を有する２つのヨーク部と、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記ヨーク部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面に対して、前記周方向において間隔を有するように配置された複数のティース部であって、それぞれが、前記周方向において複数段に積層された磁性体板を有する複数のティース部と、を有し、前記ロータの回転に伴って、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記ティース部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面と、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記磁性体板ブロックの端面のうち、前記ステータに近い方の端面とが、前記ロータの回転軸に平行な方向において間隔を有して対向し、前記ティース部を構成する磁性体板と、前記ヨーク部を構成する磁性体板は、電磁鋼板であることを特徴とする。

本発明によれば、振動および騒音を低減させると共に、効率を大きく低下させることなく容易に製造可能なスイッチドリラクタンスモータおよびスイッチドリラクタンスジェネレータを提供することができる。

スイッチドリラクタンスモータ縦断面の一例を示す図である。 図１に示すスイッチドリラクタンスモータを図１に示すＩ−Ｉの部分で切った場合の断面を示す図である。 図１に示すスイッチドリラクタンスモータを図１に示すII−IIの部分で切った場合の断面を示す図である。 図１に示すスイッチドリラクタンスモータを図１に示すIII−IIIの部分で切った場合の断面を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態を説明する。尚、以下の各図では、説明および表記の都合上、説明に必要な部分のみを、必要に応じて簡略化して示す。また、各図に示すＸ、Ｙ、Ｚ座標は、各図における方向の関係を示すものであり、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の原点は、各図において共通であり、各図に示す位置に限定されない。また、本実施形態では、回転電機が、スイッチドリラクタンスモータである場合を例に挙げて説明する。

図１〜図４は、スイッチドリラクタンスモータの構成の一例を示す図である。具体的に図１は、スイッチドリラクタンスモータを、その回転軸を通り、且つ、その回転軸に沿って切った場合の断面の一例を示す図（縦断面図）である。図２は、図１に示すスイッチドリラクタンスモータを図１に示すＩ−Ｉの部分で切った場合の断面を示す図（Ｉ−Ｉ断面図）である。図３は、図１にスイッチドリラクタンスモータを図１に示すII−IIの部分で切った場合の断面を示す図（II−II断面図）である。図４は、図１にスイッチドリラクタンスモータを図１に示すIII−IIIの部分で切った場合の断面を示す図（III−III断面図）である。

図１において、スイッチドリラクタンスモータは、ロータ（回転子）１００と、ステータ（固定子）２００と、回転軸３００とを有する。
図１および図２を参照しながら、ロータ１００の構成の一例を説明する。

ロータ１００は、回転軸取付部材１１０と、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌと、磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌと、磁性体板ブロック外周補強部材１４０と、を有する。尚、本実施形態のロータ１００は、マグネットを備えない。ただし、ロータは、マグネット（永久磁石）を備えていてもよい。尚、ロータがマグネットを備えるスイッチドリラクタンスモータは、公知の技術である。

回転軸取付部材１１０は、非磁性の材料からなる構造材であり、回転軸３００に連結（固定）される。
図１および図２に示すように、回転軸取付部材１１０は、内周部１１１と中間部１１２と外周部１１３とを有する。内周部１１１と中間部１１２と外周部１１３は、一体となっている。

内周部１１１は、回転軸３００の外周面に接する部分である。回転軸取付部材１１０の中心部には、この内周部１１１の内周面を縁とする貫通孔が形成される。この貫通孔は、回転軸３００に対応する大きさを有する。内周部１１１の、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の長さは、中間部１１２および外周部１１３よりも長い。また、内周部１１１の、スイッチドリラクタンスモータの径方向（Ｙ軸方向等）の長さは、中間部１１２および外周部１１３よりも短い。尚、以下の説明では、スイッチドリラクタンスモータの径方向を必要に応じて径方向と略称する。

外周部１１３は、後述する磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌおよび磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの内周面に接する部分である（特に、図２を参照）。外周部１１３の回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の長さは、内周部１１１よりも短く、中間部１１２よりも長く、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌと略同じである。また、外周部１１３の径方向（Ｙ軸方向等）の長さは、内周部１１１よりも長く、中間部１１２よりも短い。

中間部１１２は、その内周端が内周部１１１の外周側の端部と連接し、且つ、その外周端が外周部１１３の内周側の端部と連接する部分である。中間部１１２の回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の長さは、内周部１１１および外周部１１３よりも短い。また、中間部１１２の径方向（Ｙ軸方向等）の長さは、内周部１１１および外周部１１３よりも長い。

図２に示すように、中間部１１２における外周側の領域には、スイッチドリラクタンスモータの周方向に沿って相互に間隔を有した状態で複数の貫通孔１１２ａ〜１１２ｌが形成される。複数の貫通孔１１２ａ〜１１２ｌは、主として、スイッチドリラクタンスモータ（ロータ１００）を軽量化するためのものである。尚、以下の説明では、スイッチドリラクタンスモータの周方向を必要に応じて周方向と略称する。

以上の内周部１１１、中間部１１２、および外周部１１３が一体となって形成される回転軸取付部材１１０は、剛性を確保する観点から、例えば、アルミニウム合金、エンジニアリングプラスチック等を用いて形成されるようにするのが好ましい。ただし、前述したように、非磁性の材料を用いていれば、必ずしもこれらの材料を用いる必要はない。また、例えば、回転軸取付部材１１０の形状をスポーク状にして、スイッチドリラクタンスモータ（ロータ）の軽量化を図るようにしてもよい。

磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌは、それぞれ同じものである。磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌは、それぞれ、同じ形状および大きさの複数の磁性体板を相互に電気的に絶縁された状態で積層して固定することにより形成される。これにより、複数の磁性体板の層間が絶縁される。本実施形態では、磁性体板として方向性電磁鋼板を用いる場合を例に挙げて説明する。

方向性電磁鋼板として、例えば、グラス被膜を有する方向性電磁鋼板や接着被膜を有する方向性電磁鋼板を用いることができる。鉄損を抑制する観点から、方向性電磁鋼板の厚みは薄い方が好ましいが、厚みが厚い方向性電磁鋼板（所謂厚手材）を用いてもよい。
磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの大きさに合わせて方向性電磁鋼板を矩形状に切り出す際に、方向性電磁鋼板における磁化容易軸が、当該矩形の特定の辺に平行な方向となるようにする。尚、方向性電磁鋼板を切り出す形状は、矩形状に限定されず、例えば、正方形であってもよい。

そして、このようにして切り出した複数の矩形状の方向性電磁鋼板を、方向性電磁鋼板における磁化容易軸が同じ方向となるように積層する。このとき、複数の方向性電磁鋼板のうち、相互に隣接する２つの方向性電磁鋼板が絶縁されるようにする。また、複数の方向性電磁鋼板を、例えば、接着剤または前述した接着被膜を用いることにより固定する。

以上のようにして構成される磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌは、方向性電磁鋼板における磁化容易軸の方向が回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）になるようにして、周方向において間隔を有した状態で配置される。図２では、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌが周方向において等間隔で配置される場合を例に挙げて示す。このとき、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の位置が同じになるようにする。また、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの内周面は、回転軸取付部材１１０（外周部１１３）の外周面に固定される。

本実施形態では、このようにして配置される磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌにより、ロータ１００の外周縁に近い部分に、周方向において間隔を有した状態で、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の磁気的な突極を持たせることができる。
また、図１および図２に示すように、本実施形態では、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌに対しヨーク（バックヨーク）を設けない。したがって、磁性体板（方向性電磁鋼板）の使用量を低減でき、スイッチドリラクタンスモータ（ロータ１００）の軽量化と慣性力の抑制とを実現することができる。

磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌは、周方向において相互に間隔を有して隣接する２つの磁性体板ブロックの間に配置される。このとき、磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの周方向の端面と、当該磁性体板ブロック間補強部材を間に挟む磁性体板ブロックの周方向の端面とが固着されるようする。これにより、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌが周方向の応力を受けて変形および移動するのを抑制することができる。また、磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの内周面は、回転軸取付部材１１０（外周部１１３）の外周面に固定される。

磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌは、非磁性かつ非電導性の材料で形成される。磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌは、剛性を確保する観点から、例えば、エンジニアリングプラスチック等を用いて形成されるようにするのが好ましい。ただし、非磁性かつ非電導性の材料を用いていれば、必ずしもこれらの材料を用いる必要はない。磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌを非電導性の材料とすることにより、渦電流、特に、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌを取り囲むような電流の経路が形成されることを抑制することができる。

磁性体板ブロック外周補強部材１４０は、薄肉のリング状の部材である。磁性体板ブロック外周補強部材１４０の内径は、回転軸３００から磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌおよび磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの外周面までの径方向の長さと同じ、または、当該長さよりも少し長い長さを有する。磁性体板ブロック外周補強部材１４０の回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）の長さは、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌと略同じである。

磁性体板ブロック外周補強部材１４０は、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌおよび磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの外周面に対して取り付けられる。このとき、磁性体板ブロック外周補強部材１４０の内周面と、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌおよび磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌの外周面とが固着されるようにする。これにより、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌおよび磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌが、スイッチドリラクタンスモータ（ロータ１００）の回転によって生じる遠心力で飛散することを抑制することができる。

また、磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌを、磁性体板ブロック外周補強部材１４０の内周面と、回転軸取付部材１１０の外周部１１３との間で、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの間を埋めるように、モールドしても良い。

磁性体板ブロック外周補強部材１４０は、非磁性かつ高電気抵抗の高強度の材料で形成される。磁性体板ブロック外周補強部材１４０は、剛性を確保する観点から、例えば、ステンレス、カーボンファイバー、またはＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）を用いて形成されるようにするのか好ましい。ただし、非磁性かつ高電気抵抗の高強度の材料を用いていれば、必ずしもこれらの材料を用いる必要はない。

次に、図１、図３および図４を参照しながら、ステータ２００の構成の一例を説明する。
ステータ２００は、上側ステータ２１０と下側ステータ２２０とを有する。上側ステータ２１０と下側ステータ２２０は、同じものであり、ロータ１００の中心を通る軸であって、回転軸３００に垂直な方向（Ｙ軸方向）の軸を回転軸とする２回対称となる位置関係で配置される。
上側ステータ２１０は、上側ヨーク部２１１と、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６と、上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６とを有する。ここで、ｕ、ｖ、ｗは、それぞれ、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対応することを示す。すなわち、上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６には、励磁電流としてＵ相電流が流れ、上側励磁巻線２１３ｗ１〜２１３ｗ６には、励磁電流としてＷ相電流が流れ、上側励磁巻線２１３ｖ１〜２１３ｖ６には、励磁電流としてＶ相電流が流れる。尚、各相の励磁巻線は、直列または並列で接続される。
このように本実施形態では、スイッチドリラクタンスモータの相数が３相である場合を例に挙げて示すが、スイッチドリラクタンスモータの相数は３相に限定されない。

図１および図３に示すように、上側ヨーク部２１１は、略中空円筒状になるように磁性体板を巻き回すことにより構成される。本実施形態では、磁性体板として方向性電磁鋼板を用いる場合を例に挙げて説明する。
方向性電磁鋼板として、例えば、グラス被膜を有する方向性電磁鋼板や接着被膜を有する方向性電磁鋼板を用いることができる。また、略中空円筒状になるように電磁鋼板を巻き回す際に、方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向が周方向になるようにする。

このような上側ヨーク部２１１は、図１に示すように、回転軸３００と同軸になるようにして、ロータ１００よりも、回転軸３００に平行な２つの方向のうちの一方の方向（Ｚ軸の正の方向）側に配置される。以下の説明では、回転軸３００に平行な２つの方向のうちの一方の方向（Ｚ軸の正の方向）側を必要に応じて上側と称し、他方の方向（Ｚ軸の負の方向）側を必要に応じて下側と称する。

上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６は、ステータ２００における突極となる部分であり、それぞれ同じものである。上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６は、それぞれ、同じ形状および大きさの複数の磁性体板を相互に電気的に絶縁された状態で積層して固定することにより形成される。これにより、複数の磁性体板の層間が絶縁される。本実施形態では、磁性体板として方向性電磁鋼板を用いる場合を例に挙げて説明する。

方向性電磁鋼板として、例えば、グラス被膜を有する方向性電磁鋼板や接着被膜を有する方向性電磁鋼板を用いることができる。鉄損を抑制する観点から、方向性電磁鋼板の厚みは薄い方が好ましいが、厚みが厚い方向性電磁鋼板（所謂厚手材）を用いてもよい。
上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の大きさに合わせて方向性電磁鋼板を（同一の）Ｔ形状に切り出す際に、方向性電磁鋼板における磁化容易軸の方向が、当該Ｔ形状の縦方向となるようにする。尚、方向性電磁鋼板を切り出す形状は、Ｔ形状に限定されず、例えば、Ｉ形状、矩形状、または正方形であってもよい。

そして、このようにして切り出した複数のＴ形状の方向性電磁鋼板を同じ向きにして積層する。このとき、複数の方向性電磁鋼板のうち、相互に隣接する２つの方向性電磁鋼板が絶縁されるようにする。また、複数の方向性電磁鋼板を、例えば、接着剤または前述した接着被膜を用いることにより固定する。

以上のようにして構成される上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６は、方向性電磁鋼板における磁化容易軸の方向が回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）になるようにして、周方向において間隔を有した状態で配置される。図４では、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６が周方向において等間隔で配置される場合を例に挙げて示す。

このとき、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の、Ｔ形状の上側（幅広側）の端面が上側（Ｚ軸の正の方向側）になるようにする。図１では、上側ティース部２１２ｕ１、２１２ｕ４、の、Ｔ形状の上側（幅広側）の端面が上側（Ｚ軸の正の方向側）になっている状態を示す。
さらに、このように配置される上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の上側の端面（前記Ｔ形状の上端面）と、上側ヨーク部２１１の下側の端面とが電気的に絶縁された状態で接着されるようにする。例えば、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の上側の端面と、上側ヨーク部２１１の下側の端面との少なくとも何れか一方に絶縁性の接着剤を塗布したり、接着が可能な絶縁性のコーティングを施したりすることにより、これらの端面を接着することができる。

図１では、上側ヨーク部２１１の下側の端面と、上側ティース部２１２ｕ１の上側の端面２１４ｕ１および上側ティース部２１２ｕ４の上側の端面２１４ｕ４とが電気的に絶縁された状態で接着されている状態を示す。

上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の下側の端面（前記Ｔ形状の下端面）はそれぞれ磁極面となる。図１では、上側ティース部２１２ｕ１の磁極面２１５ｕ１と、上側ティース部２１２ｕ４の磁極面２１５ｕ４とを示す。
前記磁極面は、それぞれ、ロータ１００の回転に伴って、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの上側の端面と間隔を有した状態で対向する位置に配置される。

このようにして前記磁極面が、それぞれ、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの前記上側の端面と間隔を有した状態で対向した際に、前記磁極面の中心が、それぞれ、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの前記上側の端面の径方向の中心の位置と対向するようにする。

図１では、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、上側ティース部２１２ｕ１における磁極面２１５ｕ１が、磁性体板ブロック１２０ａの上側の端面１２１ａと間隔を有して対向している状態を示す。また、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、上側ティース部２１２ｕ４における磁極面２１５ｕ４が、磁性体板ブロック１２０ｇの上側の端面１２１ｇと間隔を有して対向している状態を示す。

上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６は、それぞれ同じものである。
図１および図４に示すように、上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６は、それぞれ、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の幅狭の領域に巻き回される。このとき、上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６と、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６とが電気的に絶縁されるようにする。

また、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の上側の端面（上側ヨーク部２１１と絶縁された状態で接着される端面）の面積が、当該上側ティース部に対して巻き回される上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６の回転軸３００に垂直な方向（Ｘ−Ｙ方向）の断面積（概略、図４に示す上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６のそれぞれの面積）を上回るようにする。
さらに、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の下側の端面（磁性体ブロックと間隔を有して対向する前記磁極面）の面積も、当該上側ティース部に対して巻き回される上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６の回転軸３００に垂直な方向（Ｘ−Ｙ方向）の断面積を上回るようにする。

図１では、上側ティース部２１２ｕ１の幅狭の領域に上側励磁巻線２１３ｕ１が巻き回されている状態と、上側ティース部２１２ｕ４の幅狭の領域に上側励磁巻線２１３ｕ４が巻き回されている状態とを示す。

下側ステータ２２０は、下側ヨーク部２２１と、下側ティース部２２２ｕ７、２２２ｕ８と、下側励磁巻線２２３ｕ７、２２３ｕ８とを有する。
尚、表記の都合上、ここでは、下側ティース部２２２ｕ７、２２２ｕ８と、下側励磁巻線２２３ｕ７、２２３ｕ８を２つずつ示す。しかしながら、前述したように、上側ステータ２１０と下側ステータ２２０は同じものであり、ロータ１００の中心を通る軸であって、回転軸３００に垂直な方向（Ｙ軸方向）の軸を回転軸とする２回対称となる位置関係で配置される。

Ｕ相に対応する下側ティース部・下側励磁巻線は、それぞれ、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、ロータ１００を介して、Ｕ相に対応する上側ティース部・上側励磁巻線と相互に対向する位置に配置される。同様に、Ｗ相に対応する下側ティース部・下側励磁巻線は、それぞれ、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、ロータ１００を介して、Ｗ相に対応する上側ティース部・上側励磁巻線と相互に対向する位置に配置され、Ｖ相に対応する下側ティース部・下側励磁巻線は、それぞれ、回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）において、ロータ１００を介して、Ｖ相に対応する上側ティース部・上側励磁巻線と相互に対向する位置に配置される。

また、下側ティース部２２２ｕ７、２２２ｕ８のＴ形状の下側（幅狭側）の端面（磁極面２２５ｕ７、２２５ｕ８）が、上側になるようにし、当該磁極面２２５ｕ７、２２５ｕ８が、それぞれ、磁性体板ブロック１２０ａ、１２０ｇの下側の端面１２２ａ、１２２ｇと間隔を有して対向するようにする。

さらに、図１に示すように、下側ヨーク部２２１の上側の端面と、下側ティース部２２２ｕ７、２２２ｕ８の下側の端面２２４ｕ７、２２４ｕ８は、電気的に絶縁された状態で接着される。
その他の下側ステータ２２０の構成は、上側ステータ２１０と同じであるので、下側ステータ２２０の詳細な説明を省略する。

ここで、上側ティース部における磁極面と磁性体ブロックとの間隔と、下側ティース部における磁極面と磁性体ブロックとの間隔とが同じになるようにするのが好ましい。
また、上側ティース部における磁極面、下側ティース部における磁極面、磁性体板ブロックの上側の端面、および磁性体板ブロックの下側の端面の方向が、回転軸３００に垂直な方向（平行）になるようにするのが好ましい。

また、上側ステータ２１０および下側ステータ２２０を構成する電磁鋼板として、熱処理が施された電磁鋼板を用いるのが好ましい。電磁鋼板における歪みを除去することができるからである。
尚、上側励磁巻線および下側励磁巻線の巻回方法は、特に限定されず、集中巻き、分布巻き、またはその他の巻回方法を用いてもよい。

以上の構成を有するスイッチドリラクタンスモータを駆動し、ロータ１００を回転させる際には、例えば、ロータ１００の磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌと、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６および下側ティース部との位置の関係に応じて、上側ステータ２１０および下側ステータ２２０に誘起される電圧の波形が矩形波になるように、Ｕ相の上側励磁巻線２１３ｕ１〜２１３ｕ６・下側励磁巻線、Ｗ相の上側励磁巻線２１３ｗ１〜２１３ｗ６・下側励磁巻線、Ｖ相の上側励磁巻線２１３ｖ１〜２１３ｖ６・下側励磁巻線に励磁電流を流すタイミングをずらす。これにより、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６・下側ティース部の磁極面と、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの上側・下側の端面との間において磁気吸引力が働く場所が周方向において連続的に切り替わり、ロータ１００が回転する。

方向性電磁鋼板は無方向性電磁鋼板に比べ、低磁場での透磁率が１桁大きいため、矩形波の励磁電圧でモータを駆動するのに適する。また、方向性電磁鋼板は無方向性電磁鋼板に比べ、飽和磁束密度が高い。正弦波および矩形波の波形の基本波成分の違いを考慮すると、ロータ１００の磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌに方向性電磁鋼板を用いれば、無方向性電磁鋼板を用いた場合に比べ、スイッチドリラクタンスモータのトルクを大きくすることができる。

しかしながら、従来のスイッチドリラクタンスモータのロータに方向性電磁鋼板を使用すると、方向性電磁鋼板に回転磁界が発生するため、このような方向性電磁鋼板の優れた特性を十分に活かすことができなかった。これに対し、本実施形態では、方向性電磁鋼板に発生する回転磁界を抑制することができる。したがって、ロータ１００に方向性電磁鋼板を使用し、上側ステータ２１０および下側ステータ２２０に誘起される電圧の波形が矩形波になるようにすることで、スイッチドリラクタンスモータのトルクを大きくすることができる。
ただし、必ずしもこのようにする必要はなく、上側ステータ２１０および下側ステータ２２０に誘起される電圧の波形は、例えば正弦波であってもよい。

ここで、一般的なスイッチドリラクタンスモータと同様に、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６および下側ティース部の周方向における間隔を、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの周方向における間隔の３分の１にするのが好ましく、３分の２にするのがより好ましい。このようにすれば、一般的なスイッチドリラクタンスモータと同様に、ロータ１００を任意の回転方向に安定して回転させることができるからである。尚、図２および図４に示す例では、表記の都合上、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の周方向における間隔が、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの周方向における間隔の３分の２である場合を例に挙げて示している。ただし、スイッチドリラクタンスモータの相数が３相でない場合には、鉄心の周方向における間隔が、磁性体板ブロックの周方向における間隔の相数分の１になるようにするのが好ましい。

以上のように本実施形態では、周方向において等間隔で配置された磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌをロータ１００の突極とする。磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの上側の端面（１２１ａ、１２１ｇ）に対し回転軸３００に平行な方向において間隔を有して配置される磁極面（２１５ｕ１、２１５ｕ４）を有する上側ティース部（２１２ｕ１、２１２ｕ４）と、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの下側の端面（１２２ａ、１２２ｇ）に対し回転軸３００に平行な方向において間隔を有して配置される磁極面（２１５ｕ７、２１５ｕ８）を有する下側ティース部（２１２ｕ７、２１２ｕ８）と、上側ティース部（２１２ｕ１、２１２ｕ４）の上側の端面（２１４ｕ１、２１４ｕ４）、下側ティース部（２１２ｕ７、２１２ｕ８）の下側の端面（２１４ｕ７、２１４ｕ８）に電気的に絶縁された状態で接着され、且つ、回転軸３００と同軸となるように電磁鋼板を巻き回すことにより構成される上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１により、ステータ２００の鉄心を構成する。

したがって、ロータ１００とステータ２００との間の磁気吸引力を、ステータ２００（上側ティース部、下側ティース部）の磁極面に平行な一方向とすることにより、ロータ１００の変形を抑制することが容易になる。また、ロータ１００とステータ２００との間の磁気吸引力がかかる方向である回転軸３００と平行な方向を、上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１の剛性が高い方向にすることができる。よって、ロータ１００の剛性を確保することが容易になり、スイッチドリラクタンスモータにおける振動および騒音を抑制することができる。また、ステータ２００（上側ティース部、下側ティース部）の磁極面の間に挟まれたロータ１００の磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌには、周方向に移動する大きな磁気吸引力が働くが、径方向（Ｙ軸方向等）および回転軸３００に平行な方向（Ｚ軸方向）には大きな磁気吸引力は働かない。したがって、薄い円盤状のロータ１００の振動を抑制することができる。

また、上側ティース部、下側ティース部からの磁束が、上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１の板面に垂直に入らず、上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１の板面に沿うように上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１に入る。したがって、上側ヨーク部２１１、下側ヨーク部２２１の板面内に発生する渦電流を抑制することができる。よって、スイッチドリラクタンスモータの効率が大きく低下することを抑制することができる。
以上のように、本実施形態では、従来のスイッチドリラクタンスモータの欠点であった、振動・騒音を低減し、高トルクと低鉄損の高効率スイッチドリラクタンスモータを実現することができる。

また、ステータのヨーク（上側ヨーク部、下側ヨーク部）・ティース（上側ティース部、下側ティース部）・励磁巻線（上側励磁巻線、下側励磁巻線）を個別のモジュールとし、これらを組み合わせることによりステータ２００を構成する。したがって、ステータに対して励磁巻線を巻き回す作業が、ヨークとティースとが一体となっているステータに比べて容易になる。また、ステータのヨークおよびティースの形状を単純な形状とすることができる。したがって、打ち抜き加工が困難な方向性電磁鋼板を用いても、ステータの鉄心の加工を容易に行うことができる。よって、スイッチドリラクタンスモータの製造を容易に行うことができる。

（変形例）
＜変形例１＞
本実施形態では、回転電機が、スイッチドリラクタンスモータである場合を例に挙げて説明したが、図１〜図４に示した構成の回転電機を発電機として動作させることにより、スイッチドリラクタンスジェネレータとすることができる。

＜変形例２＞
本実施形態では、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌを構成する磁性体板として、方向性電磁鋼板を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌを構成する磁性体板は、方向性電磁鋼板に限定されない。例えば、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌを構成する磁性体板を、方向性電磁鋼板以外の軟質磁性体板（例えば無方向性電磁鋼板）としてもよい。

＜変形例３＞
本実施形態では、周方向において相互に間隔を有して隣接する２つの磁性体板ブロックの間の領域の全てを埋めるように磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌを配置する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌが周方向の応力を受けて変形および移動が生じない、または、当該変形および移動が実用上問題のない範囲であるようにしていれば、周方向において相互に間隔を有して隣接する２つの磁性体板ブロックの間の領域の一部または全部を空隙にしてもよい。周方向において相互に間隔を有して隣接する２つの磁性体板ブロックの間の領域の全部を空隙にする場合には、当該領域には何も設けないことになり、磁性体板ブロック間補強部材１３０ａ〜１３０ｌは不要になる。

＜変形例４＞
本実施形態では、上側ヨーク部２１１と、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６を構成する磁性体板として、方向性電磁鋼板を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上側ヨーク部２１１と、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６を構成する磁性体板は、方向性電磁鋼板に限定されない。例えば、上側ヨーク部２１１と、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６を構成する磁性体板を、方向性電磁鋼板以外の軟質磁性体板（例えば無方向性電磁鋼板）としてもよい。以上のことは、下側ヨーク部および下側ティース部についても同じである。

＜変形例５＞
本実施形態では、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの磁路に垂直な断面が、場所に依らず同じ大きさの矩形状である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの磁路に垂直な断面の形状および大きさの少なくとも何れか一方が、場所によって異なるようにしてもよい。また、磁性体板ブロック１２０ａ〜１２０ｌの磁路に垂直な断面は、矩形状に限定されず、例えば、正方形または多角形であってもよい。

＜変形例６＞
本実施形態では、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の磁路に垂直な断面が、場所に依らず同じ大きさの矩形状である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はなく、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の磁路に垂直な断面の形状および大きさの少なくとも何れか一方が、場所によって異なるようにしてもよい。また、上側ティース部２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６の磁路に垂直な断面は、矩形状に限定されず、例えば、正方形または多角形であってもよい。以上のことは、下側ヨーク部および下側ティース部についても同じである。

尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１００：ロータ、１１０：回転軸取付部材、１２０ａ〜１２０ｌ磁性体板ブロック、１３０ａ〜１３０ｌ：磁性体板ブロック間補強部材、１４０：磁性体板ブロック外周補強部材、２００：ステータ、２１０：上側ステータ、２１１：上側ヨーク部、２１２ｕ１〜２１２ｕ６、２１２ｗ１〜２１２ｗ６、２１２ｖ１〜２１２ｖ６：上側ティース部、２１３ｕ１〜２１３ｕ６、２１３ｗ１〜２１３ｗ６、２１３ｖ１〜２１３ｖ６：上側励磁巻線、２１４ｕ１、２１４ｕ４：上側ティース部の上側の端面、２１５ｕ１、２１５ｕ４：磁極面、２２０：下側ステータ、２２１：下側ヨーク部、２２２ｕ７、２２２ｕ８：下側ティース部、２２３ｕ７、２２３ｕ８：下側励磁巻線、２２４ｕ７、２２４ｕ８：下側ティース部の下側の端面、２２５ｕ７、２２５ｕ８：磁極面、３００：回転軸

Claims (11)

1. スイッチドリラクタンスモータまたはスイッチドリラクタンスジェネレータである回転電機であって、
   ロータと、
   ステータと、を有し、
   前記ロータは、前記回転電機の周方向において間隔を有して配置された複数の磁性体板ブロックであって、それぞれが、前記周方向において複数段に積層された磁性体板を有する複数の磁性体板ブロックを有し、
   前記ステータは、前記ロータの回転軸に平行な方向において前記ロータを介して相互に間隔を有して対向する位置に配置された２つのヨーク部であって、それぞれが、前記ロータの回転軸と同軸となるように巻き回された磁性体板を有する２つのヨーク部と、
   前記ロータの回転軸に平行な方向における前記ヨーク部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面に対して、前記周方向において間隔を有するように配置された複数のティース部であって、それぞれが、前記周方向において複数段に積層された磁性体板を有する複数のティース部と、を有し、
   前記ロータの回転に伴って、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記ティース部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面と、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記磁性体板ブロックの端面のうち、前記ステータに近い方の端面とが、前記ロータの回転軸に平行な方向において間隔を有して対向し、
   前記ティース部を構成する磁性体板と、前記ヨーク部を構成する磁性体板は、電磁鋼板であることを特徴とする回転電機。
2. 前記磁性体板ブロックを構成する磁性体板は、方向性電磁鋼板であり、
   前記磁性体板ブロックを構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向は、前記回転軸に平行な方向であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
3. 前記ステータを構成する前記磁性体板に励磁される磁束の波形は、矩形波であることを特徴とする請求項２に記載の回転電機。
4. 前記ティース部を構成する磁性体板と、前記ヨーク部を構成する磁性体板は、方向性電磁鋼板であり、
   前記ティース部を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向は、前記回転軸に平行な方向であり、
   前記ヨーク部を構成する方向性電磁鋼板の磁化容易軸の方向は、前記周方向であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の回転電機。
5. 前記ステータは、前記ティース部に対して巻き回される励磁巻線を有し、
   前記ティース部の前記ヨーク部と対向する面の面積と、前記ティース部の前記ロータと対向する面の面積は、当該ティース部に対して巻き回される励磁巻線の前記ロータの回転軸に垂直な方向の断面積を上回ることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の回転電機。
6. 前記ティース部と前記ヨーク部は電気的に絶縁性を有する材料で接着されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の回転電機。
7. 前記ロータの回転に伴って、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記ティース部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面の中心は、それぞれ、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記磁性体板ブロックの端面のうち、前記ステータに近い方の端面の径方向における中心と、前記ロータの回転軸に平行な方向において間隔を有して相互に対向することを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の回転電機。
8. 前記ロータの回転軸に平行な方向における前記複数のティース部の端面のうち、前記ロータに近い方の端面と、前記ロータの回転軸に平行な方向における前記複数の磁性体板ブロックの端面のうち、前記ステータに近い方の端面との間隔が、同じであることを特徴とする請求項１〜７の何れか１項に記載の回転電機。
9. 前記複数のティース部と、前記複数の磁性体板ブロックは、それぞれ、前記周方向において等間隔で配置され、
   前記複数のティース部の前記周方向における間隔は、前記複数の磁性体板ブロックの前記周方向における間隔の相数分の１であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の回転電機。
10. 前記回転機の相数が３相であり、
    前記複数のティース部と、前記複数の磁性体板ブロックは、それぞれ、前記周方向において等間隔で配置され、
    前記複数のティース部の前記周方向における間隔は、前記複数の磁性体板ブロックの前記周方向における間隔の３分の２であることを特徴とする請求項１〜８の何れか１項に記載の回転電機。
11. 前記磁性体板ブロックの位置のずれを抑制するための補強部材を更に有し、
    前記補強部材は、前記磁性体板ブロックの外周面に配置される部分と、前記磁性体板ブロックの間に配置される部分とを有し、
    前記磁性体板ブロックの外周面に配置される部分と、前記磁性体板ブロックの間に配置される部分は、異なる材料で構成され、
    前記磁性体板ブロックの間に配置される部分は、非磁性かつ非電導性の材料で構成されることを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の回転電機。

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