回転電動機
【課題】この発明は、動作時の回転子と固定子との接触を回避でき、かつ固定子に発生する鉄損の増大を抑制できる回転電動機を得ることを目的とする。
【解決手段】回転子３は、軸受１０に片持ち支持された回転軸２に取り付けられ、固定子４は、磁性鋼板を積層して作製された固定子コア５と、固定子コア５に巻装されて回転子３を回転させるトルクを発生する固定子コイル８と、を備え、回転子３を囲繞するように配設されている。固定子コア５は、内径の異なる第１および第２固定子コア体６，７を、互いに離間させて軸方向に同軸に配列して構成され、回転子３と固定子コア５との間の空隙が、軸受１０から離れる方向にステップ状に広がるように構成されている。
【解決手段】回転子３は、軸受１０に片持ち支持された回転軸２に取り付けられ、固定子４は、磁性鋼板を積層して作製された固定子コア５と、固定子コア５に巻装されて回転子３を回転させるトルクを発生する固定子コイル８と、を備え、回転子３を囲繞するように配設されている。固定子コア５は、内径の異なる第１および第２固定子コア体６，７を、互いに離間させて軸方向に同軸に配列して構成され、回転子３と固定子コア５との間の空隙が、軸受１０から離れる方向にステップ状に広がるように構成されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、超高速回転が要求される片持ち軸受構造の電動機に適用されるのに好適な回転電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動圧縮機は、シャフトの略中央部が軸受に支持され、タービンがシャフトの一端に取り付けられ、モータロータがシャフトの他端側に取り付けられ、電動モータがモータロータを囲繞するように配設されている（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２００９−１７４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動圧縮機では、モータロータがシャフトの他端側に取り付けられて片持ち支持されているので、軸受とシャフトとの間の隙間などにより、シャフトが軸受の軸心に対して傾斜することになる。さらに、動作時には、磁気吸引力が電動モータとモータロータとの間に発生し、シャフトの軸受の軸心に対する傾斜が大きくなる。そこで、動作時に、モータロータが電動モータのステータコアに接触し、損傷してしまうという課題があった。
【０００５】
このような課題を解決する対策として、モータロータと電動モータのステータコアとの間の軸受と反対側の隙間をモータロータと電動モータのステータコアとの間の軸受側の隙間より広くして、モータロータと電動モータのステータコアとの接触を回避することが考えられる。例えば、電動モータのステータコアを内径の異なる第１および第２ステータコア体により構成し、内径の小さい第１ステータコア体を軸受側に配し、内径の大きな第２ステータコア体を軸受と反対側に配して、モータロータと電動モータのステータコアとの接触を回避してもよい。
【０００６】
ここで、従来の電動圧縮機では、電動モータのコイルに交流電流を流して、モータロータを回転駆動するためのトルクを発生させている。そして、コイルに交流電流を流すことにより発生した交流の磁束は、ステータコアとモータロータとの間の空隙の狭い部位を通って、ステータコアからモータロータに流れる。そこで、モータロータとの間の空隙が広い第２ステータコア体を流れている交流の磁束が、モータロータとの間の空隙が狭い第１ステータコア体側に流れるので、渦電流が第１ステータコア体と第２ステータコア体との境界近傍の磁性鋼板に流れ、電動モータに発生する鉄損が増大するという課題が新たに生じる。
【０００７】
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って、動作時の回転子と固定子との接触を回避でき、かつ固定子に発生する鉄損の増大を抑制できる回転電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る回転電動機は、フレームと、上記フレームに軸受を介して片持ち支持された回転軸に取り付けられた回転子と、上記回転子を囲繞するように上記フレームに取り付けられた固定子コア、および該固定子コアに巻装されて上記回転子を回転させるトルクを発生する固定子コイルを有する固定子と、を備えている。そして、上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成され、上記固定子コアは、それぞれ、磁性薄板を積層して構成された上記ステップ数と同数の固定子コア体を、上記空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列して構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、回転子と固定子コアとの間の空隙が軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されているので、軸受に片持ち支持されている回転軸が軸受の軸心に対して傾斜しても、回転子と固定子コアとの接触が回避される。
また、固定子コア体が、空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列されているので、固定子コイルに通電することで発生する交流の磁束が固定子コア体間を空隙の広い方から狭い方に流れることが抑制される。そこで、固定子コアに発生する鉄損を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図２】比較例としての回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を示す一部破断斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図、図２は比較例としての回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００１３】
図１において、回転電動機１は、一端を軸受１０に回転可能に支持された鉄などの塊状磁性体で作製された回転軸２と、回転軸２に固着された回転子３と、回転子３を囲繞するように配設された固定子４と、回転子３および固定子４を収納するフレーム９と、を備えている。
【００１４】
回転子３は、詳細には図示していないが、磁性鋼板を積層して作製された円筒状の積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成され、回転軸２に同軸に固着されている。
固定子４は、固定子コア５と、固定子コア５に巻装され、回転子３を回転駆動するトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル８と、を備える。
【００１５】
固定子コア５は、それぞれ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固定子コア体６，７を有する。第１および第２固定子コア体６，７は、円筒状のコアバック６ａ，７ａと、それぞれコアバック６ａ，７ａ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列されたティース６ｂ，７ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロットが、コアバック６ａ，７ａとティース６ｂ，７ｂとにより画成される。ここで、第１固定子コア体６は、ティース６ｂの長さがティース７ｂの長さより長く形成され、コア内径が小径である点を除いて、第２固定子コア体７と同様に構成されている。
【００１６】
第１および第２固定子コア体６，７は、ティース６ｂ，７ｂの周方向位置を合わせて、軸方向に隙間ｄだけ離間して同軸に配置され、回転子３を囲繞するようにフレーム９内に収納されている。そこで、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっている。
固定子コイル８は、導体線を第１および第２固定子コア体６，７の軸方向に相対して対をなすティース６ｂ，７ｂに巻回した、いわゆる集中巻き巻線に構成されている。
【００１７】
フレーム９は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第１固定子コア体６体のコアバック６ａの外周面と第２固定子コア体７のコアバック７ａの外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。なお、フレーム９が非磁性材料で作製される場合には、鉄などの磁性材料で作製された部材を第１固定子コア体６のコアバック６ａの外周面と第２固定子コア体７のコアバック７ａの外周面とに接するように配設すればよい。
【００１８】
つぎに、この実施の形態１による効果について比較例と対比して説明する。
なお、比較例としての回転電動機１００は、図２に示されるように、第１および第２固定子コア体６，７が、互いに接するように軸方向に並んで同軸に配置されている点を除いて、回転電動機１と同様に構成されている。
【００１９】
まず、比較例としての回転電動機１００においては、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっている。つまり、固定子コア５と回転子３との間の軸受１０と反対側の空隙が固定子コア５と回転子３との間の軸受１０側の空隙より広くなっている。そこで、回転軸２が軸受１０の軸心に対して傾斜していても、回転電動機１００の動作時に、回転子３が固定子コア５に接触することが回避される。
【００２０】
しかし、回転電動機１００においては、第１および第２固定子コア体６，７が、互いに接するように軸方向に並んで配置されている。そこで、固定子コイル８に通電して発生した交流の磁束が、図２中矢印Ａで示されるように、第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れ、第１固定子コア体６から狭い空隙Ｇｎを通って回転子３に流れるようとする。このとき、渦電流が第１固定子コア体６と第２固定子コア体７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れ、固定子コア５に発生する鉄損が増大してしまう。
【００２１】
実施の形態１による回転電動機１においても、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっているので、比較例としての回転電動機１００と同様に、回転電動機１の動作時に、回転子３が固定子コア５に接触することが回避される。
【００２２】
回転電動機１においては、第１および第２固定子コア体６，７が隙間ｄを確保して軸方向に並んで配置されているので、第１および第２固定子コア体６，７間の磁気抵抗が増大し、固定子コイル８に通電することに起因して第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れる交流の磁束を少なくできる。そこで、第１固定子コア体６と第２固定子コア体７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れる渦電流が少なくなり、固定子コア５に発生する鉄損を低減することができる。
【００２３】
また、第２固定子コア体７の内径を第１固定子コア体６の内径より大きくして、回転子３と固定子コア５との間の空隙を軸受１０から離れる方向にステップ状に広くなるように構成されているので、回転子３と固定子コア５との間の空隙の調整を後工程で調整でき、組立工数が少なくなる。
【００２４】
ここで、第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れる交流の磁束を低減するという観点から、第１および第２固定子コア体６，７の間の隙間ｄを、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆより広くすることが好ましい。
【００２５】
なお、上記実施の形態１では、固定子コアが内径の異なる２つの固定子コア体に分割構成されているが、固定子コアの分割数は３つ以上でもよい。この場合、分割された固定子コア体は、互いに内径が異なるように構成され、内径が軸受側から離れる方向に漸次大きくなるように、かつ互いに離間して軸方向に配列させればよい。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図３において、回転子１１は、大径の第１回転子コア体１２と、小径の第２回転子コア体１３と、を備えている。第１および第２回転子コア体１２，１３は、それぞれ、磁性鋼板を積層して作製された円筒状積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成され、第１回転子コア体１２を軸受１０側に位置させて、互いに接するように軸方向に配列して、回転軸２に同軸に固着されている。
【００２８】
固定子１４は、固定子コア１５と、固定子コア１５に巻装され、回転子３を回転駆動するトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル８と、を備える。
固定子コア１５は、それぞれ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固定子コア体１６，１７を有する。第１および第２固定子コア体１６，１７は、同形状に作製されており、円筒状のコアバック１６ａ，１７ａと、それぞれコアバック１６ａ，１７ａ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列されたティース１６ｂ，１７ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロットが、コアバック１６ａ，１７ａとティース１６ｂ，１７ｂとにより画成される。
【００２９】
第１および第２固定子コア体１６，１７は、ティース１６ｂ，１７ｂの周方向位置を合わせて、軸方向に隙間ｄだけ離間して同軸に配置され、回転子１１を囲繞するようにフレーム９内に収納されている。そこで、第２固定子コア体１７と第２回転子コア体１３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体１６と第１回転子コア体１２との間の空隙Ｇｎより広くなっている。そして、第１回転子コア体１２と第２回転子コア体１３との当接部が、軸方向に関して、第１固定子コア体１６と第２固定子コア体１７との間の隙間に位置している。
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。
【００３０】
このように構成された回転電動機１Ａにおいても、第２固定子コア体１７と第２回転子コア体１３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体１６と第１回転子コア体１２との間の空隙Ｇｎより広くなっているので、回転電動機１Ａの動作時に、回転子１１が固定子コア５に接触することが回避される。
【００３１】
また、第１および第２固定子コア体１６，１７が隙間ｄを確保して軸方向に並んで配置されているので、第１および第２固定子コア体１６，１７間の磁気抵抗が増大し、固定子コイル８に通電することに起因して第２固定子コア体１７から第１固定子コア体１６に流れる交流の磁束を少なくできる。そこで、第１固定子コア体１６と第２固定子コア体１７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れる渦電流が少なくなり、固定子コア１５に発生する鉄損を低減することができる。
【００３２】
また、第２回転子コア体１７の外径を第１回転子コア体１６の外径より小さくして、回転子１１と固定子コア１５との間の空隙を軸受１０から離れる方向にステップ状に広くなるように構成されているので、軸受１０から離れた箇所のアンバランス量が小さくなる。
【００３３】
なお、上記実施の形態２では、回転子が外径の異なる２つの回転子コア体に分割構成されているが、回転子の分割数は３つ以上でもよい。そして、分割された回転子コア体は、互いに外径が異なるように構成され、外径が軸受側から離れる方向に漸次小さくなるように軸方向に配列させればよい。この場合、固定子コアも同様に回転子と同数の固定子コア体に分割し、互いに離間して軸方向に配列させればよい。なお、分割された固定子コア体の内径は同じであり、回転子コア体の当接部が、軸方向に関して、固定子コア体間の隙間に位置している。
【００３４】
また、上記実施の形態１，２では、内径の異なる固定子コア体、又は外径の異なる回転子コア体を用いて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くするものとしているが、固定子コア体の内径と回転子コア体の外径とを変えて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くしてもよい。
また、上記実施の形態１，２では、回転子が磁性鋼板を積層して作製された円筒状の積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成されているものとしているが、円筒状の圧粉鉄心に磁石を埋め込んで回転子を構成してもよいし、磁性鋼板からなる円筒状の積層体や円筒状の圧粉鉄心の外周面に磁石を配設して回転子を構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態１，２では、固定子コイルが集中巻き巻線で構成されているものとしているが、固定子コイルは集中巻き巻線に限定されるものではなく、例えば分布巻き巻線で構成されてもよい。
また、上記実施の形態１，２では、回転電動機における回転子の極数と固定子のスロット数について説明していないが、極数とスロット数との比は、一般的な回転電動機と同様であり、例えば４：３、２：３などである。
【００３６】
ここで、上記実施の形態１，２では、磁極となる磁石が配設された回転子を用いる回転電動機について説明しているが、本発明は、回転子に磁極を形成する界磁手段が固定子に配設されている回転電動機、例えば誘導機、スイッチドリラクタンスモータ、磁気誘導子型回転機などの回転電動機に適用しても同様の効果を奏する。
以下、本発明を適用した磁気誘導子型回転機について説明する。
【００３７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を示す一部破断斜視図、図５はこの発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図４および図５において、回転電動機２０は、磁気誘導子型回転機であり、鉄などの塊状磁性体で作製され、軸受１０に片持ち支持された回転軸２１、回転軸２１に同軸に固着された回転子２２と、回転子２２を囲繞するように配設された固定子コア２７にトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル３０を巻装してなる固定子２６と、界磁起磁力発生用コイルとしての界磁コイル３１と、回転子２２、固定子２６および界磁コイル３１を収納するフレーム３２と、を備えている。
【００３９】
回転子２２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回転子コア体２３，２４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２５ａが穿設された円盤状の隔壁２５と、を備える。第１および第２回転子コア体２３，２４は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔２３ｃ，２４ｃが穿設された円筒状の基部２３ａ，２４ａと、基部２３ａ，２４ａ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４つ設けられた突極２３ｂ，２４ｂと、から構成されている。第１および第２回転子コア体２３，２４は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁２５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２３ｃ，２４ｃ，２５ａに挿通された回転軸２１に固着されて構成されている。そして、回転子２２は、回転軸２１の一端を軸受１０に支持されてフレーム３２内に回転自在に配設されている。
【００４０】
固定子コア２７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作製された第１および第２固定子コア体２８，２９を備える。第１固定子コア体２８は、円筒状のコアバック２８ａと、コアバック２８ａ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６つ設けられたティース２８ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロット２８ｃが、コアバック２８ａと隣り合うティース２８ｂとにより画成されている。第２固定子コア体２９は、円筒状のコアバック２９ａと、コアバック２９ａ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６つ設けられたティース２９ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロット２９ｃが、コアバック２９ａと隣り合うティース２９ｂとにより画成されている。第２固定子コア体２９は、ティース２９ｂの長さがティース２８ｂの長さより短くなっている点を除いて、第１固定子コア体２８と同じ形状に形成されている。第１および第２固定子コア体２８，２９は、ティース２８ｂ，２９ｂの周方向位置を一致させて、かつ隔壁２５の軸方向厚みｄだけ離間して、それぞれ第１および第２回転子コア体２３，２４を囲繞するように、フレーム３２内に配設されている。
【００４１】
固定子コイル３０は、導体線をスロット２８ｃ，２９ｃを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース２８ｂ，２９ｂに巻回した、いわゆる集中巻き方式に巻回された３相の相コイルを有する。つまり、固定子コイル３０は、軸方向に相対する６対のティース２８ｂ、２９ｂ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。なお、図４では、便宜上、１相のコイルのみを示している。
【００４２】
界磁コイル３１は、導体線を円筒状に巻回した円筒状コイルであり、第１および第２固定子コア体２８，２９のコアバック２８ａ，２９ａ間に介装されている。
フレーム３２は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第１固定子コア体２８のコアバック２８ａの外周面と第２固定子コア体２９のコアバック２９ａの外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。なお、フレーム３２が非磁性材料で作製される場合には、鉄などの磁性材料で作製された部材を第１固定子コア体２８のコアバック２８ａの外周面と第２固定子コア体２９のコアバック２９ａの外周面とに接するように配設すればよい。
【００４３】
つぎに、このように構成された回転電動機２０の動作について説明する。
【００４４】
界磁コイル３１に通電されることにより発生した磁束は、図４に矢印Ｂで示されるように、第１固定子コア体２８内を軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、ティース２８ｂから空隙部を介して第１回転子コア体２３の突極２３ｂに入る。第１回転子コア体２３に入った磁束は、第１回転子コア体２３内を、軸方向に隔壁２５側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、回転軸２１に流れ込む。回転軸２１に流れ込んだ磁束は、回転軸２１内を軸方向に流れ、第２回転子コア体２４に入る。第２回転子コア体２４に入った磁束は、第２回転子コア体２４内を、軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、突極２４ｂから空隙部を介して第２固定子コア体２９のティース２９ｂに入る。第２固定子コア体２９に入った磁束は、第２固定子コア体２９内を、軸方向に界磁コイル３１側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、フレーム３２に流れ込む。フレーム３２に流れ込んだ磁束は、フレーム３２を軸方向に流れ、第１固定子コア体２８に戻る。
【００４５】
この時、第１および第２回転子コア体２３，２４の突極２３ｂ，２４ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、磁束は、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たように作用する。そして、回転子２２の位置に応じて固定子コイル３０に交流電流を流すことにより、トルクを発生させる。これにより、回転電動機２０は、無整流子モータであり、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機と同様に動作する。
【００４６】
この実施の形態３によれば、回転子２２が片持ち支持されている回転軸２１の端部に取り付けられているので、回転軸２１は軸受１０の軸心に対して傾斜して回転駆動される。しかし、第２固定子コア体２９のティース２９ｂの長さが第１固定子コア体２８のティース２８ｂの長さより短く形成されているので、軸受１０と反対側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｆが軸受１０側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｎより広くなっており、駆動時の回転子２２と固定子コア２７との接触が回避される。
【００４７】
また、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に隙間ｄが確保されている。そこで、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の磁気抵抗が増大し、第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に流れる磁束が低減され、鉄損が低減される。また、界磁コイル３１を第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の隙間に配置することができるので、界磁コイル３１を固定子コア２７の径方向外側に配置する必要がなく、装置の小型化が図られる。
【００４８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００４９】
図６において、界磁起磁力発生用磁石としての永久磁石３３は、例えば平板リング状に作製された異方性焼結希土類磁石であり、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に同軸に介装されている。そして、永久磁石３３は、着磁方向３４が第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に向うように着磁配向されている。フレーム３５は、アルミニウムなどの非磁性材料で作製され、固定子２６を内包するように配設されている。
なお、この実施の形態４は、界磁手段として、界磁コイル３１に替えて永久磁石３３を用い、非磁性材料で作製されたフレーム３５を用いている点を除いて、上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５０】
このように構成された回転電動機２０Ａでは、永久磁石３３による磁束が、第１固定子コア体２８内を軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、ティース２８ｂから空隙部を介して第１回転子コア体２３の突極２３ｂに入る。第１回転子コア体２３に入った磁束は、第１回転子コア体２３内を、軸方向に隔壁２５側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、回転軸２１に流れ込む。回転軸２１に流れ込んだ磁束は、回転軸２１内を軸方向に流れ、第２回転子コア体２４に入る。第２回転子コア体２４に入った磁束は、第２回転子コア体２４内を、軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、突極２４ｂから空隙部を介して第２固定子コア体２９のティース２９ｂに入る。第２固定子コア体２９に入った磁束は、第２固定子コア体２９内を永久磁石３３側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、永久磁石３３に戻る。
【００５１】
そして、回転子２２の位置に応じて固定子コイル３０に交流電流を流すことにより、トルクを発生させ、回転子２２が回転駆動される。
【００５２】
この実施の形態４においても、第２固定子コア体２９のティース２９ｂの長さが第１固定子コア体２８のティース２８ｂの長さより短く形成されているので、軸受１０と反対側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｆが軸受１０側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｎより広くなっており、駆動時の回転子２２と固定子コア２７との接触が回避される。
【００５３】
また、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に隙間ｄが確保されているので、第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に流れる磁束が低減され、鉄損が低減される。さらに、永久磁石３３を第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の隙間に配置することができるので、装置の小型化が図られる。さらにまた、フレーム３５が非磁性材料で作製されているので、永久磁石３３から第１固定子コア体２８、フレーム３５および第２固定子コア体２９を介して永久磁石３３に戻る磁路が形成されず、有効磁束量が確保され、出力を向上することができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３，４では、界磁極数とスロット数との比が８：６、即ち極スロット比が４：３であるが、極スロット比は４：３に限定されるものではなく、例えば２：３でもよい。
また、実施の形態３，４では、第１および第２固定子コア体、および第１および第２回転子コアが磁性薄板としての磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、磁性薄板は磁性鋼板に限定されるものではなく、例えば電磁鋼板を用いてもよい。
また、上記実施の形態３，４では、第１および第２回転子コア体および隔壁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回転子コア体および隔壁を圧粉鉄心や鉄などの塊状磁性材料で作製してもよい。
【００５５】
また、実施の形態３，４では、固定子コイルが集中巻き巻線で構成されているものとしているが、固定子コイルは集中巻き巻線に限定されるものではなく、例えば分布巻き巻線で構成されてもよい。
また、実施の形態３，４では、隔壁が第１および第２回転子コア体の間に介装されているものとしているが、第１および第２回転子コア体が回転軸に十分に固定されていれば、隔壁を省略してもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態３，４では、内径の異なる固定子コア体を用いて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くするものとしているが、固定子コア体の内径と回転子コア体の外径との両方を変えて、あるいは回転子コアの外径のみを変えて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１Ａ，２０，２０Ａ 回転電動機、２，２２ 回転軸、３，１１，２２ 回転子、４，１４，２６ 固定子、５，１５，２７ 固定子コア、６，１６，２８ 第１固定子コア体、７，１７，２９ 第２固定子コア体、８，３０ 固定子コイル、９，３２，３５ フレーム、１０ 軸受、３１ 界磁コイル（界磁起磁力発生用コイル）、３３ 永久磁石（界磁起磁力発生用磁石）。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、超高速回転が要求される片持ち軸受構造の電動機に適用されるのに好適な回転電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の電動圧縮機は、シャフトの略中央部が軸受に支持され、タービンがシャフトの一端に取り付けられ、モータロータがシャフトの他端側に取り付けられ、電動モータがモータロータを囲繞するように配設されている（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２００９−１７４４９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の電動圧縮機では、モータロータがシャフトの他端側に取り付けられて片持ち支持されているので、軸受とシャフトとの間の隙間などにより、シャフトが軸受の軸心に対して傾斜することになる。さらに、動作時には、磁気吸引力が電動モータとモータロータとの間に発生し、シャフトの軸受の軸心に対する傾斜が大きくなる。そこで、動作時に、モータロータが電動モータのステータコアに接触し、損傷してしまうという課題があった。
【０００５】
このような課題を解決する対策として、モータロータと電動モータのステータコアとの間の軸受と反対側の隙間をモータロータと電動モータのステータコアとの間の軸受側の隙間より広くして、モータロータと電動モータのステータコアとの接触を回避することが考えられる。例えば、電動モータのステータコアを内径の異なる第１および第２ステータコア体により構成し、内径の小さい第１ステータコア体を軸受側に配し、内径の大きな第２ステータコア体を軸受と反対側に配して、モータロータと電動モータのステータコアとの接触を回避してもよい。
【０００６】
ここで、従来の電動圧縮機では、電動モータのコイルに交流電流を流して、モータロータを回転駆動するためのトルクを発生させている。そして、コイルに交流電流を流すことにより発生した交流の磁束は、ステータコアとモータロータとの間の空隙の狭い部位を通って、ステータコアからモータロータに流れる。そこで、モータロータとの間の空隙が広い第２ステータコア体を流れている交流の磁束が、モータロータとの間の空隙が狭い第１ステータコア体側に流れるので、渦電流が第１ステータコア体と第２ステータコア体との境界近傍の磁性鋼板に流れ、電動モータに発生する鉄損が増大するという課題が新たに生じる。
【０００７】
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って、動作時の回転子と固定子との接触を回避でき、かつ固定子に発生する鉄損の増大を抑制できる回転電動機を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る回転電動機は、フレームと、上記フレームに軸受を介して片持ち支持された回転軸に取り付けられた回転子と、上記回転子を囲繞するように上記フレームに取り付けられた固定子コア、および該固定子コアに巻装されて上記回転子を回転させるトルクを発生する固定子コイルを有する固定子と、を備えている。そして、上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成され、上記固定子コアは、それぞれ、磁性薄板を積層して構成された上記ステップ数と同数の固定子コア体を、上記空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列して構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、回転子と固定子コアとの間の空隙が軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されているので、軸受に片持ち支持されている回転軸が軸受の軸心に対して傾斜しても、回転子と固定子コアとの接触が回避される。
また、固定子コア体が、空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列されているので、固定子コイルに通電することで発生する交流の磁束が固定子コア体間を空隙の広い方から狭い方に流れることが抑制される。そこで、固定子コアに発生する鉄損を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】この発明の実施の形態１に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図２】比較例としての回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を示す一部破断斜視図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図、図２は比較例としての回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００１３】
図１において、回転電動機１は、一端を軸受１０に回転可能に支持された鉄などの塊状磁性体で作製された回転軸２と、回転軸２に固着された回転子３と、回転子３を囲繞するように配設された固定子４と、回転子３および固定子４を収納するフレーム９と、を備えている。
【００１４】
回転子３は、詳細には図示していないが、磁性鋼板を積層して作製された円筒状の積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成され、回転軸２に同軸に固着されている。
固定子４は、固定子コア５と、固定子コア５に巻装され、回転子３を回転駆動するトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル８と、を備える。
【００１５】
固定子コア５は、それぞれ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固定子コア体６，７を有する。第１および第２固定子コア体６，７は、円筒状のコアバック６ａ，７ａと、それぞれコアバック６ａ，７ａ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列されたティース６ｂ，７ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロットが、コアバック６ａ，７ａとティース６ｂ，７ｂとにより画成される。ここで、第１固定子コア体６は、ティース６ｂの長さがティース７ｂの長さより長く形成され、コア内径が小径である点を除いて、第２固定子コア体７と同様に構成されている。
【００１６】
第１および第２固定子コア体６，７は、ティース６ｂ，７ｂの周方向位置を合わせて、軸方向に隙間ｄだけ離間して同軸に配置され、回転子３を囲繞するようにフレーム９内に収納されている。そこで、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっている。
固定子コイル８は、導体線を第１および第２固定子コア体６，７の軸方向に相対して対をなすティース６ｂ，７ｂに巻回した、いわゆる集中巻き巻線に構成されている。
【００１７】
フレーム９は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第１固定子コア体６体のコアバック６ａの外周面と第２固定子コア体７のコアバック７ａの外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。なお、フレーム９が非磁性材料で作製される場合には、鉄などの磁性材料で作製された部材を第１固定子コア体６のコアバック６ａの外周面と第２固定子コア体７のコアバック７ａの外周面とに接するように配設すればよい。
【００１８】
つぎに、この実施の形態１による効果について比較例と対比して説明する。
なお、比較例としての回転電動機１００は、図２に示されるように、第１および第２固定子コア体６，７が、互いに接するように軸方向に並んで同軸に配置されている点を除いて、回転電動機１と同様に構成されている。
【００１９】
まず、比較例としての回転電動機１００においては、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっている。つまり、固定子コア５と回転子３との間の軸受１０と反対側の空隙が固定子コア５と回転子３との間の軸受１０側の空隙より広くなっている。そこで、回転軸２が軸受１０の軸心に対して傾斜していても、回転電動機１００の動作時に、回転子３が固定子コア５に接触することが回避される。
【００２０】
しかし、回転電動機１００においては、第１および第２固定子コア体６，７が、互いに接するように軸方向に並んで配置されている。そこで、固定子コイル８に通電して発生した交流の磁束が、図２中矢印Ａで示されるように、第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れ、第１固定子コア体６から狭い空隙Ｇｎを通って回転子３に流れるようとする。このとき、渦電流が第１固定子コア体６と第２固定子コア体７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れ、固定子コア５に発生する鉄損が増大してしまう。
【００２１】
実施の形態１による回転電動機１においても、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体６と回転子３との間の空隙Ｇｎより広くなっているので、比較例としての回転電動機１００と同様に、回転電動機１の動作時に、回転子３が固定子コア５に接触することが回避される。
【００２２】
回転電動機１においては、第１および第２固定子コア体６，７が隙間ｄを確保して軸方向に並んで配置されているので、第１および第２固定子コア体６，７間の磁気抵抗が増大し、固定子コイル８に通電することに起因して第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れる交流の磁束を少なくできる。そこで、第１固定子コア体６と第２固定子コア体７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れる渦電流が少なくなり、固定子コア５に発生する鉄損を低減することができる。
【００２３】
また、第２固定子コア体７の内径を第１固定子コア体６の内径より大きくして、回転子３と固定子コア５との間の空隙を軸受１０から離れる方向にステップ状に広くなるように構成されているので、回転子３と固定子コア５との間の空隙の調整を後工程で調整でき、組立工数が少なくなる。
【００２４】
ここで、第２固定子コア体７から第１固定子コア体６に流れる交流の磁束を低減するという観点から、第１および第２固定子コア体６，７の間の隙間ｄを、第２固定子コア体７と回転子３との間の空隙Ｇｆより広くすることが好ましい。
【００２５】
なお、上記実施の形態１では、固定子コアが内径の異なる２つの固定子コア体に分割構成されているが、固定子コアの分割数は３つ以上でもよい。この場合、分割された固定子コア体は、互いに内径が異なるように構成され、内径が軸受側から離れる方向に漸次大きくなるように、かつ互いに離間して軸方向に配列させればよい。
【００２６】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００２７】
図３において、回転子１１は、大径の第１回転子コア体１２と、小径の第２回転子コア体１３と、を備えている。第１および第２回転子コア体１２，１３は、それぞれ、磁性鋼板を積層して作製された円筒状積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成され、第１回転子コア体１２を軸受１０側に位置させて、互いに接するように軸方向に配列して、回転軸２に同軸に固着されている。
【００２８】
固定子１４は、固定子コア１５と、固定子コア１５に巻装され、回転子３を回転駆動するトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル８と、を備える。
固定子コア１５は、それぞれ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固定子コア体１６，１７を有する。第１および第２固定子コア体１６，１７は、同形状に作製されており、円筒状のコアバック１６ａ，１７ａと、それぞれコアバック１６ａ，１７ａ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列されたティース１６ｂ，１７ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロットが、コアバック１６ａ，１７ａとティース１６ｂ，１７ｂとにより画成される。
【００２９】
第１および第２固定子コア体１６，１７は、ティース１６ｂ，１７ｂの周方向位置を合わせて、軸方向に隙間ｄだけ離間して同軸に配置され、回転子１１を囲繞するようにフレーム９内に収納されている。そこで、第２固定子コア体１７と第２回転子コア体１３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体１６と第１回転子コア体１２との間の空隙Ｇｎより広くなっている。そして、第１回転子コア体１２と第２回転子コア体１３との当接部が、軸方向に関して、第１固定子コア体１６と第２固定子コア体１７との間の隙間に位置している。
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。
【００３０】
このように構成された回転電動機１Ａにおいても、第２固定子コア体１７と第２回転子コア体１３との間の空隙Ｇｆが第１固定子コア体１６と第１回転子コア体１２との間の空隙Ｇｎより広くなっているので、回転電動機１Ａの動作時に、回転子１１が固定子コア５に接触することが回避される。
【００３１】
また、第１および第２固定子コア体１６，１７が隙間ｄを確保して軸方向に並んで配置されているので、第１および第２固定子コア体１６，１７間の磁気抵抗が増大し、固定子コイル８に通電することに起因して第２固定子コア体１７から第１固定子コア体１６に流れる交流の磁束を少なくできる。そこで、第１固定子コア体１６と第２固定子コア体１７との境界近傍に位置する磁性鋼板に流れる渦電流が少なくなり、固定子コア１５に発生する鉄損を低減することができる。
【００３２】
また、第２回転子コア体１７の外径を第１回転子コア体１６の外径より小さくして、回転子１１と固定子コア１５との間の空隙を軸受１０から離れる方向にステップ状に広くなるように構成されているので、軸受１０から離れた箇所のアンバランス量が小さくなる。
【００３３】
なお、上記実施の形態２では、回転子が外径の異なる２つの回転子コア体に分割構成されているが、回転子の分割数は３つ以上でもよい。そして、分割された回転子コア体は、互いに外径が異なるように構成され、外径が軸受側から離れる方向に漸次小さくなるように軸方向に配列させればよい。この場合、固定子コアも同様に回転子と同数の固定子コア体に分割し、互いに離間して軸方向に配列させればよい。なお、分割された固定子コア体の内径は同じであり、回転子コア体の当接部が、軸方向に関して、固定子コア体間の隙間に位置している。
【００３４】
また、上記実施の形態１，２では、内径の異なる固定子コア体、又は外径の異なる回転子コア体を用いて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くするものとしているが、固定子コア体の内径と回転子コア体の外径とを変えて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くしてもよい。
また、上記実施の形態１，２では、回転子が磁性鋼板を積層して作製された円筒状の積層体の外周側に磁石を埋め込んで構成されているものとしているが、円筒状の圧粉鉄心に磁石を埋め込んで回転子を構成してもよいし、磁性鋼板からなる円筒状の積層体や円筒状の圧粉鉄心の外周面に磁石を配設して回転子を構成してもよい。
【００３５】
また、上記実施の形態１，２では、固定子コイルが集中巻き巻線で構成されているものとしているが、固定子コイルは集中巻き巻線に限定されるものではなく、例えば分布巻き巻線で構成されてもよい。
また、上記実施の形態１，２では、回転電動機における回転子の極数と固定子のスロット数について説明していないが、極数とスロット数との比は、一般的な回転電動機と同様であり、例えば４：３、２：３などである。
【００３６】
ここで、上記実施の形態１，２では、磁極となる磁石が配設された回転子を用いる回転電動機について説明しているが、本発明は、回転子に磁極を形成する界磁手段が固定子に配設されている回転電動機、例えば誘導機、スイッチドリラクタンスモータ、磁気誘導子型回転機などの回転電動機に適用しても同様の効果を奏する。
以下、本発明を適用した磁気誘導子型回転機について説明する。
【００３７】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を示す一部破断斜視図、図５はこの発明の実施の形態３に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００３８】
図４および図５において、回転電動機２０は、磁気誘導子型回転機であり、鉄などの塊状磁性体で作製され、軸受１０に片持ち支持された回転軸２１、回転軸２１に同軸に固着された回転子２２と、回転子２２を囲繞するように配設された固定子コア２７にトルク発生用駆動コイルとしての固定子コイル３０を巻装してなる固定子２６と、界磁起磁力発生用コイルとしての界磁コイル３１と、回転子２２、固定子２６および界磁コイル３１を収納するフレーム３２と、を備えている。
【００３９】
回転子２２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回転子コア体２３，２４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２５ａが穿設された円盤状の隔壁２５と、を備える。第１および第２回転子コア体２３，２４は、同一形状に作製され、軸心位置に回転軸挿入孔２３ｃ，２４ｃが穿設された円筒状の基部２３ａ，２４ａと、基部２３ａ，２４ａ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４つ設けられた突極２３ｂ，２４ｂと、から構成されている。第１および第２回転子コア体２３，２４は、周方向に半突極ピッチずらして、隔壁２５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２３ｃ，２４ｃ，２５ａに挿通された回転軸２１に固着されて構成されている。そして、回転子２２は、回転軸２１の一端を軸受１０に支持されてフレーム３２内に回転自在に配設されている。
【００４０】
固定子コア２７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作製された第１および第２固定子コア体２８，２９を備える。第１固定子コア体２８は、円筒状のコアバック２８ａと、コアバック２８ａ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６つ設けられたティース２８ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロット２８ｃが、コアバック２８ａと隣り合うティース２８ｂとにより画成されている。第２固定子コア体２９は、円筒状のコアバック２９ａと、コアバック２９ａ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６つ設けられたティース２９ｂと、を備える。そして、内周側に開口するスロット２９ｃが、コアバック２９ａと隣り合うティース２９ｂとにより画成されている。第２固定子コア体２９は、ティース２９ｂの長さがティース２８ｂの長さより短くなっている点を除いて、第１固定子コア体２８と同じ形状に形成されている。第１および第２固定子コア体２８，２９は、ティース２８ｂ，２９ｂの周方向位置を一致させて、かつ隔壁２５の軸方向厚みｄだけ離間して、それぞれ第１および第２回転子コア体２３，２４を囲繞するように、フレーム３２内に配設されている。
【００４１】
固定子コイル３０は、導体線をスロット２８ｃ，２９ｃを跨がないで軸方向に相対して対をなすティース２８ｂ，２９ｂに巻回した、いわゆる集中巻き方式に巻回された３相の相コイルを有する。つまり、固定子コイル３０は、軸方向に相対する６対のティース２８ｂ、２９ｂ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。なお、図４では、便宜上、１相のコイルのみを示している。
【００４２】
界磁コイル３１は、導体線を円筒状に巻回した円筒状コイルであり、第１および第２固定子コア体２８，２９のコアバック２８ａ，２９ａ間に介装されている。
フレーム３２は、鉄などの塊状磁性体で作製され、第１固定子コア体２８のコアバック２８ａの外周面と第２固定子コア体２９のコアバック２９ａの外周面とに密接するように配設され、軸方向磁路形成部材を構成している。なお、フレーム３２が非磁性材料で作製される場合には、鉄などの磁性材料で作製された部材を第１固定子コア体２８のコアバック２８ａの外周面と第２固定子コア体２９のコアバック２９ａの外周面とに接するように配設すればよい。
【００４３】
つぎに、このように構成された回転電動機２０の動作について説明する。
【００４４】
界磁コイル３１に通電されることにより発生した磁束は、図４に矢印Ｂで示されるように、第１固定子コア体２８内を軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、ティース２８ｂから空隙部を介して第１回転子コア体２３の突極２３ｂに入る。第１回転子コア体２３に入った磁束は、第１回転子コア体２３内を、軸方向に隔壁２５側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、回転軸２１に流れ込む。回転軸２１に流れ込んだ磁束は、回転軸２１内を軸方向に流れ、第２回転子コア体２４に入る。第２回転子コア体２４に入った磁束は、第２回転子コア体２４内を、軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、突極２４ｂから空隙部を介して第２固定子コア体２９のティース２９ｂに入る。第２固定子コア体２９に入った磁束は、第２固定子コア体２９内を、軸方向に界磁コイル３１側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、フレーム３２に流れ込む。フレーム３２に流れ込んだ磁束は、フレーム３２を軸方向に流れ、第１固定子コア体２８に戻る。
【００４５】
この時、第１および第２回転子コア体２３，２４の突極２３ｂ，２４ｂが周方向に半突極ピッチずれているので、磁束は、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たように作用する。そして、回転子２２の位置に応じて固定子コイル３０に交流電流を流すことにより、トルクを発生させる。これにより、回転電動機２０は、無整流子モータであり、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機と同様に動作する。
【００４６】
この実施の形態３によれば、回転子２２が片持ち支持されている回転軸２１の端部に取り付けられているので、回転軸２１は軸受１０の軸心に対して傾斜して回転駆動される。しかし、第２固定子コア体２９のティース２９ｂの長さが第１固定子コア体２８のティース２８ｂの長さより短く形成されているので、軸受１０と反対側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｆが軸受１０側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｎより広くなっており、駆動時の回転子２２と固定子コア２７との接触が回避される。
【００４７】
また、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に隙間ｄが確保されている。そこで、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の磁気抵抗が増大し、第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に流れる磁束が低減され、鉄損が低減される。また、界磁コイル３１を第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の隙間に配置することができるので、界磁コイル３１を固定子コア２７の径方向外側に配置する必要がなく、装置の小型化が図られる。
【００４８】
実施の形態４．
図６はこの発明の実施の形態４に係る回転電動機の主要構成を模式的に示す断面図である。
【００４９】
図６において、界磁起磁力発生用磁石としての永久磁石３３は、例えば平板リング状に作製された異方性焼結希土類磁石であり、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に同軸に介装されている。そして、永久磁石３３は、着磁方向３４が第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に向うように着磁配向されている。フレーム３５は、アルミニウムなどの非磁性材料で作製され、固定子２６を内包するように配設されている。
なお、この実施の形態４は、界磁手段として、界磁コイル３１に替えて永久磁石３３を用い、非磁性材料で作製されたフレーム３５を用いている点を除いて、上記実施の形態３と同様に構成されている。
【００５０】
このように構成された回転電動機２０Ａでは、永久磁石３３による磁束が、第１固定子コア体２８内を軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、ティース２８ｂから空隙部を介して第１回転子コア体２３の突極２３ｂに入る。第１回転子コア体２３に入った磁束は、第１回転子コア体２３内を、軸方向に隔壁２５側に徐々にシフトしつつ径方向内方に流れ、回転軸２１に流れ込む。回転軸２１に流れ込んだ磁束は、回転軸２１内を軸方向に流れ、第２回転子コア体２４に入る。第２回転子コア体２４に入った磁束は、第２回転子コア体２４内を、軸方向外側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、突極２４ｂから空隙部を介して第２固定子コア体２９のティース２９ｂに入る。第２固定子コア体２９に入った磁束は、第２固定子コア体２９内を永久磁石３３側に徐々にシフトしつつ径方向外方に流れ、永久磁石３３に戻る。
【００５１】
そして、回転子２２の位置に応じて固定子コイル３０に交流電流を流すことにより、トルクを発生させ、回転子２２が回転駆動される。
【００５２】
この実施の形態４においても、第２固定子コア体２９のティース２９ｂの長さが第１固定子コア体２８のティース２８ｂの長さより短く形成されているので、軸受１０と反対側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｆが軸受１０側の回転子２２と固定子コア２７との隙間Ｇｎより広くなっており、駆動時の回転子２２と固定子コア２７との接触が回避される。
【００５３】
また、第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間に隙間ｄが確保されているので、第２固定子コア体２９から第１固定子コア体２８に流れる磁束が低減され、鉄損が低減される。さらに、永久磁石３３を第１固定子コア体２８と第２固定子コア体２９との間の隙間に配置することができるので、装置の小型化が図られる。さらにまた、フレーム３５が非磁性材料で作製されているので、永久磁石３３から第１固定子コア体２８、フレーム３５および第２固定子コア体２９を介して永久磁石３３に戻る磁路が形成されず、有効磁束量が確保され、出力を向上することができる。
【００５４】
なお、上記実施の形態３，４では、界磁極数とスロット数との比が８：６、即ち極スロット比が４：３であるが、極スロット比は４：３に限定されるものではなく、例えば２：３でもよい。
また、実施の形態３，４では、第１および第２固定子コア体、および第１および第２回転子コアが磁性薄板としての磁性鋼板を積層して作製されているものとしているが、磁性薄板は磁性鋼板に限定されるものではなく、例えば電磁鋼板を用いてもよい。
また、上記実施の形態３，４では、第１および第２回転子コア体および隔壁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回転子コア体および隔壁を圧粉鉄心や鉄などの塊状磁性材料で作製してもよい。
【００５５】
また、実施の形態３，４では、固定子コイルが集中巻き巻線で構成されているものとしているが、固定子コイルは集中巻き巻線に限定されるものではなく、例えば分布巻き巻線で構成されてもよい。
また、実施の形態３，４では、隔壁が第１および第２回転子コア体の間に介装されているものとしているが、第１および第２回転子コア体が回転軸に十分に固定されていれば、隔壁を省略してもよい。
【００５６】
また、上記実施の形態３，４では、内径の異なる固定子コア体を用いて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くするものとしているが、固定子コア体の内径と回転子コア体の外径との両方を変えて、あるいは回転子コアの外径のみを変えて、固定子コアと回転子との間の空隙を軸受から離れる方向にステップ状に広くしてもよい。
【符号の説明】
【００５７】
１，１Ａ，２０，２０Ａ 回転電動機、２，２２ 回転軸、３，１１，２２ 回転子、４，１４，２６ 固定子、５，１５，２７ 固定子コア、６，１６，２８ 第１固定子コア体、７，１７，２９ 第２固定子コア体、８，３０ 固定子コイル、９，３２，３５ フレーム、１０ 軸受、３１ 界磁コイル（界磁起磁力発生用コイル）、３３ 永久磁石（界磁起磁力発生用磁石）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
上記フレームに軸受を介して片持ち支持された回転軸に取り付けられた回転子と、
上記回転子を囲繞するように上記フレームに取り付けられた固定子コア、および該固定子コアに巻装されて上記回転子を回転させるトルクを発生する固定子コイルを有する固定子と、を備え、
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成され、
上記固定子コアは、それぞれ、磁性薄板を積層して構成された上記ステップ数と同数の固定子コア体を、上記空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列して構成されていることを特徴とする回転電動機。
【請求項２】
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記ステップ数と同数の上記固定子コア体の内径を変えて、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電動機。
【請求項３】
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記回転子の外径を変えて、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電動機。
【請求項４】
上記固定子コアは、２つの上記固定子コア体から構成され、
界磁起磁力発生用コイルが軸方向に配列された上記固定子コア体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３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項５】
上記固定子コアは、２つの上記固定子コア体から構成され、
界磁起磁力発生用磁石が、軸方向に着磁配向されて、軸方向に配列された上記固定子コア体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３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項１】
フレームと、
上記フレームに軸受を介して片持ち支持された回転軸に取り付けられた回転子と、
上記回転子を囲繞するように上記フレームに取り付けられた固定子コア、および該固定子コアに巻装されて上記回転子を回転させるトルクを発生する固定子コイルを有する固定子と、を備え、
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成され、
上記固定子コアは、それぞれ、磁性薄板を積層して構成された上記ステップ数と同数の固定子コア体を、上記空隙のステップ間の位置で互いに離間して、軸方向に同軸に配列して構成されていることを特徴とする回転電動機。
【請求項２】
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記ステップ数と同数の上記固定子コア体の内径を変えて、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電動機。
【請求項３】
上記回転子と上記固定子コアとの間の空隙が、上記回転子の外径を変えて、上記軸受から離れる方向にステップ状に広がるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の回転電動機。
【請求項４】
上記固定子コアは、２つの上記固定子コア体から構成され、
界磁起磁力発生用コイルが軸方向に配列された上記固定子コア体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３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【請求項５】
上記固定子コアは、２つの上記固定子コア体から構成され、
界磁起磁力発生用磁石が、軸方向に着磁配向されて、軸方向に配列された上記固定子コア体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３のいずれか１項に記載の回転電動機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１００５０２（Ｐ２０１２−１００５０２Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４８４６２（Ｐ２０１０−２４８４６２）
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月５日（２０１０．１１．５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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