JP2018064323A - 同期リラクタンス型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子鉄心に効率よく磁束を流し、且つ回転子鉄心の高速回転時の変形を抑制できる同期リラクタンス型回転電機を提供することである。【解決手段】実施形態の同期リラクタンス型回転電機は、シャフトと、回転子鉄心と、を持つ。シャフトは、回転軸線回りに回転する。回転子鉄心は、シャフトに固定され、１極当りに径方向内側に向かって凸形状となる空洞部が複数層形成されている。そして、１極のうちの周方向中央を極中心とし、複数の空洞部のうち、シャフトに最も近い空洞部を第１空洞部とし、第１空洞部の１つ隣に位置する空洞部を第２空洞部とし、第２空洞部の第１空洞部とは反対側に位置する空洞部を第３空洞部としたとき、極中心上における第１空洞部と第２空洞部との間の幅Ｗ１と、極中心上における第２空洞部と第３空洞部との間の幅Ｗ２は、Ｗ１≦Ｗ２を満たすように設定されている。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、同期リラクタンス型回転電機に関する。

同期リラクタンス型回転電機は、回転子と、固定子と、を備えている。回転子は、回転可能に軸支されて回転軸中心で軸方向に延びるシャフトと、シャフトに外嵌固定される回転子鉄心と、を備えている。固定子は、回転子鉄心の外周に回転子鉄心と間隔をあけて配置され、互いに周方向に間隔をあけて配列された複数のティースを有する固定子鉄心と、複数のティースにそれぞれ巻回された複数極の多相の電機子巻線と、を備えている。

回転子鉄心には、１極当りに径方向内側に向かって凸形状となる空洞部が複数層形成されている。このように空洞部を形成することにより、回転子鉄心に、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向とが形成される。そして、同期リラクタンス型回転電機は、空洞部によって発生するリラクタンストルクを利用し、シャフトを回転させる。

ここで、シャフトの回転トルクを向上させるためには、回転子鉄心に流れる磁束をできるだけシャフト側（回転子鉄心の径方向中心側）に流し、回転子鉄心の全体に万遍なく磁束を分布させることが望ましい。このため、例えば、回転子鉄心の２つの空洞部の間の間隔を、シャフトに近くなるほど大きく設定し、シャフトに近い箇所で磁気飽和が生じないようにする場合が多い。

しかしながら、実際は、回転子鉄心に流れる磁束は、シャフトに近くなるほど（径方向中心に近くなるほど）磁束密度が小さくなる。このため、回転子鉄心の２つの空洞部の間の間隔を、シャフト側に近くなるほど大きく設定しても理想通り磁束が流れない可能性があった。
また、回転子鉄心に空洞部を形成すると回転子鉄心が変形しやすくなってしまう。このため、回転子鉄心を高速回転させると、これによって生じる遠心力により、回転子鉄心が変形してしまう可能性があった。

国際公開第２０１５／１３２９９１号

本発明が解決しようとする課題は、回転子鉄心に効率よく磁束を流し、且つ回転子鉄心の高速回転時の変形を抑制できる同期リラクタンス型回転電機を提供することである。

実施形態の同期リラクタンス型回転電機は、シャフトと、回転子鉄心と、を持つ。シャフトは、回転軸線回りに回転する。回転子鉄心は、シャフトに固定され、１極当りに径方向内側に向かって凸形状となる空洞部が複数層形成されている。そして、１極のうちの周方向中央を極中心とし、複数の空洞部のうち、シャフトに最も近い空洞部を第１空洞部とし、第１空洞部の１つ隣に位置する空洞部を第２空洞部とし、第２空洞部の第１空洞部とは反対側に位置する空洞部を第３空洞部としたとき、極中心上における第１空洞部と第２空洞部との間の幅Ｗ１と、極中心上における第２空洞部と第３空洞部との間の幅Ｗ２は、Ｗ１≦Ｗ２を満たすように設定されている。

第１の実施形態の同期リラクタンス型回転電機の一部の構成を示す断面図。 第２の実施形態の回転子を示す側面図。 第３の実施形態の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。 第３の実施形態における第１の変形例の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。 第３の実施形態における第２の変形例の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。 第３の実施形態における第３の変形例の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。 第４の実施形態の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。 第４の実施形態の回転子を示す側面図。 第４の実施形態における変形例の回転子鉄心の一部の構成を示す断面図。

以下、実施形態の同期リラクタンス型回転電機を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、同期リラクタンス型回転電機（以下、単に回転電機という）１の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図である。なお、図１では、回転電機１の１／４セクター、すなわち、１／４周の周角度領域分のみを示している。
同図に示すように、回転電機１は、略円筒状の固定子２と、固定子２よりも径方向内側に設けられ、固定子２に対して回転自在に設けられた回転子３と、を備えている。なお、固定子２および回転子３は、それぞれの中心軸線が共通軸上に位置した状態で配置されている。以下、共通軸を中心軸（回転軸線）Ｏと称し、中心軸Ｏ回りに周回する方向を周方向と称し、中心軸および周方向に直交する方向を径方向と称する。

固定子２は、略円筒状の固定子鉄心４を有している。固定子鉄心４は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。固定子鉄心４の内周面には、中心軸Ｏに向かって突出し、周方向に等間隔で配列された複数のティース５が一体成形されている。ティース５は、断面略矩形状に形成されている。そして、隣接する各ティース５間には、それぞれスロット６が形成されている。これらスロット６を介し、各ティース５に電機子巻線７が巻回されている。

回転子３は、中心軸Ｏに沿って延びるシャフト８と、シャフト８に外嵌固定された略円柱状の回転子鉄心９と、を備えている。
回転子鉄心９は、電磁鋼板を複数枚積層したり、軟磁性粉を加圧成形したりして形成することが可能である。回転子鉄心９の外径は、径方向で対向する各ティース５との間に、所定のエアギャップＧが形成されるように設定されている。
また、回転子鉄心９の径方向中央には、中心軸Ｏに沿って貫通する貫通孔１０が形成されている。この貫通孔１０に、シャフト８が圧入等され、シャフト８と回転子鉄心９とが一体となって回転する。

さらに、回転子鉄心９には、１／４周の周角度領域のそれぞれに、４層の空洞部（フラックスバリア）１１，１２，１３，１４（第１空洞部１１、第２空洞部１２、第３空洞部１３、第４空洞部１４）が径方向に並んで形成されている。すなわち、最もシャフト８に近い位置（回転子鉄心９の径方向最内側）に第１空洞部１１が形成され、この第１空洞部１１から、シャフト８から離間する方向（径方向外側）に向かって順に第２空洞部１２、第３空洞部１３、第４空洞部１４が並んで形成されている。そして、第４空洞部１４が、シャフト８から最も離間した位置（径方向最外側）に配置されている。

また、各空洞部１１〜１４は、電機子巻線７に通電した際に形成される磁束の流れに沿うように形成されている。つまり、各空洞部１１〜１４は、周方向の中央が最も径方向内側に位置するように（径方向内側に向かって凸形状となるように）、湾曲形成されている。これにより、回転子鉄心９には、磁束の流れ易い方向と磁束の流れにくい方向が形成される。

ここで、本実施形態において、磁束の流れ易い方向をｑ軸と称する。また、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交する径方向に沿った方向をｄ軸と称する。すなわち、各空洞部１１〜１４は、ｄ軸に沿った径方向において、多層構造となる。
より詳しくは、回転子鉄心９においてｑ軸方向は、各空洞部１１〜１４によって磁束の流れが妨げられない方向をｑ軸と称する。すなわち、回転子鉄心９の外周面９ａの任意の周角度位置に正の磁位（例えば磁石のＮ極を近づける）、これに対して１極分（本実施形態の場合は機械角で９０度）ずれた他の任意の周角度位置に負の磁位（例えば磁石のＳ極を近づける）を与え、任意の位置を周方向へずらしていった場合に最も多くの磁束が流れる時の中心軸Ｏから任意の位置に向かう方向をｑ軸と定義する。そして、各空洞部１１〜１４の長手方向がｑ軸である。

一方、各空洞部１１〜１４によって磁束の流れが妨げられる方向、すなわちｑ軸に対して磁気的に直交する方向をｄ軸と称する。本実施形態では、各空洞部１１〜１４によって、中心軸Ｏに近い領域と遠い領域に分離された２つの回転子鉄心部分が対向する方向に対して平行な方向がｄ軸である。また、各空洞部１１〜１４が多層に形成されている場合（本実施形態では４層）、層の重なり方向がｄ軸である。本実施形態では、ｄ軸は、ｑ軸に対して電気的、磁気的に直交するのに限らず、直交する角度からある程度の角度幅（例えば機械角で１０度程度）をもって交わってよい。

このように、回転子鉄心９は、４極に構成されており、１極当り（回転子鉄心９の１／４周の周角度領域）に４層の空洞部１１，１２，１３，１４が形成されていることになる。そして、１極とは、ｑ軸間の領域をいう。
なお、以下の説明では、ｄ軸を極中心Ｃ１と称する。つまり、各空洞部１１〜１４は、極中心Ｃ１が最も径方向内側に位置するように、径方向内側に向かって湾曲されていることになる。また、各空洞部１１〜１４は、中心軸Ｏ方向からみて長手方向両端が回転子鉄心９の外周部に位置するように湾曲形成されている。そして、各空洞部１１〜１４は、長手方向中央に近い箇所ほど極中心Ｃ１と直交するように形成されている。

ここで、回転子鉄心９は、極中心Ｃ１上における第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅をＷ１とし、極中心Ｃ１上における第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅をＷ２としたとき、幅Ｗ１，Ｗ２は、
Ｗ１≦Ｗ２・・・（１）
を満たすように設定されている。
なお、極中心Ｃ１上における第３空洞部１３と第４空洞部１４との間の幅をＷ３としたとき、幅Ｗ３は、幅Ｗ２よりも若干狭い程度が望ましい。

このような構成のもと、回転電機１を駆動する場合、固定子２の電機子巻線７に三相交流を供給する。すると、所定のティース１１に磁束が形成される。そして、磁束が形成されるティース１１が回転子３の回転方向（周方向）に沿って順次切り替えられる（形成される磁束が回転移動する）。回転子鉄心９の各空洞部１１〜１４は、磁束の流れに沿うように形成されている。このため、回転子鉄心９は、各空洞部１１〜１４の間に磁束が流れるように、この磁束の回転移動に追随して回転する。

ところで、磁束密度は、その磁束が発生する箇所の距離の２条に反比例することが知られている。すなわち、ティース１１から離間するほど（中心軸Ｏに近づくほど）ティース１１により形成された磁束の密度は小さくなる。一方で、回転子鉄心９の各空洞部１１〜１４の間が磁気飽和すると、磁束は回転子鉄心９の磁気飽和していない箇所（磁束の流れ易い方向）へと流れていく。

すなわち、上記したように、シャフト８の回転トルクを向上させるためには、回転子鉄心９に流れる磁束をできるだけシャフト８側（回転子鉄心９の径方向中心側）に分布させることが望ましいが、実際は、回転子鉄心９に流れる磁束は、シャフト８に近くなるほど、磁束密度が小さくなる。つまり、回転子鉄心９において、シャフト８と第１空洞部１１との間、および第１空洞部１１と第２空洞部１２との間には、理想通りに磁束が流れない。

ここで、本第１の実施形態では、回転子鉄心９の極中心Ｃ１上において、第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅Ｗ１よりも第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅Ｗ２を大きく設定している（式（１）参照）。すなわち、もともと磁束が通りにくい第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅Ｗ１よりも第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅Ｗ２を大きくすることにより、この第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の磁束をより通り易くしている。

さらに、回転子鉄心９において、第３空洞部１３と第４空洞部１４との間、および第４空洞部１４よりも外周面９ａ側は、回転子鉄心９が円柱状であるため体積が小さく（磁束の通り道が狭く）磁気飽和し易い。このため、第２空洞部１２と第３空洞部１３との間に多くの磁束を流すことができる。

したがって、上述の第１の実施形態によれば、回転子鉄心９において、実際にシャフト８の回転トルク向上への影響が大きい磁束が分布されている領域（第２空洞部１２よりもシャフト８から離間する領域）に万遍なく磁束を流すことができる。つまり、回転子鉄心９に効率よく磁束を流すことができる。このため、シャフト８の回転トルクを効率よく向上させることが可能になる。

（第２の実施形態）
次に、図１を援用し、図２に基づいて第２の実施形態について説明する。
図２は、第２の実施形態における回転子２０３を、シャフト８の径方向からみた側面図である。なお、前述の第１の実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明を省略する（以下の実施形態についても同様）。

同図に示すように、第２の実施形態の回転子２０３を構成する回転子鉄心２０９は、複数の電磁鋼板２０９ｂを積層してなる。このように構成された回転子鉄心２０９は、中心軸Ｏ方向両側に配置された一対の回転子鉄心押さえ２５，２６によって複数の電磁鋼板２０９ｂが挟持されている。この点、前述の第１の実施形態と相違する。

回転子鉄心押さえ２５，２６は、非磁性材により略円板状に形成されている。回転子鉄心押さえ２５，２６の径方向中央には、シャフト８を圧入可能な貫通孔２５ａ，２６ａが形成されている。これにより、シャフト８に回転子鉄心押さえ２５，２６が固定され、さらに、シャフト８に対する回転子鉄心２０９の中心軸Ｏ方向への移動が規制される。
また、回転子鉄心押さえ２５，２６には、回転子鉄心２０９の第２空洞部１２または第３空洞部１３（何れも前述の図１参照）の何れかに対応する位置に、スタッドボルト２７を挿通可能なボルト挿通孔２５ｂ，２６ｂが形成されている。

スタッドボルト２７は、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６による複数の電磁鋼板２０９ｂの挟持状態を維持するためのものである。スタッドボルト２７は、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６のうち、一方の回転子鉄心押さえ２５のボルト挿通孔２５ｂを介して第２空洞部１２または第３空洞部１３の何れかに挿通される。
そして、他方の回転子鉄心押さえ２６のボルト挿通孔２６ｂを介して中心軸Ｏ方向外側に、スタッドボルト２７の先端が突出されている。この先端は、ナットが締結固定されたり、座屈変形されたりしている。これにより、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６によって、複数の電磁鋼板２０９ｂが強固に一体化される。

ここで、回転子鉄心２０９は、前述の第１実施形態と同様に、第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅Ｗ１と、第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅Ｗ２が上記式（１）を満たすように設定されている。換言すれば、極中心Ｃ１上の第２空洞部１２または第３空洞部１３の幅は、上記式（１）を満たすべく、若干幅狭に形成されている。この幅狭に形成された第２空洞部１２または第３空洞部１３の何れかに、スタッドボルト２７が挿通される。

スタッドボルト２７の軸径は、幅狭に形成された第２空洞部１２または第３空洞部１３の極中心Ｃ１上の幅とほぼ同等に設定される。すなわち、スタッドボルト２７は、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６を介して回転子鉄心２０９を固定する役割を有している他に、スタッドボルト２７が挿通されている空洞部（第２空洞部１２または第３空洞部１３）の両側に位置する回転子鉄心２０９の極中心Ｃ１に沿う方向の変位を規制する役割を有している。

このような構成のもと、回転子２０３を高速回転させると、回転子鉄心２０９に遠心力および向心力が作用し、回転子鉄心２０９が径方向外側および径方向内側に向かって変形しようとする。回転子鉄心２０９には、複数の空洞部１１〜１４が形成されているので、変形し易くなっている。しかしながら、所定の空洞部（第２空洞部１２または第３空洞部１３）にスタッドボルト２７が挿通されているので、このスタッドボルト２７によって、回転子鉄心２０９の径方向外側および径方向内側への変位が規制される。

したがって、上述の第２の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加え、回転子２０３を高速回転させた際の回転子鉄心２０９の変形を抑制できる。このため、トルク特性を安定させることができると共に、駆動時の振動、騒音を低減できる。

（第３の実施形態）
次に、図３に基づいて第３の実施形態について説明する。
図３は、第３の実施形態における回転子鉄心３０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図である。
同図に示すように、第３の実施形態における回転子鉄心３０９には、第２空洞部１２と第３空洞部１３との間で、且つ極中心Ｃ１上に、第３空洞部１３に臨むように突出された凸条部３１が一体成形されている。この点、前述の第１の実施形態と相違する。
第３空洞部１３に臨むように凸条部３１を突出形成することにより、第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅Ｗ１と、第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅Ｗ２は、上記式（１）を満たしている。

凸条部３１は、回転子鉄心３０９の中心軸Ｏ方向全体に渡って形成されている。凸条部３１は、中心軸Ｏに直交する方向の断面形状が半円状になっている。
このような構成のもと、例えば、前述の第２の実施形態のように、シャフト８に回転子鉄心３０９を固定するために、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６とスタッドボルト２７（スタッドボルト２７は、図３に２点鎖線で示す）とを使用する場合、スタッドボルト２７は、第３空洞部１３の凸条部３１に対応する位置に挿通される。スタッドボルト２７の軸径は、第３空洞部１３の凸条部３１上にほぼ隙間なく配置される程度に設定されている。

したがって、上述の第３の実施形態によれば、前述の第２の実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、上述の第３の実施形態では、回転子鉄心３０９の第２空洞部１２と第３空洞部１３との間で、且つ極中心Ｃ１上に、第３空洞部１３に臨むように断面半円状の凸条部３１が突出形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、凸条部３１を、以下のように構成してもよい。

（第３の実施形態の第１の変形例）
図４は、第３の実施形態の第１の変形例における回転子鉄心３０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図であって、前述の図３に対応している。
すなわち、同図に示すように、凸条部３１の中心軸Ｏに直交する方向の断面形状を、矩形状としてもよい。凸条部３１を断面矩形状とすることにより、凸条部３１は、第３空洞部１３の長手方向両側に形成される２つの側面３１ａと、これら２つの側面３１ａに跨る先端面３１ｂと、の３つの平坦面（側面３１ａ、先端面３１ｂ）を備えることになる。

このため、例えば、複数の電磁鋼板を積層して回転子鉄心３０９を形成する場合、各電磁鋼板の周方向、および径方向の位置決めを、側面３１ａや先端面３１ｂを利用して行うことが可能になる。これら側面３１ａや先端面３１ｂは平坦に形成されているので、各電磁鋼板の位置合わせに好適である。
したがって、上述の第３の実施形態の第１の変形例によれば、前述の第３の実施形態と同様の効果に加え、回転子鉄心３０９の形成工程を容易化、簡素化できる。

（第３の実施形態の第２の変形例）
図５は、第３の実施形態の第２の変形例における回転子鉄心３０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図であって、前述の図３に対応している。
また、同図に示すように、回転子鉄心３０９の第２空洞部１２と第３空洞部１３との間で、且つ極中心Ｃ１上に、第２空洞部１２に臨むように凸条部３１を突出形成してもよい。この場合、凸条部３１を断面矩形状とすることにより、前述の第１の変形例と同様の効果を奏することができる。

（第３の実施形態の第３の変形例）
図６は、第３の実施形態の第３の変形例における回転子鉄心３０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図であって、前述の図３に対応している。
また、同図に示すように、回転子鉄心３０９の第２空洞部１２と第３空洞部１３との間で、且つ極中心Ｃ１上に、第３空洞部１２に臨むように凸条部３１を突出形成することに加え、回転子鉄心３０９の第３空洞部１３と第４空洞部１４との間で、且つ極中心Ｃ１上に、第３空洞部１２に臨むように第２凸条部３２を突出形成してもよい。

凸条部３１と第２凸条部３２の形状は、断面半円状になっている。しかしながら、これに限られるものではなく、断面矩形状であってもよい。また、凸条部３１および第２凸条部３２の何れか一方を断面半円状とし、他方を断面矩形状としてもよい。
凸条部３１と第２凸条部３２は、互いに極中心Ｃ１上で対向配置されている。凸条部３１と第２凸条部３２は互いに接触しておらず、凸条部３１と第２凸条部３２との間に僅かに隙間Ｓ１が形成されている。この隙間Ｓ１には、補強プレート３３が介在されている。補強プレート３３は、中心軸Ｏ方向に延びる板状の部材であって、凸条部３１と第２凸条部３２とにより挟持されている。このため、第３の実施形態の第３の変形例によれば、回転子鉄心３０９の高速回転時の変形を補強プレート３３によって抑制できる。

（第４の実施形態）
次に、図７、図８に基づいて、第４の実施形態について説明する。
図７は、第４の実施形態における回転子鉄心４０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図である。図８、は、第４の実施形態における回転子４０３を、シャフト８の径方向からみた側面図である。
図７、図８に示すように、第４の実施形態における回転子鉄心４０９には、任意の空洞部１１〜１４（例えば、第２空洞部１２、第３空洞部１３）には、長手方向両側（回転子鉄心４０９の外周面４０９ａ寄り）に、それぞれ導体バー４１が挿入されている。この点、前述の第１の実施形態と相違する。

導体バー４１は、中心軸Ｏ方向に直交する断面形状が略矩形状で、且つ細長い板状の部材である。また、導体バー４１は、例えばアルミ合金や銅合金等の非磁性で且つ導電性を有する材料により形成されている。さらに、各導体バー４１は、中心軸Ｏ方向両端が、それぞれ回転子鉄心４０９から突出するように形成されている。これら導体バー４１の中心軸Ｏ方向両端は、それぞれ短絡環４２によって短絡されている。
短絡環４５は、非磁性で且つ導電性を有する材料により、略円環状に形成されている。短絡環４５の材料としては、具体的には、導体バー４１と同じ材料で例えばアルミ合金や銅合金により形成されることが好ましい。しかしながら、これに限られるものではない。

このような構成のもと、回転子４０３を回転駆動させるにあたって、固定子２の電機子巻線７（図１参照）に三相交流を供給すると、所定のティース１１に磁束が形成される。
このとき、停止した状態の回転子４０３が固定子２側の磁束の回転移動に同期して回転するまでの非同期状態において、回転子鉄心４０９に設けられた導体バー４１に誘導電流が生じる。つまり、導体バー４１は、二次コイルとして機能し、固定子２との間で、回転子４０３を回転させるための始動トルクを発生する。

ところで、回転電機１の始動時には、固定子２と回転子４０３との相対位置を検出し、この相対位置に基づいて所定の電機子巻線７に給電を行う必要がある。このため、前述の第１〜第３の実施形態では、回転電機１を始動するためにインバータが必要になり、これが回転電機１のコストを増大させる可能性があった。
これに対し、第４の実施形態では、導体バー４１が二次コイルとして機能し、固定子２との間で、回転子４０３を回転させるための始動トルクを発生させるので、インバータが不要になる。したがって、上述の第４の実施形態によれば、前述の第１の実施形態と同様の効果に加え、回転電機１を始動させるためのインバータが不要になり、回転電機１のコストを低減させることができる。

（第４の実施形態の変形例）
図９は、第４の実施形態の変形例における回転子鉄心４０９の一部の構成を示すシャフト８に直交する断面図であって、前述の図７に対応している。
同図に示すように、回転子鉄心４０９に、導体バー４１が配置されている空洞部１１〜１４に臨むように、補助凸条部４３を突出形成してもよい。補助凸条部４３は、中心軸Ｏ方向全体に渡って形成されている。また、補助凸条部４３は、導体バー４１に隣接配置されている。この補助凸条部４３によって、導体バー４１の位置決めを行うと共に、導体バー４１の位置ズレが規制される。

したがって、上述の第４の実施形態の変形例によれば、前述の第４の実施形態と同様の効果に加え、導体バー４１の位置決めを容易に行うことができると共に、導体バー４１の位置ズレを防止できる。このため、この導体バー４１の機能を安定させることができると共に、導体バー４１の固定を容易に行うことができる。

なお、上述の第４の実施形態の変形例では、補助凸条部４３を中心軸Ｏ方向全体に渡って形成した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、複数の補助凸条部４３を中心軸Ｏ方向に沿って所定間隔をあけて配置してもよい。このように構成した場合であっても、補助凸条部４３によって導体バー４１の位置決めを容易に行うことができると共に、導体バー４１の位置ズレを防止できる。

また、上述の第４の実施形態、および第４の実施形態の変形例では、回転子鉄心４０９には、任意の空洞部１１〜１４（例えば、第２空洞部１２、第３空洞部１３）には、長手方向両側（回転子鉄心４０９の外周面４０９ａ寄り）に、それぞれ導体バー４１が挿入されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、少なくとも１つの空洞部に導体バー４１が挿入されていればよい。また、空洞部における回転子鉄心４０９の外周面４０９ａ寄りに導体バー４１が配置されていればよい。このように構成することで、回転子４０３を回転させるための始動トルクを発生することができる。

さらに、上述の実施形態では、回転子鉄心９〜４０９には、１／４周の周角度領域のそれぞれに（１極当りに）、４層の空洞部１１〜１４が形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、４層以上の複数層の空洞部が形成されていてもよい。空洞部が４層以上形成されている場合であっても、最もシャフト８に近い位置（回転子鉄心９〜４０９の径方向最内側）に形成された第１空洞部１１、この第１空洞部１１の１つ隣に位置する第２空洞部１２、およびこの第２空洞部１２の第１空洞部１１とは反対側に位置する第３空洞部１３において、極中心Ｃ１上における第１空洞部１１と第２空洞部１２との間の幅Ｗ１と、極中心Ｃ１上における第２空洞部１２と第３空洞部１３との間の幅Ｗ２とが上記式（１）を満たすように設定されていればよい。

また、回転子鉄心９〜４０９に、４層以上の複数層の空洞部が形成されている場合、第４空洞部１４とこの第４空洞部１４よりもシャフト８から離間する方向に配置されている他の空洞部の間の幅Ｗｎ１、および他の空洞部の間の幅Ｗｎ２は、全て同一幅に設定されていることが望ましい。また、幅Ｗｎ１，Ｗｎ２は、それぞれ極中心Ｃ１上における第３空洞部１３と第４空洞部１４との間の幅Ｗ３（図１参照）とほぼ同等か、または幅Ｗ３よりも若干狭い程度が望ましい。
このように構成することで、回転子鉄心９〜４０９の外周側に磁束が集中してしまうことを抑制できる。このため、回転子鉄心９〜４０９において、実際にシャフト８の回転トルク向上への影響が大きい磁束が分布されている領域（第２空洞部１２よりもシャフト８から離間する領域）に、できる限り万遍なく磁束を流すことができる。

さらに、上述の実施形態では、各空洞部１１〜１４は、周方向の中央が最も径方向内側に位置するように（径方向内側に向かって凸形状となるように）、湾曲形成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、各空洞部１１〜１４は、径方向内側に向かって凸形状に形成されていればよい。すなわち、各空洞部１１〜１４が湾曲形成されていなくてもよい。
また、上述の実施形態では、回転子鉄心９〜４０９は、４極に構成されている場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、回転子鉄心９〜４０９を４極以上で構成してもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、回転子鉄心９〜４０９において、実際にシャフト８の回転トルク向上への影響が大きい磁束が分布されている領域（第２空洞部１２よりもシャフト８から離間する領域）に万遍なく磁束を流すことができる。つまり、回転子鉄心９〜４０９に効率よく磁束を流すことができる。このため、シャフト８の回転トルクを効率よく向上させることが可能になる。

また、例えば、シャフト８に回転子鉄心９〜４０９を固定するために、一対の回転子鉄心押さえ２５，２６とスタッドボルト２７とを使用する場合、このスタッドボルト２７を利用して回転子鉄心９〜４０９を高速回転させた際の変形を抑制できる。このため、トルク特性を安定させることができると共に、駆動時の振動、騒音を低減できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…同期リラクタンス型回転電機、８…シャフト、９，２０９，３０９，４０９…回転子鉄心、２０９ａ，４０９ａ…外周面、１１…第１空洞部、１２…第２空洞部、１３…第３空洞部、１４…第４空洞部（他の空洞部）、３１…凸条部（第１凸条部）、３２…第２凸条部、４１…導体バー、４２…短絡環、４３…補助凸条部（補助凸部）、Ｃ１…極中心、Ｏ…中心軸（回転軸線）

Claims (9)

1. 回転軸線回りに回転するシャフトと、
   前記シャフトに固定され、１極当りに径方向内側に向かって凸形状となる空洞部が複数層形成されている回転子鉄心と、
   を備え、
   １極のうちの周方向中央を極中心とし、複数の前記空洞部のうち、前記シャフトに最も近い前記空洞部を第１空洞部とし、該第１空洞部の１つ隣に位置する前記空洞部を第２空洞部とし、該第２空洞部の前記第１空洞部とは反対側に位置する前記空洞部を第３空洞部としたとき、
   前記極中心上における前記第１空洞部と前記第２空洞部との間の幅Ｗ１と、前記極中心上における前記第２空洞部と前記第３空洞部との間の幅Ｗ２は、
   Ｗ１≦Ｗ２
   を満たすように設定されている
   同期リラクタンス型回転電機。
2. 前記幅Ｗ１と前記幅Ｗ２は、
   Ｗ１＝Ｗ２
   を満たすように設定されている
   請求項１に記載の同期リラクタンス型回転電機。
3. 前記第３空洞部よりも前記シャフトから離間する方向に位置する複数の前記空洞部を他の空洞部としたとき、
   該他の空洞部間の幅Ｗｎは、全て同一幅に設定されている
   請求項１または請求項２に記載の同期リラクタンス型回転電機。
4. 前記第２空洞部と前記第３空洞部との間に位置する前記回転子鉄心には、前記極中心上に、前記第２空洞部および前記第３空洞部の何れかに臨むように形成され、且つ前記回転軸線に沿って延びる第１凸条部が形成されている
   請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の同期リラクタンス型回転電機。
5. 前記第１凸条部は、前記回転軸線に直交する方向の断面形状が矩形状および半円形状の少なくとも何れか一方の形状である
   請求項４に記載の同期リラクタンス型回転電機。
6. 前記第３空洞部よりも前記シャフトから離間する方向に位置する複数の前記空洞部を他の空洞部としたとき、
   前記第２空洞部と前記第３空洞部との間に位置する前記回転子鉄心には、前記第３空洞部に臨むように前記第１凸条部が形成されており、
   前記第３空洞部と前記他の空洞部との間に位置する前記回転子鉄心には、前記極中心上に前記第３空洞部に臨むように形成され、且つ前記回転軸線に沿って延びる第２凸条部が形成されている
   請求項４または請求項５に記載の同期リラクタンス型回転電機。
7. 前記第２凸条部は、前記回転軸線に直交する方向の断面形状が矩形状および半円形状の少なくとも何れか一方の形状である
   請求項６に記載の同期リラクタンス型回転電機。
8. 複数の前記空洞部のうちの少なくとも１つに、非磁性で、且つ導電性を有する導体が、前記回転軸線方向全体に渡って設けられており、
   前記導体は、前記空洞部のうち、前記回転子鉄心の外周面寄りに配置されている
   請求項１〜請求項７の何れか１項に記載の同期リラクタンス型回転電機。
9. 前記回転子鉄心には、前記導体が配置される前記空洞部に向かって、且つ前記回転軸線に沿って延びる補助凸部が形成されており、
   前記補助凸部は、前記導体と並んで形成されている
   請求項８に記載の同期リラクタンス型回転電機。

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