(57)【要約】  この発明は、永久磁石の径方向寸法を増やすことなく磁石断面積を大きくし、かつ固定子コアを流れる磁束の偏在をなくして有効磁束量を確保し、高効率化、小型化、かつ高速化を実現する回転電動機およびそれを用いた送風機を得ることを目的とする。  この発明による回転電動機では、第１および第２固定子コアが、軸方向に所定距離離反して、かつティースの周方向位置を一致させて同軸に配置され、突極が周方向に等角ピッチで配設された第１および第２回転子コアが、それぞれ第１および第２固定子コアの内周側に位置し、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着されている。そして、着磁方向が径方向内方となるように着磁配向された第１永久磁石が第１固定子コアのコアバック外周面上に配設され、第１永久磁石の外周面と第２固定子コアのコアバックの外周面とが磁性材からなるフレームにより連結されている。
2009136574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第１固定子コアおよび第２固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された第１コア対を有する固定子コア、および上記固定子コアに巻装された固定子コイルを有する固定子と、
上記第１固定子コアのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第１永久磁石と、
上記第１永久磁石の外周面と上記第２固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、
突極が周方向に等角ピッチで配設された第１回転子コアおよび第２回転子コアを、それぞれ上記第１固定子コアおよび上記第２固定子コアの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電動機。
【請求項２】
内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第１固定子コアおよび第２固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された第１コア対が、該第１固定子コア同士、又は該第２固定子コア同士を隣り合わせ、かつ該ティースの周方向位置を一致させて同軸に軸方向に複数対配列されて構成された固定子コア、および上記固定子コアに巻装された固定子コイルを有する固定子と、
上記第１固定子コアのそれぞれのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第１永久磁石と、
上記第１永久磁石の外周面と上記第２固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、
突極が周方向に等角ピッチで配設された第１回転子コアおよび第２回転子コアを、それぞれ上記第１固定子コアおよび上記第２固定子コアのそれぞれの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成された回転子と、
を備えていることを特徴とする回転電動機。
【請求項３】
上記第１永久磁石と上記第２固定子コアのコアバックとの間に配設された第３永久磁石を更に備え、該第３永久磁石は、上記第１永久磁石の着磁方向が径方向外方に向かう場合には、着磁方向が該第１永久磁石から該第２固定子コアのコアバックに向かうように着磁配向され、該第１永久磁石の着磁方向が径方向内方に向かう場合には、着磁方向が該第２固定子コアのコアバックから該第１永久磁石に向かうように着磁配向されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電動機。
【請求項４】
上記第１永久磁石が単一の円筒体に作製されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項５】
上記第１永久磁石が所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体を周方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項６】
上記第１永久磁石が複数の円筒体を軸方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項７】
上記第２固定子コアのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の他方の方向となるように着磁配向された第２永久磁石を備え、
上記第２固定子コアが上記第２永久磁石および上記軸方向磁路形成部材を介して上記第１永久磁石に連結されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の回転電動機。
【請求項８】
上記第１永久磁石と上記第２永久磁石との間に配設された第３永久磁石を更に備え、該第３永久磁石は、上記第１永久磁石の着磁方向が径方向外方に向かう場合には、着磁方向が該第１永久磁石から該第２永久磁石に向かうように着磁配向され、該第１永久磁石の着磁方向が径方向内方に向かう場合には、着磁方向が該第２永久磁石から該第１永久磁石に向かうように着磁配向されていることを特徴とする請求項７記載の回転電動機。
【請求項９】
上記第１永久磁石および上記第２永久磁石が単一の円筒体に作製されていることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の回転電動機。
【請求項１０】
上記第１永久磁石および上記第２永久磁石が所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体を周方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の回転電動機。
【請求項１１】
上記第１永久磁石および上記第２永久磁石が複数の円筒体を軸方向に配列して構成されていることを特徴とする請求項７又は請求項８記載の回転電動機。
【請求項１２】
上記第１固定子コアおよび上記第２固定子コアは、磁性鋼板を積層してなる積層鉄心、もしくは圧粉鉄心で構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項１３】
上記固定子コアは、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第３固定子コアおよび第４固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された少なくとも１つの第２コア対を備え、上記第２コア対は、上記第３固定子コアおよび上記第４固定子コアのティースの周方向位置を上記第１固定子コアおよび上記第２固定子コアのティースの周方向位置に一致させて上記第１コア対と同軸に、かつ隣り合うように配置されており、
上記第３固定子コアの外周面と上記第４固定子コアの外周面とが上記軸方向磁路形成部材により連結され、
上記第１回転子コアおよび上記第２回転子コアが、上記第３固定子コアおよび上記第４固定子コアのそれぞれの内周側に位置し、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして上記回転軸に同軸に固着され、
界磁コイルが上記第３固定子コアのコアバックと上記第４固定子コアのコアバックとの間に介装されていることを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項１４】
上記第１固定子コア乃至上記第４固定子コアは、磁性鋼板を積層してなる積層鉄心、もしくは圧粉鉄心で構成されていることを特徴とする請求項１３記載の回転電動機。
【請求項１５】
上記請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の回転電動機と、
上記回転電動機を内部に収納し、風路方向を軸方向とする通風路が該回転電動機の径方向外周面に沿って形成されるケースと、
上記回転電動機により駆動される送風ファンと、
上記送風ファンを覆うように上記ケースに取り付けられたファンカバーと、を備え、
上記送風ファンが上記回転電動機により駆動され、上記ファンカバー内に吸気された空気に圧力を与えて上記通風路内を軸方向に流通させて上記ケース外に排気するように構成された送風機。
【請求項１６】
上記送風ファンが、上記回転電動機の回転軸に固着された遠心ファンと、上記遠心ファンにより遠心方向に曲げられた空気を軸方向の流れに整流するディヒューザと、を備えていることを特徴とする請求項１５記載の送風機。
【請求項１７】
上記送風ファンが、上記回転電動機の回転軸に固着された動翼と、上記動翼の下流側に配置され、該動翼により圧力が高められた空気を軸方向の流れに整流する静翼と、を備えていることを特徴とする請求項１５記載の送風機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば高速運転される回転電動機およびそれを用いた送風機に関し、特に界磁起磁力発生手段として固定子に配置した永久磁石を用いた回転電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の固定子に配置した永久磁石を有する電動機は、軸方向に着磁されたリング状の永久磁石の軸方向の両側に固定子薄板を積層して構成された固定子コアと、突極状の積層薄板が永久磁石によって作られる磁極のＮ極側とＳ極側とで突極が半ピッチひねって積層されて構成された回転子と、を備えている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２１４５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動機では、永久磁石が２分割された固定子コア間に挟み込まれ、かつ軸方向に着磁されているので、永久磁石による磁束は、永久磁石のＮ極からＮ極側固定子コアに入り、Ｎ極側固定子コアのティース部から回転子の一側の突極に入り、回転子内を他側に流れ、回転子の他側の突極からＳ極側固定子コアに入り、永久磁石のＳ極に戻るように流れる。【０００５】
ここで、固定子コアを構成する固定子薄板は絶縁被膜が被覆されているので、積層された固定子薄板間に存在する絶縁被膜が磁気的な隙間となり、磁気抵抗を増大させる要因となる。したがって、Ｎ極側およびＳ極側固定子コアでは、固定子薄板の積層方向における磁気抵抗は、積層枚数が増えるほど大きくなる。そこで、磁束が永久磁石から軸方向に流れてＮ極側固定子コア内を固定子薄板の積層方向に流れる際に、磁束はＮ極側固定子コア内に深くまで入り込めず、Ｎ極側固定子コアの永久磁石側の固定子薄板内を径方向内方に流れることになる。つまり、従来の電動機では、永久磁石による磁束は２つの固定子コアの永久磁石側に偏って流れ、有効磁束が減少し、効率が低下するという課題があった。【０００６】
また、有効磁束量は、永久磁石の着磁方向と直交する磁石断面積に比例する。従来の電動機では、永久磁石が軸方向に着磁されているので、永久磁石の着磁方向に直交する断面は回転軸の軸心を中心とする所定の径方向幅を有するリング状の面となる。そこで、従来の電動機では、有効磁束量を増やすには、即ち永久磁石の着磁方向に直交する磁石断面積を大きくするには、永久磁石の径方向幅、即ち内径と外径との差を大きくする必要がある。そして、回転子トルクの都合で、内径がある大きさに規定された場合、永久磁石の外径を大きくする必要があり、その結果、回転電動機の外径そのものが大きくなってしまう。【０００７】
特に、７〜１０万回転／分といった高速モータをファンと組み合わせた場合、遠心力による強度の制約からファン径は小径化する必要があり、その結果、ファンの吹き出し風路も小径化する傾向にある。それに対し、モータの径が大きいと、ファンの吹き出し風路を阻害してしまい、吹き出し風路とモータとの配置を互いに干渉しないようにレイアウトを工夫する必要が生じる。
例えば、小径軸流ファンとモータとを一体化し、ファンの風路内周側にモータを内蔵することを考える場合、軸流ファンのファン径に合わせてモータ外径も小さくしたいが、従来の電動機は、外径の小径化に対して十分対応できず、特に高速ファンモータの用途には適用が困難である、という課題があった。【０００８】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、永久磁石の着磁方向を径方向として径方向寸法を増やすことなく磁石断面積を大きくして、かつ固定子コアを流れる磁束の偏在をなくして有効磁束量を確保し、高効率化、小型化、かつ高速化を実現する回転電動機およびそれを用いた送風機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明による回転電動機は、内周側に開口するスロットを画成するティースが円筒状のコアバックの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで配設された第１固定子コアおよび第２固定子コアを、軸方向に所定距離離反して、かつ上記ティースの周方向位置を一致させて同軸に配置して構成された第１コア対を有する固定子コア、および上記固定子コアに巻装された固定子コイルを有する固定子と、上記第１固定子コアのコアバック外周面上に配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第１永久磁石と、上記第１永久磁石の外周面と上記第２固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設された軸方向磁路形成部材と、突極が周方向に等角ピッチで配設された第１回転子コアおよび第２回転子コアを、それぞれ上記第１固定子コアおよび上記第２固定子コアの内周側に位置させ、かつ互いに周方向に半突極ピッチずらして回転軸に同軸に固着して構成された回転子と、を備えている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、第１固定子コアと第２固定子コアとが軸方向に所定距離離反して配設され、着磁方向が径方向の一方の方向となるように着磁配向された第１永久磁石が第１固定子コアのコアバック外周面上に配設されている。そこで、第１永久磁石の径方向寸法を変えることなく、軸方向寸法を大きくして、第１永久磁石の着磁方向と直交する磁石断面積を大きくできる。これにより、径方向寸法を増やすことなく有効磁束量を確保できるので、小型かつ高速モータの用途に適用できる回転電動機を簡易に実現できる。【００１１】
さらに、軸方向磁路形成部材が第１永久磁石の外周面と第２固定子コアのコアバックの外周面とを連結するように軸方向に延設されている。そこで、第１永久磁石の着磁方向が径方向外方である場合には、第１永久磁石による磁束は、軸方向磁路形成部材内を第２固定子コア側に軸方向に流れ、第２固定子コア内に均等に流れる。また、第１永久磁石の着磁方向が径方向内方である場合には、第１永久磁石による磁束は、第１固定子コア内を均等に流れ、回転子の第１回転子コアを径方向内方に流れて回転軸に入り、回転軸内を軸方向に第２回転子コア側に流れ、第２回転子コアおよび第２固定子コア内を均等に径方向外方に流れる。これにより、磁束が第１および第２固定子コアの相対する端部側、即ち第１コア対の中心側に偏って流れることに起因する有効磁束量の減少が抑えられるので、高効率の回転電動機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係る回転電動機における第２永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る回転電動機を示す横断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る回転電動機を示す縦断面図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図８】この発明の実施の形態５に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図９】この発明の実施の形態６係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態６に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態７に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態７に係る回転電動機における第３永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
【図１３】この発明の実施の形態８に係る回転電動機を示す横断面図である。
【図１４】この発明の実施の形態９に係る回転電動機を示す縦断面図である。
【図１５】この発明の実施の形態１０に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図１６】この発明の実施の形態１０に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図１７】この発明の実施の形態１１に係る回転電動機を示す一部破断斜視図である。
【図１８】この発明の実施の形態１１に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態１２に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態１３に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図２１】この発明の実施の形態１４に係る回転電動機を示す横断面図である。
【図２２】この発明の実施の形態１５に係る回転電動機を示す縦断面図である。
【図２３】この発明の実施の形態１６に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図２４】この発明の実施の形態１７に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【図２５】この発明の実施の形態１８に係る送風機を示す分解斜視図である。
【図２６】この発明の実施の形態１８に係る送風機における風の流れを説明する分解斜視図である。
【図２７】この発明の実施の形態１９に係る送風機を示す分解斜視図である。
【図２８】この発明の実施の形態２０に係る送風機における回転電動機の構成を説明する分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の回転電動機の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図２はこの発明の実施の形態１に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【００１５】
図１および図２において、回転電動機１００は、永久磁石を有する同期回転機であり、磁性材料で作製された回転軸１に同軸に固着された回転子２と、回転子２を囲繞するように同軸に配設された固定子コア７にトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル１０を巻装してなる固定子６と、界磁起磁力を発生する界磁起磁力発生手段としての第１永久磁石１４と、回転子２、固定子６および第１永久磁石１４を内部に収納、保持するフレーム１６と、を備えている。ここで、フレーム１６は、例えば鉄等の磁性材料で円筒状に作製され、軸方向磁路形成部材としても機能する。
【００１６】
回転子２は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第１および第２回転子コア３，４と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円盤状の隔壁５と、を備える。第１および第２回転子コア３，４は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円筒状の基部３ａ，４ａと、基部３ａ，４ａの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで例えば４つ設けられた突極３ｂ，４ｂと、から構成されている。第１および第２回転子コア３，４は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁５を介して相対して互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着され、回転子２が構成されている。
【００１７】
固定子コア７は、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して第１および第２回転子コア３，４と同じ軸方向厚みに作製された第１および第２固定子コア８，９を備える。第１固定子コア８は、円筒状のコアバック８ａと、コアバック８ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース８ｂと、を備える。内周側に開口するスロット８ｃが、周方向に隣り合うティース８ｂ間に画成されている。第２固定子コア９は、円筒状のコアバック９ａと、コアバック９ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース９ｂと、を備える。内周側に開口するスロット９ｃが、周方向に隣り合うティース９ｂ間に画成されている。ここで、第２固定子コア９は、外径が第１永久磁石１４の厚み分大きくなっている点を除いて、第１固定子コア８と同じ形状に作製されている。
【００１８】
スペーサ１２は、ステンレスやアルミなどの金属材料、およびポリフェニレンサルファイド樹脂などの合成樹脂などの非磁性材料を用いて、隔壁５と同じ軸方向厚さで、コアバック９ａと同じ径方向寸法の円筒体に作製されている。第１永久磁石１４は、第１固定子コア８と同じ軸方向厚さで、第１固定子コア８の外径と同等の内径を有する円筒体に作製され、着磁方向１７が径方向外方となるように着磁配向されている。
【００１９】
このように構成された第１および第２固定子コア８，９は、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ，９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置され、第１コア対を構成している。そして、第１および第２回転子コア３，４が、それぞれ第１および第２固定子コア８，９の内周側に位置するように配設されている。さらに、第１永久磁石１４が、第１固定子コア８を囲繞するように嵌着されている。
【００２０】
固定子コイル１０は、スロット８ｃ，９ｃを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース８ｂ，９ｂに導線を巻回する、いわゆる集中巻き方式に巻装された６相の相コイル１１を有する。図１では、１対のティース８ｂ，９ｂに集中巻きに巻回された１相の相コイル１１のみを示しているが、固定子コイル１０は、実際には、６対のティース８ｂ，９ｂに対して、順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
【００２１】
回転電動機１００は、固定子６が第１永久磁石１４を装着されてフレーム１６内に圧入、保持され、回転子２が一対の端板（図示せず）に回転軸１を軸支されて固定子６内に回転自在に収納されて構成されている。この時、第１永久磁石１４の外周面と第２固定子コア９のコアバック９ａの外周面とがフレーム１６により連結されている。
【００２２】
この回転電動機１００においては、第１永久磁石１４による磁束は、図２に矢印で示されるように、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２固定子コア９側に流れ、ついでフレーム１６から第２固定子コア９、第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。これにより、Ｎ極が第１回転子コア３の突極３ｂに生じ、Ｓ極が第２回転子コア４の突極４ｂに生じる。この時、第１および第２回転子コア３，４の突極３ｂ，４ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、軸方向から見ると、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置される。そして、第１永久磁石１４による磁束と固定子コイル１０による磁束とが作用し合ってトルクを発生する。そこで、回転電動機１００は、無整流子モータとして動作し、磁気的には、８極６スロットの集中巻き方式の永久磁石式回転電機と同様に動作する。
【００２３】
この実施の形態１では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８を囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向されているので、第１永久磁石１４の着磁方向１７に直交する磁路断面は回転軸１の軸心を中心とする円筒面となる。そこで、径方向寸法を大きくすることなく、軸方向寸法を大きくすることで、第１永久磁石１４の着磁方向１７に直交する磁石断面積を大きくすることができる。したがって、径方向寸法を増やすことなく磁石断面積を大きくして有効磁束量を確保できるので、小型かつ高速モータの用途に適用できる回転電動機１００を簡易に実現できる。
【００２４】
この実施の形態１では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８を囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向され、磁性材料からなるフレーム１６が第１永久磁石１４の外周面と第２固定子コア９のコアバック９ａの外周面とを連結するように配設されているので、第１永久磁石１４と第２固定子コア９とがフレーム１６を介して磁気的に接続される。そこで、第１永久磁石１４による磁束は、フレーム１６に入りフレーム１６内を軸方向に流れて第２固定子コア９側に到達し、第２固定子コア９の軸方向長さの全域にわたるフレーム１６の領域から第２固定子コア９に入る。これにより、磁束は第２固定子コア９の各磁性鋼板にほぼ均等に流れる。したがって、磁束が第１および第２固定子コア８，９の相対する端部側、即ち第１コア対の中心側に偏って流れることに起因する有効磁束量の減少が抑えられるので、高効率の回転電動機１００を実現できる。
【００２５】
この実施の形態１では、第１永久磁石１４が円筒体に作製されているので、第１永久磁石１４の第１固定子コア８への装着が簡易となるとともに、磁束量を多くできる。
また、磁性材料で作製されたフレーム１６を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図４はこの発明の実施の形態２に係る回転電動機における第３永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
【００２７】
図３において、スペーサ１２Ａは、コアバック８ａと同じ径方向寸法の円筒体に作製され、第３永久磁石１８は、スペーサ１２Ａと同じ軸方向長さを有し、第１永久磁石１４と同等の径方向寸法の円筒体に作製され、スペーサ１２Ａを囲繞するように装着され、第１永久磁石１４と第２固定子コア９のコアバック９ａとの間に介装されている。そして、第３永久磁石１８は、その着磁方向１９が第１永久磁石１４から第２固定子コア９のコアバック９ａに向かうように軸方向に着磁配向されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００２８】
このように構成された回転電動機１０１においては、第３永久磁石１８による磁束は、図４中一点鎖線で示されるように、第２固定子コア９のコアバック９ａからフレーム１６に入り、フレーム１６内を第１永久磁石１４側に流れ、第１永久磁石１４を介して第３永久磁石１８に戻る磁路を形成する。この時、第３永久磁石１８による磁束は、第１永久磁石１４による磁束と逆向きにフレーム１６内を流れ、フレーム１６の磁気飽和が緩和される。つまり、第３永久磁石１８は軸方向磁路形成部材の磁気飽和緩和手段を構成する。
【００２９】
このように、この実施の形態２によれば、フレーム１６の磁気飽和が緩和されるので、有効磁束量が増え、出力を向上させることができるとともに、フレーム１６を薄肉化でき、回転電動機１０１の小型、軽量化が図られる。
【００３０】
実施の形態３．
実施の形態３では、第１永久磁石が、それぞれ所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３１】
図５はこの発明の実施の形態３に係る回転電動機を示す横断面図である。
図５において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を周方向に例えば８つに等分割した形状である断面円弧形の短冊状の磁石体２０ａ〜２０ｈにより構成されている。そして、各磁石体２０ａ〜２０ｈは、着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。
【００３２】
ここで、永久磁石が単一の円筒体に作製されている場合、回転子の回転に伴い永久磁石に鎖交する磁束成分が若干変動し、それに伴って永久磁石には変動磁束による渦電流損失が発生する。
このように構成された回転電動機１０２においては、永久磁石が複数の磁石体２０ａ〜２０ｈに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
【００３３】
なお、上記実施の形態３では、磁石体２０ａ〜２０ｈが第１固定子コア８の外周面上に周方向に隙間なく配列されているものとしているが、複数の磁石体を固定子コアの外周面上に周方向に所定の隙間を持って配列してもよく、１つの磁石体のみを配設してもよい。複数の磁石体を固定子コアの外周面上に周方向に配列する場合、等角ピッチに配列すれば、磁気バランスがよくなる。
【００３４】
実施の形態４．
実施の形態４では、第１永久磁石が、それぞれ円筒体に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００３５】
図６はこの発明の実施の形態４に係る回転電動機を示す縦断面図である。
図６において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を軸方向に２つに等分割した形状である円筒体の磁石体２１ａ，２１ｂにより構成されている。そして、磁石体２１ａ，２１ｂは、それぞれ着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。
【００３６】
このように構成された回転電動機１０３においては、磁石体２１ａ，２１ｂが、着磁方向１７を径方向外方に向けて、かつ軸方向に隣接して第１固定子コア８を囲繞するように嵌着されている。
したがって、この回転電動機１０３においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石渦電流損を低減することができる。
【００３７】
なお、上記実施の形態４では、第１永久磁石が軸方向に２つに分割された円筒体の磁石体により構成されているものとしているが、第１永久磁石は軸方向に３つ以上に分割されていてもよい。また、各磁石体は軸方向に隙間を持って配設されてもよい。
【００３８】
実施の形態５．
図７はこの発明の実施の形態５に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図８はこの発明の実施の形態５に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【００３９】
図７において、固定子６Ａは、固定子コア７Ａと、固定子コイル１０と、を備えている。固定子コア７Ａは、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ，９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１および第２固定子コア８，９の第１コア対が、第１固定子コア８同士を密接させて、かつティース８ｂの周方向位置を一致させて同軸に軸方向に２対配列されて構成されている。さらに、固定子コア７Ａは、第１永久磁石１４が装着されてフレーム１６内に収納、保持される。この時、第１永久磁石１４が第１固定子コア８のそれぞれを囲繞するように嵌着されている。
【００４０】
固定子コイル１０は、それぞれスロット８ｃ，９ｃを跨がないで軸方向に１列に配列しているティース８ｂ，９ｂの組に導線を巻回してなる６相の相コイル１１を有する。図７では、１つのティース８ｂ，９ｂの組に集中巻きに巻回された１相の相コイル１１のみを示しているが、固定子コイル１０は、実際には、６つのティース８ｂ，９ｂの組に対して、順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
【００４１】
回転子２Ａは、隔壁５を挟んで第１および第２回転子コア３，４を周方向に半突極ピッチずらして互いに密接して配置した回転子コア対を、第１回転子コア３同士を密接させて、かつ突極３ｂの周方向位置を一致させて軸方向に２対並設し、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着されて構成されている。この回転子２Ａは、第１回転子コア３を第１固定子コア８の内周側に位置させ、第２回転子コア４を第２固定子コア９の内周側に位置させて、固定子コア７Ａ内に回転自在に配設される。
なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【００４２】
このように構成された回転電動機１０４においても、図８に矢印で示されるように、第１および第２固定子コア８，９からなるコア対のそれぞれにおいて、磁束は、第１永久磁石１４からフレーム１６内を第２固定子コア９側に流れ、ついでフレーム１６から第２固定子コア９、第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。
【００４３】
したがって、この実施の形態５においても、上記実施の形態１と同様の効果を奏する。また、この実施の形態５によれば、第１永久磁石１４からの磁束がフレーム１６内を軸方向の両側に分岐して流れるので、１極当たりの磁束量を低減することができる。その結果、フレーム１６の径方向厚みを薄くしても、磁気飽和しにくくなり、フレーム１６の径を小さくできる。これにより、回転電動機１０４の小径化が可能となる。
【００４４】
ここで、上記実施の形態５では、第１および第２固定子コア８，９からなる２対の第１コア対を、第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設するものとしているが、２対の第１コア対は第１固定子コア８同士を非磁性材料からなるスペーサなどを介して隣り合わせに軸方向に並設されてもよい。この場合、第１回転子コア３同士も、非磁性体からなるスペーサなどを介して隣り合わせに軸方向に並設される。
【００４５】
また、上記実施の形態５では、第１および第２固定子コア８，９からなる２対の第１コア対を、第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設するものとしているが、２対の第１コア対は第２固定子コア９同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設されてもよい。
また、上記実施の形態５では、第１および第２固定子コア８，９からなる２対の第１コア対を軸方向に並設するものとしているが、軸方向に並設される第１コア対の対数は３対以上でもよい。この場合、３対以上の第１コア対は、第１固定子コア８同士又は第２固定子コア９同士を、ティースの周方向位置を一致させて、かつ隣り合わせに、軸方向に並設される。
【００４６】
なお、上記実施の形態１〜５では、第１永久磁石は、着磁方向が径方向外方を向くように着磁配向されているものとしているが、第１永久磁石は、着磁方向が径方向内方を向くように着磁配向されてもよい。ここで、実施の形態２において、第１永久磁石と第２固定子コアのコアバックとの間に介装されている第３永久磁石の着磁方向は、第１永久磁石の着磁方向に応じて変える必要がある。つまり、第３永久磁石は、第１永久磁石の着磁方向が径方向外方に向かう場合には、着磁方向が第１永久磁石から第２固定子コアのコアバックに向かうように着磁配向され、第１永久磁石の着磁方向が径方向内方に向かう場合には、着磁方向が第２固定子コアのコアバックから第１永久磁石に向かうように着磁配向される。
【００４７】
実施の形態６．
図９はこの発明の実施の形態６係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図１０はこの発明の実施の形態６に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【００４８】
図９および図１０において、回転電動機１０５は、永久磁石を有する同期回転機であり、磁性材料で作製された回転軸１に同軸に固着された回転子２と、回転子２を囲繞するように同軸に配設された固定子コア７Ｂにトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル１０を巻装してなる固定子６Ｂと、界磁起磁力を発生する界磁起磁力発生手段１３と、回転子２、固定子６および界磁起磁力発生手段１３を内部に収納、保持するフレーム１６と、を備えている。ここで、フレーム１６は、例えば鉄等の磁性材料で円筒状に作製され、軸方向磁路形成部材としても機能する。
【００４９】
回転子２は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第１および第２回転子コア３，４と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円盤状の隔壁５と、を備える。第１および第２回転子コア３，４は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円筒状の基部３ａ，４ａと、基部３ａ，４ａの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで例えば４つ設けられた突極３ｂ，４ｂと、から構成されている。第１および第２回転子コア３，４は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁５を介して相対して互いに密接して配置され、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着され、回転子２が構成されている。
【００５０】
固定子コア７Ｂは、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して第１および第２回転子コア３，４と同じ軸方向厚みに作製された第１および第２固定子コア８，９Ａを備える。第１固定子コア８は、円筒状のコアバック８ａと、コアバック８ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース８ｂと、を備える。内周側に開口するスロット８ｃが、周方向に隣り合うティース８ｂ間に画成されている。第２固定子コア９Ａは、第１固定子コア８と同一形状に作製され、円筒状のコアバック９ａと、コアバック９ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース９ｂと、を備える。内周側に開口するスロット９ｃが、周方向に隣り合うティース９ｂ間に画成されている。
【００５１】
スペーサ１２は、ステンレスやアルミなどの金属材料、およびポリフェニレンサルファイド樹脂などの合成樹脂などの非磁性材料を用いて、隔壁５と同じ軸方向厚さで、コアバック８ａ，９ａと同じ径方向寸法の円筒体に作製されている。界磁起磁力発生手段１３は、第１固定子コア８と同じ軸方向厚さで、第１固定子コア８の外径と同等の内径を有する円筒体に作製され、着磁方向１７が径方向外方となるように着磁配向されている第１永久磁石１４と、第２固定子コア９Ａと同じ軸方向厚さで、第２固定子コア９Ａの外径と同等の内径を有する円筒体に作製され、着磁方向１７が径方向内方となるように着磁配向されている第２永久磁石１５と、から構成されている。
【００５２】
このように構成された第１および第２固定子コア８，９Ａは、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ，９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置され、第１コア対を構成している。そして、第１および第２回転子コア３，４が、それぞれ第１および第２固定子コア８，９Ａの内周側に位置するように配設されている。さらに、第１および第２永久磁石１４，１５が、それぞれ第１および第２固定子コア８，９Ａを囲繞するように嵌着されている。
【００５３】
固定子コイル１０は、スロット８ｃ，９ｃを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース８ｂ，９ｂに導線を巻回する、いわゆる集中巻き方式に巻装された６相の相コイル１１を有する。図９では、１対のティース８ｂ，９ｂに集中巻きに巻回された１相の相コイル１１のみを示しているが、固定子コイル１０は、実際には、６対のティース８ｂ，９ｂに対して、順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
【００５４】
回転電動機１０５は、固定子６が第１および第２永久磁石１４，１５を装着されてフレーム１６内に圧入、保持され、回転子２が一対の端板（図示せず）に回転軸１を軸支されて固定子６内に回転自在に収納されて構成されている。この時、第１永久磁石１４の外周面と第２永久磁石１５の外周面とがフレーム１６により連結されている。
【００５５】
この回転電動機１０５においては、界磁起磁力発生手段１３による磁束は、図１０に矢印で示されるように、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２永久磁石１５に流れ、ついで第２永久磁石１５から第２固定子コア９Ａ、第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。これにより、Ｎ極が第１回転子コア３の突極３ｂに生じ、Ｓ極が第２回転子コア４の突極４ｂに生じる。この時、第１および第２回転子コア３，４の突極３ｂ，４ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、軸方向から見ると、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置される。そして、界磁起磁力発生手段１３による磁束と固定子コイル１０による磁束とが作用し合ってトルクを発生する。そこで、回転電動機１００は、無整流子モータとして動作し、磁気的には、８極６スロットの集中巻き方式の永久磁石式回転電機と同様に動作する。
【００５６】
この実施の形態６では、第１および第２永久磁石１４，１５が第１および第２固定子コア８，９Ａを囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向されているので、第１および第２永久磁石１４，１５の着磁方向１７に直交する磁路断面は回転軸１の軸心を中心とする円筒面となる。そこで、径方向寸法を大きくすることなく、軸方向寸法を大きくすることで、第１および第２永久磁石１４，１５の着磁方向１７に直交する磁石断面積を大きくすることができる。したがって、径方向寸法を増やすことなく磁石断面積を大きくして有効磁束量を確保できるので、小型かつ高速モータの用途に適用できる回転電動機１０５を簡易に実現できる。
【００５７】
この実施の形態６では、第１および第２永久磁石１４，１５が第１および第２固定子コア８，９Ａを囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向され、磁性材料からなるフレーム１６が第１および第２永久磁石１４，１５の外周面を連結するように配設されているので、第１および第２永久磁石１４，１５がフレーム１６を介して磁気的に接続されている。そこで、第１永久磁石１４による磁束は、フレーム１６に入りフレーム１６内を軸方向に流れて第２永久磁石１５側に到達し、第２固定子コア９Ａの軸方向長さの全域にわたるフレーム１６の領域から第２永久磁石１５による磁束と共に第２固定子コア９Ａに入る。これにより、磁束は第２固定子コア９Ａの各磁性鋼板にほぼ均等に流れる。したがって、磁束が第１および第２固定子コア８，９Ａの相対する端部側、即ち第１コア対の中心側に偏って流れることに起因する有効磁束量の減少が抑えられるので、高効率の回転電動機１００を実現できる。
【００５８】
この実施の形態６では、第１および第２永久磁石１４，１５が円筒体に作製されているので、第１および第２永久磁石１４，１５の第１および第２固定子コア８，９Ａへの装着が簡易となるとともに、磁束量を多くできる。
また、磁性材料で作製されたフレーム１６を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
【００５９】
実施の形態７．
図１１はこの発明の実施の形態７に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図１２はこの発明の実施の形態７に係る回転電動機における第３永久磁石による効果を説明する縦断面図である。
【００６０】
図１１において、スペーサ１２Ａは、径方向寸法が第１および第２永久磁石１４，１５の径方向厚み分縮小された円筒体に作製され、第３永久磁石１８は、スペーサ１２Ａと同じ軸方向長さを有し、第１および第２永久磁石１４，１５と同等の径方向寸法の円筒体に作製され、スペーサ１２を囲繞するように装着され、第１および第２永久磁石１４，１５の間に介装されている。そして、第３永久磁石１８は、その着磁方向１９が第１永久磁石１４から第２永久磁石１５に向かうように軸方向に着磁配向されている。
なお、他の構成は上記実施の形態６と同様に構成されている。
【００６１】
このように構成された回転電動機１０６においては、第３永久磁石１８による磁束は、図１２中一点鎖線で示されるように、第２永久磁石１５からフレーム１６に入り、フレーム１６内を第１永久磁石１４側に流れ、第１永久磁石１４を介して第３永久磁石１８に戻る磁路を形成する。この時、第３永久磁石１８による磁束は、界磁起磁力発生手段１３による磁束と逆向きにフレーム１６内を流れ、フレーム１６の磁気飽和が緩和される。つまり、第３永久磁石１８は軸方向磁路形成部材の磁気飽和緩和手段を構成する。
【００６２】
このように、この実施の形態７によれば、フレーム１６の磁気飽和が緩和されるので、有効磁束量が増え、出力を向上させることができるとともに、フレーム１６を薄肉化でき、回転電動機１０１の小型、軽量化が図られる。
【００６３】
実施の形態８．
実施の形態８では、第１および第２永久磁石が、それぞれ所定厚みを有する断面円弧形の短冊状に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。なお、第１および第２永久磁石は、同様に構成されているので、ここでは、第１永久磁石についてのみ説明し、第２永久磁石についての説明を省略する。
【００６４】
図１３はこの発明の実施の形態８に係る回転電動機を示す横断面図である。
図１３において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を周方向に例えば８つに等分割した形状である断面円弧形の短冊状の磁石体２０ａ〜２０ｈにより構成されている。そして、各磁石体２０ａ〜２０ｈは、着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。
【００６５】
ここで、永久磁石が単一の円筒体に作製されている場合、回転子の回転に伴い永久磁石に鎖交する磁束成分が若干変動し、それに伴って永久磁石には変動磁束による渦電流損失が発生する。
このように構成された回転電動機１０７においては、永久磁石が複数の磁石体２０ａ〜２０ｈに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
【００６６】
なお、上記実施の形態８では、磁石体２０ａ〜２０ｈが第１固定子コア８の外周面上に周方向に隙間なく配列されているものとしているが、複数の磁石体を固定子コアの外周面上に周方向に所定の隙間を持って配列してもよく、１つの磁石体のみを配設してもよい。複数の磁石体を固定子コアの外周面上に周方向に配列する場合、等角ピッチに配列すれば、磁気バランスがよくなる。
また、上記実施の形態８では、第１および第２永久磁石を周方向に８つに分割された短冊状の磁石体により構成するものとしているが、第１および第２永久磁石の一方のみを周方向に８つに分割された短冊状の磁石体により構成してもよい。
【００６７】
実施の形態９．
図１４はこの発明の実施の形態９に係る回転電動機を示す縦断面図である。
【００６８】
図１４において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を軸方向に２つに等分割した形状である円筒体の第１磁石体２１ａ，２１ｂにより構成されている。そして、第１磁石体２１ａ，２１ｂは、それぞれ着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。第２永久磁石が上述の円筒体の第２永久磁石１５を軸方向に２つに等分割した形状である円筒体の第２磁石体２２ａ，２２ｂにより構成されている。そして、第２磁石体２２ａ，２２ｂは、それぞれ着磁方向１７が径方向内方に向くように着磁配向されている。
なお、実施の形態９では、第１および第２永久磁石が、それぞれ円筒体に作製された複数の磁石体で構成されている点を除いて、上記実施の形態６と同様に構成されている。
【００６９】
このように構成された回転電動機１０８においては、第１磁石体２１ａ，２１ｂが、着磁方向１７を径方向外方に向けて、かつ軸方向に隣接して第１固定子コア８を囲繞するように嵌着されている。また、第２磁石体２２ａ，２２ｂが、着磁方向１７を径方向内方に向けて、かつ軸方向に隣接して第２固定子コア９Ａを囲繞するように嵌着されている。
したがって、この回転電動機１０８においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石渦電流損を低減することができる。
【００７０】
なお、上記実施の形態９では、第１および第２永久磁石が軸方向に２つに分割された円筒体の磁石体により構成されているものとしているが、第１および第２永久磁石は軸方向に３つ以上に分割されていてもよい。また、各磁石体は軸方向に隙間を持って配設されてもよい。
また、上記実施の形態９では、第１および第２永久磁石を軸方向に２つに分割された円筒体の磁石体により構成するものとしているが、第１および第２永久磁石の一方のみを軸方向に２つに分割された円筒体の磁石体により構成してもよい。
【００７１】
実施の形態１０．
図１５はこの発明の実施の形態１０に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図１６はこの発明の実施の形態１０に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【００７２】
図１５において、固定子６Ｃは、固定子コア７Ｃと、固定子コイル１０と、を備えている。固定子コア７Ｃは、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ，９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１および第２固定子コア８，９Ａの第１コア対が、第１固定子コア８同士を密接させて、かつティース８ｂの周方向位置を一致させて同軸に軸方向に２対配列されて構成されている。さらに、固定子コア７Ｃは、第１永久磁石１４および第２永久磁石１５が装着されてフレーム１６内に収納、保持される。この時、第１永久磁石１４が第１固定子コア８のそれぞれを囲繞するように嵌着され、第２永久磁石１５が第２固定子コア９Ａのそれぞれを囲繞するように嵌着されている。
【００７３】
固定子コイル１０は、それぞれスロット８ｃ，９ｃを跨がないで軸方向に１列に配列しているティース８ｂ，９ｂの組に導線を巻回してなる６相の相コイル１１を有する。図１５では、１つのティース８ｂ，９ｂの組に集中巻きに巻回された１相の相コイル１１のみを示しているが、固定子コイル１０は、実際には、６つのティース８ｂ，９ｂの組に対して、順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
【００７４】
回転子２Ａは、隔壁５を挟んで第１および第２回転子コア３，４を周方向に半突極ピッチずらして互いに密接して配置した回転子コア対を、第１回転子コア３同士を密接させて、かつ突極３ｂの周方向位置を一致させて軸方向に２対並設し、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着されて構成されている。この回転子２Ａは、第１回転子コア３を第１固定子コア８の内周側に位置させ、第２回転子コア４を第２固定子コア９Ａの内周側に位置させて、固定子コア７Ｃ内に回転自在に配設される。
なお、他の構成は上記実施の形態６と同様に構成されている。
【００７５】
このように構成された回転電動機１０９においても、図１６に矢印で示されるように、第１および第２固定子コア８，９Ａからなる第１コア対のそれぞれにおいて、磁束は、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２永久磁石１５に流れ、ついで第２永久磁石１５から第２固定子コア９Ａ、第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。
【００７６】
したがって、この実施の形態１０においても、上記実施の形態６と同様の効果を奏する。
また、この実施の形態１０によれば、第１永久磁石１４からの磁束がフレーム１６内を軸方向の両側に分岐して流れるので、１極当たりの磁束量を低減することができる。その結果、フレーム１６の径方向厚みを薄くしても、磁気飽和しにくくなり、フレーム１６の径を小さくできる。これにより、回転電動機１０４の小径化が可能となる。
【００７７】
ここで、上記実施の形態１０では、第１および第２固定子コア８，９Ａからなる２対の第１コア対を、第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設するものとしているが、２対の第１コア対は第１固定子コア８同士を非磁性材料からなるスペーサなどを介して隣り合わせに軸方向に並設されてもよい。この場合、第１回転子コア３同士も、非磁性体からなるスペーサなどを介して隣り合わせに軸方向に並設される。
【００７８】
また、上記実施の形態１０では、第１および第２固定子コア８，９Ａからなる２対の第１コア対を、第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設するものとしているが、２対の第１コア対は第２固定子コア９Ａ同士を密接させて隣り合わせに軸方向に並設されてもよい。
また、上記実施の形態１０では、第１および第２固定子コア８，９Ａからなる２対の第１コア対を軸方向に並設するものとしているが、軸方向に並設される第１コア対の対数は３対以上でもよい。この場合、３対以上のコア対は、第１固定子コア８同士又は第２固定子コア９Ａ同士を、ティースの周方向位置を一致させて、かつ隣り合わせに、軸方向に並設される。
【００７９】
なお、上記実施の形態１〜１０では、第１および第２固定子コアが磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、第１および第２固定子コアは磁性鋼板を積層してなる積層鉄心に限定されるものではなく、例えば磁性金属の粉末を絶縁処理した後、加圧成形、熱処理を施して得られる圧粉鉄心を用いてもよい。
【００８０】
また、上記実施の形態１〜１０では、磁性材料で作製されたフレームを軸方向磁路形成部材として用いるものとしているが、軸方向磁路形成部材は軸方向に関して磁性材料で連続して作製されていればよく、例えば磁性材料で短冊状に作製された磁性部材を用いてもよい。この場合、短冊状の磁性部材を第１永久磁石の外周面と第２永久磁石の外周面とを連結するように軸方向に延設すればよい。
【００８１】
実施の形態１１．
図１７はこの発明の実施の形態１１に係る回転電動機を示す一部破断斜視図、図１８はこの発明の実施の形態１１に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【００８２】
図１７および図１８において、回転電動機１１０は、永久磁石を有する同期回転機であり、磁性材料で作製された回転軸１に同軸に固着された回転子２Ｂと、回転子２Ｂを囲繞するように同軸に配設された固定子コア７Ｄにトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル１０を巻装してなる固定子６Ｄと、界磁起磁力を発生する界磁起磁力発生手段１３Ａと、回転子２Ｂ、固定子６Ｄおよび界磁起磁力発生手段１３Ａを内部に収納、保持するフレーム１６と、を備えている。ここで、フレーム１６は、例えば鉄等の磁性材料で円筒状に作製され、軸方向磁路形成部材としても機能する。
【００８３】
回転子２Ｂは、２つの回転子コア対から構成されている。各回転子コア対は、例えば所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して作製された第１および第２回転子コア３，４と、所定枚の磁性鋼板を積層一体化して作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円盤状の隔壁５と、を備える。第１および第２回転子コア３，４は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔が穿設された円筒状の基部３ａ，４ａと、基部３ａ，４ａの外周面から径方向外方に突設され、かつ軸方向に延設されて、周方向に等角ピッチで例えば４つ設けられた突極３ｂ，４ｂと、から構成されている。回転子コア対は、第１および第２回転子コア３，４を、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁５を介して相対して互いに密接して配置して構成される。そして、回転子２Ｂは、第２回転子コア４同士を密接させて２つの回転子コア対を軸方向に並設し、第１および第２回転子コア３，４および隔壁５の回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着されて構成されている。
【００８４】
固定子コア７Ｄは、所定形状に成形された多数枚の磁性鋼板を積層一体化して第１および第２回転子コア３，４と同じ軸方向厚みに作製された第１乃至第４固定子コア８，９，２５，２６を備える。第１固定子コア８は、円筒状のコアバック８ａと、コアバック８ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース８ｂと、を備える。内周側に開口するスロット８ｃが、周方向に隣り合うティース８ｂ間に画成されている。第２固定子コア９は、円筒状のコアバック９ａと、コアバック９ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース９ｂと、を備える。内周側に開口するスロット９ｃが、周方向に隣り合うティース９ｂ間に画成されている。ここで、第２固定子コア９は、外径が第１永久磁石１４の厚み分大きくなっている点を除いて、第１固定子コア８と同じ形状に作製されている。
【００８５】
第３固定子コア２５は、円筒状のコアバック２５ａと、コアバック２５ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース２５ｂと、を備える。内周側に開口するスロット２５ｃが、周方向に隣り合うティース２５ｂ間に画成されている。第４固定子コア２６は、円筒状のコアバック２６ａと、コアバック２６ａの内周面から径方向内方に突設されて周方向に等角ピッチで例えば６つ設けられたティース２６ｂと、を備える。内周側に開口するスロット２６ｃが、周方向に隣り合うティース２６ｂ間に画成されている。なお、第３および第４固定子コア２５，２６は、第２固定子コア９と同じ形状に作製されている。
【００８６】
スペーサ１２は、ステンレスやアルミなどの金属材料、およびポリフェニレンサルファイド樹脂などの合成樹脂などの非磁性材料を用いて、隔壁５と同じ軸方向厚さで、コアバック９ａと同じ径方向寸法の円筒体に作製されている。
第１永久磁石１４は、第１固定子コア８と同じ軸方向厚さで、第１固定子コア８の外径と同等の内径を有する円筒体に作製され、着磁方向１７が径方向外方となるように着磁配向されている。界磁コイル２４は、導線を所定回巻回して作製された円筒状コイルである。第１永久磁石１４および界磁コイル２４が界磁起磁力発生手段１３Ａを構成する。
【００８７】
第１および第２固定子コア８，９は、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ、９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置され、第１コア対３０を構成している。第３および第４固定子コア２５，２６は、界磁コイル２４を挟んで、ティース２５ｂ、２６ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置され、第２コア対３１を構成している。第１コア対３０と第２コア対３１とが、ティース８ｂ、９ｂ、２５ｂ、２６ｂの周方向位置を一致させ、かつ第２固定子コア９と第３固定子コア２５とを密接させて同軸に並設されて、固定子コア７Ｄを構成している。そして、第１永久磁石１４が第１固定子コア８に外嵌状態に嵌合されている。
【００８８】
固定子コイル１０は、スロット８ｃ、９ｃ、２５ｃ、２６ｃを跨がないで、軸方向に１列に配列している４つのティース８ｂ、９ｂ、２５ｂ、２６ｂに導線を巻回する、いわゆる集中巻き方式に巻装された６相の相コイル１１を有する。図１７では、１組のティース８ｂ、９ｂ、２５ｂ、２６ｂに集中巻きに巻回された１相の相コイル１１のみを示しているが、固定子コイル１０は、実際には、６組のティース８ｂ、９ｂ、２５ｂ、２６ｂに対して、順次Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を２回繰り返して集中巻きに巻回して構成されている。
【００８９】
回転電動機１１０は、固定子６Ｄが第１永久磁石１４および界磁コイル２４を装着されてフレーム１６内に圧入、保持され、回転子２Ｂが一対の端板（図示せず）に回転軸１を軸支されて固定子６Ｄ内に回転自在に収納されて構成されている。この時、第１永久磁石１４の外周面と第２固定子コア９のコアバック９ａの外周面とがフレーム１６により磁気的に連結されている。また、第３固定子コア２５のコアバック２５ａの外周面と第４固定子コア２６のコアバック２６ａの外周面がフレーム１６により磁気的に連結されている。第１乃至第４固定子コア８，９，２５，２６は、それぞれ第１回転子コア３、第２回転子コア４、第２回転子コア４および第１回転子コア３を囲繞している。
【００９０】
この回転電動機１１０においては、界磁起磁力発生手段１３Ａである第１永久磁石１４による磁束は、図１８に矢印で示されるように、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２固定子コア９に流れ、ついで第２固定子コア９から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。また、界磁起磁力発生手段１３Ａである界磁コイル２４による磁束は、図１８に矢印で示されるように、第４固定子コア２６からフレーム１６を介して第３固定子コア２５に流れ、ついで第３固定子コア２５から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第４固定子コア２６に戻る磁路を形成する。これにより、Ｎ極が第１回転子コア３の突極３ｂに生じ、Ｓ極が第２回転子コア４の突極４ｂに生じる。
【００９１】
この時、第１および第２回転子コア３，４の突極３ｂ，４ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、軸方向から見ると、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に配置される。そして、界磁起磁力発生手段１３Ａによる磁束と固定子コイル１０による磁束とが作用し合ってトルクを発生する。そこで、回転電動機１１０は、無整流子モータとして動作し、磁気的には、８極６スロットの集中巻き方式の永久磁石式回転電機と同様に動作する。また、界磁コイル２４への界磁電流量や通電方向を変えることで、磁束量や磁束の流れ方向が変わり、界磁起磁力発生手段１３Ａによる起磁力を調整することができる。
【００９２】
この実施の形態１１では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８を囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向されているので、第１永久磁石１４の着磁方向１７に直交する磁路断面は回転軸１の軸心を中心とする円筒面となる。そこで、径方向寸法を大きくすることなく、軸方向寸法を大きくすることで、第１永久磁石１４の着磁方向１７に直交する磁石断面積を大きくすることができる。したがって、径方向寸法を増やすことなく磁石断面積を大きくして有効磁束量を確保できるので、小型かつ高速モータの用途に適用できる回転電動機１１０を簡易に実現できる。
【００９３】
また、第１永久磁石１４が第１固定子コア８を囲繞する円筒体に作製され、かつ径方向に着磁配向され、磁性材料からなるフレーム１６が第１永久磁石１４の外周面と第２固定子コア９の外周面とを連結するように配設されているので、第１永久磁石１４による磁束は、フレーム１６に入りフレーム１６内を軸方向に流れて第２固定子コア９側に到達し、第２固定子コア９の軸方向長さの全域にわたるフレーム１６の領域から第２固定子コア９に入る。これにより、磁束は第２固定子コア９の各磁性鋼板にほぼ均等に流れる。また、界磁コイル２４が第３および第４固定子コア２５，２６の間に介装されているので、界磁コイル２４による磁束は、第３および第４固定子コア２５，２６の各磁性鋼板にほぼ均等に流れる。したがって、磁束が第１および第２固定子コア８，９のスペーサ１２側、および第３および第４固定子コア２５，２６の界磁コイル２４側、即ち第１コア対３０および第２コア対３１の中心側に偏って流れることに起因する有効磁束量の減少が抑えられるので、高効率の回転電動機１１０を実現できる。
【００９４】
また、界磁コイル２４を挟み込んだ第３および第４固定子コア２５，２６が第１永久磁石１４を装着した第１および第２固定子コア８，９に並設されているので、外径の増大を抑えて、界磁起磁力発生手段１３Ａによる起磁力を調整することができる。
また、第１永久磁石１４が円筒体に作製されているので、第１永久磁石１４の第１固定子コア８への装着が簡易となるとともに、磁束量を多くできる。
また、磁性材料で作製されたフレーム１６を軸方向磁路形成部材として用いているので、新たに軸方向磁路形成部材を用意する必要がなく、部品点数の削減が図られる。
【００９５】
つぎに、界磁起磁力発生手段１３Ａとして第１永久磁石１４と界磁コイル２４とを併用することの効果について説明する。
まず、界磁起磁力発生手段として高効率かつ高力率である永久磁石のみを用いた場合、高速運転時には、大きな逆起電力が発生し、定出力運転ができなくなる。そこで、広い速度範囲での定出力運転を実現するには、高速回転時に、永久磁石による起磁力を小さくして界磁磁束を減少することが必要となる。
【００９６】
従来技術では、永久磁石を径方向に移動させる機構を付加したり、永久磁石に外部漏れ磁路を付加したりすることによって、回転子の起磁力を調整できるようにしていた。しかし、この従来技術では、永久磁石を径方向に移動させるための煩雑な機構が必要となるとともに、永久磁石が引き出されるスペースや外部漏れ磁路を形成するためのスペースを径方向外方に確保する必要があり、装置の高コスト化および大型化をもたらす。
また、界磁起磁力発生手段として界磁コイルのみを用いることも考えられる。この場合、界磁コイルへの通電電流を制御することで、起磁力を簡易に調整できる。しかし、永久磁石と同等の起磁力を得るためには、界磁コイルの大型化が避けられず、電源容量の大きな界磁電源が必要となる。
【００９７】
実施の形態１１では、界磁起磁力発生手段１３Ａとして第１永久磁石１４と界磁コイル２４とを併用しているので、高速回転時に、界磁コイル２４に流す界磁電流量を小さくし、或いは逆向きの界磁電流を流すことで、界磁起磁力発生手段１３Ａによる起磁力を小さくして界磁磁束を減少することができる。その結果、広い速度範囲での定出力運転を実現することができる。この時、永久磁石を径方向に移動させる機構も必要がなく、装置の大型化が抑えられるので、外径の小径化が要求される高速モータの用途に適用できる回転電動機を実現できる。さらに、界磁コイル２４が１つで済み、界磁電流量を低減できるとともに、界磁電源を減らすことができる。
【００９８】
なお、上記実施の形態１１では、第１永久磁石１４の着磁方向１７が径方向外方となっているものとしているが、第１永久磁石１４の着磁方向１７は径方向内方であってもよい。
また、上記実施の形態１１では、回転軸１が磁性材料で作製されているものとしているが、回転子２Ｂにおいて、十分な磁束量が回転軸１を介することなく第２回転子コア４から第１回転子コア３に流れるように構成されていれば、回転軸１は必ずしも磁性材料で作製する必要はない。
また、上記実施の形態１１では、第２回転子コア４同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第２回転子コア４同士は、軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
【００９９】
また、上記実施の形態１１では、第１コア対３０と第２コア対３１とが第２固定子コア９と第３固定子コア２５とを密接させて隣り合わせに配設されているものとしているが、第１コア対３０と第２コア対３１とは、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とを非磁性材料からなるスペーサなどを介して隣り合わせに配設されてもよい。
また、上記実施の形態１１では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８の外周に配設されているものとしているが、第１永久磁石１４は、第２固定子コア９の外周に配設されていてもよい。この場合、隣り合う第２固定子コア９と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避し、回転子２Ｂに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。
【０１００】
実施の形態１２．
図１９はこの発明の実施の形態１２に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【０１０１】
図１９において、第２固定子コア９Ａは、径方向寸法が第１固定子コア８と同じであり、第２永久磁石１５は、第１永久磁石１４と同じ寸法の円筒体に作製され、第２固定子コア９Ａを囲繞するように装着されている。そして、第２永久磁石１５は、その着磁方向１７が径方向内方となるように着磁配向されている。つまり、第２永久磁石１５の着磁方向１７は第１永久磁石１４の着磁方向１７と逆向きとなっている。また、スペーサ１２が第２固定子コア９Ａと第３固定子コア２５との間に介装されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１１と同様に構成されている。
【０１０２】
従って、この実施の形態１２においても、上記実施の形態１１と同様の効果が得られる。
このように構成された回転電動機１１１においては、第１永久磁石１４と第２永久磁石１５との着磁方向１７が磁路中の磁束の流れ方向に関して一致しているので、それぞれの磁石厚みを薄くすることができ、径方向寸法を縮小することができる。
また、スペーサ１２が隣り合う第２固定子コア９Ａと第３固定子コア２５との間に介装されているので、第２永久磁石１５の磁束が第２固定子コア９Ａから軸方向に流れて第３固定子コア２５に入り、第３固定子コア２５から径方向外方に流れてフレーム１６に入り、フレーム１６内を軸方向に流れて第２永久磁石１５に戻る閉磁路の形成が阻止される。そこで、第２永久磁石１５の磁束が当該閉磁路を流れることなく回転子２Ｂに流れるので、回転子２Ｂを流れる磁束量の低減が抑制される。
【０１０３】
実施の形態１３．
図２０はこの発明の実施の形態１３に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【０１０４】
図２０において、スペーサ１２Ａは、コアバック８ａと同じ径方向寸法の円筒体に作製され、第３永久磁石１８は、スペーサ１２Ａと同じ軸方向長さを有し、際１永久磁石１４と同等の径方向寸法の円筒体に作製され、スペーサ１２Ａを囲繞するように装着され、第１永久磁石１４と第２固定子コア９との間に介装されている。そして、第３永久磁石１８は、その着磁方向１９が第１永久磁石１４から第２固定子コア９のコアバック９ａに向かうように軸方向に着磁配向されている。
なお、他の構成は上記実施の形態１１と同様に構成されている。
【０１０５】
このように構成された回転電動機１１２においては、第３永久磁石１８による磁束は、図２０中一点鎖線で示されるように、第３永久磁石１８から第２固定子コア９を介してフレーム１６に入り、フレーム１６内を第１永久磁石１４側に流れ、第１永久磁石１４を介して第３永久磁石１８に戻る磁路を形成する。この時、第３永久磁石１８による磁束は、第１永久磁石１４による磁束と逆向きにフレーム１６内を流れ、フレーム１６の磁気飽和が緩和される。つまり、第３永久磁石１８は軸方向磁路形成部材の磁気飽和緩和手段を構成する。
【０１０６】
このように、この実施の形態１３によれば、フレーム１６の磁気飽和が緩和されるので、有効磁束量が増え、出力を向上させることができるとともに、フレーム１６を薄肉化でき、回転電動機１１２の小型、軽量化が図られる。
【０１０７】
なお、上記実施の形態１３では、第１永久磁石１４の着磁方向１７が径方向外方となっているものとしているが、第１永久磁石１４の着磁方向１７は径方向内方であってもよい。この場合、第３永久磁石１８は、第２固定子コア９から第１永久磁石１４に向かうように軸方向に着磁配向される。
【０１０８】
実施の形態１４．
図２１はこの発明の実施の形態１４に係る回転電動機を示す横断面図である。
【０１０９】
図２１において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を周方向に例えば８つに等分割した形状である断面円弧形の短冊状の磁石体２０ａ〜２０ｈにより構成されている。そして、各磁石体２０ａ〜２０ｈは、着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。なお、他の構成は上記実施の形態１１と同様に構成されている。
【０１１０】
ここで、永久磁石が単一の円筒体に作製されている場合、回転子の回転に伴い永久磁石に鎖交する磁束成分が若干変動し、それに伴って永久磁石には変動磁束による渦電流損失が発生する。
このように構成された回転電動機１１３においては、永久磁石が複数の磁石体２０ａ〜２０ｈに分割されているので、渦電流路も同時に分割されることになり、結果として、渦電流が低減し、永久磁石に発生する渦電流損も低減できる。
【０１１１】
なお、上記実施の形態１３では、磁石体２０ａ〜２０ｈが第１固定子コア８の外周面上に周方向に隙間なく配列されているものとしているが、複数の磁石体を第１固定子コアの外周面上に周方向に所定の隙間を持って配列してもよく、１つの磁石体のみを配設してもよい。複数の磁石体を第１固定子コアの外周面上に周方向に配列する場合、等角ピッチに配列すれば、磁気バランスがよくなる。
【０１１２】
実施の形態１５．
図２２はこの発明の実施の形態１５に係る回転電動機を示す縦断面図である。
【０１１３】
図２２において、第１永久磁石が上述の円筒体の第１永久磁石１４を軸方向に２つに等分割した形状である円筒体の磁石体２１ａ，２１ｂにより構成されている。そして、磁石体２１ａ，２１ｂは、それぞれ着磁方向１７が径方向外方に向くように着磁配向されている。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成されている。
【０１１４】
このように構成された回転電動機１１４においては、磁石体２１ａ，２１ｂが、着磁方向１７を径方向外方に向けて、かつ軸方向に隣接して第１固定子コア８を囲繞するように嵌着されている。
したがって、この回転電動機１１４においても、永久磁石を分割することにより、渦電流路も分割され、永久磁石の渦電流損を低減することができる。
【０１１５】
なお、上記実施の形態１５では、第１永久磁石が軸方向に２つに分割された円筒体の磁石体により構成されているものとしているが、第１永久磁石は軸方向に３つ以上に分割されていてもよい。また、各磁石体は軸方向に隙間を持って配設されてもよい。
【０１１６】
実施の形態１６．
図２３はこの発明の実施の形態１６に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【０１１７】
図２３において、固定子６Ｅは、固定子コア７Ｅと固定子コイル１０とから構成されている。
【０１１８】
固定子コア７Ｅは、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ、９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１および第２固定子コア８，９からなる２対の第１コア対３０と、界磁コイル２４を挟んで、ティース２５ｂ、２６ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第３および第４固定子コア２５，２６からなる１対の第２コア対３０と、から構成されている。そして、２対の第１コア対３１は、第１固定子コア８同士を密接させて、かつティース８ｂの周方向位置を一致させて同軸に軸方向に配列されている。さらに、第２コア対３１は、２対の第１コア対３０の軸方向他側に、第３固定子コア２５を一方の第１コア対３０の第２固定子コア９に密接させて、かつティース９ｂ、２５ｂの周方向位置を一致させて同軸に配列されている。
【０１１９】
第１永久磁石１４が、各第１コア対３０の第１固定子コア８に外嵌状態に嵌着されている。各第１永久磁石１４は、着磁方向１７が径方向外方となるように着磁配向されている。２つの第１永久磁石１４と１つの界磁コイル２４により界磁起磁力発生手段を構成している。
【０１２０】
固定子コア７Ｅは、第１永久磁石１４および界磁コイル２４が装着されてフレーム１６内に収納、保持される。第１永久磁石１４、第２固定子コア９、第３固定子コア２５、および第４固定子コア２６の外周面が、フレーム１６により磁気的に連結される。
固定子コイル１０は、それぞれスロット８ｃ、９ｃ、２５ｃ、２６ｃを跨がないで軸方向に１列に配列しているティース８ｂ、９ｂ、２５ｂ、２６ｂの組に導線を巻回してなる６相の相コイル１１を有する。
【０１２１】
回転子２Ｃは、隔壁５を挟んで第１および第２回転子コア３，４を周方向に半突極ピッチずらして互いに密接して配置した固定子コア対を軸方向に１列に３対配列し、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着されて構成されている。そして、軸方向中央の回転子コア対と軸方向一側の回転子コア対とは、第１回転子コア３同士を密接させて、かつ突極３ｂの周方向位置を一致させている。また、軸方向中央の回転子コア対と軸方向他側の回転子コア対とは、第２回転子コア４同士を密接させて、かつ突極４ｂの周方向位置を一致させている。この回転子２Ｃは、一対の端板（図示せず）に回転軸１を軸支されて固定子コア７Ｅ内に回転自在に収納されて構成されている。なお、第１および第２回転子コア３，４は、第１乃至第４固定子コア８，９，２５，２６の内周側にそれぞれ位置している。
【０１２２】
このように構成された回転電動機１１５においても、図２３に矢印で示されるように、第１コア対３０のそれぞれにおいて、磁束は、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２固定子コア９に流れ、ついで第２固定子コア９から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。第２コア対３１では、界磁コイル２４による磁束は、第４固定子コア２６からフレーム１６を介して第３固定子コア２５に流れ、ついで第３固定子コア２５から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第４固定子コア２６に戻る磁路を形成する。
【０１２３】
また、界磁コイル２４への界磁電流量や通電方向を変えることで、磁束量や磁束の流れ方向が変わり、界磁起磁力発生手段による起磁力を調整することができる。
したがって、この実施の形態１６においても、上記実施の形態１１と同様の効果を奏する。また、この実施の形態１６によれば、第１永久磁石１４からの磁束がフレーム１６内を軸方向の両側に分岐して流れるので、１極当たりの磁束量を低減することができる。その結果、フレーム１６の径方向厚みを薄くしても、磁気飽和しにくくなり、フレーム１６の径を小さくできる。これにより、回転電動機１１５の小径化が可能となる。
【０１２４】
なお、上記実施の形態１６では、２つの第１コア対３０が第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに配設されているものとしているが、２つの第１コア対３０は、非磁性材料からなるスペーサなどを介して隣り合わせに配設されてもよい。
また、上記実施の形態１６では、第１回転子コア３同士および第２回転子コア４同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第１回転子コア３同士および第２回転子コア４同士は、それぞれ軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
【０１２５】
また、上記実施の形態１６では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８の外周に配設されているものとしているが、第１永久磁石１４は、第２固定子コア９の外周に配設されていてもよい。この場合、第１永久磁石１４が配設されている第２固定子コア９と第３固定子コア２５とが隣り合っているので、隣り合っている第２固定子コア９と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避し、回転子２Ｃに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。
【０１２６】
また、上記実施の形態１６では、２つの第１コア体３０が第１固定子コア８同士を密接させて隣り合わせに配設されているものとしているが、２つの第１コア対３０は、第２固定子コア９同士を密接させて隣り合わせに配設されてもよい。この場合、第１永久磁石１４が配設されている第１固定子コア８と第３固定子コア２５とが隣り合っているので、隣り合っている第１固定子コア８と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第１固定子コア８と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避し、回転子２Ｃに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。
【０１２７】
また、この実施の形態１６においても、上記実施の形態１２と同様に、第１固定子コア８の外周に配設された第１永久磁石１４に加えて、第２永久磁石を少なくとも一方の第２固定子コア９の外周に配設してもよい。この場合においても、第２永久磁石が第３固定子コア２５と隣り合う第２固定子コア９に配設されていれば、隣り合う第２固定子コア９と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避することが好ましい。
【０１２８】
実施の形態１７．
図２４はこの発明の実施の形態１７に係る回転電動機における磁束の流れを説明する縦断面図である。
【０１２９】
図２４において、固定子６Ｆは、固定子コア７Ｆと固定子コイル１０とから構成されている。
【０１３０】
固定子コア７Ｆは、スペーサ１２を挟んで、ティース８ｂ、９ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第１および第２固定子コア８，９からなる２対の第１コア対３０と、界磁コイル２４を挟んで、ティース２５ｂ、２６ｂの周方向位置を一致させて同軸に配置された第３および第４固定子コア２５，２６からなる１対の第２コア対３１と、から構成されている。そして、一方の第１コア対３０は、第２固定子コア９を第３固定子コア２５に密接させて、かつティース９ｂ、２５ｂの周方向位置を一致させて、第２コア対３１の軸方向一側に同軸に配列されている。さらに、他方の第１コア対３０は、第２固定子コア９を第４固定子コア２６に密接させて、かつティース９ｂ、２６ｂの周方向位置を一致させて、第２コア対３１の軸方向他側に同軸に配列されている。
【０１３１】
第１永久磁石１４が、各第１コア対３０の第１固定子コア８に外嵌状態に嵌着されている。第２コア対３１の軸方向一側の第１コア対３０に装着された第１永久磁石１４は、着磁方向１７が径方向外方となるように着磁配向され、第２コア対３１の軸方向他側の第１コア対３０に装着された第１永久磁石１４は、着磁方向１７が径方向内方となるように着磁配向されている。
【０１３２】
回転子２Ｄは、隔壁５を挟んで第１および第２回転子コア３，４を周方向に半突極ピッチずらして互いに密接して配置した固定子コア対を軸方向に１列に３対配列し、それらの回転軸挿入孔に挿通された回転軸１に固着されて構成されている。そして、軸方向中央の回転子コア対と軸方向一側の回転子コア対とは、第２回転子コア４同士を密接させて、かつ突極４ｂの周方向位置を一致させている。また、軸方向中央の回転子コア対と軸方向他側の回転子コア対とは、第１回転子コア３同士を密接させて、かつ突極３ｂの周方向位置を一致させている。この回転子２Ｄは、一対の端板（図示せず）に回転軸１を軸支されて固定子コア７Ｆ内に回転自在に収納されて構成されている。なお、第１および第２回転子コア３，４は、第１乃至第４固定子コア８，９，２５，２６の内周側にそれぞれ位置している。
なお、他の構成は上記実施の形態１６と同様に構成されている。
【０１３３】
このように構成された回転電動機１１６においては、図２４に矢印で示されるように、第２コア対３１では、界磁コイル２４による磁束は、第４固定子コア２６からフレーム１６を介して第３固定子コア２５に流れ、ついで第３固定子コア２５から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第４固定子コア２６に戻る磁路を形成する。第２コア対３１の軸方向一側の第１コア対３０では、磁束は、第１永久磁石１４からフレーム１６を介して第２固定子コア９に流れ、ついで第２固定子コア９から第２回転子コア４、隔壁５および回転軸１を介して第１回転子コア３に流れ、ついで第１回転子コア３から第１固定子コア８を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。また、第２コア対３１の軸方向他側の第１コア対３０では、磁束は、第１永久磁石１４から第１固定子コア８、第１回転子コア３、隔壁５および回転軸１を介して第２回転子コア４に流れ、ついで第２回転子コア４から第２固定子コア９、フレーム１６を介して第１永久磁石１４に戻る磁路を形成する。
【０１３４】
また、界磁コイル２４への界磁電流量や通電方向を変えることで、磁束量や磁束の流れ方向が変わり、界磁起磁力発生手段による起磁力を調整することができる。
したがって、この実施の形態１７においても、上記実施の形態１６と同様の効果を奏する。
【０１３５】
ここで、上記実施の形態１７では、２つの第１コア対３０が、第２固定子コア９を第３固定子コア２５と第４固定子コア２６とに密接させて第２コア対３１の両側に配設されているものとしているが、２つの第１コア対３０は、非磁性材料からなるスペーサなどを介して第２コア対３１の両側に配設されてもよい。
また、上記実施の形態１７では、第１回転子コア３同士および第２回転子コア４同士が密接して隣り合わせに配設されているものとしているが、第１回転子コア３同士および第２回転子コア４同士は、それぞれ軸方向に隙間をもって隣り合わせに配設されてもよい。
【０１３６】
また、上記実施の形態１７では、第１永久磁石１４が第１固定子コア８の外周に配設されているものとしているが、第１永久磁石１４は、第２固定子コア９の外周に配設されていてもよい。この場合、第１永久磁石１４が配設されている第２固定子コア９と第３固定子コア２５とが隣り合いっているので、隣り合っている第２固定子コア９と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避し、回転子２Ｄに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。同様に、第１永久磁石１４が配設されている第２固定子コア９と第４固定子コア２６とが隣り合っているので、隣り合っている第２固定子コア９と第４固定子コア２６との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第４固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避し、回転子２Ｄに流れる磁束量の低減を抑制することが好ましい。
【０１３７】
また、この実施の形態１７においても、上記実施の形態１２と同様に、第１固定子コア８の外周に配設された第１永久磁石１４に加えて、第２永久磁石を少なくとも一方の第２固定子コア９の外周に配設してもよい。この場合においても、第２永久磁石が第３固定子コア２５と隣り合う第２固定子コア９に配設されていれば、第２固定子コア９と第３固定子コア２５との間に隙間を設け、第２固定子コア９と第３固定子コア２５とフレーム１６とによる閉磁路の形成を回避することが好ましい。
【０１３８】
また、上記実施の形態１６，１７では、２対の第１コア対３０と１対の第２コア対３１とを軸方向に同軸に配列するものとしているが、第１および第２コア対３０，３１の対数はこれに限定されるものではなく、第１コア対３０が２対以上、第２コア対３１が１対以上であればよい。この場合、第１コア対３０同士は、第１固定子コア８同士を隣り合わせに配設される。また、第２コア対３１は、第３固定子コア２５又は第４固定子コア２６を第２固定子コア９に隣り合わせて、第１コア対３０に並設される。さらに、隣り合う第１コア対３０に装着される第１永久磁石１４は同一の着磁方向１７に着磁配向され、第２コア対３１を挟んで配設された第１コア対３０に装着される第１永久磁石１４は逆向きの着磁方向１７に着磁配向される。
【０１３９】
なお、上記各実施の形態１１〜１７では、第１乃至第４固定子コアが磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、第１乃至第４固定子コアは磁性鋼板を積層してなる積層鉄心に限定されるものではなく、例えば磁性金属の粉末を絶縁処理した後、加圧成形、熱処理を施して得られる圧粉コアを用いてもよい。
【０１４０】
また、上記実施の形態１１〜１７では、磁性材料で作製されたフレームを軸方向磁路形成部材として用いるものとしているが、軸方向磁路形成部材は軸方向に関して磁性材料で連続して作製されていればよく、例えば磁性材料で短冊状に作製された磁性部材を用いてもよい。この場合、短冊状の磁性部材を第１永久磁石の外周面と第２固定子コアの外周面とを連結するように、かつ第３固定子コアの外周面と第４固定子コアの外周面とを連結するように軸方向に延設すればよい。
【０１４１】
また、上記実施の形態１〜１７では、回転子を構成する第１および第２回転子コアが磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、第１および第２回転子コアが磁性鋼材の塊状体で作製されていてもよい。
また、上記実施の形態１〜１７では、固定子コイルが導線を集中巻きに巻回して構成されているものとしているが、固定子コイルは導線を分布巻きに巻回して構成されたものでもよい。
【０１４２】
また、上記実施の形態１〜１７では、スペーサを第１および第２固定子コア間に介装するものとしているが、所定の隙間が第１および第２固定子コア間に確保されていれば、スペーサを省略してもよい。
また、上記実施の形態１〜１７では、回転軸が磁性材料で作製されているものとしているが、回転子において、十分な磁束量が回転軸を介することなく第２回転子コアから第１回転子コアに流れるように構成されていれば、回転軸は必ずしも磁性材料で作製する必要はない。
【０１４３】
実施の形態１８．
図２５はこの発明の実施の形態１８に係る送風機を示す分解斜視図、図２６はこの発明の実施の形態１８に係る送風機における風の流れを説明する分解斜視図である。
【０１４４】
図２５において、ケース４０は、有底円筒状に作製され、フランジ部４１がその開口側に形成され、軸受４２が底部中央部に形成され、排気窓４３がケース４０の周壁の底部側に穿設されている。ブラケット４４は、軸受４５および通風窓４６を有し、フランジ部４１に締着固定されてケース４０の開口を塞口する。そして、回転電動機１０４が回転軸１をケース４０およびブラケット４４の軸受４２，４５に軸支されてケース４０内に収納されている。このとき、フレーム１６の外周壁面とケース４０の内周壁面との間に形成される隙間が、風路方向を軸方向とする通風路となる。ディヒューザ４７がブラケット４４のケース４０と反対側に固定状態に取り付けられる。遠心ファン４８がブラケット４４の軸受４５からの回転軸１の延出端に固着されて、ディヒューザ４７の内径側に回転自在に収納されている。ファンカバー４９は、ブラケット４４に取り付けられて、ディヒューザ４７および遠心ファン４８を内部に収納する。なお、ディヒューザ４７および遠心ファン４８が送風ファンを構成する。
【０１４５】
このように構成された送風機２００は、回転電動機１０４の回転駆動により、遠心ファン４８が回転駆動される。これにより、図２６中矢印で示されるように、ファンカバー４９から吸気された空気が、遠心ファン４８により径方向外方に曲げられ、ディヒューザ４７により軸方向の流れに整流される。ついで、ディヒューザ４７により軸方向の流れに整流された空気は、ブラケット４４により内径側に曲げられて通風窓４６からケース４０内に流入し、フレーム１６とケース４０の内周壁面との間の通風路を流通し、排気窓４３から排気される。
【０１４６】
そして、送風機２００は、空気の吸入機能を利用すれば、掃除機などに適用でき、空気の排気機能を利用すれば、ハンドドライヤーなどに適用できる。
【０１４７】
この実施の形態１８では、遠心ファン４８の駆動用モータとして小型化、高速化が可能な回転電動機１０４を用いている。そこで、回転電動機１０４が遠心ファン４８の吹き出し風路を阻害してしまうことがなく、回転電動機１０４の配置が容易となる。さらに、遠心ファン４８を大径化することなく所定の吸引力、あるいは送風圧力が得られるとともに、遠心ファン４８の小型化により、高速運転に対する耐遠心力性が確保される。
また、永久磁石１４が固定子鉄心に装着されているので、固定子の起磁力高調波成分がほとんど永久磁石１４を通過することがない。そこで、永久磁石１４の渦電流損失を低く抑えることができ、永久磁石１４の温度上昇が抑制される。
【０１４８】
また、回転電動機１０４が高速回転されると、軸受４２，４５での発熱量が増大する。しかし、ケース４０内に流入した空気が、回転電動機１０４のフレーム１６とケース４０の内周壁面との間の通風路をフレーム１６の外周壁面に沿って軸方向に流れて排気窓４３から排気されるように構成されている。さらに、永久磁石１４の磁石構成面のなかで最も大面積の外周面がフレーム１６の内周壁面に接している。そこで、軸受４２，４５で発生した熱が永久磁石１４に伝達されても、熱は永久磁石１４からフレーム１６に伝達され、フレーム１６の外周壁面に沿って流れる空気に放熱される。したがって、永久磁石１４の過度の温度上昇が抑えられ、永久磁石１４が熱減磁することもない。そこで、高価なジスプロシウム（Ｄｙ）元素の添加量を増やして、耐熱性を高める必要もないので、永久磁石１４の低コスト化が図られる。
【０１４９】
実施の形態１９．
図２７はこの発明の実施の形態１９に係る送風機を示す分解斜視図である。
【０１５０】
図２７において、静翼５０は、回転電動機１０４のフレーム１６の外径と同等の内径を有し、軸方向長さがフレーム１６の軸方向長さより長い円筒状に作製されたパイプ５１と、パイプ５１の軸方向の一側の外周面に形成されたブレード５２と、を有し、パイプ５１をフレーム１６の外周面に接するように回転電動機１０４に外嵌状態に嵌着されている。ケース５３は、軸方向長さがパイプ５１の軸方向長さより長い円筒状に作製され、パイプ５１との間に隙間を形成するように静翼５０に外嵌状態に嵌着されている。このとき、パイプ５１の外周壁面とケース５３の内周壁面との間に形成される隙間が、風路方向を軸方向とする通風路となる。一対の動翼５４ａ，５４ｂは、回転電動機１０４の回転軸１の両端にそれぞれ固着され、ケース５３の軸方向両側に配設されている。ファンカバーとしてのベルマウス５５がケース５３の軸方向一側の開口に嵌着されている。なお、動翼５４ａ，５４ｂと静翼５０とにより軸流ファンを構成している。
【０１５１】
このように構成された送風機２０１は、回転電動機１０４の回転駆動により、一対の動翼５４ａ，５４ｂが回転駆動される。これにより、図２７中矢印で示されるように、空気がベルマウス５５から軸方向に流入し、動翼５４ａにより圧力を高められる。そして、その周方向成分を持った空気の流れが、動翼５４ａの下流側に配設された静翼５０のブレード５２により軸方向に向けられてパイプ５１とケース５３との間の通風路をパイプ５１の外周壁面に沿って流れる。そして、パイプ５１とケース５３との間の通風路を流れた空気が動翼５４ｂにより外部に排出される。
【０１５２】
この送風機２０１は、上述の送風機２００と同様に、空気の吸入機能を利用すれば、掃除機などに適用でき、空気の排気機能を利用すれば、ハンドドライヤーなどに適用できる。
【０１５３】
この実施の形態１９では、動翼５４ａ，５４ｂの駆動用モータとして小型化、高速化が可能な回転電動機１０４を用いている。そこで、回転電動機１０４が遠軸流ファンの吹き出し風路を阻害してしまうことがなく、回転電動機１０４の配置が容易となる。さらに、動翼５４ａ，５４ｂを大径化することなく所定の吸引力、あるいは送風圧力が得られるとともに、動翼５４ａ，５４ｂの小型化により、高速運転に対する耐遠心力性が確保される。
また、永久磁石１４が固定子鉄心に装着されているので、固定子の起磁力高調波成分がほとんど永久磁石１４を通過することがない。そこで、永久磁石１４の渦電流損失を低く抑えることができ、永久磁石１４の温度上昇が抑制される。
【０１５４】
また、ケース５３内に流入した空気が、回転電動機１０４のフレーム１６に接するように外嵌状態に嵌着されたパイプ５１の外周壁面とケース５３の内周壁面との間の通風路を軸方向に流通するように構成されている。さらに、永久磁石１４の磁石構成面のなかで最も大面積の外周面がパイプ５１と接するフレーム１６の内周壁面に接している。そこで、軸受（図示せず）などで発生した熱が永久磁石１４に伝達されても、熱は永久磁石１４からフレーム１６を介してパイプ５１に伝達され、パイプ５１の外周壁面に沿って流れる空気に放熱される。さらに、パイプ５１の外周壁面に形成されたブレード５２が放熱フィンとして作用し、永久磁石１４の熱が効果的に放熱される。したがって、永久磁石１４の過度の温度上昇が抑えられ、永久磁石１４が熱減磁することもない。そこで、高価なジスプロシウム（Ｄｙ）元素の添加量を増やして、耐熱性を高める必要もないので、永久磁石１４の低コスト化が図られる。
【０１５５】
なお、上記実施の形態１９では、軸流ファンが静翼と静翼を挟むように配置された一対の動翼とから構成されているものとしているが、軸流ファンは、少なくとも静翼と動翼とを有していればよい。
また、上記実施の形態１９では、静翼が回転電動機のフレームに外嵌状態に嵌着されているものとしているが、静翼を回転電動機の上流側に動翼に近接して配置してもよい。この場合、動翼と静翼との位置が近接するので、動翼と静翼との間での流体剥離の発生が抑制され、流体損失を低減することができる。
【０１５６】
実施の形態２０．
図２８はこの発明の実施の形態２０に係る送風機における回転電動機の構成を説明する分解斜視図である。
【０１５７】
図２８において、ブレード５２がフレーム１６の軸方向一側の外周面に形成されている。そして、フレーム１６とブレード５２とにより静翼を構成している。
なお、他の構成は上記実施の形態１９と同様に構成されている。
また、図２８中、固定子コイルが省略され、第１回転子コア３、第１固定子コア８、および第１永久磁石１４は、それぞれ隣り合う第１回転子コアの対、第１固定子コアの対、および第１永久磁石の対に対応している。
【０１５８】
この実施の形態２０では、回転電動機１０４Ａのフレーム１６が静翼のパイプを兼用しているので、送風機の小型化が図られる。
また、熱は永久磁石１４からフレーム１６に伝達され、フレーム１６の外周壁面に沿って流れる空気に放熱されるので、永久磁石１４がより効果的に冷却される。
【０１５９】
ここで、上記実施の形態１８〜２０では、送風機の駆動モータとして実施の形態５による回転電動機１０４を用いるものとしているが、他の実施の形態による回転電動機を用いても同様の効果が得られる。
【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６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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【国際調査報告】
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2009136574.tif 000032
2009136574.tif 000033
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