特開 2022-51190 回転機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022051190

(43)【公開日】2022-03-31

(54)【発明の名称】回転機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20220101AFI20220324BHJP

   H02K 21/16 20060101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

H02K1/27 501M

H02K21/16 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020157530

(22)【出願日】2020-09-18

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(74)【代理人】

【識別番号】100116920

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 光

(72)【発明者】

【氏名】山口 浩二

(72)【発明者】

【氏名】軸丸 武弘

(72)【発明者】

【氏名】米山 夏樹

(72)【発明者】

【氏名】吉永 誠一郎

(72)【発明者】

【氏名】赤松 陽介

(72)【発明者】

【氏名】山田 達郎

(72)【発明者】

【氏名】角田 智哉

(72)【発明者】

【氏名】秋山 雅紘

【テーマコード（参考）】

5H621

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H621BB07

5H621BB10

5H621GA04

5H621HH01

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA07

5H622CA10

5H622CA12

5H622CB03

5H622PP01

(57)【要約】

【課題】
リラクタンストルクを用いて出力の向上が図れる回転機械を提供すること。
【解決手段】
固定子２の内側に表面磁石型の回転子３を回転可能に配置した回転機械１であって、回転子３は、回転軸線Ａに沿って配置される軸部材３１と、軸部材３１の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部３２とを備え、軸部材３１は、回転軸線Ａに垂直な断面において、ｄ軸方向とｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、
前記回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、前記軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部と、を備え、
前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記磁石部のｄ軸方向と前記磁石部のｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されている、
回転機械。

【請求項2】

前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記ｄ軸方向の断面積が前記ｑ軸方向の断面積より大きくなるように形成されている、
請求項１に記載の回転機械。

【請求項3】

前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記ｑ軸方向の断面積が前記ｄ軸方向の断面積より大きくなるように形成されている、
請求項１に記載の回転機械。

【請求項4】

固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、
前記回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、前記軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部と、を備え、
前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記磁石部のｄ軸方向と前記磁石部のｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されている、
回転機械。

【請求項5】

前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記ｄ軸方向の断面の長さが前記ｑ軸方向の断面の長さより長くなるように形成されている、
請求項４に記載の回転機械。

【請求項6】

前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記ｑ軸方向の断面の長さが前記ｄ軸方向の断面の長さより長くなるように形成されている、
請求項４に記載の回転機械。

【請求項7】

前記固定子は、前記ｄ軸方向に対し前記回転子の回転方向へ先行する磁界を形成し、前記磁界を前記回転方向へ回転させて前記回転子を回転させる、
請求項２又は５に記載の回転機械。

【請求項8】

前記固定子は、前記ｑ軸方向に対し前記回転子の回転方向へ先行する磁界を形成し、前記磁界を前記回転方向へ回転させて前記回転子を回転させる、
請求項３又は６に記載の回転機械。

【請求項9】

前記磁石部は、前記軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成するボンド磁石と、前記ボンド磁石の内部に埋め込まれて配置される焼結磁石と、を有している、
請求項１～８のいずれか一項に記載の回転機械。

【請求項10】

固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、
前記回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、前記軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部と、を備え、
前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記磁石部のｄ軸方向と前記磁石部のｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように、形成されている、
回転機械。

【請求項11】

前記軸部材は、前記回転軸線に垂直な断面において、前記磁石部のｄ軸方向と前記磁石部のｑ軸方向の中間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように、形成されている、
請求項１０に記載の回転機械。

【請求項12】

前記固定子は、前記ｑ軸方向に向けて磁界を形成し、前記磁界を回転させて前記回転子を回転させる、
請求項１０又は１１に記載の回転機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転機械に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転機械として、例えば、特開２０１９－１６１９３３号公報に記載されるように、表面磁石型のロータとそのロータを備えるブラシレスモータが知られている。このロータは回転軸の周囲に複数のマグネットを有し、マグネットは異なる磁極のものを周方向に交互に配置して設けられている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１６１９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような表面磁石型の回転子を備える回転機械にあっては、リラクタンストルクを用いて出力を向上させることが難しい。すなわち、表面磁石型の回転子は、永久磁石が周面に沿って配置されているため、リラクタンストルクが生じにくく、主に磁石トルクによって回転が行われる。

【0005】

そこで、リラクタンストルクを用いて出力の向上が図れる回転機械の開発が望まれている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の一態様に係る回転機械は、固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部を備え、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、磁石部のｄ軸方向と磁石部のｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されている。この回転機械によれば、回転子の軸部材が磁石部のｄ軸方向とｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されているため、軸部材においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0007】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなるように形成されていてもよい。この場合、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなるように回転子の軸部材が形成されているため、軸部材においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0008】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、ｑ軸方向の断面積がｄ軸方向の断面積より大きくなるように形成されていてもよい。この場合、ｑ軸方向の断面積がｄ軸方向の断面積より大きくなるように回転子の軸部材が形成されているため、軸部材においてｄ軸方向と比べてｑ軸方向に磁束が通りやすくなる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0009】

また、本開示の一態様に係る回転機械は、固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部を備え、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、磁石部のｄ軸方向と磁石部のｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されている。この回転機械によれば、回転子の軸部材が磁石部のｄ軸方向とｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されているため、軸部材においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0010】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように形成されていてもよい。この場合、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように回転子の軸部材が形成されているため、軸部材においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0011】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、ｑ軸方向の断面の長さがｄ軸方向の断面の長さより長くなるように形成されていてもよい。この場合、ｑ軸方向の断面の長さがｄ軸方向の断面の長さより長くなるように回転子の軸部材が形成されているため、軸部材においてｄ軸方向と比べてｑ軸方向に磁束が通りやすくなる。これにより、回転機械の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械の出力を向上させることができる。

【0012】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、固定子は、ｄ軸方向に対し回転子の回転方向へ先行する回転磁界を形成し、磁界を回転方向へ回転させて回転子を回転させてもよい。軸部材のｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなるように形成され、又は軸部材のｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように形成される場合、固定子が回転子に対しｄ軸方向に先行する回転磁界を形成することにより、回転子にリラクタンストルクを生じさせることができる。このため、回転機械の出力を向上させることができる。

【0013】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、固定子は、ｑ軸方向に対し回転子の回転方向へ先行する磁界を形成し、磁界を回転方向へ回転させて回転子を回転させてもよい。軸部材のｑ軸方向の断面積がｄ軸方向の断面積より大きくなるように形成され、又はｑ軸方向の断面の長さがｄ軸方向の断面の長さより長くなるように形成される場合、固定子が回転子に対しｑ軸方向に先行する回転磁界を形成することにより、回転子にリラクタンストルクを生じさせることができる。このため、回転機械の出力を向上させることができる。

【0014】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、磁石部は、軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成するボンド磁石と、ボンド磁石の内部に埋め込まれて配置される焼結磁石を有していてもよい。この場合、磁石部に焼結磁石が設けられることにより、磁石部の磁力を増強することができる。また、高抵抗のボンド磁石の内部に低抵抗の焼結磁石を配置することにより、渦電流損失を抑制しつつ、磁石部の磁力の増強を行うことができる。

【0015】

本開示の一態様に係る回転機械は、固定子の内側に表面磁石型の回転子を回転可能に配置した回転機械において、回転子は、回転軸線に沿って配置される軸部材と、軸部材の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部を備え、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、磁石部のｄ軸方向と磁石部のｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されている。この回転機械によれば、回転軸線に垂直な断面において、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように、軸部材が形成されていることにより、リアクタンストルクを発生させることができる。このため、表面磁石型の回転機械でありながら、リラクタンストルクを用いて出力の向上を図ることができる。

【0016】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、軸部材は、回転軸線に垂直な断面において、磁石部のｄ軸方向と磁石部のｑ軸方向の中間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されていてもよい。この場合、ｄ軸方向とｑ軸方向の中間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように、軸部材が形成されることにより、大きいリアクタンストルクを発生させることができる。このため、表面磁石型の回転機械でありながら、リラクタンストルクを用いて出力の向上を図ることができる。

【0017】

また、本開示の一態様に係る回転機械において、固定子は、ｑ軸方向に向けて磁界を形成し、磁界を回転方向へ回転させて回転子を回転させてもよい。この場合、固定子がｑ軸方向に向けて磁界を形成することにより、磁石トルク及びリアクタンストルクを大きく発生させることが可能となる。このため、表面磁石型の回転機械でありながら、大きなリラクタンストルクを発生させて出力の向上を図ることができる。

【発明の効果】

【0018】

本開示に係る発明によれば、リラクタンストルクを用いて出力の向上が図れる回転機械を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本開示の第一実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図2】図１の回転機械の回転子の断面図である。

【図3】図２の回転子の斜視図である。

【図4】図１の回転機械の電気的構成の概要を示すブロック図である。

【図5】図２の回転子に加わる磁界の説明図である。

【図6】図１の回転機械の動作を示すフローチャートである。

【図7】図１の回転機械における電流位相角と出力トルクの関係を示すグラフである。

【図8】図１の回転機械の変形例を示す図である。

【図9】図１の回転機械の変形例を示す図である。

【図10】図１の回転機械の変形例を示す図である。

【図11】図１の回転機械の変形例を示す図である。

【図12】本開示の第二実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図13】図１２の回転機械の回転子に加わる磁界の説明図である。

【図14】図１２の回転機械における電流位相角と出力トルクの関係を示すグラフである。

【図15】本開示の第三実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図16】本開示の第三実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図17】本開示の第四実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図18】図１７の回転機械における電流位相角と出力トルクの関係を示すグラフである。

【図19】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図20】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図21】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図22】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図23】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図24】図１７の回転機械の変形例を示す図である。

【図25】本開示の第五実施形態に係る回転機械の概要を示す断面図である。

【図26】図２５の回転機械における電流位相角と出力トルクの関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

【0021】

図１は、本開示の第一実施形態に係る回転機械の構成を示す断面図である。図２は、図１の回転機械の回転子の断面図である。

【0022】

図１に示すように、第一実施形態に係る回転機械１は、固定子２の内側に表面磁石型の回転子３を回転可能に配置して構成される。回転機械１は、例えば電動機であり、電気エネルギの供給により回転子３を回転させて機械的エネルギを発生させる。固定子２は、回転軸線Ａを中心に回転する磁界を発生させ、回転子３を回転させる。固定子２は、ハウジング４に収容されており、ハウジング４に対して回転及び移動しないように固定されている。回転子３は、ハウジング４に設けられるベアリングなどにより軸受けされ、回転軸線Ａを中心に回転可能に取り付けられている。

【0023】

固定子２は、例えば、コア２１及びコイル２２により構成される。コア２１は、磁束の通路となる鉄心であり、回転子３の外周に沿って等間隔で形成される複数のティース２１ａを形成している。例えば、コア２１は、内側に回転子３を配置可能な円筒部２１ｂを有し、円筒部２１ｂの内面から回転軸線Ａに向けて突出するティース２１ａを複数形成している。ティース２１ａは、コイル２２を巻き付けるための部位である。ティース２１ａの先端は、幅広に形成されている。例えば、ティース２１ａは、周方向に沿って三つ形成される。

【0024】

コア２１は、例えば、回転軸線Ａの方向に複数の鋼板を積層させて形成される。鋼板を積層させてコア２１を構成することにより、渦電流の発生を抑制でき、鉄損の低減を図ることができる。コイル２２は、電流を流すための巻線であって、ティース２１ａに巻き付けられ、電流の流れにより回転子３に対し磁界を発生させる。例えば、磁界は、回転子３の径方向に沿って形成される。また、複数のコイル２２に対し位相をずらして電流を流すことにより、回転軸線Ａを中心に回転する磁界を形成することができる。

【0025】

回転子３は、回転軸線Ａに沿って配置される軸部材３１と、軸部材３１の外周側に設けられ周方向に沿って異なる磁極を交互に形成する磁石部３２を備えている。軸部材３１は、棒状の部材であって、回転機械１のシャフトとして機能する。軸部材３１は、例えば金属などの磁性体により形成される。また、軸部材３１は、磁石部３２と比べて透磁率の高い材料（例えば、強磁性体材料）を用いて形成されている。例えば、磁石部３２としてボンド磁石を用いる場合、軸部材３１の透磁率は、磁石部３２の透磁率と比べて１００倍以上高い。このため、軸部材３１において磁束の通りやすい方向が回転子３において磁束の通りやすい方向となる。

【0026】

磁石部３２は、軸部材３１の外周を覆って設けられており、例えば軸部材３１との間に他の物体を介在させずに設けられている。ただし、磁石部３２と軸部材３１の間に、軸部材３１と磁石部３２を接着するための接着剤など物体が存在するものを排除するものではない。磁石部３２は、複数の磁極により構成され、例えば二つの磁極によって構成される二極タイプのものが用いられる。すなわち、磁石部３２は、径方向の外周側にＮ極を有する磁石３２ａ及び径方向の外周側にＳ極を有する磁石３２ｂを備えている。磁石３２ａ及び磁石３２ｂは、軸部材３１の外周を周方向に分割して配置され、軸部材３１の外周をそれぞれ半分ずつ覆って設けられている。

【0027】

磁石３２ａ及び磁石３２ｂは、例えばボンド磁石により形成される。つまり、磁石３２ａ及び磁石３２ｂとして、微細な磁石を樹脂やゴムに練り込んで形成されたものが用いられる。ボンド磁石は、ゴム磁石またはプラスチック磁石とも称される。磁石３２ａ及び磁石３２ｂをボンド磁石により形成することにより、軸部材３１の形状に対応して磁石３２ａ及び磁石３２ｂを容易に形成することができる。なお、磁石３２ａ及び磁石３２ｂとして、ボンド磁石以外の磁石を用いる場合もある。

【0028】

磁石部３２の外周には、スリーブ３３が取り付けられている。スリーブ３３は、非磁性材料からなる円筒形の部材である。スリーブ３３は、磁石部３２の外周に取り付けられることにより、磁石部３２を拘束する。つまり、スリーブ３３は、回転子３の回転時に磁石部３２が軸部材３１から外れることを防止している。

【0029】

軸部材３１は、回転軸線Ａと垂直な断面において、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されている。言い換えれば、回転子３の断面が円形である場合、軸部材３１は、ｄ軸方向とｑ軸方向で軸部材３１と磁石部３２の断面積の割合が異なるように、形成されている。また、軸部材３１は、回転軸線Ａと垂直な断面において、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されている。磁石部３２のｄ軸方向は、磁石部３２の主磁束方向であり、例えば外周側がＮ極となる磁石３２ａの周方向の中央を通る方向となる。磁石部３２のｑ軸方向は、磁石３２ａと磁石３２ｂの境界線に沿った方向となる。例えば、磁石部３２が二極タイプである場合、ｄ軸方向とｑ軸方向は直交している。

【0030】

軸部材３１は、例えば、回転軸線Ａと垂直な断面において、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなるように形成されている。また、軸部材３１は、例えば、回転軸線Ａと垂直な断面において、ｄ軸方向の断面がｑ軸方向の断面より長くなるように形成されている。軸部材３１は、少なくとも磁石部３２が設けられる軸方向の位置において、径方向の断面が非円形となるように形成され、例えば回転軸線Ａと垂直な断面において円形の両端を削り落とした形状とされる。つまり、軸部材３１は、ｑ軸方向の両端を削り落とすことにより、回転軸線Ａと垂直な断面においてｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなり、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。軸部材３１の断面を非円形とすることにより、断面が円形の場合と比べて、磁石部３２と軸部材３１とのトルク伝達に対する性能を向上させることができる。すなわち、磁石部３２と軸部材３１の相対ずれを抑制することができ、磁石部３２と軸部材３１を一体として確実に回転させることができる。

【0031】

図２に示すように、軸部材３１は、回転軸線Ａと垂直な断面において、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。例えば、ｄ軸方向とｑ軸方向の中間を通る中間線Ｍを設定した場合、軸部材３１の断面において、ｄ軸と中間線Ｍの間の断面積Ｓｄは、ｑ軸と中間線Ｍの間の断面積Ｓｑよりも大きい。このため、軸部材３１においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなり、回転子３においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなる。すなわち、軸部材３１は磁石部３２に対し十分に透磁率が高いため、軸部材３１においてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることにより、回転子３においてｄ軸方向に磁束が通りやすくなる。また、磁束の通りやすさ（合成透磁率）は、次の式により表すことができる。

【0032】

【数1】

【0033】

この式において、磁束の通りやすさ（合成透磁率）は、回転軸線Ａと交差し径方向に延びる直線上で回転子３を構成する材料の透磁率を足しあげたものである。この式は、回転軸線Ａをｚ方向とする円筒座標において磁束の通りやすさを算出したものであり、μは材料の透磁率、Ｒは対象となる断面における回転子３の半径であり、θは回転子３の周方向の角度である。このように、回転子３においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることにより、回転機械１の駆動時にリラクタンストルクを生じさせることができる。また、例えば、軸部材３１の断面において、ｄ軸方向の長さＬｄは、ｑ軸方向の長さＬｑよりも長い。このため、軸部材３１においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなり、回転子３においてｑ軸方向と比べてｄ軸方向に磁束が通りやすくなる。これにより、回転機械１の駆動時にリラクタンストルクを生じさせることができる。

【0034】

図３は、回転子３の斜視図である。図３に示すように、回転子３の軸部材３１は、回転軸線Ａに沿って延びており、磁石部３２から突出して設けられている。軸部材３１において、磁石部３２から延び出る延出部３１１は、断面形状が円形とされる。延出部３１１は、ハウジング４に対し軸受けされる部位である。延出部３１１のうちハウジング４から外部へ延出する部分は、回転機械１の出力軸として用いられる。軸部材３１は、少なくとも磁石部３２が設けられる軸方向の位置において、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されており、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されている。言い換えれば、軸部材３１は、磁石部３２が設けられていない軸方向の位置において、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で異なる断面積となっていなくてもよく、磁石部３２のｄ軸方向と磁石部３２のｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されていなくてもよい。また、軸部材３１は、回転軸線Ａに対し直交する断面において、回転軸線Ａに沿って断面形状が変化する移行部を備えていてもよい。本実施形態の移行部は磁石部３２の回転軸線Ａの方向の端面と面一となるように形成されている。

【0035】

図４は、回転機械１の電気的構成の概要を示すブロック図である。図４に示すように、固定子２の三つのコイル２２は、例えばＹ結線（星形結線）により接続されている。つまり、各コイル２２の一端は互いに接続され、他端はインバータ９１に接続されている。このコイル２２は、三相交流電流を流されることにより、回転子３に対し回転する磁界を与える。インバータ９１は、直流電圧を交流電圧に変換する機器であり、例えば三相交流電圧をコイル２２に印加する。インバータ９１としては、例えば六つのパワートランジスタを用いたブリッジ回路が用いられる。インバータ９１は、制御器９２の制御信号を受けて作動し、コイル２２に電流を供給する。制御器９２は、外部からの作動指令に応じてインバータ９１に対し制御信号を出力する。制御器９２は、回転機械１の制御を行う電子制御機器であり、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータにより構成される。インバータ９１及び制御器９２は、固定子２及び回転子３を収容するハウジング４と一体に構成してもよいし、ハウジング４の外部に設置されていてもよい。また、インバータ９１は、制御器９２の内部に設けられていてもよい。

【0036】

回転機械１には、回転子３の回転状態を検出するセンサ５を備えている。センサ５としては、例えばホール素子などの磁気センサやロータリエンコーダなどが用いられる。センサ５は制御器９２に接続され、センサ５の出力信号は制御器９２に入力される。制御器９２は、センサ５の出力信号に基づいて、回転子３及び軸部材３１の回転位置及び回転速度の一部又は全部を含む回転状態を認識する。なお、本実施形態では、センサ５を用いているが、センサレス制御などによって回転子３の回転位置を検出してもよく、センサ５の設置を省略する場合もある。

【0037】

図５は、固定子２によって生成される磁界Ｂを示す図である。図５の磁界Ｂの向きは、固定子２により生成される磁界Ｂの代表的な向き（磁界Ｂの中心の向き又は磁界Ｂの平均の向き）を一本の磁力線で示したものである。回転機械１では、例えば、磁界Ｂが回転子３のｄ軸方向とｑ軸方向の間に向くように形成される。つまり、固定子２は、ｄ軸方向に対し回転子３の回転方向ＤＲへ先行する磁界Ｂを形成し、磁界Ｂを回転方向ＤＲへ回転させて回転子３を回転させる。図５において、回転方向ＤＲは、反時計回りの方向となっている。

【0038】

表面磁石型の回転機械（例えば、表面磁石型のモータ）では、回転駆動時に、ｑ軸方向に向けて磁界を形成させるのが一般的である。これは、磁石トルクを有効に作用させるためである。一般の表面磁石型の回転機械ではリラクタンストルクがほとんど生じないため、磁石トルクを効果的に働かせるように、磁界をｑ軸方向に向けて形成している。

【0039】

これに対し、本開示に係る回転機械１では、磁界Ｂが回転子３のｄ軸方向とｑ軸方向の間に向くように形成され、リラクタンストルクを高めている。このとき、磁界Ｂの向きは、ｑ軸方向とｄ軸方向の中間方向としてもよい。つまり、二極の回転子３の場合、ｄ軸方向と磁界Ｂの向きの間の角度θが４５度となるように、磁界Ｂが形成されてもよい。このように磁界Ｂを形成することにより、リタクタンストルクの向上が図れる。また、磁界Ｂの向きは、ｄ軸方向よりｑ軸方向に近い向きとしてもよい。つまり、二極の回転子３の場合、ｄ軸方向と磁界Ｂの向きの間の角度θが４５度より大きく９０度未満となる角度となるように、磁界Ｂが形成されてもよい。このように磁界Ｂを形成することにより、リタクタンストルクの向上が図れる。本開示に係る回転機械１では、軸部材３１がｄ軸方向に扁平となっている。このため、軸部材３１を通過する磁束は大凡ｄ軸方向に向くこととなる。このため、磁界Ｂにより磁石部３２の磁力が相殺されることを抑制することができる。

【0040】

次に、本開示に係る回転機械１の動作について説明する。

【0041】

図６は、回転機械１の動作を示すフローチャートであり、回転機械１の作動制御処理を示している。図６の制御処理は、例えば制御器９２により実行され、この制御処理により回転機械１が作動する。まず、ステップＳ１０（以下、単に「Ｓ１０」という。Ｓ１０以降のステップについても同様とする。）に示すように、指令信号の読み込み処理が行われる。この指令信号の読み込み処理は、制御器９２に対し入力される指令信号を読み込む処理である。指令信号は、回転機械１の作動についての指令信号であり、例えば回転機械１の回転速度の信号が該当する。この指令信号は、例えば外部の機器やインターフェースなどから制御器９２に入力される。

【0042】

Ｓ１２に処理が移行し、回転位置の検出処理が行われる。この検出処理は、回転子３の回転位置を検出する処理である。例えば、制御器９２は、センサ５の出力信号に基づいて回転子３の磁極の位置を検出する。なお、この回転位置の検出処理において、センサ５を用いずに回転子３の回転位置を検出してもよい。例えば、制御器９２は、各コイル２２の誘起電圧検出を行って回転子３の回転位置を検出してもよい。次に、Ｓ１４に処理が移行し、制御信号の生成処理が行われる。制御信号の生成処理は、インバータ９１へ出力する制御信号を生成する処理である。制御信号の生成は、例えば、Ｓ１０の指令信号及びＳ１２の検出結果を基づいて行われる。具体的には、回転子３の回転位置に対し磁界Ｂが先行するように制御信号が生成される。つまり、制御信号は、図５に示すように、磁界Ｂが回転子３のｄ軸方向とｑ軸方向の間に向けて形成されるように、生成される。このように制御信号が生成されることにより、リラクタンストルクの向上を図ることができる。

【0043】

また、制御信号は、ｄ軸方向よりｑ軸方向に近い向きに磁界Ｂが形成されるように、生成されてもよい。例えば、制御信号は、回転子３が二極の場合、ｄ軸方向との間の角度θが４５度より大きく９０度未満となる向きに磁界Ｂが形成されるように、生成されてもよい。このように制御信号が生成されることにより、リラクタンストルクの向上を図ることができる。

【0044】

そして、図６のＳ１６に処理が移行し、信号出力処理が行われる。信号出力処理は、Ｓ１４にて生成された制御信号を出力する処理である。例えば、制御器９２は、Ｓ１４にて生成された制御信号をインバータ９１に対して出力する。これにより、インバータ９１は、制御信号に応じた駆動電流を生成し、回転機械１へ駆動電流を出力する。回転機械１の固定子２には駆動電流が入力され、固定子２のコイル２２に電流が流れる。このため、ｄ軸方向に対し回転子３の回転方向ＤＲへ先行する磁界Ｂが形成され、回転子３及び軸部材３１が回転する。このとき、図５に示すように、磁界Ｂが回転子３のｄ軸方向とｑ軸方向の間の向きに形成される。このように磁界Ｂが形成されることにより、リラクタンストルクの向上を図ることができる。また、磁界Ｂがｄ軸方向よりｑ軸方向に近い向きに形成されてもよい。このように磁界Ｂが形成されることにより、リラクタンストルクの向上を図ることができる。

【0045】

そして、図６のＳ１８に処理が移行し、回転機械１の作動を終了するか否かが判定される。例えば、制御器９２に対し作動終了すべき信号が入力されていない場合、回転機械１の作動を終了しないと判定され、Ｓ１０に処理が戻る。そして、Ｓ１０～Ｓ１６の処理が継続して実行される。これに対し、例えば、制御器９２に対し作動終了すべき信号が入力された場合、回転機械１の作動を終了すると判定され、図６の一連の制御処理を終了する。

【0046】

以上説明したように、本実施形態に係る回転機械１によれば、回転子３の軸部材３１がｄ軸方向とｑ軸方向で異なる断面積となるように形成されている。このため、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができ、回転子３においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを生じさせることができる。このリラクタンストルクを用いることにより、回転機械１の出力を向上させることができる。

【0047】

また、本実施形態に係る回転機械１によれば、ｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように、回転子３の軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを生じさせることができる。このリラクタンストルクを用いることにより、回転機械１の出力を向上させることができる。例えば、図７に示すように、回転機械１の出力トルクＴは、磁石トルクＴｍとリラクタンストルクＴｒを合わせたトルクとなり、電流位相角を調整することで磁石トルクＴｍのみの出力と比べて出力が向上することがわかる。図７の縦軸は回転機械１の出力のトルクであり、横軸は電流位相角である。電流位相角は、ｄ軸を基準として回転方向を正としている。

【0048】

また、本実施形態に係る回転機械１によれば、回転子３の軸部材３１がｄ軸方向とｑ軸方向で断面の長さが異なるように形成されている。このため、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを生じさせることができる。このリラクタンストルクを用いることにより、回転機械の出力を向上させることができる。

【0049】

また、本実施形態に係る回転機械１によれば、ｄ軸方向の断面の長さＬｄがｑ軸方向の断面の長さＬｑより長くなるように、回転子３の軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを生じさせることができる。このリラクタンストルクを用いることにより、回転機械１の出力を向上させることができる。

【0050】

また、本実施形態に係る回転機械１によれば、固定子２が回転子３に対しｄ軸方向に先行して回転する磁界Ｂを形成することによりマグネットトルクを利用しながら、軸断面長手方向に先行して回転する磁界Ｂを形成することにより回転子３にリラクタンストルクを生じさせることができる。このため、回転機械１の出力を向上させることができる。

【0051】

以上のように、本開示の第一実施形態について説明したが、本開示の回転機械は、上述した第一実施形態に回転機械１に限定されるものではない。例えば、上述した第一実施形態では、回転子３の軸部材３１が円形の両端を削り落とした断面形状であったが、その他の断面形状であってもよい。

【0052】

具体的には、図８の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の両端に内側へ窪む凹部３１ａを形成した断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面において、ｑ軸方向に沿って内側へ窪む凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0053】

また、図８の（ｂ）に示すように、軸部材３１の断面において、円形の両端で内側へ窪む凹部３１ａは、複数形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面において、円形の両側にそれぞれｑ軸方向に沿って内側へ窪む三つの凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きくなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0054】

また、図８の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の両端に外側へ突出する凸部３１ｂを形成した断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面において、ｄ軸方向に沿って外側へ突出する凸部３１ｂが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0055】

また、図８の（ｄ）に示すように、軸部材３１の断面において、円形の両端で外側へ突出する凸部３１ｂは、複数形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面において、円形の両側にそれぞれｄ軸方向に沿って外側へ突出する三つの凸部３１ｂが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0056】

また、図９の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、楕円形の断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向に長軸を向けた楕円形であってもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0057】

また、図９の（ｂ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、ｑ軸方向へ向けて形成される貫通孔３１ｃを形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、円形の中央にｑ軸方向へ向けた貫通孔３１ｃが形成されている。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、このような軸部材３１を備えることにより、磁石部３２の磁力を高めることができ、磁石トルクを高めることができる。

【0058】

また、図９の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、矩形の断面で形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面は、長辺をｄ軸方向に向けた長方形としてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0059】

また、図９の（ｄ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、複数の軸３１ｄにより構成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように、複数の軸３１ｄが配置される。具体的には、六つの軸３１ｄが、ｄ軸方向に沿って三つ、ｑ軸方向に沿って二つ配列される。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。なお、軸３１ｄの断面は、円形以外の形状であってもよい。また、軸３１ｄの数は、六つ以外の数であってもよい。

【0060】

また、図１０の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の外部に磁性部材３１ｅを設けて構成されていてもよい。例えば、軸部材３１は、円形の外部にｄ軸方向へ離間して一つずつ磁性部材３１ｅが形成されていてもよい。磁性部材３１ｅは、円形断面の両側に複数形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。なお、磁性部材３１ｅの断面は、矩形以外の形状でもよい。

【0061】

また、図１０の（ｂ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の両端を削り落とした断面であり、削り落とした部分に非磁性体３１ｆを取り付けて構成されていてもよい。すなわち、軸部材３１は、ｑ軸方向の両端の部分に非磁性体３１ｆを取り付けて構成されている。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、軸部材３１に非磁性体３１ｆを取り付けることにより、軸部材３１を補強することができ、軸部材３１の強度を高めることができる。

【0062】

また、図１０の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、複数の矩形の断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向に長辺を向けた二つの長方形で構成されてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。

【0063】

また、上述した第一実施形態では、回転子３の軸部材３１は、断面の長手方向をｄ軸方向に向けて形成されているが、このように構成されていなくてもよい。例えば、図１１に示すように、回転子３の軸部材３１は、断面の長手方向をｄ軸方向からずれた向きに形成されてもよい。この場合であっても、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく又はｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように、軸部材３１が形成されることにより、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、図８～図１０に示す軸部材３１に対しても、断面の長手方向をｄ軸方向からずれた向きとしてもよい。

【0064】

次に、本開示の第二実施形態に係る回転機械について説明する。

【0065】

図１２は、第二実施形態に係る回転機械１ａの回転子３ａの断面図である。第二実施形態に係る回転機械１ａは、第一実施形態に係る回転機械１とほぼ同様に構成され、回転子３ａの構造のみが異なっている。すなわち、上述した第一実施形態に係る回転機械１の回転子３の軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように形成されｄ軸方向の断面の長さＬｄがｑ軸方向の断面の長さＬｑより長くなるように形成されていたが、第二実施形態に係る回転機械１ａの回転子３ａの軸部材３１は、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように形成されｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように形成されている点で、第一実施形態に係る回転機械１の回転子３と異なっている。

【0066】

軸部材３１は、回転軸線Ａに対し垂直な断面が非円形となるように形成され、例えば回転軸線Ａに対し垂直な断面において円形のｄ軸方向の両端をｑ軸に沿って削り落とした形状とされる。つまり、軸部材３１は、ｄ軸方向の両端を削り落とすことにより、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなり、ｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなっている。

【0067】

図１３は、固定子２によって生成される磁界Ｂを示す図である。図１３の磁界Ｂの向きは、固定子２により生成される磁界Ｂの代表的な向き（磁界Ｂの中心の向き又は磁界Ｂの平均の向き）を一本の磁力線で示したものである。回転機械１ａでは、例えば、磁界Ｂが回転子３ａのｑ軸方向に先行する方向に形成される。つまり、固定子２は、ｑ軸方向に対し回転子３ａの回転方向ＤＲへ先行する磁界Ｂを形成し、磁界Ｂを回転方向ＤＲへ回転させて回転子３ａを回転させる。図１３において、回転方向ＤＲは、反時計回りの方向となっている。

【0068】

表面磁石型の回転機械（例えば、表面磁石型のモータ）では、回転駆動時に、ｑ軸方向に向けて磁界を形成させるのが一般的である。これは、磁石トルクを有効に作用させるためである。一般の表面磁石型の回転機械ではリラクタンストルクがほとんど生じないため、磁石トルクを効果的に働かせるように、磁界をｑ軸方向に向けて形成している。

【0069】

これに対し、本開示に係る回転機械１ａでは、磁界Ｂが回転子３ａの軸断面長手方向であるｑ軸方向に先行する向きに形成され、リラクタンストルクを高めている。このとき、磁界Ｂの向きは、例えば、ｄ軸方向と磁界Ｂの向きの間の角度θが９０度より大きく１３５度未満となる角度となるように、磁界Ｂが形成される。つまり、このように磁界Ｂを形成することにより、リタクタンストルクの向上が図れる。

【0070】

図１４は、回転機械１ａにおける出力のトルクを示したグラフである。図１４の縦軸は回転機械１ａの出力のトルクであり、横軸は電流位相角である。電流位相角は、ｄ軸を基準に回転方向を正としている。図１４に示すように、回転機械１ａの出力トルクＴは、磁石トルクＴｍとリラクタンストルクＴｒを合わせたトルクとなる。このため、電流位相角を調整することにより、磁石トルクＴｍのみの出力と比べて出力トルクＴを向上させることが可能となる。

【0071】

以上のように、本実施形態に係る回転機械１ａによれば、第一実施形態に係る回転機械１と同様な作用効果が得られる。すなわち、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができ、回転子３ａにおいてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１の出力を向上させることができる。

【0072】

また、本実施形態に係る回転機械１ａによれば、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように、回転子３ａの軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｄ軸方向に比べてｑ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ａにおいてｄ軸方向に比べてｑ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１ａの駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ａの出力を向上させることができる。

【0073】

また、本実施形態に係る回転機械１ａによれば、ｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように、回転子３ａの軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｄ軸方向に比べてｑ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ａにおいてｄ軸方向に比べてｑ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１の出力を向上させることができる。

【0074】

また、本実施形態に係る回転機械１ａによれば、固定子２が回転子３ａに対しｑ軸方向に先行して回転する磁界Ｂを形成することにより、軸断面長手方向に先行して回転する磁界Ｂを形成することとなり、回転子３ａにリラクタンストルクを生じさせることができる。このため、回転機械１ａの出力を向上させることができる。

【0075】

以上のように、第二実施形態の回転機械１ａについて説明したが、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した第二実施形態では、回転子３の軸部材３１が円形の両端を削り落とした断面形状であったが、その他の断面形状であってもよい。例えば、図８～図１１に示す軸部材３１と同様な形状としてもよい。この場合、回転子３ａが、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるよう構成し、またはｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように構成することにより、上述した回転機械１ａと同様な作用効果を得ることができる。

【0076】

次に、本開示の第三実施形態に係る回転機械について説明する。

【0077】

図１５及び図１６は、第三実施形態に係る回転機械の回転子の断面図である。第三実施形態に係る回転機械１ｂ及び回転機械１ｃは、第一実施形態に係る回転機械１とほぼ同様に構成され、回転子３ｂ及び回転子３ｃの構造が異なっている。すなわち、上述した第一実施形態に係る回転機械１は二極の回転子３を備えていたが、本実施形態に係る回転機械１ｂ、１ｃは四極の回転子３ｂ、３ｃを備えている。

【0078】

図１５に示すように、回転機械１ｂは、周方向に異なる磁極を交互に四つ設けた回転子３ｂを備えている。回転子３ｂの磁石部３２は、周方向に分割されて順次配置される磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄを有している。磁石３２ａ及び３２ｃは外側にＮ極の磁極を有し、磁石３２ｂ及び３２ｄは外側にＳ極の磁極を有している。また、回転子３ｂは断面十字型の軸部材３１を有し、軸部材３１はｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように形成されている。回転機械１ｂの駆動の際、ｄ軸方向に先行するように磁界Ｂを形成すればよい。これにより、磁石トルクに加えて、リラクタンストルクを高めることができる。

【0079】

図１６に示すように、回転機械１ｃは、周方向に異なる磁極を交互に四つ設けた回転子３ｃを備えている。回転子３ｃの磁石部３２は、周方向に分割されて順次配置される磁石３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び３２ｄを有している。磁石３２ａ及び３２ｃは外側にＮ極の磁極を有し、磁石３２ｂ及び３２ｄは外側にＳ極の磁極を有している。また、回転子３ｃは断面十字型の軸部材３１を有しており、軸部材３１はｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように形成されている。回転機械１ｃの駆動の際、ｑ軸方向に先行するように磁界Ｂを形成すればよい。これにより、磁石トルクに加えて、リラクタンストルクを高めることができる。

【0080】

このような本実施形態に係る回転機械１ｂ、１ｃによれば、第一実施形態に係る回転機械１と同様な作用効果が得られる。すなわち、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ｂ、１ｃの出力を向上させることができる。

【0081】

以上のように、第三実施形態の回転機械１ｂ、１ｃについて説明したが、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した第三実施形態では、回転子３ｂ、３ｃの軸部材３１が断面十字型の形状であったが、その他の断面形状であってもよい。例えば、図８～図１１に示す軸部材３１の態様を適用してもよい。この場合、回転子が、ｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるよう構成し、またはｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるよう構成することにより、上述した回転機械１ｂ、１ｃと同様な作用効果を得ることができる。特に、回転軸線Ａの軸回りに四回回転対称の回転子３ｂ、３ｃを用い、固定子２により二回回転対称となる磁界を形成することにより、リラクタンストルクを向上させることができる。さらに、回転子３ｂ、３ｃとして周方向に異なる磁極を六つ、八つ、それ以上の数を備えたものであってもよい。この場合、軸部材３１として軸回りに六回回転対称、八回回転対称、磁極数に対応する回転対称の断面形状のものを用いればよい。

【0082】

次に、本開示の第四実施形態に係る回転機械について説明する。

【0083】

図１７は、第四実施形態に係る回転機械１ｄの回転子３ｄの断面図である。第四実施形態に係る回転機械１ｄは、第一実施形態に係る回転機械１とほぼ同様に構成され、磁石部３２の構造のみが異なっている。すなわち、上述した第一実施形態に係る回転機械１の磁石部３２はボンド磁石で構成される磁石３２ａ、３２ｂを備えていたが、第四実施形態に係る回転機械１ｄの磁石部３２は、ボンド磁石で構成される磁石３２ａ、３２ｂに加えて、焼結磁石で構成される第二磁石３２１を備えている。

【0084】

第二磁石３２１は、磁石部３２の磁力を強化するための焼結磁石であって、磁石３２ａ、３２ｂの内部に埋め込まれて配置されている。例えば、第二磁石３２１は、軸部材３１に取り付けられ、軸部材３１に接触して設けられている。具体的には、第二磁石３２１は、軸部材３１のｄ軸方向の端部にそれぞれ取り付けられる。外側にＮ極を有する磁石３２ａに接する第二磁石３２１は、外側にＮ極を有するように設けられる。一方、外側にＳ極を有する磁石３２ｂに接する第二磁石３２１は、外側にＳ極を有するように設けられる。回転子３ｄに第二磁石３２１を設けることにより、磁石部３２の磁石を高めることができ、回転機械１の駆動時に磁石トルクを向上させることができる。第二磁石３２１は、焼結磁石により構成されることにより、ボンド磁石である磁石３２ａ、３２ｂより電気的に低抵抗の磁石となっている。つまり、高抵抗の磁石３２ａ、３２ｂでは渦電流の発生が抑制しやすく、低抵抗の第二磁石３２１では渦電流の発生が抑制しにくい。

【0085】

図１８に示すように、回転機械１ｄの出力トルクＴは、ボンド磁石トルクＴｍｂ、焼結磁石トルクＴｍｓ及びリラクタンストルクＴｒを合わせたトルクとなる。焼結磁石トルクＴｍｓが加わるため、出力トルクＴが向上する。ボンド磁石トルクＴｍｂは磁石３２ａ、３２ｂによる磁石トルクであり、焼結磁石トルクＴｍｓは第二磁石３２１による磁石トルクである。図１８の縦軸は回転機械１ｄの出力のトルクであり、横軸は電流位相角である。回転機械１ｄの駆動時には、第一実施形態に係る回転機械１と同様に、ｄ軸方向に先行する磁界Ｂを形成すればよい。

【0086】

このような本実施形態に係る回転機械１ｄによれば、第一実施形態に係る回転機械１と同様な作用効果が得られる。すなわち、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１の駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１の出力を向上させることができる。また、本実施形態に係る回転機械１ｄによれば、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように、回転子３ａの軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１ｄの駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ｄの出力を向上させることができる。また、本実施形態に係る回転機械１ｄによれば、ｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように、回転子３ａの軸部材３１が形成される。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、回転機械１ｄの駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ｄの出力を向上させることができる。

【0087】

また、本実施形態に係る回転機械１ｄによれば、磁石部３２に第二磁石３２１が設けられることにより、磁石部３２の磁力を増強することができる。さらに、高抵抗の磁石３２ａ、３２ｂの径方向の内側に低抵抗の第二磁石３２１が配置されている。このため、回転子３ｄの外周近傍に高抵抗の磁石３２ａ、３２ｂがあるので渦電流損失を抑制することができる。また、低抵抗の第二磁石３２１を回転子３ｄの径方向の内側に配置することにより、第二磁石３２１が大きな磁束変化に晒されず、渦電流損失の発生を抑制しつつ、磁石部３２の磁力の増強が行える。

【0088】

以上のように、第四実施形態の回転機械１ｄについて説明したが、上述したものに限定されるものではない。例えば、図８～図１１に示される軸部材３１の態様を適用してもよい。

【0089】

具体的には、図１９の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の両端に内側へ窪む凹部３１ａを形成した断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面において、ｑ軸方向に沿って内側へ窪む凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第四実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0090】

また、図１９の（ｂ）に示すように、軸部材３１の断面において、円形の両端で内側へ窪む凹部３１ａが、複数形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面において、円形の両側にそれぞれｑ軸方向に沿って内側へ窪む三つの凹部３１ａが形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第四実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0091】

また、図１９の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１には、円形の両端に外側へ突出するように第二磁石３２１が設けられていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面において、ｄ軸方向に沿って外側へ突出するように第二磁石３２１が形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第四実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0092】

また、図１９の（ｄ）に示すように、軸部材３１の断面において、円形の両端で外側へ突出する第二磁石３２１は、複数形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面において、円形の両側にそれぞれｄ軸方向に沿って外側へ突出する三つの第二磁石３２１が形成されていてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0093】

また、図２０の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、楕円形の断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向に長軸を向けた楕円形であってもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0094】

また、図２０の（ｂ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、ｑ軸方向へ向けて形成される貫通孔３１ｃを形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、円形の中央にｑ軸方向へ向けた貫通孔３１ｃが形成されている。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、第二磁石３２１の設置により磁石トルクが増強され、出力トルクを向上させることができる。

【0095】

また、図２０の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、矩形の断面で形成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面は、長辺をｄ軸方向に向けた長方形としてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。

【0096】

また、図２０の（ｄ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、複数の軸３１ｄにより構成されていてもよい。例えば、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように、複数の軸３１ｄが配置される。具体的には、六つの軸３１ｄが、ｄ軸方向に沿って三つ、ｑ軸方向に沿って二つ配列される。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。なお、軸３１ｄの断面は、円形以外の形状でもよい。

【0097】

また、図２１の（ａ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の外部に磁性部材３１ｅを設けて構成されていてもよい。例えば、軸部材３１は、円形の外部にｄ軸方向へ離間して一つずつ磁性部材３１ｅが形成されていてもよい。磁性部材３１ｅは、円形断面の両側に複数形成されていてもよい。第二磁石３２１は、軸部材３１の中央の円形部分と磁性部材３１ｅの間に環状に形成されている。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。なお、磁性部材３１ｅの断面は、矩形以外の形状であってもよい。

【0098】

また、図２１の（ｂ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、円形の両端を削り落とした断面形状であり、削り落とした部分に非磁性体３１ｆを設けた構成されていてもよい。すなわち、軸部材３１は、ｑ軸方向の両端の部分に非磁性体３１ｆを取り付けて構成されている。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。また、軸部材３１に非磁性体３１ｆを設けることにより、軸部材３１を補強することができ、軸部材３１の強度を高めることができる。

【0099】

また、図２１の（ｃ）に示すように、回転子３の軸部材３１は、複数の矩形の断面で形成されていてもよい。すなわち、軸部材３１の断面は、ｄ軸方向に長辺を向けた二つの長方形で構成されてもよい。この場合であっても、軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく、ｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなっている。このため、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。

【0100】

また、上述した第四実施形態では、回転子３ｄの軸部材３１は、断面の長手方向をｄ軸方向に向けて形成されているが、このように構成されていなくてもよい。例えば、図２２に示すように、回転子３の軸部材３１は、断面の長手方向をｄ軸方向からずれた向きに形成されてもよい。この場合であっても、ｄ軸方向の断面積がｑ軸方向の断面積より大きく又はｄ軸方向の断面の長さがｑ軸方向の断面の長さより長くなるように、軸部材３１が形成されることにより、軸部材３１においてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができ、回転子３ｄにおいてｑ軸方向に比べてｄ軸方向に磁束を通りやすくすることができる。これにより、上述した第一実施形態と同様に、ｄ軸方向に沿って磁束が通りやすくなり、リラクタンストルクを高めることができる。また、磁石トルクの増強により、出力トルクを向上させることができる。また、図１９～図２１に示す軸部材３１に対しても、断面の長手方向をｄ軸方向からずれた向きに形成してもよい。

【0101】

また、上述した第四実施形態では、図１７に示すように回転機械１ｄの回転子３ｄの軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように形成されｄ軸方向の断面の長さＬｄがｑ軸方向の断面の長さＬｑより長くなるように形成されていたが、この軸部材３１は、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように形成されｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように形成されていてもよい。例えば、図２３に示すように、軸部材３１は、回転軸線Ａに対し垂直な断面が非円形となるように形成され、円形の断面に対しｄ軸方向の両端をｑ軸に沿って削り落とした形状とされる。つまり、軸部材３１は、ｄ軸方向の両端を削り落とすことにより、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなり、ｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなっている。そして、磁石部３２には、ボンド磁石で構成される磁石３２ａ、３２ｂに加えて、焼結磁石で構成される第二磁石３２１が設けられている。第二磁石３２１は、磁石部３２の磁力を強化するための焼結磁石であって、磁石３２ａ、３２ｂの内部に埋め込まれて配置されている。例えば、第二磁石３２１は、軸部材３１に取り付けられ、軸部材３１に接触して設けられている。具体的には、第二磁石３２１は、軸部材３１のｄ軸方向の端部にそれぞれ取り付けられる。外側にＮ極を有する磁石３２ａに接する第二磁石３２１は、外側にＮ極を有するように設けられる。一方、外側にＳ極を有する磁石３２ｂに接する第二磁石３２１は、外側にＳ極を有するように設けられる。回転子３ｄに第二磁石３２１を設けることにより、磁石部３２の磁石を高めることができ、回転機械１ｄの駆動時に磁石トルクを向上させることができる。第二磁石３２１は、焼結磁石により構成されることにより、ボンド磁石である磁石３２ａ、３２ｂより電気的に低抵抗の磁石となっている。つまり、高抵抗の磁石３２ａ、３２ｂでは渦電流の発生が抑制しやすく、低抵抗の第二磁石３２１では渦電流の発生が抑制しにくい。

【0102】

図２４に示すように、図２３の回転機械１ｄの出力トルクＴは、ボンド磁石トルクＴｍｂ、焼結磁石トルクＴｍｓ及びリラクタンストルクＴｒを合わせたトルクとなる。焼結磁石トルクＴｍｓが加わるため、出力トルクＴが向上する。ボンド磁石トルクＴｍｂは磁石３２ａ、３２ｂによる磁石トルクであり、焼結磁石トルクＴｍｓは第二磁石３２１による磁石トルクである。図２４の縦軸は回転機械１ｄの出力のトルクであり、横軸は電流位相角である。回転機械１ｄの駆動時には、第二実施形態に係る回転機械１ａと同様に、ｑ軸方向に先行する磁界Ｂを形成すればよい。

【0103】

このような回転機械１ｄによれば、上述した第四実施形態に係る回転機械１ｄと同様な作用効果が得られる。すなわち、回転機械１ｄの駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ｄの出力を向上させることができる。また、磁石部３２に第二磁石３２１が設けられることにより、磁石部３２の磁力を増強することができる。さらに、高抵抗の磁石３２ａ、３２ｂの径方向の内側に低抵抗の第二磁石３２１を配置することにより、渦電流損失を抑制することができる。また、低抵抗の第二磁石３２１を回転子３ｄの径方向の内側に配置することにより、第二磁石３２１が大きな磁束変化に晒されず、渦電流損失の発生を抑制しつつ、磁石部３２の磁力の増強が行える。

【0104】

また、図１９～２１に示す軸部材３１に対しても、ｑ軸方向の断面積Ｓｑがｄ軸方向の断面積Ｓｄより大きくなるように形成し、ｑ軸方向の断面の長さＬｑがｄ軸方向の断面の長さＬｄより長くなるように形成してもよい。これらの場合であっても、軸部材３１においてｄ軸方向とｑ軸方向で磁束の通りやすさを異ならせることができる。これにより、回転機械１ｄの駆動時においてリラクタンストルクを用いて、回転機械１ｄの出力を向上させることができる。

【0105】

また、上述した第四実施形態では、図１７に示すように二極の回転子３ｄを備えていたが、四極の回転子を備えていてもよい。例えば、回転機械１ｄは、周方向に異なる磁極を交互に四つ設けた回転子３ｄを備えていてもよい。つまり、回転子３ｄの磁石部３２は、周方向に分割して配置される四つの磁石を有し、回転子３ｂは断面十字型の軸部材３１を有していてもよい。この場合であっても、上述した第四実施形態と同様に、軸部材３１のｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように形成されることにより、リラクタンストルクを高めることができる。さらに、回転子３ｄとして周方向に異なる磁極を六つ、八つ、それ以上を備えたものであってもよい。この場合、軸部材３１として軸回りに六回回転対称、八回回転対称、磁極数に対応する回転対称の断面形状のものを用いればよい。

【0106】

次に、本開示の第五実施形態に係る回転機械について説明する。

【0107】

図２５は、第五実施形態に係る回転機械１ｅの回転子３ｅの断面図である。第五実施形態に係る回転機械１ｅは、第一実施形態に係る回転機械１とほぼ同様に構成され、回転子３ｅの構造が異なっている。すなわち、上述した第一実施形態に係る回転機械１の回転子３の軸部材３１は、ｄ軸方向の断面積Ｓｄがｑ軸方向の断面積Ｓｑより大きくなるように形成されｄ軸方向の断面の長さＬｄがｑ軸方向の断面の長さＬｑより長くなるように形成されていたが、第五実施形態に係る回転機械１ｅの回転子３ｅの軸部材３１は、回転軸線Ａに垂直な断面においてｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されている点で、第一実施形態に係る回転機械１の回転子３と異なっている。例えば、本実施形態に係る回転機械１ｅは、図１に示す固定子２を用いることができ、図４に示す電気的構成及び図６に示す作動制御によって駆動する。

【0108】

軸部材３１は、回転軸線Ａに対し垂直な断面が非円形となるように形成され、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で長くなるように形成されている。例えば、軸部材３１は、回転軸線Ａに垂直な断面において、円形の両端を直線状に削り落として、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で長くなるように形成される。軸部材３１の断面形状は、ｄ軸方向とｑ軸方向の中間の角度方向で長くなるように形成してもよい。つまり、ｄ軸とｑ軸とのなす角が９０度である場合、軸部材３１の長手方向Ｌとｄ軸とのなす角が４５度としてもよい。このように、軸部材３１がｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で長くなることにより、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となる。また、軸部材３１がｄ軸方向とｑ軸方向の中間の角度方向で長くなることにより、ｄ軸方向とｑ軸方向の中間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となる。

【0109】

図２５に示すように、回転機械１ｅでは、例えば、磁界Ｂが磁石部３２のｑ軸方向に形成される。つまり、固定子２は、ｑ軸方向に磁界Ｂを形成し、磁界Ｂを回転方向ＤＲへ回転させて回転子３ｅを回転させる。図２５において、回転方向ＤＲは、回転子３ｅを回転させる方向であり、ここでは反時計回りの方向となっている。回転機械１ｅにおいて、磁界Ｂがｑ軸方向へ向けて形成されることにより、磁石トルクに加え、リラクタンストルクを発生させることができ、出力トルクの向上が図れる。

【0110】

図２６は、回転機械１ｅにおける出力のトルクを示したグラフである。図２６の縦軸は回転機械１ｅの出力のトルクであり、横軸は電流位相角である。図２６に示すように、回転機械１ｅの出力トルクＴは、磁石トルクＴｍとリラクタンストルクＴｒを合わせたトルクとなる。このため、電流位相角を調整することにより、磁石トルクＴｍのみの出力と比べて出力トルクＴを向上させることが可能となる。電流位相角が９０度の場合、すなわち、ｄ軸から９０度のｑ軸方向に磁界Ｂを形成した場合、回転機械１ｅの出力のトルクが最大となることがわかる。

【0111】

以上のように、本実施形態に係る回転機械１ｅによれば、軸部材３１が、回転軸線Ａに垂直な断面において、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されている。このため、リアクタンストルクを発生させることができる。また、軸部材３１が、ｄ軸方向とｑ軸方向の中間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されてもよく、リアクタンストルクを効果的に向上させることができる。

【0112】

本実施形態に係る回転機械１ｅにおいて、ｑ軸方向に向けて磁界Ｂを形成し、磁界Ｂを回転させて回転子３ｅを回転させることにより、大きな磁石トルクが得られつつ、リアクタンストルクも大きいものとなる。このため、回転機械１ｅの出力を大きく向上させることができる。

【0113】

以上のように、第五実施形態の回転機械１ｅについて説明したが、上述したものに限定されるものではない。例えば、上述した第五実施形態では、回転子３ｅの軸部材３１が円形の両端を削り落とした断面形状であったが、その他の断面形状であってもよい。例えば、図８～図１１に示す軸部材３１と同様な形状としてもよい。また、図１５～１７及び図１９～２１に示す軸部材３１と同様な形状としてもよい。これらの場合であっても、軸部材３１が、回転軸線Ａに垂直な断面において、ｄ軸方向とｑ軸方向の間の角度方向で磁束の通りやすさが最大となるように形成されていることにより、上述した回転機械１ｅと同様な作用効果を得ることができる。

【0114】

なお、以上のように本開示の各実施形態に係る回転機械について説明したが、本開示の回転機械は、上述したものに限られるものではない。本開示の回転機械は、特許請求の範囲の記載の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形態様で実施することができる。

【0115】

例えば、上述した各実施形態においては、固定子２が三つのティース２１ａを形成した固定子２を用いる回転機械について説明したが、三つ以外の数のティースを形成した固定子を用いた回転機械であってもよい。

【0116】

また、回転子３として、二極及び四極以外のタイプのものを用いてもよい。例えば、六極以上の回転子を備えた回転機械であってもよい。

【0117】

また、上述した各実施形態においては、回転子３としてスリーブ３３を備えたものを用いているが、スリーブ３３を備えていない回転子を用いてもよい。

【0118】

また、上述した各実施形態においては、回転機械を電動機に適用した場合について説明したが、回転機械を他の機器に適用してもよい。例えば、回転機械を発電機又はモータジェネレータに適用してもよい。

【符号の説明】

【0119】

１ 回転機械
２ 固定子
３ 回転子
４ ハウジング
２１ コア
２１ａ ティース
２１ｂ 円筒部
２２ コイル
３１ 軸部材
３２ 磁石部
３２ａ 磁石
３２ｂ 磁石
３３ スリーブ
３１１ 延出部
Ａ 回転軸線
Ｂ 磁界
Ｓｄ、Ｓｑ 断面積
Ｌｄ、Ｌｑ 長さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】