(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状のロータと、
前記ロータの外側に配置されたアウターステータと、
前記ロータの内側に配置されたインナーステータと、を有しており、
前記ロータには、軸方向に貫通するボルト締結用穴が設けられており、
前記ロータは、環状のヨーク部と、前記ヨーク部から外側に突出する第１突極と、前記ヨーク部から内側に突出すると共に前記第１突極と同位相で設けられた第２突極と、を有しており、
前記ボルト締結用穴は、前記ヨーク部に設けられている、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項２】
前記ボルト締結用穴は、前記第１突極と前記第２突極とを径方向で結ぶ領域に設けられている、請求項１に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項３】
前記ボルト締結用穴は、前記第１突極の中心と前記第２突極の中心とを径方向で結ぶ中心線上に設けられている、請求項１または２に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項４】
前記アウターステータの起磁力よりも前記インナーステータの起磁力が小さく設定されており、
前記ボルト締結用穴は、前記インナーステータ側寄りに設けられている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項５】
前記ボルト締結用穴は、径方向において、前記アウターステータと前記インナーステータの起磁力の比に応じた位置に設けられている、請求項４に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項６】
前記ボルト締結用穴は、前記中心線上に複数設けられている、請求項３に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項７】
前記ロータは、周方向において、複数のコア片が組み合わされて形成されている、請求項１に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項８】
前記ロータは、径方向の外側及び内側の少なくともいずれか一方において、前記複数のコア片が組み合わせられた継ぎ目部分を押え込むコア押え部材を有している、請求項７に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【請求項９】
前記ボルト締結用穴は、前記アウターステータと前記インナーステータとの磁気特性に応じた形状を有している、請求項１に記載のダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機に関する。
本願は、２０１２年１２月２８日に日本に出願された特願２０１２−２８８１０８号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
スイッチトリラクタンス回転機は、ロータに永久磁石や巻線がなく、ロータとステータとの間に生じる磁気吸引力によって動作する構成となっている。スイッチトリラクタンス回転機は、原理的に振動、騒音等の課題があるが、構造が簡単で堅牢、高速回転にも耐えることができ、また、ネオジム磁石等の高価な永久磁石が不要であるため安価であるという特徴を有しており、近年、低コストで信頼性に優れた回転機として、実用化に向けての研究開発が進められている。
この実用化の一環として、スイッチトリラクタンス回転機の性能向上を図るべく、ダブルステータ構造にすることが提案されている。【０００３】
下記特許文献１には、アウターステータとインナーステータとの間で回転するリング状のロータを備えたダブルステータ型モータが開示されている。
このロータは、リング状の電磁鋼板を複数枚積層したロータコアと、該ロータコアをシャフトに連結支持するロータベースとを含み、複数枚の電磁鋼板を挟み拘束してロータベースに連結する挟着部材を備えている。この構成によれば、複数枚積層した電磁鋼板にボルト締結用穴を設ける必要がなく、その分だけロータの厚みを薄くすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本国特開２０１０−９８８５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ダブルステータを採用する構造では、内側に配置されているインナーステータの割合を大きくできる大口径の大型回転機（大型モータ、大型発電機）に適用する方が、性能向上（トルクアップ等）の効果が高くなる傾向にある。
ここで、上記大型回転機に上記従来技術を適用した場合には、公差の影響で、挟着部材が電磁鋼板を挟み込む部分や、挟着部材がロータベースと連結する部分でガタが生じやすくなりトルクの伝達性能が悪化するため、挟着部材等の部品加工精度が要求され、高コストになるという問題がある。
一方、複数枚積層した電磁鋼板にボルト締結用穴を設け、直接締め付けて固定することも考えられるが、スイッチトリラクタンス回転機のロータは、トルク発生に寄与する部分であるため、単にロータにボルト締結用穴を設けて面積を減らしてしまうと、性能向上の観点からは余り好ましくない。【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで性能向上を図ることができるダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者らは、上記課題を解決するため鋭意実験を重ねた結果、ロータにおけるボルト締結用穴の位置を、アウターステータとインナーステータとの磁気特性に応じて適切な位置に設定することで、その性能の低下を抑制できることを見出し、本発明に想到した。
すなわち、上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様では、環状のロータと、前記ロータの外側に配置されたアウターステータと、前記ロータの内側に配置されたインナーステータと、を有しており、前記ロータには、軸方向に貫通するボルト締結用穴が設けられており、前記ボルト締結用穴は、前記アウターステータと前記インナーステータとの磁気特性に応じた位置に設けられている、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機を採用する。
この構成を採用することによって、第１の態様では、アウターステータとインナーステータとの磁気特性に応じた適切な位置にボルト締結用穴を設けることで、磁気的に影響を与えないようにすることができ、また、ボルト締結用穴に軸方向にボルトを通してロータを直接締め付けてガタをなくすことができるため、機械的なトルク伝達性能の向上を図ることができる。【０００８】
また、本発明の第２の態様では、上記第１の態様において、前記ロータは、環状のヨーク部と、前記ヨーク部から外側に突出する第１突極と、前記ヨーク部から内側に突出すると共に前記第１突極と同位相で設けられた第２突極と、を有しており、前記ボルト締結用穴は、前記ヨーク部に設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第２の態様では、アウターステータに対向する第１突極及びインナーステータに対向する第２突極は共に磁束が集中する部分であるため、比較的磁路の妨げになり難いヨーク部にボルト締結用穴を設けることで、性能に影響を与えないようにすることができる。【０００９】
また、本発明の第３の態様では、上記第２の態様において、前記ボルト締結用穴は、前記第１突極と前記第２突極とを径方向で結ぶ領域に設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第３の態様では、ヨーク部において同位相の第１突極と第２突極とを径方向で結ぶ領域は、第１突極と第２突極との両側から対向して磁束が流れ込むため、その間に磁気的な中立点が生じ得る。したがって、この領域にボルト締結用穴を設けることで、より確実に性能に影響を与えないようにすることができる。【００１０】
また、本発明の第４の態様では、上記第２または第３の態様において、前記ボルト締結用穴は、前記第１突極の中心と前記第２突極の中心とを径方向で結ぶ中心線上に設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第４の態様では、第１突極と第２突極との両側からヨーク部に流れ込んだ磁束は、ヨーク部に沿って周方向両側に対称的に流れるため、第１突極の中心と第２突極の中心とを径方向で結ぶ中心線上に磁気的な中立点が生じ得る。したがって、この中心線上にボルト締結用穴を設けることで、より確実に性能に影響を与えないようにすることができる。【００１１】
また、本発明の第５の態様では、上記第２〜第４のいずれか一つの態様において、前記アウターステータの起磁力よりも前記インナーステータの起磁力が小さく設定されており、前記ボルト締結用穴は、前記インナーステータ側寄りに設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第５の態様では、アウターステータの起磁力よりもインナーステータの起磁力が小さく設定されている場合、磁気的な中立点はインナーステータ側寄りに生じ得る。したがって、このインナーステータ側寄りにボルト締結用穴を設けることで、より確実に性能に影響を与えないようにすることができる。【００１２】
また、本発明の第６の態様では、上記第５の態様において、前記ボルト締結用穴は、径方向において、前記アウターステータと前記インナーステータの起磁力の比に応じた位置に設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第６の態様では、磁気的な中立点の径方向の位置はアウターステータとインナーステータの起磁力の比に依存するため、この起磁力の比に応じて適切な位置にボルト締結用穴を設けることで、より確実に性能に影響を与えないようにすることができる。【００１３】
また、本発明の第７の態様では、上記第４の態様において、前記ボルト締結用穴は、前記中心線上に複数設けられている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第７の態様では、中心線上が磁気的に中立になり、磁気的に影響を与えることが少ないため、中心線上においてボルト締結用穴の数を増やして、機械的なトルク伝達性能の向上を図ることができる。【００１４】
また、本発明の第８の態様では、上記第１の態様において、前記ロータは、周方向において、複数のコア片が組み合わされて形成されている、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第８の態様では、ロータを分割構造とし、周方向において複数のコア片を組み合わせて形成することで、低速且つ大きなトルクで回転する大型の回転機に対応する径の大きなロータを容易に製造することができる。【００１５】
また、本発明の第９の態様では、上記第８の態様において、前記ロータは、径方向の外側及び内側の少なくともいずれか一方において、前記複数のコア片が組み合わせられた継ぎ目部分を押え込むコア押え部材を有している、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第９の態様では、分割構造としたロータの継ぎ目部分をコア押え部材で押え込むことで、ロータ全体の強度を十分に確保することができる。【００１６】
また、本発明の第１０の態様では、上記第１の態様において、前記ボルト締結用穴は、前記アウターステータと前記インナーステータとの磁気特性に応じた形状を有している、という構成を採用する。
この構成を採用することによって、第１０の態様では、アウターステータとインナーステータとの磁気特性に応じた適切な形状にボルト締結用穴を形成することで、磁気的に影響を与えないようにすることができ、また、磁気的に影響を与えない範囲で、そのボルト締結用穴に挿通されるボルトの形状を異形にできるため、ロータのねじりや曲げ対する剛性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、低コストで性能向上を図ることができるダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータの断面図である。
【図２】図１の横断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータの回路図である。
【図４】本発明の第１実施形態におけるロータに設けられたボルト締結用穴の配置を説明するための拡大図である。
【図５】本発明の第１実施形態におけるロータの斜視図である。
【図６Ａ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の周方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図６Ｂ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の周方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図７Ａ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の周方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図７Ｂ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の周方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態の一実施例における周方向におけるボルト締結用穴の位置の違いによる磁束（Ｗｂ）と電流（Ａ）との関係を示すグラフである。
【図９Ａ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図９Ｂ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図９Ｃ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図１０Ａ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図１０Ｃ】本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
【図１１】本発明の第１実施形態の一実施例における径方向におけるボルト締結用穴の位置の違いによる磁束（Ｗｂ）と電流（Ａ）との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の第１実施形態の一変形例におけるロータの斜視図である。
【図１３】本発明の第２実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータの横断面図である。
【図１４】本発明の第２実施形態におけるコア片の組み合わせ方を説明する模式図である。
【図１５】本発明の第２実施形態の一変形例におけるコア片の組み合わせ方を説明する模式図である。
【図１６】本発明の第３実施形態におけるロータに設けられたボルト締結用穴の形状を説明するための拡大図である。
【図１７】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン１）を示す図である。
【図１８】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン２）を示す図である。
【図１９】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン３）を示す図である。
【図２０】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン４）を示す図である。
【図２１】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン５）を示す図である。
【図２２】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン６）を示す図である。
【図２３】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン７）を示す図である。
【図２４】本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴の形状（パターン８）を示す図である。
【図２５】本発明の第３実施形態における一実施例におけるロータの解析モデルを示す図である。
【図２６】本発明の第３実施形態における一実施例におけるボルト締結用穴の形状の違いによるロータの剛性、電磁気的特性、製造性及びそれらの総合評価を比較した図である。
【図２７】本発明の第４実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡの横断面である。
【図２８】本発明の第４実施形態におけるロータの斜視図である。
【図２９】本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材の形状と損失分布との関係を示す解析結果を示す図である。
【図３０】本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材の形状と損失分布との関係を示す解析結果を示す図である。
【図３１】本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材の形状と損失分布との関係を示す解析結果を示す図である。
【図３２】本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材の厚みと渦電流損との関係を示すグラフである。
【図３３】本発明の第４実施形態の一変形例におけるコア押え部材の斜視図である。
【図３４】図３３に示す矢視Ｘ−Ｘ断面図である。
【図３５】本発明の第４実施形態の一変形例におけるコア押え部材の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態の一例について図面を参照して説明する。
【００２０】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡの断面図である。図２は、図１の横断面図である。図３は、本発明の第１実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡの回路図である。図４は、本発明の第１実施形態におけるロータ１０に設けられたボルト締結用穴１４の配置を説明するための拡大図である。図５は、本発明の第１実施形態におけるロータ１０の斜視図である。
【００２１】
ダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡ（以下、単にスイッチトリラクタンスモータＡと称する場合がある）は、図２に示すように、環状のロータ１０と、ロータ１０の外側に配置されたアウターステータ２０と、ロータ１０の内側に配置されたインナーステータ３０と、を有する。本実施形態のスイッチトリラクタンスモータＡは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相モータであり、ステータ側の極数が１２個、ロータ側の極数が８個の３相１２／８極構造となっている。
【００２２】
スイッチトリラクタンスモータＡは、図１に示すように、ロータベース１と、ステータベース２と、を有する。ロータベース１は、ロータ１０と接続され、ロータ１０と一体回転可能となっている。ロータベース１は、ロータ１０の軸方向一方側（図１において左側）に接続されたベース部材３ａと、ロータ１０の軸方向他方側（図１において右側）に接続されたベース部材３ｂと、を有している。ベース部材３ａ，３ｂは、複数のボルト４によってロータ１０に締結固定されている。
【００２３】
ボルト４は、ロータ１０に設けられた軸方向（図１において左右方向）に貫通するボルト締結用穴１４に挿通されており、ロータ１０をベース部材３ａ，３ｂと共に軸方向両側から締め付ける。ベース部材３ａは、ロータ１０が接続されるフランジ部３ａ１と、ステータベース２から突出して不図示の出力軸に接続される円筒状のシャフト部３ａ２と、を有する。一方、ベース部材３ｂは、ロータ１０が接続されるフランジ部３ｂ１と、ステータベース２の内部で回転自在に支持される円筒状のシャフト部３ｂ２と、を有する。
【００２４】
ステータベース２は、アウターステータ２０を支持するアウターハウジング５と、インナーステータ３０を支持するインナーハウジング６と、を有する。アウターハウジング５とインナーハウジング６との間には、ロータベース１が入れ子状に配置される。アウターハウジング５には、アウターステータ２０が複数のボルト７によって締結固定されている。ボルト７は、アウターステータ２０に設けられた軸方向に貫通するボルト締結用穴２３に挿通されており、アウターステータ２０をアウターハウジング５と共に軸方向両側から締め付ける。
【００２５】
インナーハウジング６には、インナーステータ３０が複数のボルト８によって締結固定されている。ボルト８は、インナーステータ３０に設けられた軸方向に貫通するボルト締結用穴３３に挿通されており、インナーステータ３０をインナーハウジング６と共に軸方向両側から締め付ける。また、ステータベース２は、ロータベース１を回転自在に支持する複数のベアリング９を収容している。ベアリング９は、インナーハウジング６の外周とシャフト部３ｂ２の内周との間に１つ、アウターハウジング５の内周とシャフト部３ａ２の外周との間に２つ、ロータ１０の両側に設けられている。
【００２６】
ロータ１０は、電磁鋼板が軸方向に複数積層された状態で締結固定されて構成される。ロータ１０は、図２に示すように、環状のヨーク部１１と、ヨーク部１１から外側に突出する第１突極１２と、ヨーク部１１から内側に突出すると共に第１突極１２と同位相で設けられた第２突極１３と、を有している。ヨーク部１１は、円筒状とされ、磁気的に十分な厚みを有している。ヨーク部１１の外周には、４５°間隔で８個の第１突極１２が設けられている。また、ヨーク部１１の内周には、第１突極１２と同位相の４５°間隔で８個の第２突極１３が設けられている。
【００２７】
アウターステータ２０は、環状の磁性体からなり、その内周に３０°間隔で１２個設けられた突極２１と、突極２１のそれぞれに巻回されたコイル２２と、を有する。コイル２２は、周方向に沿ってＵ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→…の順に相分けされて配置されている。
インナーステータ３０は、環状の磁性体からなり、その外周に突極２１と同位相の３０°間隔で１２個設けられた突極３１と、突極３１のそれぞれに巻回されたコイル３２と、を有する。コイル３２は、コイル２２と同様に周方向に沿ってＵ相→Ｖ相→Ｗ相→Ｕ相→…の順に相分けされて配置されている。
【００２８】
上記構成のスイッチトリラクタンスモータＡは、図３に示すようなインバータ回路を有する。なお、図３において、符号４１は直流電源を示し、符号４２は平滑コンデンサを示す。また、アウターステータ２０には各相４つのコイル２２が設けられているが視認性の向上のため各相１つのコイル２２のみを代表して図示して残りの図示を省略している。また、インナーステータ３０においても同様に、各相４つのコイル３２が設けられているが視認性の向上のため各相１つのコイル３２のみを代表して図示して残りの図示を省略している。
【００２９】
本実施形態では、図３に示すように、アウターステータ２０のインバータ回路とインナーステータ３０のインバータ回路とが、並列接続されている。インバータ回路は、それぞれ２つのスイッチング素子４３ａ，４３ｂと、２つのダイオード４４ａ，４４ｂと、からなる非対称ハーフブリッジ回路４５を有する。非対称ハーフブリッジ回路４５は、アウターステータ２０のコイル２２及びインナーステータ３０のコイル３２のそれぞれに接続され、各非対称ハーフブリッジ回路４５により個別にコイル２２，３２が駆動（通電）可能となっている。
【００３０】
また、本実施形態では、アウターステータ２０とインナーステータ３０とが並列接続されると共に、アウターステータ２０とインナーステータ３０との起磁力が異なっており、アウターステータ２０の起磁力よりもインナーステータ３０の起磁力が小さく設定されている。起磁力は、コイル巻き回数と、そこに流れる電流の積によって求まる。ダブルステータ構造では、図２に示すように、その構造的にインナーステータ３０側に十分な巻線スペースを確保することが難しい。
【００３１】
スイッチトリラクタンスモータＡにおいて起磁力を同一にする場合は、巻線の断面積を小さくして巻線数を増やすか、インナーステータ３０の突極３１を長く（深く）して巻線スペースを確保する方法が考えられる。しかしながら、前者の方法では電流密度が高くなり、銅損の増大によるモータ効率低下と、巻線の温度上昇の問題が生じる。また、後者の方法では、モータ全体の重量を支えるシャフト径とトレードオフになるため、シャフト径が細くなると重量増加に対して機械的な強度を十分に確保することができなくなるという問題が生じる。
【００３２】
そこで、本実施形態では、アウターステータ２０の起磁力よりもインナーステータ３０の起磁力を小さく設定することで、モータ効率の低下及び巻線の温度上昇の抑制と共に、機械的な強度を十分に確保している。なお、アウターステータ２０とインナーステータ３０の起磁力が異なる場合においては、一方から出た磁束が他方に逆流してしまい、モータ性能が低下することが懸念されるが、本実施形態のように、ロータ１０のヨーク部１１の厚みを十分に確保しておくことで悪影響を及ぼさないことが電磁解析試験から確認されている。
【００３３】
また、本実施形態のように、アウターステータ２０とインナーステータ３０とを並列接続することで、アウターステータ２０とインナーステータ３０とを直列接続した場合よりもモータ性能の向上効果が高くなる。すなわち、直列接続では、インダクタンスが増加するので電流が減少してしまい、メインで駆動するアウターステータ２０の起磁力が大きく低下してしまうためである。一方、並列接続では、アウターステータ２０の起磁力を確保でき、加えてインナーステータ３０の出力を取り出すことができるため、出力がアウターステータ２０とインナーステータ３０の単純な和となり、モータ性能が容易に向上する。
【００３４】
ボルト締結用穴１４は、図４に示すように、上述したアウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じた位置に設けられている。本実施形態では、ロータ１０におけるボルト締結用穴１４の位置を、アウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じて適切な位置に設定することで、トルク発生に寄与するロータ１０に対し磁気的な影響を与えないようにし、モータ性能の低下を抑制するようにしている。
【００３５】
具体的に、ボルト締結用穴１４は、図４に示すように、ロータ１０のヨーク部１１に設けられている。アウターステータ２０に対向する第１突極１２及びインナーステータ３０に対向する第２突極１３は、共に磁束が集中する部分である。したがって、第１突極１２、第２突極１３に対して比較的磁路の妨げになり難いヨーク部１１にボルト締結用穴１４を設けることで、モータ性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３６】
また、本実施形態のボルト締結用穴１４は、ヨーク部１１において、第１突極１２と第２突極１３とを径方向で結ぶ領域Ｋに設けられている。ヨーク部１１において同位相の第１突極１２と第２突極１３とを径方向で結ぶ領域Ｋは、第１突極１２と第２突極１３との両側から対向して磁束が流れ込むため、その間に磁気的な中立点（後述する実施例の図６Ａ，図６Ｂ及び図７Ａ，図７Ｂ等において符号Ｐで示す）が生じ得る。したがって、この領域Ｋにボルト締結用穴１４を設けることで、より確実にモータ性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３７】
また、本実施形態のボルト締結用穴１４は、ヨーク部１１において、第１突極１２の中心と第２突極１３の中心とを径方向で結ぶ中心線Ｌ上に設けられている。この中心線Ｌは、第１突極１２と第２突極１３との対称軸（垂直二等分線）と一致する。第１突極１２と第２突極１３との両側からヨーク部１１に流れ込んだ磁束は、ヨーク部１１に沿って周方向両側に対称的に流れるため、第１突極１２の中心と第２突極１３の中心とを径方向で結ぶ中心線Ｌ上に、磁気的な中立点が生じ得る。したがって、この中心線Ｌ上にボルト締結用穴１４を設けることで、より確実にモータ性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３８】
また、本実施形態のボルト締結用穴１４は、ヨーク部１１において、インナーステータ３０側寄りに設けられている。図４に示す符号Ｍは、ヨーク部１１の径方向の中心線（厚み中心）を示している。本実施形態のように、アウターステータ２０の起磁力よりもインナーステータ３０の起磁力が小さく設定されている場合、磁気的な中立点は、当該起磁力の大きさの差に影響してインナーステータ３０側寄りに生じ得る。したがって、このインナーステータ３０側寄りにボルト締結用穴１４を設けることで、より確実にモータ性能に影響を与えないようにすることができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、ボルト締結用穴１４は、径方向において、アウターステータ２０（起磁力大）とインナーステータ３０（起磁力小）の起磁力の比に応じた位置に設けられている。上述してきた磁気的な中立点の径方向の位置は、アウターステータ２０とインナーステータ３０の起磁力の比に依存するため、この起磁力の比に応じて適切な位置にボルト締結用穴１４を設けることで、より確実にモータ性能に影響を与えないようにすることができる。
【００４０】
なお、電磁解析試験の結果、磁気的な中立点の径方向の位置は、アウターステータ２０とインナーステータ３０の起磁力の比に厳密に一致するものでなく、別のパラメータの影響もあることが考察されている。しかしながら、径方向においては、別のパラメータと比較して起磁力の比のパラメータの影響がより大きいため、アウターステータ２０とインナーステータ３０の起磁力の比を基準に設定することにより、ボルト締結用穴１４と磁気的な中立点とをほぼ合わせ込むことができる。
【００４１】
上述したように、ボルト締結用穴１４を適切な位置に設定すればモータ性能の低下を招くことなく、図５（シャフト部３ａ２，３ｂ２は不図示）に示すように、ロータ１０とロータベース１とを直接締め付けてガタをなくすことができる。このため、スイッチトリラクタンスモータＡを大型になり、交差が大きくなっても、ボルト４の締め付けにより調整することができ、機械的なトルク伝達性能の向上を図ることができるようになる。
【００４２】
したがって、上述の本実施形態によれば、環状のロータ１０と、ロータ１０の外側に配置されたアウターステータ２０と、ロータ１０の内側に配置されたインナーステータ３０と、を有するダブルステータ型のスイッチトリラクタンスモータＡであって、ロータ１０には、軸方向に貫通するボルト締結用穴１４が設けられており、ボルト締結用穴１４は、アウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じた位置に設けられている、という構成を採用することによって、磁気的に影響を与えないようにして、機械的なトルク伝達性能の向上を図ることができる。
このため、本実施形態によれば、低コストで信頼性に優れたスイッチトリラクタンスモータＡにおいてモータ性能の向上を図ることが可能となる。
【００４３】
（実施例）
以下、上記第１実施形態の実施例により本発明の効果をより明らかにする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００４４】
先ず、ロータ１０の周方向におけるボルト締結用穴１４の位置の違いによる磁気特性の影響を電磁解析試験により調べた。電磁解析条件は以下の通りである。
［アウターステータ］
アウターステータ外径  ：１０００ｍｍ
［インナーステータ］
インナーステータ外径  ：４５０ｍｍ
［起磁力］
起磁力 ：１４０００ＡＴ（アウター）／７０００ＡＴ（インナー）
［ボルト締結用穴］
穴サイズ  ：直径３０ｍｍ
径方向の穴位置  ：３００ｍｍ
周方向の穴位置  ：０ｄｅｇ（＝４５ｄｅｇ）、１５ｄｅｇ（＝３０ｄｅｇ）
【００４５】
図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂは、本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴１４の周方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
図６Ａ及び図６Ｂでは、磁場（Ｂ）の強弱をドットパターンの濃淡で示している。図７Ａ及び図７Ｂでは、磁束線で示している。また、図６Ａ及び図７Ａは、ボルト締結用穴１４が０ｄｅｇ（中心線Ｌ上にあるとき）の結果を示し、図６Ｂ及び図７Ｂは、ボルト締結用穴が１５ｄｅｇの結果を示す。なお、ロータ１０が８極構造の場合、０ｄｅｇと４５ｄｅｇの結果と、１５ｄｅｇと３０ｄｅｇの結果はそれぞれ同じであるため、それぞれの一方については図示を省略している。
【００４６】
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、アウターステータ２０に対向する第１突極１２及びインナーステータ３０に対向する第２突極１３は、共に磁束が集中する部分であるのに対し、ヨーク部１１は、比較的磁束の集中が緩やかな部分であることが分かる。
また、ヨーク部１１には、第１突極１２と第２突極１３との両側から対向して磁束が流れ込むため、同位相の第１突極１２と第２突極１３とを結ぶ間に磁気的な中立点Ｐが生じることが分かる。磁気的な中立点Ｐは、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、周囲に対し磁束密度が低くなっていることが分かる。
【００４７】
また、図７Ａ及び図７Ｂに示すように、第１突極１２と第２突極１３との両側からヨーク部１１に流れ込んだ磁束は、ヨーク部１１に沿って周方向両側に対称的に流れるため、第１突極１２の中心と第２突極１３の中心とを径方向で結ぶ中心線Ｌ上に磁気的な中立点Ｐが生じることが分かる。
このため、ボルト締結用穴１４は、図７Ａに示す０ｄｅｇにある方が、図７Ｂに示す１５ｄｅｇにあるよりも、磁束の流れを阻害し難くなることが分かる。また、図６Ａに示す０ｄｅｇにある方が、図６Ｂに示す１５ｄｅｇにあるよりも、第１突極１２及び第２突極１３以外の部分において極端に磁束密度が高くならないことが分かる。
【００４８】
図８は、本発明の一実施例における周方向におけるボルト締結用穴１４の位置の違いによる磁束（Ｗｂ）と電流（Ａ）との関係を示すグラフである。なお、「対向時」とはステータに対してロータが０ｄｅｇのポジションに位置するときをいい、「非対向時」とはステータに対してロータが９０ｄｅｇのポジションに位置するときをいい、「中間時」とは「対向時」と「非対向時」との中間ポジションに位置するときをいう。
図８に示すように、「非対向時」及び「中間時」においては磁束の大きさに差異は殆どないが、「対向時」においては、ボルト締結用穴１４が１５ｄｅｇにある方が０ｄｅｇよりも磁束が小さくなってしまうことが分かる。
【００４９】
次に、ロータ１０の径方向におけるボルト締結用穴１４の位置の違いによる磁気特性の影響を電磁解析試験により調べた。電磁解析条件は以下の通りである。なお、アウターステータ、インターステータ、電流、起磁力の各条件については上記電磁解析条件と同一である。
［ボルト締結用穴］
穴サイズ  ：直径３０ｍｍ
径方向の穴位置  ：３００ｍｍ、３１０ｍｍ、３２０ｍｍ
周方向の穴位置  ：０ｄｅｇ
【００５０】
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ、図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、本発明の第１実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴１４の径方向位置によるロータとステータの対向時の静磁場解析結果を示す図である。
図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃに示すように、アウターステータ２０の起磁力よりもインナーステータ３０の起磁力が小さく設定されている場合、磁気的な中立点Ｐはインナーステータ３０側寄りに生じることが分かる。
また、図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ及び図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃに示すように、ボルト締結用穴１４を径方向に移動させてもヨーク部１１の中にある限り、磁束の流れを著しく阻害したり、また、第１突極１２及び第２突極１３以外の部分において極端に磁束密度が高くなる、といったことがないことが分かる。
【００５１】
図１１は、本発明の一実施例における径方向におけるボルト締結用穴１４の位置の違いによる磁束（Ｗｂ）と電流（Ａ）との関係を示すグラフである。
図１１に示すように、「非対向時」及び「中間時」においても、また「対向時」においても、磁束の大きさに差異は殆どないことが分かる。このように、ボルト締結用穴１４の配置は、径方向の位置よりも周方向の位置の方がモータ性能に関し敏感であることが分かる。
【００５２】
以上のことから、ボルト締結用穴１４は、ヨーク部１１における第１突極１２と第２突極１３とを径方向で結ぶ領域においてインナーステータ３０側寄りに設けられると共に、第１突極１２の中心と第２突極１３の中心とを径方向で結ぶ中心線Ｌ上に配置されることが好ましい。したがって、このようにアウターステータとインナーステータとの磁気特性に応じてボルト締結用穴１４を適切な位置に設定することで、低コストで信頼性に優れ、モータ性能の向上を図ることができるスイッチトリラクタンスモータＡが得られる。
【００５３】
なお、上記第１実施形態では、ボルト締結用穴１４が中心線Ｌ上に一つだけ設けられる構成について例示したが、本発明はこの構成に限定されることなく、中心線Ｌ上に複数設けても良い。
すなわち、上述の実施例により、ボルト締結用穴１４が中心線Ｌ上にあれば磁気特性への影響は少ないため、例えば、図１２の一変形例に示すようにボルト４の数を増やすことができる。ボルト４を径方向に複数配置することで、符号Ｎで示すように、ある一定の幅をもって強固にロータ１０とロータベース１とを固定できるため、上記実施形態よりも機械的なトルク伝達性能の向上を図ることができる。また、この構成は、回転機が大型になる場合に特に効果がある。
【００５４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００５５】
図１３は、本発明の第２実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡの横断面図である。
図１３に示すように、第２実施形態では、ロータ１０が、周方向において、複数のコア片５０が組み合わされて形成されている点で、上記実施形態と異なる。
【００５６】
ロータ１０は、電磁鋼板が軸方向に複数積層された状態で締結固定されて構成されるが、電磁鋼板が一枚ものである場合、ロータ１０の径に対応した大きな電磁鋼板を用意する必要がある。第２実施形態では、例えば低速且つ大きなトルクで回転する大型のスイッチトリラクタンスモータＡを製造する場合に、径の大きなロータ１０を容易に形成するべく、複数のコア片５０を周方向で組み合わせている。このようにロータ１０を分割構造とし、コア片５０一つあたりの大きさを小さくすることで、ロータ１０の径に対応した大きな電磁鋼板を用意することなく、径の大きなロータ１０を製造することができる。
【００５７】
コア片５０は、ボルト締結用穴１４を複数有している。図１３に示すコア片５０は、周方向において離間して設けられたボルト締結用穴１４ａ，１４ｂを有している。また、コア片５０は、第１突極１２及び第２突極１３を複数有している。コア片５０は、周方向において第１突極１２及び第２突極１３を避けたヨーク部１１を分割した形状となっている。なお、コア片５０によるロータ１０の分割数やコア片５０の大きさは、製造するロータ１０の大きさや用意できる電磁鋼板の大きさや枚数によって適宜変更可能である。
【００５８】
図１４は、本発明の第２実施形態におけるコア片５０の組み合わせ方を説明する模式図である。
ロータ１０は、周方向において複数のコア片５０が組み合わされてなる第１層５１と第２層５２とを、軸方向に交互に積層して構成される。ここで、第１層５１と第２層５２は、周方向において、互いに位相がずれるように積層される。詳しくは、第１層５１のコア片５０に設けられたボルト締結用穴１４の一方（例えばボルト締結用穴１４ａ）が、第２層５２のコア片５０に設けられたボルト締結用穴１４の他方（例えばボルト締結用穴１４ｂ）に対向するように、第１層５１と第２層５２が、周方向において、互いに位相がずれるように積層される。
【００５９】
この構成によれば、軸方向において、ボルト締結用穴１４のそれぞれにボルト４を挿通すると、第１層５１のコア片５０と、第２層５２のコア片５０とが、周方向及び軸方向においてそれぞれ連結されて一体化される。また、これにより、周方向においてコア片５０が組み合わされて形成される継ぎ目５３が、軸方向で連なることがなくなる。したがって、図１４に示すように、コア片５０がボルト締結用穴１４を複数有する場合に、第１層５１と第２層５２とを、位相が異なるボルト締結用穴１４同士を軸方向において対向するように周方向においてずらして積層することで、ロータ１０の物理的強度を高めることができる。
【００６０】
このように、上述の第２実施形態では、ロータ１０は、周方向において、複数のコア片５０が組み合わされて形成されている、という構成を採用することによって、ロータ１０を分割構造とし、周方向において複数のコア片５０を組み合わせて形成することで、低速且つ大きなトルクで回転する大型の回転機に対応する径の大きなロータ１０を容易に製造することができる。また、第１層５１と第２層５２を、周方向にずらして、軸方向において積層することで、分割構造としたロータ１０の物理的強度を十分に確保することができる。
【００６１】
また、第２実施形態では、図１５に示す構成も採用し得る。
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６２】
図１５は、本発明の第２実施形態の一変形例におけるコア片５０の組み合わせ方を説明する模式図である。
この変形例では、図１５に示すように、コア片５０が、周方向に離間して設けられたボルト締結用穴１４ａ，１４ｂ，１４ｃを有している。周方向において複数のコア片５０が組み合わされてなる第１層５１と第２層５２は、周方向において、互いに位相がずれるように積層される。詳しくは、第１層５１のコア片５０に設けられた特定のボルト締結用穴１４（例えばボルト締結用穴１４ａ）が、第２層５２のコア片５０に設けられた位相の異なるボルト締結用穴１４（例えばボルト締結用穴１４ｃ）に対向するように、第１層５１と第２層５２は、周方向において、互いに位相がずれるように積層される。
この構成によれば、上記と同様に、軸方向において、ボルト締結用穴１４のそれぞれにボルト４を挿通すると、第１層５１のコア片５０と、第２層５２のコア片５０とが、周方向及び軸方向においてそれぞれ連結されて一体化される。したがって、この変形例では、分割構造としたロータ１０の物理的強度を十分に確保することができる。
【００６３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００６４】
図１６は、本発明の第３実施形態におけるロータ１０に設けられたボルト締結用穴１４の形状を説明するための拡大図である。なお、図１６では、ロータ１０における磁束の流れを模式的に示している。
図１６に示すように、第３実施形態では、ボルト締結用穴１４が、アウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じた形状を有している点で、上記実施形態と異なる。
【００６５】
図１６に示すように、ロータ１０には、比較的磁束が流れない領域６０が存在する。この領域６０は、第１突極１２及び第２突極に比べて磁束の集中が緩やかなヨーク部１１に存在する。領域６０は、第１突極１２と第２突極１３とを結ぶ間に存在する領域６０ａと、厚みが十分に確保できる場合にヨーク部１１に存在する領域６０ｂと、がある。領域６０ａは、第１突極１２と第２突極１３から流れ込んだ磁束がヨーク部１１に沿って周方向両側に対称的に流れるため、図１６に示すように十字棒状に形成される。また、領域６０ｂは、第１突極１２と第２突極１３から流れ込んだ磁束がヨーク部１１に沿って平行に流れるため、図１６に示すように棒状に形成される。
これらの領域６０では比較的磁束が流れないため、この磁気特性に応じた形状の範囲で、ボルト締結用穴１４の形状を変更することができる。第３実施形態では、この形状変更したボルト締結用穴１４に、その形状に対応したロッド部を有するボルト４を挿入することで、モータ性能を低下させることなくロータ１０のねじりや曲げに対する剛性を高める。
【００６６】
図１７は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン１）を示す図である。
図１７に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、丸穴部６１を有している。丸穴部６１は、軸方向に貫通する円形の穴である。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される（例えば図１参照）。
【００６７】
図１８は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン２）を示す図である。
図１８に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａと、図１６に示す領域６０ｂのそれぞれに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、丸穴部６１を有している。丸穴部６１は、軸方向に貫通する円形の穴である。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
また、領域６０ｂに設けられたボルト締結用穴１４は、長穴部６２を有している。長穴部６２は、軸方向に貫通する矩形の穴であり、その長辺がロータ１０の周方向に延在している。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００６８】
図１９は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン３）を示す図である。
図１９に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、丸穴部６１と、第１溝部６３と、を有している。丸穴部６１は、軸方向に貫通する円形の穴である。第１溝部６３は、丸穴部６１の内面に形成された軸方向に延在する凹条溝であり、丸穴部６１の中心軸を挟んだロータ１０の径方向において対向して一対で設けられている。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１及び第１溝部６３の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００６９】
図２０は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン４）を示す図である。
図２０に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、丸穴部６１と、第２溝部６４と、を有している。丸穴部６１は、軸方向に貫通する円形の穴である。第２溝部６４は、丸穴部６１の内面に形成された軸方向に延在する凹条溝であり、丸穴部６１の中心軸を挟んだロータ１０の周方向において対向して一対で設けられている。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１及び第２溝部６４の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００７０】
図２１は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン５）を示す図である。
図２１に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、丸穴部６１と、第１溝部６３と、第２溝部６４と、を有している。丸穴部６１は、軸方向に貫通する円形の穴である。第１溝部６３は、丸穴部６１の内面に形成された軸方向に延在する凹条溝であり、丸穴部６１の中心軸を挟んだロータ１０の径方向において対向して一対で設けられている。第２溝部６４は、丸穴部６１の内面に形成された軸方向に延在する凹条溝であり、丸穴部６１の中心軸を挟んだロータ１０の周方向において対向して一対で設けられている。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、丸穴部６１、第１溝部６３及び第２溝部６４の形状に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００７１】
図２２は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン６）を示す図である。
図２２に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、第１長穴部６５を有している。第１長穴部６５は、軸方向に貫通する矩形の穴であり、その長辺がロータ１０の径方向に延在している。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、第１長穴部６５に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００７２】
図２３は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン７）を示す図である。
図２３に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、第２長穴部６６を有している。第２長穴部６６は、軸方向に貫通する矩形の穴であり、その長辺がロータ１０の周方向に延在している。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、第２長穴部６６に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
【００７３】
図２４は、本発明の第３実施形態におけるボルト締結用穴１４の形状（パターン８）を示す図である。
図２４に示すボルト締結用穴１４は、図１６に示す領域６０ａに設けられている。領域６０ａに設けられたボルト締結用穴１４は、第１長穴部６５と、第２長穴部６６と、を有している。第１長穴部６５は、軸方向に貫通する矩形の穴であり、その長辺がロータ１０の径方向に延在している。第２長穴部６６は、軸方向に貫通する矩形の穴であり、その長辺がロータ１０の周方向に延在しており、第１長穴部６５と直交する。このボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４は、第２長穴部６６に対応する形状のロッド部を有し、このロッド部の両端にナットが締結するネジ部が形成される。
なお、図１６に示すような磁束の流れを考慮すれば、ボルト締結用穴１４は、上記図１７〜図２４に示す形状以外の形状も採用し得る。
【００７４】
（実施例）
以下、上記第３実施形態の実施例により本発明の効果をより明らかにする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００７５】
この実施例では、上述した図１７〜図２４に示すロータ１０のボルト締結用穴１４の形状の違いによる剛性を、図２５に示すような解析モデル７０を用いて調べた。また、ロータ１０の相対的な剛性、電磁気的特性、製造性及びそれらの総合評価について、図２６に示す表にまとめた。なお、剛性評価とは、以下に説明するねじり、曲げに対する評価である。また、電磁気的特性とは、図７Ａ及び図７Ｂに示すような磁束の流れに対する評価である。また、製造性とは、加工性、組立性に対する評価である。
【００７６】
図２５は、本発明の第３実施形態の一実施例におけるロータ１０の解析モデル７０を示す図である。
図２５に示すように、解析モデル７０は、複数のボルト４と、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１と、を有している。一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１は、ロータ１０のエンドプレートであり、円環形状を有している。ボルト４は、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１の間を接続するものであり、図１７〜図２４に示すボルト締結用穴１４の形状に対応する形状のロッド部４ａ（図２５では、図１７に示すパターン１の形状に対応する形状のロッド部４ａを示す）を有している。
【００７７】
ねじり剛性を相対的且つ簡易的に比較するための解析条件は、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１の一方を固定し、他方にねじりＸ１を加えたものである。詳しくは、フランジ部３ａ１の軸方向外側を向く面Ｓ１の全面に一定のトルクを加えて、フランジ部３ｂ１の軸方向外側を向く面（不図示）の全面を固定したものである。また、曲げ剛性を相対的且つ簡易的に比較するための解析条件は、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１の一方を固定し、一定荷重を鉛直下向きに加えたものである。詳しくは、フランジ部３ｂ１の軸方向外側を向く面（不図示）の全面を固定し、片持ち梁にした状態で、一定荷重を鉛直下向きに加えたものである。
【００７８】
図２６は、本発明の第３実施形態の一実施例におけるボルト締結用穴１４の形状の違いによるロータ１０の剛性、電磁気的特性、製造性及びそれらの総合評価を比較した図である。なお、剛性についてはある条件における相対比較であるため、実際のロータ１０の形状によっては、比較結果が変わる可能性もある。
評価は、二重丸、丸、三角、バツの４段階の相対評価（二重丸が最も良い評価）とした。なお、総合評価では、剛性と電磁気的特性が成立することを前提条件としているため、パターン６のボルト締結用穴１４（図２２参照）は評価外としている。
【００７９】
図２６に示すように、ロータ１０としての剛性が最も高いのは、パターン５のボルト締結用穴１４（図２１参照）である。また、ロータ１０としての電磁気的特性が最も高いのは、パターン１のボルト締結用穴１４（図１７参照）である。また、ロータ１０としての製造性（加工性、組立性）が最も高いのは、パターン１のボルト締結用穴１４（図１７参照）である。総合評価が最も高いのは、パターン４のボルト締結用穴１４（図２０参照）である。
なお、パターン１のボルト締結用穴１４（図１７参照）は、製造性が最も高いが、その際はロータ１０の剛性と電磁気的特性（磁束の流れ）を考慮して、ボルト締結用穴１４の穴のサイズを決定する必要があるため、総合評価では三角とした。
【００８０】
以上のように、ロータ１０の剛性を向上させたい場合には、パターン５のボルト締結用穴１４（図２１参照）を採用する方が好ましい。また、ロータ１０の製造性を向上させたい場合には、パターン１のボルト締結用穴１４（図１７参照）を採用する方が好ましい。また、ロータ１０の剛性及び製造性を両立させたい場合には、パターン４のボルト締結用穴１４（図２０参照）を採用する方が好ましい。
なお、パターン６のボルト締結用穴１４（図２２参照）は、今回の評価では剛性が成立していないが、ボルト締結用穴１４の短辺方向の幅を増すことで剛性が成立する可能性がある。また、パターン１〜８のボルト締結用穴１４は、図２６に示すように、長所と短所があり、ロータ１０の仕様によっていずれの形状も採用し得る。
【００８１】
以上のことから、ボルト締結用穴１４は、アウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じた形状を有している、という構成を採用し、アウターステータ２０とインナーステータ３０との磁気特性に応じた適切な形状にボルト締結用穴１４を形成することで、磁気的に影響を与えないようにすることができ、また、磁気的に影響を与えない範囲で、そのボルト締結用穴１４に挿通されるボルト４の形状を異形にできるため、ロータ１０のねじりや曲げ対する剛性を高めることができる。
【００８２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について説明する。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００８３】
図２７は、本発明の第４実施形態におけるダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータＡの横断面図である。図２８は、本発明の第４実施形態におけるロータ１０の斜視図である。
図２７及び図２８に示すように、第４実施形態では、ロータ１０が、径方向の外側及び内側の少なくともいずれか一方（この実施形態では両方）において、複数のコア片５０が組み合わせられた継ぎ目５３部分を押え込むコア押え部材８０を有している点で、上記実施形態と異なる。
【００８４】
上述した第２実施形態のロータ１０の分割構造を採用する場合にはコア片５０の継ぎ目５３が形成されるため、上述した第１実施形態のロータ１０の一体構造と比べると強度が小さくなる。第４実施形態では、ロータ１０に分割構造を採用する場合に、ロータ１０の十分な強度を確保するべくコア押え部材８０を設けている。
なお、図２７に示すコア片５０は、第１突極１２、第２突極１３及びボルト締結用穴１４をそれぞれ一つずつ有するようにロータ１０を分割した形状となっているが、例えば上述した図１３に示すように第１突極１２、第２突極１３及びボルト締結用穴１４をそれぞれ二つずつ有するようにロータ１０を分割した形状であってもよい。
【００８５】
コア押え部材８０は、図２７に示すように、コア片５０が組み合わせられた継ぎ目５３部分を径方向で押え込むように配置されている。コア押え部材８０は、セグメント型（若しくは弓型）の形状を有しており、周方向で隣り合う第１突極１２の間、周方向で隣り合う第２突極１３の間のそれぞれに配置されている。周方向で隣り合う第１突極１２の間に配置されたコア押え部材８０は、第１突極１２の高さと同じ厚みを有し、第１突極１２と協働して同一半径のロータ１０の外周面を形成する外径面８０ａを有する。一方、周方向で隣り合う第２突極１３の間に配置されたコア押え部材８０は、第２突極１３の高さと同じ厚みを有し、第２突極１３と協働して同一半径のロータ１０の内周面を形成する内径面８０ｂを有する。このように、コア押え部材８０を配置し、ロータ１０の形状を円環状にすることで、図２に示すロータ１０の形状に比べて、ロータ１０の回転の際の風損の発生を抑制することができる。
【００８６】
コア押え部材８０は、図２８に示すように、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１に固定されている。一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１には、コア押え部材８０の両端部を支持する溝部８１が設けられている。溝部８１は、コア押え部材８０の形状に対応した形状を有している。この溝部８１には、コア押え部材８０をネジ止めする不図示のネジ穴が径方向に形成されている。コア押え部材８０は、溝部８１に支持される部分に厚み方向に貫通する貫通穴８２を有する。貫通穴８２には、ボルト８３の頭を埋め込む座ぐり穴が形成され、コア押え部材８０は、貫通穴８２を挿通するボルト８３によって、一対のフランジ部３ａ１，３ｂ１に締結固定されている。このコア押え部材８０は、例えば、ＳＵＳ等の金属材や、繊維強化プラスチック等の樹脂材から形成されている。
【００８７】
上記構成の第４実施形態によれば、ロータ１０が、径方向の外側及び内側の少なくともいずれか一方において、複数のコア片５０が組み合わせられた継ぎ目５３部分を押え込むコア押え部材８０を有する、という構成を採用し、分割構造としたロータ１０の継ぎ目５３部分をコア押え部材８０で押え込むことで、ロータ１０の全体の強度を十分に確保することができる。また、上記構成の第４実施形態によれば、コア押え部材８０を配置し、周方向で隣り合う第１突極１２の間及び周方向で隣り合う第２突極１３の間の溝を埋め、ロータ１０の形状を円環状にすることで、ロータ１０の回転の際の風損の発生を抑制することができる。
【００８８】
（実施例）
以下、上記第３実施形態の実施例により本発明の効果をより明らかにする。なお、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００８９】
この実施例では、コア押え部材８０をＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４からなる金属材から形成した場合のコア押え部材８０の形状と渦電流損との関係を解析試験により調べた。
図２９、図３０、図３１は、本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材８０の形状と損失分布との関係を示す解析結果を示す図である。
図２９、図３０、図３１では、損失分布（銅損＋鉄損＋渦電流損）の強弱をドットパターンの濃淡で示している。また、図２９、図３０、図３１は、ロータ１０が７．５ｄｅｇにあるときの結果を示す。
【００９０】
図２９に示す形状のコア押え部材８０では、第１突極１２、第２突極１３に隣接する隣接部８４において、渦電流損が発生し、損失が大きくなることが分かる。この渦電流損は、その他の損失（銅損や鉄損）に比べて、３桁ほど大きい結果となり、損失に占める割合が非常に大きい。
【００９１】
図３０に示す形状のコア押え部材８０では、図２９に示す形状のコア押え部材８０よりも渦電流損による損失が小さくなることが分かる。図３０に示すコア押え部材８０は、図２９に示すコア押え部材８０の厚みを半分にした形状を有している。このため、コア押え部材８０の磁束変化が大きい隣接部８４の一部が除かれ、渦電流損を小さくすることができる。
【００９２】
図３２は、本発明の第４実施形態の一実施例におけるコア押え部材８０の厚みと渦電流損との関係を示すグラフである。なお、図３２において、横軸は、コア押え部材８０の厚みが第１突極１２及び第２突極１３の高さと同じときを「１」とし、縦軸は、コア押え部材８０の厚みが「１」のときの渦電流損を「１」として示している。
図３２に示すように、コア押え部材８０が厚い程、渦電流損が大きくなることが分かる。反対に、コア押え部材８０が薄い程、渦電流損が小さくなることが分かる。このように、磁束変化が大きい第１突極１２及び第２突極１３に隣接するコア押え部材８０から厚みを取り除き、例えば「０．６」以下にすると、コア押え部材８０の厚みを「１」とし完全な円筒状となった場合と比べて、ダブルステータ駆動であっても損失を半分以下とすることが可能である。また、効率低下は１％未満にすることが可能である。
【００９３】
図３１に示す形状のコア押え部材８０では、図３０に示す形状のコア押え部材８０よりも渦電流損による損失が小さくなることが分かる。図３１に示すコア押え部材８０は、図３０に示すコア押え部材８０の幅を半分にした形状を有している。このため、コア押え部材８０の磁束変化が大きい隣接部８４の全てが除かれ、渦電流損を小さくすることができる。
【００９４】
以上のことから、コア押え部材８０をＪＩＳ規格のＳＵＳ３０４等の金属材から形成した場合であっても、コア押え部材８０の形状によって渦電流損を小さくすることができる。したがって、分割構造としたロータ１０の継ぎ目５３部分を押え込むコア押え部材８０を金属材で形成しても、渦電流損を小さくし、効率低下を抑制しつつ、ロータ１０の全体の強度を確保することができる。
【００９５】
また、第４実施形態では、図３３、図３４、図３５に示す構成も採用し得る。
なお、以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。
【００９６】
図３３は、本発明の第４実施形態の一変形例におけるコア押え部材８０の斜視図である。図３４は、図３３に示す矢視Ｘ−Ｘ断面図である。図３５は、本発明の第４実施形態の一変形例におけるコア押え部材８０の平面図である。なお、図３３、図３４、図３５では、周方向で隣り合う第１突極１２の間に配置されるコア押え部材８０を示している。
この変形例では、図３３に示すように、コア押え部材８０が、渦電流損を低減するためのスリット８５を複数有している。スリット８５は、コア押え部材８０の外径面８０ａに形成されている。スリット８５は、コア押え部材８０の短手方向（ロータ１０の周方向）に延在する凹条溝である。スリット８５は、図３４に示すように外径面８０ａから所定深さで形成されている。このスリット８５は、コア押え部材８０の長手方向（ロータ１０の軸方向）において間隔をあけて複数形成されている。
【００９７】
この構成によれば、コア押え部材８０の厚みを確保しつつ、渦電流損を低減することができる。すなわち、図３５に示すように、コア押え部材８０の外径面８０ａにスリット８５を形成することで、外径面８０ａにおいて電流ループＣを形成する面積が小さくなるため、渦電流損が低減する。したがって、この変形例では、コア押え部材８０の厚みを確保し、ロータ１０の強度を高めると共にロータ１０の回転の際の風損の発生を抑制することができる。
【００９８】
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
【００９９】
また、例えば、上記実施形態では、３相モータを例示して説明したが、本発明はこの構成に限定されることなく、２相モータ、４相モータ、５相モータ等にも適用することができる。また、３相モータにおいて１２／８極構造を例示して説明したが、本発明はこの極数に限定されず、例えば６／４極構造等であっても良い。
【０１００】
また、例えば、上記実施形態では、本発明のダブルステータ方スイッチトリラクタンス回転機を、モータに適用した構成について例示したが、本発明はこの構成に限定されることなく、発電機にも適用することができる。また、発電機においては、例えばタービン発電機や風力発電機に好適に適用することができる。
【０１０１】
また、本発明は、例えば、第１実施形態〜第４実施形態の構成の組み合わせや置き換えも適宜可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機に利用することができる。
【符号の説明】
【０１０３】
Ａ  ダブルステータ型スイッチトリラクタンスモータ（ダブルステータ型スイッチトリラクタンス回転機）
Ｋ  領域
Ｌ  中心線
１０  ロータ
１１  ヨーク部
１２  第１突極
１３  第２突極
１４  ボルト締結用穴
２０  アウターステータ
３０  インナーステータ
５０  コア片
５３  継ぎ目
８０  コア押え部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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