KR102163345B1 - 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기 - Google Patents

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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

실시 형태의 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기는 샤프트와 회전자 철심을 갖는다. 회전자 철심은, 샤프트에 고정되고, 1극당, 직경 방향 내측을 향하여 볼록 형상으로 되는 공동부가 복수 층 형성되어 있음과 함께, 공동부와 외주면 사이에 각각 브리지가 형성되어 있다. 그리고 1극 중 둘레 방향 중앙을 극중심으로 하고 둘레 방향 양단을 극단으로 했을 때, 복수의 브리지 중, 가장 극단측에 위치하는 최극단 브리지는, 최극단 브리지의 육후가, 극중심측으로부터 극단측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있다. 복수의 브리지 중, 최극단 브리지로부터 하나의 브리지를 사이에 두고 극중심측에 위치하는 중간 브리지는, 중간 브리지의 육후가, 극단측으로부터 극중심측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있다.

Description

동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기
본 발명의 실시 형태는 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기에 관한 것이다.
동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기는 회전자와 고정자를 구비하고 있다. 회전자는, 회전 가능하게 축 지지되고 회전축 중심에서 축 방향으로 연장되는 샤프트와, 샤프트에 외부 끼움 고정되는 회전자 철심을 구비하고 있다. 고정자는, 회전자 철심의 외주에 회전자 철심과 간격을 두고 배치되어, 서로 둘레 방향으로 간격을 두고 배열된 복수의 티스를 갖는 고정자 철심과, 복수의 티스에 각각 권회된 복수 극의 다상의 전기자 권선을 구비하고 있다.
회전자 철심에는, 1극당 복수의 공동부가 직경 방향으로 배열되어 형성되어 있다. 각 공동부는, 전기자 권선에 통전했을 때 형성되는 자속의 흐름을 따르도록, 극중심이 가장 직경 방향 내측에 위치하도록 직경 방향 내측을 향하여 만곡 형성되어 있는 경우가 많다.
이와 같이 공동부를 형성함으로써, 회전자 철심에, 자속이 흐르기 쉬운 방향과 자속이 흐르기 어려운 방향이 형성된다. 그리고 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기는, 공동부에 의하여 발생하는 릴럭턴스 토크를 이용하여 샤프트를 회전시킨다.
그런데 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기는, 다양한 분야에서의 적용이 상정되어 있으며, 한층 더 높은 고출력화나 소형화가 요구되고 있다. 이 관점에서 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기의 대용량화나 고속 회전화가 요망되고 있다. 한편, 회전자 철심에 공동부를 형성하면 회전자 철심이 변형되기 쉬워져 버린다. 이 때문에, 회전자 철심을 고속 회전시키면, 이것에 의하여 발생하는 원심력에 의하여 회전자 철심이 변형되어 버릴 가능성이 있었다. 그래서, 공동부의 둘레 방향 양단과 회전자 철심 사이에 형성되는 브리지라 칭해지는 부분의 육후를 두껍게 하거나, 공동부의 둘레 방향 중앙에 센터 브리지라 칭해지는 구조체를 형성하거나 하여, 회전자 철심이 변형되기 어렵게 하는 경우가 있었다.
그러나 브리지의 육후를 두껍게 하거나 센터 브리지를 형성하거나 하면, 이들 브리지 부분의 자기 포화가 완화되어 버리는 경우가 있었다. 이 때문에, 원하는 릴럭턴스 토크를 얻기 어려워 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기의 토크 특성이 저하되어 버릴 가능성이 있었다.
일본 특허 공개 평11-89193호 공보 일본 특허 공개 제2001-258222호 공보
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 회전자 철심이 변형되기 어렵게 함과 함께, 토크 특성의 저하를 방지할 수 있는 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기를 제공하는 것이다.
실시 형태의 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기는 샤프트와 회전자 철심을 갖는다. 회전자 철심은, 샤프트에 고정되고, 1극당, 직경 방향 내측을 향하여 볼록 형상으로 되는 공동부가 복수 층 형성되어 있음과 함께, 공동부와 외주면 사이에 각각 브리지가 형성되어 있다. 그리고 1극 중 둘레 방향 중앙을 극중심으로 하고 둘레 방향 양단을 극단으로 했을 때, 복수의 브리지 중, 가장 극단측에 위치하는 최극단 브리지는, 최극단 브리지의 육후가, 극중심측으로부터 극단측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있다. 복수의 브리지 중, 최극단 브리지로부터 하나의 브리지를 사이에 두고 극중심측에 위치하는 중간 브리지는, 중간 브리지의 육후가, 극단측으로부터 극중심측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기의 일부의 구성을 도시하는, 회전축에 직교하는 단면도.
도 2는 도 1의 A부 확대도.
도 3은 제1 실시 형태의 회전자 철심에 걸리는 응력 분포도.
도 4는 제2 실시 형태의 회전자 철심의 일부의 구성을 도시하는, 회전축에 직교하는 단면도.
도 5는 제2 실시 형태의 회전자 철심에 걸리는 응력 분포도.
이하, 실시 형태의 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기를, 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은, 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기(이하, 간단히 회전 전기 기기라 함)(1)의 일부의 구성을 도시하는, 회전축(8)에 직교하는 단면도이다. 또한 도 1에서는, 회전 전기 기기(1)의 1/4 섹터, 즉, 1/4 둘레의 둘레 각도 영역 분만을 도시하고 있다.
동 도면에 도시한 바와 같이 회전 전기 기기(1)는, 대략 원통형의 고정자(2)와, 고정자(2)보다도 직경 방향 내측에 마련되고 고정자(2)에 대하여 회전 가능하게 마련된 회전자(3)를 구비하고 있다. 또한 고정자(2) 및 회전자(3)는, 각각의 중심축선이 공통축 상에 위치한 상태로 배치되어 있다. 이하, 공통축을 중심축(회전 축선) O라 칭하고, 중심축 O에 직교하는 방향을 직경 방향이라 칭하고, 중심축 O 둘레로 주회하는 방향을 둘레 방향이라 칭한다.
고정자(2)는, 대략 원통형의 고정자 철심(4)을 갖고 있다. 고정자 철심(4)은, 전자 강판을 복수 매 적층하거나 연자성 분말을 가압 성형하거나 하여 형성하는 것이 가능하다. 고정자 철심(4)의 내주면에는, 중심축 O를 향하여 돌출되고 둘레 방향으로 등간격으로 배열된 복수의 티스(5)가 일체 성형되어 있다. 티스(5)는, 단면이 대략 직사각 형상으로 형성되어 있다. 그리고 인접하는 티스(5) 사이에 하나의 슬롯(6)이 배치되도록 복수의 슬롯(6)이 둘레 방향으로 등간격으로 형성되어 있다. 이들 슬롯(6)을 개재하여 각 티스(5)에 전기자 권선(7)이 권회되어 있다. 각 티스(5)에는 인슐레이터나 절연 피막 상으로부터 전기자 권선(7)이 권회된다.
(제1 실시 형태)
회전자(3)는, 중심축 O를 따라 연장되는 회전축(8)과, 회전축(8)에 외부 끼움 고정된, 대략 원기둥형의 회전자 철심(9)을 구비하고 있다.
회전자 철심(9)은, 전자 강판을 복수 매 적층하거나 연자성 분말을 가압 성형하거나 하여 형성하는 것이 가능하다. 회전자 철심(9)의 외경은, 직경 방향으로 대향하는 회전자 철심(9)과 각 티스(5) 사이에 소정의 에어 갭 G가 형성되도록 설정되어 있다.
또한 회전자 철심(9)의 직경 방향 중앙에는, 중심축 O를 따라 관통하는 관통 구멍(10)이 형성되어 있다. 이 관통 구멍(10)에 회전축(8)이 압입되거나 하여, 회전축(8)과 회전자 철심(9)이 일체로 되어 회전한다.
또한, 회전자 철심(9)에는, 1/4 둘레의 둘레 각도 영역의 각각에 4층의 공동부(플럭스 배리어)(11, 12, 13, 14)(제1 공동부(11), 제2 공동부(12), 제3 공동부(13), 제4 공동부(14))가 직경 방향으로 배열되어 형성되어 있다. 즉, 직경 방향 최외측에 제1 공동부(11)가 형성되고, 이 제1 공동부(11)로부터 직경 방향 내측을 향하여 순서대로 제2 공동부(12), 제3 공동부(13), 제4 공동부(14)가 배열되어 형성되어 있다. 그리고 제4 공동부(14)가 직경 방향 최내측에 배치되어 있다.
또한 각 공동부(11 내지 14)는, 전기자 권선(7)에 통전했을 때 형성되는 자속의 흐름을 따르도록 형성되어 있다. 즉, 각 공동부(11 내지 14)는, 둘레 방향의 중앙이 가장 직경 방향 내측에 위치하도록(직경 방향 내측을 향하여 볼록 형상으로 되도록), 만곡 형성되어 있다. 이것에 의하여 회전자 철심(9)에는, 자속이 흐르기 쉬운 방향과 자속이 흐르기 어려운 방향이 형성된다.
여기서, 본 실시 형태에 있어서, 자속이 흐르기 쉬운 방향을 q축이라 칭한다. 또한 q축에 대하여 전기적, 자기적으로 직교하는, 직경 방향을 따른 방향을 d축이라 칭한다. 즉, 각 공동부(11 내지 14)는, d축을 따른 직경 방향에 있어서, 다층 구조로 된다.
보다 상세하게는, 회전자 철심(9)에 있어서 q축 방향은, 각 공동부(11 내지 14)에 의하여 자속의 흐름이 방해받지 않는 방향을 q축이라 칭한다. 즉, 회전자 철심(9)의 외주면(9a)의 임의의 둘레 각도 위치에 정의 자위(예를 들어 자석의 N극을 근접시킴)를 부여한다. 또한 정의 자위에 대하여 1극분(본 실시 형태의 경우에는 기계각으로 90도) 어긋난 다른 임의의 둘레 각도 위치에 부의 자위(예를 들어 자석의 S극을 근접시킴)를 부여한다. 그리고 이 경우에, 임의의 위치를 둘레 방향으로 어긋나게 해 갔을 경우에 가장 많은 자속이 흐를 때의 중심축 O로부터 임의의 위치를 향하는 방향을 q축으로 정의한다. 그리고 각 공동부(11 내지 14)의 긴 쪽 방향이 q축이다.
한편, 각 공동부(11 내지 14)에 의하여 자속의 흐름이 방해받는 방향, 즉, q축에 대하여 자기적으로 직교하는 방향을 d축이라 칭한다. 본 실시 형태에서는, 각 공동부(11 내지 14)에 의하여, 중심축 O에 가까운 영역과 먼 영역으로 분리된 2개의 회전자 철심 부분이 대향하는 방향에 대하여 평행인 방향이 d축이다. 또한 각 공동부(11 내지 14)가 다층으로 형성되어 있는 경우(본 실시 형태에서는 4층), 층의 중첩 방향이 d축이다. 본 실시 형태에서는, d축은 q축에 대하여 전기적, 자기적으로 직교하는 것에 한정되지 않으며, 직교하는 각도로부터 어느 정도의 각도 폭(예를 들어 기계각으로 10도 정도)을 갖고 교차해도 된다.
이와 같이 회전자 철심(9)은 4극으로 구성되어 있으며, 1극당(회전자 철심(9)의 1/4 둘레의 둘레 각도 영역)에 4층의 공동부(11, 12, 13, 14)가 형성되어 있게 된다. 그리고 1극이란, q축 사이의 영역을 말한다.
또한 이하의 설명에서는, d축을 극중심 C1이라 칭하고, q축(1/4 둘레의 둘레 각도 영역의 둘레 방향 양단)을 극단 E1이라 칭하여 설명한다. 즉, 각 공동부(11 내지 14)는, 극중심 C1이 가장 직경 방향 내측에 위치하도록 직경 방향 내측을 향하여 만곡되어 있게 된다.
또한 각 공동부(11 내지 14)는, 중심축 O 방향에서 보아 긴 쪽 방향 양단이 회전자 철심(9)의 외주부에 위치하도록 만곡 형성되어 있다. 그리고 각 공동부(11 내지 14)는, 긴 쪽 방향 양단에 가까운 부분일수록 극단 E1을 따르도록, 또한 긴 쪽 방향 중앙에 가까운 부분일수록 극중심 C1과 직교하도록 형성되어 있다. 또한, 각 공동부(11 내지 14)는, 제1 공동부(11)로부터 순서대로 개구 면적이 커지도록 형성되어 있다.
도 2는, 도 1의 A부 확대도이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 각 공동부(11 내지 14)의 둘레 방향 양단과 회전자 철심(9)의 외주면(9a) 사이에는 각각 브리지(16, 17, 18, 19)(제1 브리지(16), 제2 브리지(17), 제3 브리지(18), 제4 브리지(19))가 형성되어 있다. 상세히 설명하면, 브리지(16 내지 19)란, 각 공동부(11 내지 14)에 있어서의 회전자 철심(9)의 외주부 가까이이며, 또한 그 육후가 급격히 변화되는 범위에 형성되어 있는 것을 말한다(이하의 제2 실시 형태에서도 마찬가지임).
또한 육후란, 회전자 철심(9)의 외주면(9a)의 법선 방향을 따른 두께를 말한다(이하의 제2 실시 형태에서도 마찬가지임).
더 상세히 설명하면, 회전자 철심(9)의 외주부이며, 제4 공동부(14)에 대응하는 위치에는, 극중심 C1측과 극단 E1측에, 각각 육후가 급격히 변화되는 육후 급변화점 P41, P42가 존재하고, 이들 육후 급변화점 P41, P42 사이가 제4 브리지(19)로 된다.
또한 회전자 철심(9)의 외주부이며, 제3 공동부(13)에 대응하는 위치에는, 극중심 C1측과 극단 E1측에, 각각 육후가 급격히 변화되는 육후 급변화점 P31, P32가 존재하고, 이들 육후 급변화점 P31, P32 사이가 제3 브리지(18)로 된다.
또한 회전자 철심(9)의 외주부이며, 제2 공동부(12)에 대응하는 위치에는, 극중심 C1측과 극단 E1측에, 각각 육후가 급격히 변화되는 육후 급변화점 P21, P22가 존재하고, 이들 육후 급변화점 P21, P22 사이가 제2 브리지(17)로 된다.
또한, 회전자 철심(9)의 외주부이며, 제1 공동부(11)에 대응하는 위치에는, 극중심 C1측과 극단 E1측에, 각각 육후가 급격히 변화되는 육후 급변화점 P11, P12가 존재하고, 이들 육후 급변화점 P11, P12의 사이가 제1 브리지(16)로 된다.
여기서, 제2 브리지(17)에 있어서의 회전자 철심(9)의 육후 급변화점 P21에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 회전자 철심(9) 중, 제2 공동부(12)의 직경 방향 외측으로 되는 측면(12a)은, 직경 방향 내측을 향하여 만곡되어 있는 내향 만곡면(21)과, 이 만곡면(21)보다도 회전자 철심(9)의 외주부측에 위치하며, 직경 방향 외측을 향하여 만곡되는 외향 만곡면(22)을 갖고 있다. 이들 내향 만곡면(21)과 외향 만곡면(22)의 접속 부분(변곡점)이 육후 급변화점 P21이다.
그런데 각 브리지(16 내지 19)는, 회전자 철심(9)이 변형되기 어렵게 하기 위한 것이지만, 자속 누설의 요인으로 되는 부분이기도 하다.
여기서, 제1 브리지(16)의 육후 t1과 제3 브리지(18)의 육후 t3은 회전자 철심(9)의 외주면(9a)을 따라 거의 균일해지도록 설정되어 있다. 이들 육후 t1, t3은, 제1 브리지(16) 및 제3 브리지(18)에 있어서 자기 포화가 발생하여 거의 자속 누설이 발생하지 않을 정도의 두께로 설정되어 있다.
이에 비해, 제4 브리지(19)의 육후 t4는, 극중심 C1측으로부터 극단 E1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다. 즉, 제4 브리지(19)의 육후 t4는, 육후 급변화점 P42에 있어서의 육후 t4max가 가장 후육으로 설정된다.
한편, 제4 브리지(19)에 있어서 가장 박육으로 형성되어 있는 박육부 t4min의 육후는, 제1 브리지(16)의 육후 t1이나 제3 브리지(18)의 육후 t3과 거의 동일한 두께로 설정되어 있다.
또한 제4 브리지(19)로부터 하나의 브리지(18)(제3 브리지(18))를 사이에 두고 극중심 C1측에 위치하는 제2 브리지(17)의 육후 t2는, 극단 E1측으로부터 극중심 C1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다. 즉, 제2 브리지(17)의 육후 t2는, 육후 급변화점 P21에 있어서의 육후 t2max가 가장 후육으로 설정된다.
한편, 제2 브리지(17)에 있어서 가장 박육으로 형성되어 있는 박육부 t2min의 육후는, 제1 브리지(16)의 육후 t1이나 제3 브리지(18)의 육후 t3과 거의 동일한 두께로 설정되어 있다.
그런데 각 공동부(11 내지 14)의 형상에 따라, 회전자 철심(9)에 1극당 있어서의 공동부(11 내지 14) 사이에 철심 부재가 배치되어 있다. 즉, 제1 공동부(11)와 제2 공동부(12) 사이에 제1 철심 부재가 배치되고, 제2 공동부(12)와 제3 공동부(13) 사이에 제2 철심 부재가 배치되고, 제3 공동부(13)와 제4 공동부(14) 사이에 제3 철심 부재가 배치되어 있다. 이와 같은 철심 부재의 중량은, 직경 방향 내측에 위치하는 철심 부재일수록 무거워진다. 즉, 제1 철심 부재의 중량보다도 제2 철심 부재의 중량이 크고, 제2 철심 부재의 중량보다도 제3 철심 부재의 중량이 크다. 또한 회전자 철심(9)을 회전시켰을 때 발생하는 상기 철심 부재의 원심력은 각 브리지(16 내지 19)에서 지지되게 된다.
또한, 각 브리지(16 내지 19)는 각각 연결되어 있으며, 순차 직경 방향 내측에 위치하는 브리지(16 내지 19)에서, 그보다도 직경 방향 외측에 위치하는 브리지(16 내지 19)에서 발생하는 상기 철심 부재의 원심력을 지지하게 된다.
보다 구체적으로는, 회전자 철심(9)에 있어서의 제3 공동부(13)와 제4 공동부(14) 사이의 회전자 철심(9)(제3 철심 부재)에 걸리는 원심력에 의한 힘에 의하여 주로 제3 브리지(18)에 응력이 발생한다. 이에 추가하여 제4 브리지(19)에도 응력이 발생한다.
또한 회전자 철심(9)에 있어서의 제2 공동부(12)와 제3 공동부(13) 사이의 회전자 철심(9)(제2 철심 부재)에 걸리는 원심력에 의한 힘에 의하여 제2 브리지(17)에 응력이 발생한다.
또한, 회전자 철심(9)의 1극당 있어서의 공동부(11 내지 14) 사이에 배치되어 있는 철심 부재(제1 철심 부재, 제2 철심 부재, 제3 철심 부재)의 중량은, 직경 방향 내측에 위치하는 철심 부재일수록 무거워지므로, 극단 E1측에 위치하는 브리지(16 내지 19)일수록 발생하는 응력이 커진다.
여기서, 회전자 철심(9)에서는,
(1) 제4 브리지(19)를, 육후 t4가 극중심 C1측으로부터 극단 E1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성하고 있다. 또한 제2 브리지(17)를, 육후 t2가 극단 E1측으로부터 극중심 C1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성하고 있다.
그리고 이와 같이 형성하면,
(2) 제2 브리지(17)의 제2 공동부(12)측의 측면과 제4 브리지(19)의 제4 공동부(14)측의 측면을 통과하는 곡선을 가상 만곡선 L1이라 했을 때, 중심축 O와, 이 중심축 O로부터 가장 이격된 가상 만곡선 L1 상의 점 P1을 연결하는 직선 L2는, 제3 브리지(18)를 통과한다. 즉, 제3 브리지(18)가 변형되기 어렵게 할 수 있다.
이들 (1), (2)로부터, 원심력에 의한 힘에 의하여 응력이 크게 걸리는 제2 브리지(17) 내지 제4 브리지(19)가 변형되기 어렵게 할 수 있다. 이 결과, 회전자 철심(9) 전체가 변형되기 어렵게 할 수 있다.
도 3은, 회전자(3)를 고속 회전시켰을 때 회전자 철심(9)에 걸리는 응력 분포도이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 브리지 전체(제1 내지 제4 브리지)(16 내지 19))에 걸리는 평균 응력이 저감되어, 각 브리지(16 내지 19)에 걸리는 최대 응력이 억제되는 것을 확인할 수 있다.
여기서, 제2 브리지(17) 및 제4 브리지(19)는, 전체가 후육으로 형성되는 것이 아니라, 회전자 철심(9)의 외주면(9a)을 따라 점차 후육으로 형성되어 있다. 이 때문에, 제2 브리지(17)의 박육부 t2min 및 제4 브리지(19)의 박육부 t4min에서는 자기 포화가 발생한다. 이 결과, 제2 브리지(17) 및 제4 브리지(19)에서의 자속 누설을 최소한으로 억제할 수 있다.
따라서 상술한 제1 실시 형태에 의하면, 회전자 철심(9)이 변형되기 어렵게 함과 함께 회전 전기 기기(1)의 토크 특성의 저하를 방지할 수 있다.
(제2 실시 형태)
다음으로, 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 4는, 제2 실시 형태의 회전자 철심(209)에 있어서의 1/4 둘레의 둘레 각도 영역의 구성을 도시하는, 회전축(8)에 직교하는 단면도이다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 전술한 제1 실시 형태와 본 제2 실시 형태의 상위점은, 제1 실시 형태의 회전자 철심(9)은, 1극당 4층의 공동부(11 내지 14)가 형성되어 있는 데 비해, 제2 실시 형태의 회전자 철심(209)은, 1극당 6층의 공동부(211 내지 216)(제1 공동부(211), 제2 공동부(212), 제3 공동부(213), 제4 공동부(214), 제5 공동부(215), 제6 공동부(216))가 형성되어 있는 점에 있다.
즉, 직경 방향 최외측에 제1 공동부(211)가 형성되고, 이 제1 공동부(211)로부터 직경 방향 내측을 향하여 순서대로 제2 공동부(212), 제3 공동부(213), 제4 공동부(214), 제5 공동부(215), 제6 공동부(216)가 배열되어 형성되어 있다. 그리고 제6 공동부(216)가 직경 방향 최내측에 배치되어 있다.
또한 각 공동부(211 내지 216)는, 극중심 C1이 가장 직경 방향 내측에 위치하도록 직경 방향 내측을 향하여 만곡되어 있다. 또한 각 공동부(211 내지 216)는, 중심축 O 방향에서 보아 긴 쪽 방향 양단이 회전자 철심(9)의 외주부에 위치하도록 만곡 형성되어 있다. 그리고 각 공동부(211 내지 216)는, 긴 쪽 방향 양단에 가까운 부분일수록 극단 E1을 따르도록, 또한 긴 쪽 방향 중앙에 가까운 부분일수록 극중심 C1과 직교하도록 형성되어 있다. 또한 각 공동부(211 내지 216)는, 제1 공동부(211)로부터 순서대로 개구 면적이 커지도록 형성되어 있다.
또한, 각 공동부(211 내지 216)의 둘레 방향 중앙(극중심 C1 상)에는 각각 센터 브리지(241 내지 246)(제1 센터 브리지(241), 제2 센터 브리지(242), 제3 센터 브리지(243), 제4 센터 브리지(244), 제5 센터 브리지(245), 제6 센터 브리지(246))가 형성되어 있다. 이들 센터 브리지(241 내지 246)는, 회전자 철심(209)이 변형되기 어렵게 하기 위한 것이다.
또한 각 공동부(211 내지 216)의 둘레 방향 양단과 회전자 철심(209)의 외주면(209a) 사이에는 각각 브리지(231 내지 236)(제1 브리지(231), 제2 브리지(232), 제3 브리지(233), 제4 브리지(234), 제5 브리지(235), 제6 브리지(236))가 형성되어 있다.
여기서, 제1 브리지(231)의 육후 t21, 제2 브리지(232)의 육후 t22, 제3 브리지(233)의 육후 t23 및 제5 브리지(235)의 육후 t24는, 각각 회전자 철심(209)의 외주면(209a)을 따라 거의 균일해지도록 설정되어 있다.
이에 비해, 직경 방향 최내측의 제6 공동부(216)와 회전자 철심(209)의 외주면(209a) 사이에 형성되어 있는 제6 브리지(236)의 육후 t26은, 극중심 C1측으로부터 극단 E1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 제6 브리지(236)는, 전술한 제1 실시 형태에 있어서의 제4 브리지(19)(도 2 참조)와 거의 동일한 형상으로 형성되어 있다.
또한 제6 공동부(216)로부터 하나의 공동부(215)(제5 공동부(215))를 사이에 두고 극중심 C1측에 위치하는 제4 공동부(214)와 회전자 철심(209)의 외주면(209a) 사이에 형성되어 있는 제4 브리지(234)의 육후 t24는, 극단 E1측으로부터 극중심 C1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다. 보다 구체적으로는, 제4 브리지(234)는, 전술한 제1 실시 형태에 있어서의 제2 브리지(17)(도 2 참조)와 거의 동일한 형상으로 형성되어 있다.
그리고 제4 브리지(234)의 제4 공동부(214)측의 측면과 제6 브리지(236)의 제6 공동부(216)측의 측면을 통과하는 가상 만곡선 L3의 정점 P2가, 이들 제4 브리지(234)과 제6 브리지(236) 사이에 위치하는 제5 브리지(235)에 대응하는 위치로 된다. 이 때문에, 원심력에 의한 힘에 의하여 발생하는 응력이 크게 걸리는 제4 브리지 234 내지 제6 브리지(236)가 변형되기 어렵게 할 수 있다. 이 결과, 회전자 철심(209) 전체가 변형되기 어렵게 할 수 있다.
도 5는, 회전자(203)를 고속 회전시켰을 때 회전자 철심(209)에 걸리는 응력 분포도이며, 전술한 도 3에 대응하고 있다.
동 도면에 도시한 바와 같이, 브리지 전체(제1 내지 제6 브리지(231 내지 236))에 걸리는 평균 응력이 저감되어, 각 브리지(231 내지 236)에 걸리는 최대 응력이 억제되는 것을 확인할 수 있다.
따라서 상술한 제2 실시 형태에 의하면, 전술한 제1 실시 형태와 마찬가지의 효과를 발휘할 수 있다.
또한 제2 실시 형태와 같이 6층의 공동부(211 내지 216)를 갖는 회전자 철심(209)이더라도, 가장 극단 E1측에 위치하는 제6 브리지(236)와, 제6 브리지(236)로부터 제5 브리지(235)를 사이에 두고 극중심 C1측에 위치하는 제4 브리지(234)를, 각각 상술한 제1 실시 형태에 있어서의 제4 브리지(19) 및 제2 브리지(17)와 거의 동일한 형상으로 형성함으로써, 회전자 철심(209) 전체가 변형되기 어렵게 할 수 있다.
또한 제2 실시 형태에 있어서의 센터 브리지(241 내지 246)의 구성을, 전술한 제1 실시 형태의 회전자 철심(9)에 채용해도 된다.
또한 상술한 실시 형태에서는, 회전자 철심(9, 209)에 단순히 공동부(11 내지 14, 211 내지 216)를 형성한 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 공동부(11 내지 14, 211 내지 216)에 비자성체(예를 들어 비도전성 수지), 영구 자석, 2차 도체(알루미늄이나 구리 등) 등을 삽입해도 된다.
또한 상술한 실시 형태에서는, 회전자 철심(9, 209)은, 외주면(9a, 209a)에 돌극이 4개 형성되도록 4극으로 구성되어 있는 경우에 대하여 설명하였다. 그러나 회전자 철심(9, 209)의 극 구성은 4극에 한정되는 것은 아니다.
또한, 1극당 공동부(11 내지 14, 211 내지 216)의 개수도 4개나 6개에 한정되는 것은 아니며, 4개 이상의 복수이면 된다.
이상, 설명한 적어도 하나의 실시 형태에서는, 회전자 철심(9, 209)에 있어서, 직경 방향 최내측의 공동부(제4 공동부(14), 제6 공동부(216))와 회전자 철심(9, 209)의 외주면(9a, 209) 사이에 형성되어 있는 브리지(제4 브리지(19), 제6 브리지(236))의 육후 t4, t26은, 극중심 C1측으로부터 극단 E1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다.
또한 회전자 철심(9, 209)에 있어서, 직경 방향 최내측의 공동부(제4 공동부(14), 제6 공동부(216))로부터 하나의 공동부(제3 공동부(13), 제5 공동부(215))를 사이에 두고 직경 방향 내측에 위치하는 공동부(제2 공동부(12), 제4 공동부(214))와 회전자 철심(9, 209)의 외주면(9a, 209a) 사이에 형성되어 있는 브리지(제2 브리지(17), 제4 브리지(234))의 육후 t2, t24는, 극단 E1측으로부터 극중심 C1측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 설정되어 있다. 이 때문에, 회전자 철심(9, 209)이 변형되기 어렵게 함과 함께 회전 전기 기기(1)의 토크 특성의 저하를 방지할 수 있다.
즉, 공동부의 층수와 무관하게, 가장 극단 E1측에 위치하는 브리지와, 이 브리지로부터 하나의 브리지를 사이에 두고 극중심 C1측에 위치하는 브리지를, 각각 브리지(19, 17, 236, 234)처럼 형성함으로써, 회전자 철심(9, 209) 전체가 변형되기 어렵게 할 수 있다. 이 결과, 회전 전기 기기(1)의 토크 특성의 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시 형태를 설명했지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이며 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는 그 외의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 마찬가지로, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.

Claims (3)

  1. 회전 축선 주위로 회전하는 샤프트와,
    상기 샤프트에 고정되고, 1극당, 직경 방향 내측을 향하여 볼록 형상으로 되는 공동부가 복수 층 형성되어 있음과 함께, 상기 공동부와 외주면 사이에 각각 브리지가 형성된 회전자 철심
    을 구비하는 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기로서,
    1극 중 둘레 방향 중앙을 극중심으로 하고 둘레 방향 양단을 극단으로 했을 때,
    복수의 상기 브리지 중, 가장 상기 극단측에 위치하는 최극단 브리지는, 해당 최극단 브리지의 육후가, 상기 극중심측으로부터 상기 극단측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있고,
    복수의 상기 브리지 중, 상기 최극단 브리지로부터 하나의 상기 브리지를 사이에 두고 상기 극중심측에 위치하는 중간 브리지는, 해당 중간 브리지의 육후가, 상기 극단측으로부터 상기 극중심측을 향함에 따라 점차 두꺼워지도록 형성되어 있고,
    또한, 상기 최극단 브리지의 상기 공동부측의 측면과 상기 중간 브리지의 상기 공동부측의 측면을 통과하는 곡선을 가상 만곡선으로 했을 때, 상기 회전 축선과, 해당 회전 축선으로부터 가장 이격된 상기 가상 만곡선 상의 점을 연결하는 직선은, 상기 최극단 브리지와 상기 중간 브리지 사이에 위치하는 상기 브리지를 지나는, 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전자 철심은 4극을 가짐과 함께, 1극당 4층의 상기 공동부를 갖고 있는, 동기 릴럭턴스형 회전 전기 기기.
  3. 삭제
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