(57)【要約】【課題】アキシャルギャップ型の回転機において、固定子を２としつつ、固定子が１の回転電機に比べて電機子巻線を増すことなく、双方の固定子から回転子に働くスラスト力をキャンセルする。【解決手段】回転子２００は、回転軸Ｑに対する周方向に沿って配列された永久磁石２２を有しており、これらは複数の磁極を交互に呈する。また回転子２００は、磁性板２３を有しており、第２固定子３００側において永久磁石２２に設けられる。磁性板２３は、永久磁石２２に流入出する磁束を部分的に永久磁石２２同士で短絡させ、また部分的に第２固定子３００側へと流入出させる。これにより第２固定子３００と回転子２００との間に働くスラスト力を弱めることができる。【選択図】図１
2008199811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（Ｑ）周りで回転する回転子（２００）と、
前記回転子に対して前記回転軸に沿って対向する第１固定子（１００）と、
前記回転子に対して前記回転軸に沿って前記第１固定子とは反対側で対向する第２固定子（３００）と
を備え、
前記回転子は、
前記回転軸に対する周方向に沿って配列された複数の磁極（２２；２７）と、
前記第２固定子側において前記磁極に設けられ、前記磁極に流入出する磁束を部分的に前記磁極同士で短絡させ、部分的に前記第２固定子側に流入出させる磁性板（２３）と
を有し、
前記第１固定子は、
前記磁極と間隔を空けて対向し、前記周方向に沿って配列された複数の磁芯（１２）と、
少なくとも一つの前記磁芯に巻回される複数の電機子巻線（１３）と
を有し、
前記第２固定子は、
前記磁性板と間隔を空けて対向する固定子用磁性板（３００）
を有する回転電機。
【請求項２】
前記第１固定子（１００）は、
前記回転子（２００）と反対側で前記磁芯（１２）を連結するバックヨーク（１１）
を更に有し、
前記固定子用磁性板（３００）の前記回転軸（Ｑ）に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも小さい、請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
前記固定子用磁性板（３００）の前記回転軸（Ｑ）に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも、前記磁性板（２３）の前記回転軸に沿った厚みだけ小さい、請求項２記載の回転電機。
【請求項４】
前記回転子（２００）と反対側で前記固定子用磁性板（３００）を固定する部材（６）
を更に備える、請求項２乃至請求項３のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項５】
前記固定子用磁性板（３００）は圧粉鉄心を材料とする、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子用磁性板（３００）は前記回転軸（Ｑ）を中心に鋼板を巻回した巻鉄心である、請求項１記載の回転電機。
【請求項７】
前記固定子用磁性板（３００）は前記回転軸（Ｑ）を中心に鋼板を巻回した巻鉄心であり、
前記バックヨーク（１１）は前記回転軸に沿って鋼板を積層した積層鉄心であり、
前記積層鉄心の前記鋼板の厚みは、前記巻鉄心の前記鋼板の厚みより大である、請求項２乃至請求項４のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項８】
前記回転子（２００）は、
前記磁極（１２）を保持する第１凹部（２４１）と、回転シャフト（５）を嵌合させる孔（２４０）とが設けられた非磁性のホルダー（２４）
を更に有する、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項９】
前記ホルダー（２４）と、前記磁性板（２３）とが面にて密着する、請求項８記載の回転電機。
【請求項１０】
前記ホルダー（２４）と密着する前記磁性板（２３）との前記面には第２凹部（２４ｂ）が設けられ、
前記第２凹部には接着剤が設けられる、請求項９記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ホルダー（２４）は、前記磁性板（２３）を嵌合させる第２凹部（２４ｄ）が設けられる、請求項９記載の回転電機。
【請求項１２】
前記磁性板（２３）は、一枚の鋼板を打ち抜いて成る、請求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１３】
前記磁性板（２３）は、前記回転子（２００）の磁極中心付近で前記周方向に分割された鋼板（２３１）を組み合わせて成る、請求項１乃至請求項１１のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１４】
前記磁極（２２）は永久磁石である、請求項１乃至請求項１３のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１５】
前記回転子（２００）は、
前記磁極（２２）の前記第１固定子（１００）側に設けられた磁性体（２１）
を更に有する、請求項１４記載の回転電機。
【請求項１６】
前記回転子（２００）は、
前記磁性板（２３）に対して前記第１固定子側で、前記周方向において前記磁極に対して交互に配置される磁性体（２５）
を更に有する、請求項１４乃至請求項１５のいずれか一つに記載の回転電機。
【請求項１７】
前記回転子（２００）と前記第１固定子（１００）との間の前記回転軸（Ｑ）に沿った長さと、前記回転子と前記第２固定子（３００）との間の前記回転軸に沿った長さとが等しい、請求項１乃至請求項１６のいずれか一つに記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は回転電機に関し、特に回転子の軸方向に沿って、回転子と固定子とが対向する、いわゆるアキシャルギャップ型モータのスラスト力の軽減に関する。
【背景技術】
【０００２】
アキシャルギャップ型モータは、回転子の回転軸方向に薄型化しても、永久磁石を十分に設けることができる。また、電機子巻線の占積率も容易に高めることができ、出力密度及びトルク密度が向上する。
【０００３】
しかしながら、ラジアルギャップ型モータとは異なり、回転子に対して回転軸方向に沿って固定子が対向するため、両者の間に作用する吸引力（スラスト力）は、回転によってキャンセルされない。そこで、一つの回転電機において回転子と固定子とに作用するスラスト力を、向きを反対にして一対働かせ、相殺させる技術が提案されている。
【０００４】
その一つの態様として、一の固定子に対して回転軸方向に沿って相互に反対方向からそれぞれ回転子が対向する形態が考えられる。しかしこの場合、回転子が一対になることにより、回転子に設けられる永久磁石が二倍必要となってしまう。
【０００５】
下記特許文献１では、片側の回転子のみに永久磁石を設ける技術が提案されている。しかし回転シャフトを二つの回転子で保持することになり、その保持が困難となってしまう。またねじり振動が発生し易い構造を採ることになる。
【０００６】
別の態様として、一の回転子に対して回転軸方向に沿って相互に反対方向からそれぞれ固定子が対向する形態が考えられる。しかしこの場合、固定子が一対になることにより、固定子に設けられる電機子巻線を巻回する場所の数が二倍必要となってしまう。これは工程数を増加させ、しかも電機子巻線を結線する個所が増加してデッドスペースを増大させてしまう。
【０００７】
下記特許文献２では、単相インダクションモータにおいて、二の固定子の一方の主巻線を、他方に補助巻線を設け、電機子巻線の数を増加させない技術が提案されている。しかし通常、主巻線に流れる電流は補助巻線に流れる電流より大であるため、スラスト力の相殺は十分ではない。
【０００８】
またこの技術を３相の固定子に応用することを想定すると、通常はコイルが相毎に順に挿入されるため、３の固定子に分けて巻くことになる。あるいは２相分を一方の固定子に、のこりの１相を他の固定子に設けることとなる。
【０００９】
しかし、これでも、両側の固定子にコイルを設けることで、わたり線や結線が増大し、また、上下の固定子間の結線が回転子の外径を制限してしまう。
【００１０】
なお、本発明に関する文献として、更に特許文献３を挙げておく。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６１−１８５０４０号公報
【特許文献２】特開平１−１７４２４８号公報
【特許文献３】特開２００６−３５３０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、アキシャルギャップ型の回転機において、固定子を２としつつ、固定子が１の回転電機に比べて電機子巻線を増すことなく、双方の固定子から回転子に働く磁気吸引力（スラスト力）をキャンセルする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明にかかる回転電機の第１の態様は、回転軸（Ｑ）周りで回転する回転子（２００）と、前記回転子に対して前記回転軸に沿って対向する第１固定子（１００）と、前記回転子に対して前記回転軸に沿って前記第１固定子とは反対側で対向する第２固定子（３００）とを備える。そして前記回転子は、前記回転軸に対する周方向に沿って配列された複数の磁極（２２；２７）と、前記第２固定子側において前記磁極に設けられ、前記磁極に流入出する磁束を部分的に前記磁極同士で短絡させ、部分的に前記第２固定子側に流入出させる磁性板（２３）とを有する。前記第１固定子は、前記磁極と間隔を空けて対向し、前記周方向に沿って配列された複数の磁芯（１２）と、少なくとも一つの前記磁芯に巻回される複数の電機子巻線（１３）とを有する。前記第２固定子は、前記磁性板と間隔を空けて対向する固定子用磁性板（３００）を有する。
【００１４】
この発明にかかる回転電機の第２の態様は、その第１の態様であって、前記第１固定子（１００）は、前記回転子（２００）と反対側で前記磁芯（１２）を連結するバックヨーク（１１）を更に有する。そして、前記固定子用磁性板（３００）の前記回転軸（Ｑ）に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも小さい。
【００１５】
この発明にかかる回転電機の第３の態様は、その第２の態様であって、前記固定子用磁性板（３００）の前記回転軸（Ｑ）に沿った厚みは、前記バックヨークの前記回転軸に沿った厚みよりも、前記磁性板（２３）の前記回転軸に沿った厚みだけ小さい。
【００１６】
この発明にかかる回転電機の第４の態様は、その第２乃至第３の態様のいずれかであって、前記回転子（２００）と反対側で前記固定子用磁性板（３００）を固定する部材（６）を更に備える。
【００１７】
この発明にかかる回転電機の第５の態様は、その第１乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子用磁性板（３００）は圧粉鉄心を材料とする。
【００１８】
この発明にかかる回転電機の第６の態様は、その第１の態様であって、前記固定子用磁性板（３００）は前記回転軸（Ｑ）を中心に鋼板を巻回した巻鉄心である。
【００１９】
この発明にかかる回転電機の第７の態様は、その第２乃至第４の態様のいずれかであって、前記固定子用磁性板（３００）は前記回転軸（Ｑ）を中心に鋼板を巻回した巻鉄心であり、前記バックヨーク（１１）は前記回転軸に沿って鋼板を積層した積層鉄心である。そして、前記積層鉄心の前記鋼板の厚みは、前記巻鉄心の前記鋼板の厚みより大である。
【００２０】
この発明にかかる回転電機の第８の態様は、その第１乃至第７の態様のいずれかであって、前記回転子（２００）は、前記磁極（１２）を保持する第１凹部（２４１）と、回転シャフト（５）を嵌合させる孔（２４０）とが設けられた非磁性のホルダー（２４）を更に有する。
【００２１】
この発明にかかる回転電機の第９の態様は、その第８の態様であって、前記ホルダー（２４）と、前記磁性板（２３）とが面にて密着する。
【００２２】
この発明にかかる回転電機の第１０の態様は、その第９の態様であって、前記ホルダー（２４）と密着する前記磁性板（２３）との前記面には第２凹部（２４ｂ）が設けられ、前記第２凹部には接着剤が設けられる。
【００２３】
この発明にかかる回転電機の第１１の態様は、その第９の態様であって、前記ホルダー（２４）は、前記磁性板（２３）を嵌合させる第２凹部（２４ｄ）が設けられる。
【００２４】
この発明にかかる回転電機の第１２の態様は、その第１乃至第１１の態様のいずれかであって、前記磁性板（２３）は、一枚の鋼板を打ち抜いて成る。
【００２５】
この発明にかかる回転電機の第１３の態様は、その第１乃至第１１の態様のいずれかであって、前記磁性板（２３）は、前記回転子（２００）の磁極中心付近で前記周方向に分割された鋼板（２３１）を組み合わせて成る。
【００２６】
この発明にかかる回転電機の第１４の態様は、その第１乃至第１３の態様のいずれかであって、前記磁極（２２）は永久磁石である。
【００２７】
この発明にかかる回転電機の第１５の態様は、その第１４の態様であって、前記回転子（２００）は、前記磁極（２２）の前記第１固定子（１００）側に設けられた磁性体（２１）を更に有する。
【００２８】
この発明にかかる回転電機の第１６の態様は、その第１４乃至第１５の態様のいずれかであって、前記回転子（２００）は、前記磁性板（２３）に対して前記第１固定子側で、前記周方向において前記磁極に対して交互に配置される磁性体（２５）を更に有する。
【００２９】
この発明にかかる回転電機の第１７の態様は、その第１乃至第１６の態様のいずれかであって、前記回転子（２００）と前記第１固定子（１００）との間の前記回転軸（Ｑ）に沿った長さと、前記回転子と前記第２固定子（３００）との間の前記回転軸に沿った長さとが等しい。
【発明の効果】
【００３０】
この発明にかかる回転電機の第１の態様によれば、回転子と第１固定子との間に働くスラスト力と、回転子と第２固定子との間に働くスラスト力とを相殺させる。これにより回転子を支持する軸受の損失の低減及び寿命の向上が得られる。しかも、第２固定子の構成を単純にできる。更に、磁性板が回転子に設けられているので、回転子と第２固定子との間のいわゆるエアギャップが小さくても、両者に働くスラスト力を低減し、回転子と第１固定子との間に働くスラスト力との相殺が容易となる。
【００３１】
この発明にかかる回転電機の第２の態様によれば、バックヨークを第１固定子に設けることにより、電機子巻線に流される電機子電流によって発生する磁界を効率よく回転子に供給できる。しかも磁性板は磁極に流入出する磁束を部分的にしか固定子用磁性板に流入出させないので、固定子用磁性板に必要な厚みは小さく、以てその材料を節約することができる。
【００３２】
この発明にかかる回転電機の第３の態様によれば、固定子用磁性板から回転子と反対側への磁束の漏れを無くし、回転子と第２固定子との間に働くスラスト力を小さくし過ぎない。
【００３３】
この発明にかかる回転電機の第４の態様によれば、固定子用磁性板の機械的強度を補強する。
【００３４】
この発明にかかる回転電機の第５の態様によれば、他の部材への取り付けが容易である。
【００３５】
この発明にかかる回転電機の第６の態様によれば、回転子との間で流入出する磁束は固定子用磁性板の中を回転軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板の磁気抵抗を小さくすることができる。
【００３６】
この発明にかかる回転電機の第７の態様によれば、回転子との間で流入出する磁束は固定子用磁性板の中を回転軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板の磁気抵抗を小さくすることができる。またバックヨークに流れる磁束は回転軸に垂直な方向に通るので、磁束が通る経路でのバックヨークの磁気抵抗を小さくすることができる。しかも積層鉄心の鋼板の厚みを厚くして磁芯を保持したり他部へ固着するときの機械的強度を高くし、巻鉄心の鋼板の厚みを薄くして巻回という機械的加工を容易とする。
【００３７】
この発明にかかる回転電機の第８の態様によれば、磁極同士の間での磁束の短絡なしに、磁極の位置決めをしたり、回転シャフトを回転子へ固定したりする。
【００３８】
この発明にかかる回転電機の第９の態様によれば、ホルダーと、磁性板との密着強度を高める。
【００３９】
この発明にかかる回転電機の第１０の態様によれば、ホルダーと磁性板との密着に必要な接着剤の量を低減できる。
【００４０】
この発明にかかる回転電機の第１１の態様によれば、磁性板の位置決めが容易である。
【００４１】
この発明にかかる回転電機の第１２の態様によれば、磁性板を容易に形成できる。磁性板は第１固定子とは反対側にあるので、その中での磁束の変動は小さい。よって一枚の鋼板を打ち抜いた磁性板であっても磁気抵抗の問題は小さい。
【００４２】
この発明にかかる回転電機の第１３の態様によれば、鋼板の分割個所が磁極中心であるので、磁極同士の間で磁束を短絡させる経路の磁気抵抗を高めずに、分割した鋼板を用いて磁性板を得ることができる。
【００４３】
この発明にかかる回転電機の第１４の態様によれば、回転子を簡易に作製することができる。
【００４４】
この発明にかかる回転電機の第１５の態様によれば、永久磁石における渦電流損や減磁を小さくできる。
【００４５】
この発明にかかる回転電機の第１６の態様によれば、いわゆるｑ軸インダクタンスを高め、リラクタンストルクを発生させる。
【００４６】
この発明にかかる回転電機の第１７の態様によれば、二つのいわゆるエアギャップを小さくすることができ、回転電機の回転軸に沿った長さを小さくできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
第１の実施の形態．
図１は、この発明の第１の実施の形態にかかる回転電機を、その回転軸Ｑ方向に分解して示す斜視図である。回転軸Ｑが延在する方向を以下、座標軸のＺ軸方向に採って説明する。
【００４８】
図２は、当該回転電機を回転軸Ｑ方向に分解することなく示す断面図である。図２は、回転軸Ｑを含み、これにＺ軸に平行な断面を示している。但し図１及び図２においては回転電機において通常設けられる回転シャフト及びこれと回転子とを結合する構造を省略している。
【００４９】
当該回転電機は第１固定子１００、回転子２００、第２固定子３００を備えている。回転子２００は回転軸Ｑ周りで回転する。第１固定子１００は回転子２００に対して回転軸Ｑに沿って対向する。第２固定子３００は回転子２００に対して回転軸Ｑに沿って第１固定子とは反対側で対向する。
【００５０】
回転子２００は、回転軸Ｑに対する周方向に沿って配列された永久磁石２２を有しており、これらは複数の磁極を交互に呈する。永久磁石２２を採用することにより、界磁磁束を発生する回転子を簡易に作製することができる。
【００５１】
また回転子２００は、磁性板２３を有しており、第２固定子３００側において永久磁石２２に設けられる。
【００５２】
図３は一つの永久磁石２２が存在する位置及びその周囲において、回転子２００の周方向に沿った断面を展開して示す断面図である。永久磁石２２は、通常、Ｚ軸方向に異方性を有する。これにより、着磁されたときの磁化が高く、また、第１固定子１００及び第２固定子３００の両方に最も漏れが少なく界磁磁束を供給することができる。なお、図３ではＳ極とＮ極の磁極がそれぞれ第１固定子１００及び第２固定子３００側に呈示している場合が例示されているが、これらの磁極の位置は、永久磁石２２が配置された位置によって異なる。
【００５３】
磁性板２３は、永久磁石２２に流入出する磁束を部分的に永久磁石２２同士で短絡させ、また部分的に第２固定子３００側へと流入出させる。磁性板２３には回転シャフト（図示省略）を通すための孔２３０が設けられている。
【００５４】
第１固定子１００は、複数の磁芯１２と複数の電機子巻線１３とを有する。磁芯１２は周方向に沿って配列される。電機子巻線１３は、ここでは集中巻の態様で磁芯１２に巻回されているが、複数の磁芯１２に跨って巻回されて分布巻の形態を採ってもよい。磁芯１２及び電機子巻線１３は回転子２００と接触しないように間隔を空けて対向している。
【００５５】
ここでは、第１固定子１００が磁性板１４を更に有している場合が例示されているが、これは省略してもよい。
【００５６】
磁性板１４は回転子２００側から磁芯１２に設けられており、スリット１４１及び孔１４０が穿たれている。孔１４０は回転シャフトを通すためのものであり、スリット１４１は磁芯１２同士が磁気的に短絡することを防止するためのものである。スリット１４１は径方向に延在して、その両端部が薄肉部１４３で規定されている。孔１４０は回転シャフトと近接しないことが望ましい。磁性体の回転シャフトを介して磁束が短絡することを防ぐためである。
【００５７】
磁性板１４は、薄肉部１４３と、これによって相互に連結され、磁芯１２毎に設けられた幅広部１４２とを有している。幅広部１４２は回転子２００との対向面積を増す機能を担っており、磁芯１２よりも少なくとも周方向における寸法が広い。薄肉部１４３は容易に磁気飽和する程度の厚みを有しているので、幅広部１４２同士を機械的に連結すると共に、スリット１４１と併せて幅広部１４２同士を磁気的に独立させている。
【００５８】
磁性板１４を設けることにより、エアギャップにおける磁束密度が向上するとともに、第１固定子１００がエアギャップ側に呈する面の平面度が向上するので、エアギャップをより小さくすることができる。
【００５９】
なお、スリット１４１とその両端の薄肉部１４３とが存在する位置において磁性板１４の厚さを薄くし、径方向全体に亘って幅広部１４２同士を連結してもよい。この場合、当該位置における磁性板１４の厚さは、薄肉部１４３と同様、容易に磁気飽和する程度の厚みとすることが望まれる。
【００６０】
第２固定子３００は、固定子用磁性板３００であって、磁性板２３と間隔を空けて対向する。当該間隔が、第２固定子３００と回転子２００との間の、いわゆるエアギャップに相当する。固定子用磁性板３００には回転シャフトを通すための孔３０が設けられている。
【００６１】
回転子２００と第１固定子１００との間に働くスラスト力（以下「第１スラスト力」とも言う）と、回転子２００と第２固定子３００との間に働くスラスト力（以下「第２スラスト力」とも言う）とは、向きが反対であるので、両者を相殺させることができる。これにより回転子２００を支持する軸受（図示省略）の損失の低減及び寿命の向上が得られる。しかも、第２固定子３００の構成が単純である。特に、エアギャップが同一であれば、第２スラスト力は第１スラスト力よりも大きいので、その差分を磁束２３が短絡させることにより相殺できる。
【００６２】
更に、磁性板２３は永久磁石２２に流入出する磁束を部分的に第２固定子３００側へと流入出させる。よって回転子２００と第２固定子３００との間のいわゆるエアギャップが小さくても、第２スラスト力を低減できる。よって、第２スラスト力と、第１スラスト力との相殺が容易となる。
【００６３】
このような相殺が容易であるので、第１固定子１００側のエアギャップと、第２固定子３００側のエアギャップとの長さを等しくすることができる。これは機械的精度から要求される最小のエアギャップを採用することを許し、回転電機の回転軸Ｑに沿った長さを小さくできる点で有益である。
【００６４】
またエアギャップを小さくすれば磁気抵抗を最小とすることができ、動作点磁束密度を上昇させ、永久磁石２２のエネルギーを有効に利用することができる。
【００６５】
なお、第１固定子１００の励磁によって、第１スラスト力と第２スラスト力との差が変動することも考えられる。そこで、一方のエアギャップを可変として、調整することもできる。この際、コイルがない第２固定子３００をＺ軸方向に若干移動できるような機構を設けてもよい。
【００６６】
第１固定子１００はバックヨーク１１を更に有する。回転子２００と反対側で、バックヨーク１１がその表面１１ａにおいて磁芯１２を連結する。バックヨーク１１を設けることにより、電機子巻線１３に流される電機子電流によって発生する磁界を、効率よく回転子２００に供給できる。バックヨーク１１には回転シャフトを通すための孔１１０が設けられている。
【００６７】
固定子用磁性板３００の回転軸Ｑに沿った厚みは、バックヨーク１１の回転軸Ｑに沿った厚みよりも小さくて済む。磁性板２３が永久磁石に流入出する磁束を部分的にしか固定子用磁性板３００に流入出させないからである。よって固定子用磁性板３００に必要な材料を節約することができる。
【００６８】
例えば固定子用磁性板３００の厚みは、バックヨーク１１の厚みよりも、磁性板２３の厚みだけ小さく選択される。固定子用磁性板３００から回転子２００と反対側への磁束の漏れを無くすためであり、また第２スラスト力を小さくし過ぎないためでもある。これにより固定子用磁性板３００の強度が低下する場合は、回転機２００に別途に設けるホルダー等、他の部材に密着させることで、強度を増せばよい。当該ホルダーについては後述する。
【００６９】
回転子２００は、永久磁石２２の第１固定子１００側に、磁性体２１を更に設ける。もちろん、永久磁石２２が呈する磁極同士を短絡させないためには、磁性体２１同士の間隔は、第１固定子１００と回転子２００との間のエアギャップの２倍以上あることが望ましい。例えば磁性体２１は永久磁石２２と同形に形成され、これと揃えて設けられる。
【００７０】
電機子巻線１３に電機子電流が流れ、第１固定子１００が励磁されることにより、回転子２００に減磁界が作用したとしても、磁性体２１によって永久磁石２２に作用する減磁界が緩和される。
【００７１】
また、永久磁石２２が焼結の希土類磁石で形成されている場合、その抵抗率は小さいため、渦電流が生じやすい。しかしながら磁性体２１を抵抗率が高い材質、例えば圧粉鉄心で形成することにより、第１固定子１００によって励磁される磁界は永久磁石２２まで作用せず、永久磁石２２内部の渦電流による発熱や損失を低減できる。これは当該磁界が有するキャリア周波数成分が高い程、有効である。
【００７２】
他方、第２固定子３００は励磁されないため、磁性体２１の機能は磁性板２３には要求されない。しかしながら、永久磁石２２に流入出する磁束の一部を短絡することで、第１スラスト力と、第２スラスト力とを釣り合わせることができる。永久磁石２２で発生して第１固定子１００と鎖交する界磁磁束は、その一部が回転子２００を回転させるために用いられるので、磁性板２３によって第２固定子２００と鎖交する界磁磁束を減らしている。
【００７３】
次に、第１固定子１００及び第２固定子３００の材質について例示する。第２固定子３００として採用される固定子用磁性板３００の材料として圧粉鉄心を採用することができる。この場合、他の部材、例えば回転電機の枠への取り付けが容易となる。
【００７４】
回転軸Ｑを中心に巻回した巻鉄心であると好適である。回転子２００との間で流入出する磁束は固定子用磁性板３００の中をＺ軸方向及び周方向に通るので、磁束が通る経路での固定子用磁性板３００の磁気抵抗を小さくすることができるからである。
【００７５】
当該巻鉄心は、薄板で作られるのが望ましく、具体的には、例えば０．３５ｍｍ以下の電磁鋼板や、０．１ｍｍ未満のアモルファス鋼板等が考えられる。巻くことで歪が入るのを除去するために、焼鈍をしてもよい。
【００７６】
他方、第１固定子１００のバックヨーク１１はＺ軸に沿って鋼板を積層した積層鉄心であることが望ましい。バックヨーク１１に流れる磁束はＺ軸に垂直な方向に通るので、磁束が通る経路でのバックヨーク１１の磁気抵抗を小さくすることができるからである。
【００７７】
バックヨーク１１となる積層鉄心の鋼板の厚みは、固定子用磁性板３００となる巻鉄心の鋼板の厚みより大きいことが望ましい。積層鉄心の鋼板の厚みを厚くして磁芯１２を保持したり他部へ固着するときの機械的強度を高くすることができる一方、巻鉄心の鋼板の厚みを薄くして巻回という機械的加工を容易とするのである。
【００７８】
また磁芯１２は圧粉鉄心を採用してもよいが、磁芯１２に流れる磁束はＺ軸に沿って流れるので、Ｚ軸方向に平行な軸を採用して巻回された巻鉄心を採用することも好ましい。
【００７９】
バックヨーク１１として上記のように積層された鋼板を採用する場合、特に磁芯１２は表面１１ａからバックヨーク１１へと一定深さに入り込んで設けると好適である。磁心１２では、Ｚ軸方向成分の磁束の流れが主であり、バックヨーク１１においてＺ軸方向に積層された鋼板では、鋼板の皮膜や積層間の隙間が空隙となって磁気抵抗が増すからである。
【００８０】
磁性板２３は、第１固定子１００とは反対側で永久磁石２２に接触しているので、磁束の変動は小さいと思われる。従って、一枚の鋼板を打ち抜いて作れば十分である。例えば、０．３５ｍｍや０．５ｍｍの電磁鋼板で構成する。
【００８１】
図４は回転子２００として採用できる回転子２００Ａの構造を、その回転軸Ｑ方向に分解して示す斜視図である。図５及び図６は回転子２００Ａを回転軸Ｑ方向に分解することなく示す斜視図であり、それぞれ第２固定子３００側及び第１固定子１００側から見たものである。
【００８２】
回転子２００Ａは永久磁石２２を固定するホルダー２４を備える。ホルダー２４は非磁性であって、永久磁石２２を保持する凹部２４１と、回転シャフト（図示せず）を嵌合させる孔２４０とが設けられている。凹部２４１はここでは貫通孔として例示されている。例えばホルダー２４は非磁性金属で形成される。
【００８３】
このようなホルダー２４を採用することにより、磁極同士の間での磁束の短絡なしに、磁極の位置決めをしたり、回転シャフトを回転子２００へ固定したりする。
【００８４】
図７は、ホルダー２４とその他の部材との位置関係の第１の例を示す断面図であり、回転シャフト５を含み、回転子２００のほぼ半径分の範囲を示している。当該断面位置は、磁性板２３や永久磁石２２が存在する位置である。図８は、図７に示された構造で採用されるホルダー２４を示す斜視図である。
【００８５】
ホルダー２４は、凹部２４１の第１固定子１００側において凹部２４１を狭める突起２４ａを有している。そして磁性体２１は突起２４ａと嵌合する凹部２１ａが設けられている。当該嵌合により、磁性体２１及び永久磁石２２の位置決めが容易となる。
【００８６】
ホルダー２４と、磁性板２３とは面にて密着することが望ましい。両者の密着強度を高めるためである。当該密着のために接着剤を用いてもよい。
【００８７】
但し、一般に接着剤は磁気抵抗が高い。そこでホルダー２４と密着する磁性板２３との面に凹部２４ｂを設け、ここに接着剤を設けることが望ましい。ホルダー２４と磁性板２３との密着に必要な接着剤の量を低減できるからである。
【００８８】
図９は、ホルダー２４とその他の部材との位置関係の第２の例を示す断面図であり、その示す位置は図７と同じである。図１０は、図９に示された構造で採用されるホルダー２４を示す斜視図である。
【００８９】
この例では、回転軸Ｑに垂直な方向での磁性体２１及び永久磁石２２の寸法が相違しており、段差を形成している。そしてホルダー２４には当該段差と嵌合する段差２４ｃが設けられている。当該嵌合により、磁性体２１及び永久磁石２２の位置決めが容易となる。この例において図７及び図８に示された凹部２４ｂを採用してもよい。
【００９０】
図１１は、ホルダー２４とその他の部材との位置関係の第３の例を示す断面図であり、その示す位置は図７と同じである。この例では図９に示された構造に加え、更にホルダー２４には磁性板２３を嵌合させる凹部２４ｄが設けられている。これは、磁性板２３の位置決めが容易となる点で好ましい。
【００９１】
ホルダー２４は樹脂で形成してもよい。また、磁性体２１、永久磁石２２、磁性板２３を、樹脂で一体としてモールドしてもよい。
【００９２】
図１２は、回転子２００として採用できる回転子２００Ｂの構成を例示する斜視図であり、回転軸Ｑ方向に分解して示す。磁性板２３は、その構成部材２３１が周方向に連結されて構成される。図１２では一つの構成部材２３１が分離して示され、その他の構成部材が連結されて部分２３２を構成している状態を示している。例えば構成部材２３１は圧粉磁心を材料とする。磁性板２３は、実際は磁極の数と同じだけ分割されてなる。
【００９３】
図示されるように、構成部材２３１の周方向端部には周方向における凹部２３３及び凸部２３４があることが望ましい。隣接する構成部材２３１同士の、径方向の位置決めが容易となるからである。
【００９４】
このように構成部材２３１を複数集めて磁性板２３を構成する場合、その位置決めを容易にしたり、機械的強度を高める観点から、ホルダー２４を設けていることが望ましい。
【００９５】
また、構成部材２３１の周方向端部は、回転軸Ｑに沿って見て、回転子２００の磁極の中心、ここでは永久磁石２２の中心に位置することが望ましい。磁極同士の間で界磁磁束を部分的に短絡させるための磁路は、永久磁石２２の中心付近を通らないので、ここに構成部材２３１の周方向端部を配置しても、当該磁路の機能を阻害しないからである。
【００９６】
図１３は回転子２００として採用できる回転子２００Ｃの構成を例示する斜視図であり、回転軸Ｑ方向に分解して示す。但し、図１、図４、図１２とは異なり、図面上方は第１固定子１００側であり、図面下方は第２固定子３００側となる。
【００９７】
図１４は回転軸Ｑ方向に分解することなく、回転子２００Ｃの、回転軸Ｑに対する周方向に沿った断面の一部を展開して示す断面図である。図１５は回転軸Ｑ方向に分解することなく、回転軸Ｑを含みこれに平行な断面図であり、回転子２００Ｃのほぼ半径分の範囲を示している。図１６は回転軸Ｑ方向に分解することなく、第１固定子１００側から見た回転子２００Ｃ（後述する回転シャフト５及び押板２６を省略）の外観を示す斜視図である。
【００９８】
図１３に戻り、回転子２００Ｃは、磁性板２３に対して第１固定子１００側で、周方向において磁極に対して交互に配置される磁性体２５を有する。磁性体２５はいわゆるｑ軸インダクタンスを高め、リラクタンストルクを発生させることに寄与する。磁性体２５は磁性板２３と一体に形成してもよい。
【００９９】
図１４に示された断面の径方向の位置は、永久磁石２２及び磁性体２５が存在する位置である。ここでは図９で示された第２の例が採用されて、磁性体２１、永久磁石２２、磁性板２３が配置されている。
【０１００】
磁性体２５は磁性板２３側に大部２５ａ、第１固定子１００側に小部２５ｂを有している。凹部２４１は、大部２５ａと小部２５ｂとが形成する段差に嵌合する形状を有している。
【０１０１】
図１３に戻り、ホルダー２４はその内周側に円環部２４２を有している。円環部２４２の外周が、ホルダー２４の凹部２４１の内周を規定している。円環部２４２は第１の固定子１００側で大径となり、第３の固定子３００側で小径となって段差を形成している。なお、図１３においては繁雑を避けるため、円環部２４２の段差を除き、凹部２４１の段差を省略して描いている。
【０１０２】
回転シャフト５は第２固定子３００側に小径部５ａを、第１固定子１００側に大径部５ｂを、それぞれ有しており、両者は回転軸Ｑに沿って連結されている。小径部５ａはホルダー２４に嵌合し、大径部５ｂは押板２６を介して磁性体２１を第１固定子１００側から押さえる。押板２６は非磁性であることが望ましい。
【０１０３】
図１５に示された断面の位置は永久磁石２２が存在する位置である。ホルダー２４の孔２４０には小径部５ａが嵌合して回転シャフト５が保持されている。
【０１０４】
磁性体２１は円環部２４２の段差に嵌合し、かつ押板２６によって押さえられており、回転軸Ｑに沿った方向での位置決めが行われている。
【０１０５】
もちろん、図７に示されたように、ホルダー２４に凹部２４ｂを設けて、ホルダー２４と磁性板２３とを接着する接着剤を充填してもよい。
【０１０６】
第２の実施の形態．
図１７はこの発明の第２の実施の形態にかかる回転子２００Ｄの構成を示す斜視図であり、回転軸Ｑに沿って分解して示している。回転子２００Ｄも第１の実施の形態の回転子２００と置換して使用することができる。但し、回転子２００Ｄでは永久磁石を用いておらず、いわゆるスイッチトリラクタンスモータを構成する。図１８は回転軸Ｑに沿って分解することなく回転子２００Ｄの外観を示す斜視図である。
【０１０７】
回転子２００Ｄは、回転子２００Ａの永久磁石２２及び磁性体２１を磁性体２７に、ホルダー２４をホルダー２８に、それぞれ置換した構成を有している。磁性体２７はスイッチトリラクタンスモータにおける回転子の磁極として機能する。ホルダー２８は非磁性であって、回転シャフト（図示しない）を保持する貫通孔２８０と、磁性体２７が嵌合する凹部２８１とを有している。ここでは凹部２８１は貫通している場合が例示されている。
【０１０８】
スイッチトリラクタンスモータにおいても、第１の固定子１００が励磁されると、第１のスラスト力が働く。また第２の固定子３００には磁性体２７及び磁性板２３を介して磁束が流入出し、その結果、第２のスラスト力も働く。よって磁性板２３により、第１の固定子１００から磁性体２７に流入出する磁束を、磁性体２７同士で部分的に短絡させることができ、第１の実施の形態と同様に奏功する。
【０１０９】
磁性体２７と磁性板２３とは一体に形成することができ、例えば圧粉鉄心で一体に作るのが好適である。
【０１１０】
回転電機の枠への固定．
図１９は本発明にかかる回転電機を枠６に固定した態様を示す断面図である。ここでは例として回転子２００Ａ（図４）を採用した場合を示しているが、上述の他の回転子を採用してもよい。図１９は回転軸Ｑを含み、これに平行な断面を示している。
【０１１１】
枠６は回転シャフト５を貫通させる孔６０を有している。回転シャフト５は第２固定子３００側の枠６の外部で、軸受７によって回転自在に支持されている。当該回転電機はアキシャルギャップモータであるので、回転シャフト５が短くて済み、片持ち構造で回転シャフト５を支持しても、回転シャフト５の倒れが回転電機に与える影響は小さい。
【０１１２】
図１９では回転シャフト５が第１固定子１００及び枠６を貫通している場合を例示しているが、上述のように片持ち構造を採用している場合には、貫通しなくてもよい。回転シャフト５が第１固定子１００を貫通しない場合には、電機子巻線１３の渡り線を磁芯１２よりも内周側に設けることができる。
【０１１３】
またこの場合には第１固定子１００のバックヨーク１１に、孔１１０を設ける必要はない。但し孔１１０を、回転シャフト５を貫通させるためではなく、電機子巻線１３を引き出すための通路として用いることが好適である。
【０１１４】
また枠６の、回転軸Ｑに垂直な内壁にはバックヨーク１１と、第２固定子たる固定子用磁性板３００が固定されている。例えば、枠６と固定子用磁性板３００（あるいはバックヨーク１１）とは接着やボルト等の締結材により結合される。
【０１１５】
このように枠６が回転子２００と反対側で固定子用磁性板３００を固定することにより、固定子用磁性板３００の機械的強度が補強される。上述のように、固定子用磁性板３００の厚みを小さくする場合に好適である。
【０１１６】
圧縮機への適用例．
図２０は、本発明にかかる回転電機を用いた圧縮機の構成を例示する断面図である。図２０は回転軸Ｑを含み、これに平行な断面を示している。
【０１１７】
図２０はいわゆる高圧ドーム型と称される圧縮機を例示している。具体的には密閉容器９の一面に冷媒を吸入する吸入管９２が、他面に圧縮後の冷媒を吐出する吐出管９３が、それぞれ設けられている。
【０１１８】
そして吸入管９２と吐出管９３との間において、密閉容器９内に冷媒を圧縮する圧縮部９１が備えられている。密閉容器９内にはまた、圧縮部９１に対して吐出管９３側に回転電機が備えられており、圧縮部９１は回転シャフト５を介して当該回転電機によって駆動される。圧縮部９１に対して回転電機とは反対側で油溜め９４を有しており、いわゆる縦型の圧縮機が例示されている。
【０１１９】
当該回転電機は、第１固定子１００及び第２固定子３００及びこれらに挟まれた回転子２００Ａを有している。これらの構成は上述した。但し、ここでは例として回転子２００Ａ（図４）を採用した場合を示しているが、上述の他の回転子を採用してもよい。
【０１２０】
第１固定子１００は密閉容器９の内壁９０に固定されている。ここでは回転シャフト５が第１固定子１００を貫通していない場合が例示されている。但し上述のように、電機子巻線１３を引き出すためにバックヨーク１０には孔１１０が空けられている。また、冷媒の通路孔は図示していないが、必要に応じて設けることができる。
【０１２１】
なお、図２０では、第２固定子３００たる固定子用磁性板３００が密閉容器９の内壁９０とは離れている。これを密閉容器９の内壁に保持しようとすると、固定子用磁性板３００に機械的強度が要求される。よって固定子用磁性板３００を巻鉄心で形成する場合であっても、巻いた状態で固めるか、他のホルダーに嵌合することがのぞましい。
【０１２２】
また、固定子用磁性板３００が圧粉鉄心で形成されている場合、直接に他の構造体に取り付けることが容易である。図２０においては固定子用磁性板３００が、圧縮部９１のハウジング９１ａに、回転子２００Ａと反対側から固定されている場合が例示されている。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる回転電機を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態にかかる回転電機を示す断面図である。
【図３】回転子の周方向に沿った断面を展開して示す断面図である。
【図４】回転子の構造を示す斜視図である。
【図５】回転子を示す斜視図である。
【図６】回転子を示す斜視図である。
【図７】ホルダーとその他の部材との位置関係の第１の例を示す断面図である。
【図８】図７に示された構造で採用されるホルダーを示す斜視図である。
【図９】ホルダーとその他の部材との位置関係の第２の例を示す断面図である。
【図１０】図９に示された構造で採用されるホルダーを示す斜視図である。
【図１１】ホルダーとその他の部材との位置関係の第３の例を示す断面図である。
【図１２】回転子の構成を例示する斜視図である。
【図１３】回転子の構成を例示する斜視図である。
【図１４】回転子の構成を例示する斜視図である。
【図１５】回転子の構成を例示する断面図である。
【図１６】回転子の構成を例示する斜視図である。
【図１７】この発明の第２の実施の形態にかかる回転子の構成を示す斜視図である。
【図１８】回転子の外観を示す斜視図である。
【図１９】本発明にかかる回転電機を枠に固定した態様を示す断面図である。
【図２０】本発明にかかる回転電機を用いた圧縮機の構成を例示する断面図である。
【符号の説明】
【０１２４】
１００  第１固定子
１１  バックヨーク
１２  磁芯
１３  電機子巻線
２００  回転子
２１，２５  磁性体
２２  永久磁石
２３  磁性板
２３１  鋼板
２４  ホルダー
２４０  孔
２４１，２４ｄ  凹部
３００  第２固定子（固定子用磁性板）
５  回転シャフト
６  枠
Ｑ  回転軸
【図１】
2008199811.tif 000003
【図２】
2008199811.tif 000004
【図３】
2008199811.tif 000005
【図４】
2008199811.tif 000006
【図５】
2008199811.tif 000007
【図６】
2008199811.tif 000008
【図７】
2008199811.tif 000009
【図８】
2008199811.tif 000010
【図９】
2008199811.tif 000011
【図１０】
2008199811.tif 000012
【図１１】
2008199811.tif 000013
【図１２】
2008199811.tif 000014
【図１３】
2008199811.tif 000015
【図１４】
2008199811.tif 000016
【図１５】
2008199811.tif 000017
【図１６】
2008199811.tif 000018
【図１７】
2008199811.tif 000019
【図１８】
2008199811.tif 000020
【図１９】
2008199811.tif 000021
【図２０】
2008199811.tif 000022