JP7459155B2 - 回転電機及びその界磁子製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、回転電機及びその界磁子製造方法に関するものである。

従来のモータでは、界磁子における複数の磁極に、複数の極対が含まれている。各極対に含まれている一対の磁極の磁極中心は、磁極中心ピッチ角が３６０°／磁極数と一致しなくなるように、互いに周方向の反対方向へずらされている。また、各磁極の着磁率は、周方向において一定にされている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１９－５４６９６号公報

上記のような従来のモータでは、周方向の着磁率について考慮されているものの、軸方向の着磁率については考慮されていない。このため、界磁子の軸方向について電磁力を均等にすることができない。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、界磁子の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる回転電機及びその界磁子製造方法を得ることを目的とする。

本開示に係る回転電機は、界磁子と、電機子とを備え、界磁子から電機子に渡る磁束のうち、界磁子の径方向の成分について、界磁子の軸方向中央における磁束密度は、界磁子の軸方向端部における磁束密度よりも低い。

本開示の回転電機及びその界磁子製造方法によれば、界磁子の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる。

実施の形態１による回転電機の断面図である。 図１の界磁子の半断面図である。 図２の磁石体を磁化する際の磁界をＪ－Ｈ曲線により示すグラフである。 実施の形態１の界磁子製造方法における第１工程を示す断面図である。 図４に示す工程の次の工程を示す断面図である。 図５に示す工程の次の工程を示す断面図である。 図４の工程における磁場のベクトルを示す説明図である。 図５の工程における磁場のベクトルを示す説明図である。 磁性材料のヒステリシスを示す曲線である。 図２の磁石体における残留磁束密度の分布を示すグラフである。 図１の電機子コアのティース部先端における磁束密度の分布を示すグラフである。 実施の形態１の変形例による磁石体の着磁方法をＪ－Ｈ曲線により示すグラフである。 実施の形態２による回転電機の界磁子の半断面図である。 図１３の磁石体における残留磁束密度の分布を示すグラフである。 図１４とは異なる残留磁束密度の分布の例を示すグラフである。 実施の形態３による回転電機の界磁子の半断面図である。 実施の形態４による回転電機の界磁子の半断面図である。 実施の形態５による回転電機の界磁子の半断面図である。 図１８のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿う断面図である。 図１８のＸＸ－ＸＸ線に沿う断面図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１による回転電機の断面図である。図において、回転電機は、円筒状のハウジング１、円板状の第１ブラケット２、円板状の第２ブラケット３、第１軸受４、第２軸受５、円筒状の電機子６、回転軸７、及び円筒状の界磁子８を有している。

第１ブラケット２は、回転電機の軸方向におけるハウジング１の第１端部に固定されている。回転電機の軸方向は、回転軸７の軸心に沿う方向であり、図１の左右方向である。第２ブラケット３は、回転電機の軸方向におけるハウジング１の第２端部に固定されている。

第１軸受４は、第１ブラケット２に取り付けられている。第２軸受５は、第２ブラケット３に取り付けられている。

電機子６は、ハウジング１の内周に固定されている。即ち、実施の形態１の電機子６は、固定子である。また、電機子６は、円筒状の電機子コア９と、複数の電機子コイル１０とを有している。

電機子コア９は、複数の電機子鋼板が回転電機の軸方向に積層されて構成されている。各電機子鋼板は、電磁鋼板である。また、電機子コア９は、円筒状のヨーク部と、複数のティース部とを有している。各ティース部は、ヨーク部から、回転電機の径方向内側へ突出している。回転電機の径方向は、回転軸７の軸心に直交する方向である。隣り合うティース部の間には、スロットが形成されている。

各電機子コイル１０は、コイル主部と、コイルエンド部とを有している。コイル主部は、対応するスロットに挿入されている。コイルエンド部は、回転電機の軸方向における電機子コア９の端部から電機子コア９外へ突出している。

複数の電機子コイル１０は、１組又は２組以上のコイル群により構成されている。各コイル群は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、及びＷ相コイルを有している。なお、相数は、必ずしも３相に限らない。各コイル群は、図示しないインバータに接続されている。

回転軸７は、第１軸受４及び第２軸受５に通されている。即ち、回転軸７は、第１軸受４及び第２軸受５を介して、第１ブラケット２及び第２ブラケット３に回転可能に支持されている。

界磁子８は、回転軸７に固定されており、回転軸７と一体に回転する。即ち、実施の形態１の界磁子８は、回転子である。回転軸７は、界磁子８の中心に通されている。界磁子８の外周面は、電機子６の内周面に隙間を介して対向している。

第１ブラケット２又は第２ブラケット３には、図示しない回転センサが設けられている。回転センサは、回転軸７及び界磁子８の回転角度を検出する。回転センサとしては、例えば、レゾルバ、エンコーダ、又はＭＲ（magnetoresistive）センサが用いられている。回転センサの出力信号は、図示しない制御装置に入力される。

図２は、図１の界磁子８の半断面図である。界磁子８は、円筒状の界磁子コア１１と、複数の磁石体１２とを有している。図２には、１つの磁石体１２のみが示されている。

界磁子コア１１は、複数の界磁子鋼板が回転電機の軸方向に積層されて構成されている。各界磁子鋼板は、電磁鋼板である。

また、界磁子コア１１は、第１端部コアブロック１３と、第２端部コアブロック１４と、複数の中央コアブロック１５とを有している。この例では、２つの中央コアブロック１５が用いられている。

第１端部コアブロック１３は、界磁子８の軸方向における界磁子コア１１の第１端部に配置されている。界磁子８の軸方向は、回転電機の軸方向に平行な方向であり、図２の左右方向である。第２端部コアブロック１４は、界磁子８の軸方向における界磁子コア１１の第２端部に配置されている。界磁子コア１１の第２端部は、界磁子コア１１の第１端部とは反対側の端部である。

複数の中央コアブロック１５は、界磁子８の軸方向における界磁子コア１１の中央に配置されている。即ち、複数の中央コアブロック１５は、第１端部コアブロック１３と第２端部コアブロック１４との間に配置されている。

第１端部コアブロック１３には、複数の第１挿入孔１３ａが設けられている。図２では、１つの第１挿入孔１３ａのみが示されている。第２端部コアブロック１４には、複数の第２挿入孔１４ａが設けられている。図２では、１つの第２挿入孔１４ａのみが示されている。

各中央コアブロック１５には、複数の第３挿入孔１５ａが設けられている。図２では、各中央コアブロック１５について、１つの第３挿入孔１５ａのみが示されている。

複数の磁石体１２は、界磁子コア１１に設けられている。また、各磁石体１２は、第１端部磁石１６と、第２端部磁石１７と、複数の中央磁石１８とを有している。この例では、各磁石体１２に２つの中央磁石１８が用いられている。

各第１端部磁石１６は、対応する第１挿入孔１３ａに挿入されて、第１端部コアブロック１３に固定されている。これにより、各第１端部磁石１６は、界磁子８の軸方向端部である第１端部に配置されている。

各第２端部磁石１７は、対応する第２挿入孔１４ａに挿入されて、第２端部コアブロック１４に固定されている。これにより、各第２端部磁石１７は、界磁子８の軸方向端部である第２端部に配置されている。

各中央磁石１８は、対応する第３挿入孔１５ａに挿入されて、対応する中央コアブロック１５に固定されている。これにより、各中央磁石１８は、第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７よりも界磁子８の軸方向中央側に配置されている。

界磁子８は、界磁子８の軸方向に複数の段数で、スキューされている。即ち、第１端部コアブロック１３、第２端部コアブロック１４、及び複数の中央コアブロック１５は、一定のスキュー角度ずつ、界磁子８の周方向にずらされている。界磁子８の周方向は、回転軸７の軸心を中心とした円弧に沿う方向である。

スキュー角度は、トルクリプルのうち、低減させたい次数成分を打ち消し合うように設定されている。具体的には、スキュー角度は、機械角で、
３６０度／極数／低減させたい次数成分
に設定されている。

本実施の形態においては、極数は８であり、低減させたい次数成分は１２次成分である。このため、スキュー角度は、３．７５度に設定されている。

第２端部コアブロック１４、２つの中央コアブロック１５、及び第１端部コアブロック１３のそれぞれのスキュー角度は、界磁子８の軸方向の中心に対してスキュー角度の配置が対称になるように、０度、３．７５度、３．７５度、０度に設定されている。

なお、図２は、スキューされていない状態の界磁子８の断面を示している。

ここで、各中央磁石１８の残留磁束密度は、第１端部磁石１６の残留磁束密度よりも低く、かつ第２端部磁石１７の残留磁束密度よりも低い。これにより、界磁子８の軸方向中央における磁石体１２の残留磁束密度は、界磁子８の軸方向両端部における磁石体１２の残留磁束密度よりも低い。

この結果、実施の形態１の回転電機では、界磁子８から電機子６に渡る磁束のうち、界磁子８の径方向の成分について、界磁子８の軸方向中央における磁束密度は、界磁子８の軸方向端部における磁束密度よりも低い。界磁子８の径方向は、界磁子８の軸心、即ち回転軸７の軸心に直交する方向である。

図３は、図２の磁石体１２を磁化する際の磁界をＪ－Ｈ曲線により示すグラフである。図３において、縦軸Ｊは磁化の強さ、横軸Ｈは磁界の強さを示している。また、図３の実線は、初磁化曲線を示している。図３の１点鎖線は、逆磁化曲線を示している。

第１端部磁石１６、第２端部磁石１７、及び中央磁石１８は、それぞれ同じ磁性材料、例えばＮｄ－Ｄｙ－Ｆｅ－Ｂによって構成されている。

第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７は、外部磁場Ｈ＿ｐによって磁化される。一方、中央磁石１８は、外部磁場Ｈ＿ｐによって磁化された後、逆方向の外部磁場Ｈ＿ｎによって僅かに減磁される。磁化の飽和領域においても、逆磁界がかかると僅かに減磁が生じる。

これによって、第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７における磁化の強さＪ＿２と、中央磁石１８における磁化の強さＪ＿１との関係は、Ｊ＿２＞Ｊ＿１となる。より具体的には、例えばＪ＿１＝０.９４×Ｊ＿２に設定されている。

次に、実施の形態１の回転電機の界磁子製造方法について説明する。実施の形態１の界磁子製造方法は、組立工程と、着磁工程とを含んでいる。

組立工程は、界磁子８を組み立てる工程である。組立工程においては、界磁子コア１１に、磁化されていない複数の磁石体１２が装着される。具体的には、第１端部コアブロック１３に、複数の第１端部磁石１６が装着される。また、第２端部コアブロック１４に、複数の第２端部磁石１７が装着される。また、各中央コアブロック１５に、複数の中央磁石１８が装着される。

そして、第１端部コアブロック１３、複数の中央コアブロック１５、及び第２端部コアブロック１４が界磁子コア１１の軸方向に結合されることにより、界磁子８が組み立てられる。

着磁工程は、界磁子コア１１に設けられている複数の磁石体１２に着磁する工程である。実施の形態１の着磁工程は、第１工程と、第２工程とを含んでいる。第２工程は、第１工程の後に実施される。

第１工程は、界磁子コア１１の軸方向中央において各磁石体１２に着磁する工程である。第２工程は、界磁子コア１１の軸方向端部において各磁石体１２に着磁する工程である。界磁子コア１１の軸方向は、界磁子８の軸方向に平行な方向であり、図２の左右方向である。

図４は、実施の形態１の界磁子製造方法における第１工程を示す断面図である。界磁子コア１１の外周面には、円筒状の着磁機２０が対向している。着磁機２０は、各磁石体１２に外部磁場を加える。

また、着磁機２０は、着磁コア２１と、複数の着磁コイル２２とを有している。着磁コイル２２は、図示しない直流電源装置に接続されている。

界磁子コア１１の軸方向における着磁コア２１の長さは、界磁子コア１１の軸方向における界磁子コア１１の全長よりも短い。

第１工程では、着磁機２０は、界磁子コア１１の軸方向の中央において、界磁子コア１１の外周面に対向している。この状態で、着磁コイル２２を励磁することにより、各磁石体１２に対する着磁を行う。

図５は、図４に示す工程の次の工程を示す断面図であり、第２工程の前半の工程を示している。図６は、図５に示す工程の次の工程を示す断面図であり、第２工程の後半の工程を示している。

第１工程の後、図５に示すように、界磁子コア１１に対して、界磁子コア１１の軸方向に着磁機２０を相対的に移動させ、界磁子コア１１の第２端部に着磁機２０を対向させる。この状態で、着磁コイル２２を励磁することにより、各磁石体１２に対する着磁を行う。

この後、図６に示すように、界磁子コア１１に対して、界磁子コア１１の軸方向に着磁機２０を相対的に移動させ、界磁子コア１１の第１端部に着磁機２０を対向させる。この状態で、着磁コイル２２を励磁することにより、各磁石体１２に対する着磁を行う。なお、図５の工程と図６の工程とは、上記の逆の順番で行われてもよい。

このような着磁手順によって、上記のような界磁子コア１１の軸方向の位置による残留磁束密度の差を各磁石体１２に付けることができる。

図７は、図４の工程における磁場のベクトルを示す説明図である。また、図８は、図５の工程における磁場のベクトルを示す説明図である。

図７及び図８に示すように、界磁子コア１１の軸方向における位置が着磁機２０と同じ位置では、磁石体１２は、設計上磁化したい方向に沿う磁束を受ける。しかし、図８に示すように、界磁子コア１１の軸方向における位置が着磁機２０から離れた位置では、磁石体１２は、設計上磁化したい方向とは逆方向の磁束を受ける。

また、図７に示すように、界磁子コア１１の軸方向の中央に着磁機２０が位置している場合、磁石体１２は、逆方向の磁束を受けにくい。

実施の形態１の着磁工程のように、第１工程の後に第２工程を実施する場合、まず第１工程において、図７に示す方向の磁束を磁石体１２が受ける。このとき、第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７も、設計上磁化したい方向に僅かながら磁化される。

このため、第１工程の後に図８に示す逆方向の磁束を第１端部磁石１６が受けても、ヒステリシス特性のため、第１端部磁石１６は逆方向に磁化されず、最終的に残留磁束密度を高くすることができる。

一方、第１工程の前に第２工程を実施した場合、即ち図７の工程の前に図８の工程を実施した場合、第１端部磁石１６が最初に逆方向に磁化される。この場合、上記のヒステリシス特性により、第１端部磁石１６の残留磁束密度が低くなってしまい、実施の形態１における残留磁束密度の差を各磁石体１２に付けることができない。

図９は、磁性材料のヒステリシスを示す曲線である。磁性材料は、逆方向の磁場Ｈ＿ｒにより一度磁化されると、ヒステリシス特性のため、設計上磁化したい方向に磁化することが困難になる。このため、後に磁場Ｈ＿ｐにより磁化しても、最初から磁場Ｈ＿ｐにより磁化した場合と比較して、磁化の値が小さくなる。

図１０は、図２の磁石体１２における残留磁束密度の分布を示すグラフである。図１０において、横軸は、界磁子コア１１の軸方向における位置を示している。縦軸は、残留磁束密度を示している。

上述したような実施の形態１の着磁工程によれば、図１０に示したような残留磁束密度の分布を得ることができる。

図１１は、図１の電機子コア９のティース部先端における磁束密度の分布を示すグラフであり、複数の電機子コイル１０に通電していないときの磁束密度を示している。また、図１１において、横軸は、回転電機の軸方向における位置を示している。縦軸は、磁束密度を示している。

また、実線は、実施の形態１による界磁子８を用いた場合の磁束密度の分布を示している。点線は、比較例による界磁子を用いた場合の磁束密度の分布を示している。比較例による界磁子では、磁石体の残留磁束密度が、界磁子コアの軸方向の全体において同一である。また、実施の形態１及び比較例のいずれについても、磁束密度の平均を１ｐ．ｕ．として磁束密度を示している。

図１１に示すように、比較例による界磁子を用いた場合、回転電機の軸方向について、磁束密度の偏在が確認される。これは、電機子６の端部の空気領域に磁束漏れが発生することによる。

このため、比較例による界磁子を用いた場合、例えば、第１端部コアブロックが発生するコギングトルクが、第１端部コアブロックに隣接する中央コアブロックが発生するコギングトルクよりも小さくなる。

一方、実施の形態１による界磁子８を用いた場合、比較例による界磁子を用いた場合に比べて、磁束密度を均等化することができる。これにより、例えば、第１端部コアブロック１３が発生するコギングトルクと、第１端部コアブロック１３に隣接する中央コアブロック１５が発生するコギングトルクとが同等になる。しかも、両者のコギングトルクは、スキューによって互いに打ち消し合う。

従って、実施の形態１による界磁子コア１１を用いることによって、設計時に意図した次数のコギングトルクを、より低減することができる。

ここで、無通電時のトルクリプルのうち、１２次成分のコギングトルクを、実施の形態１と比較例１と比較例２とで比較すると、以下の通りとなった。以下の比較結果は、比較例１を１００％とした場合の数値である。

比較例１：１００．０％
比較例２：９３．５％
実施の形態１：８８．４％

比較例１では、磁石体は、界磁子コアの軸方向の全体で、Ｊ＿２に磁化されている。比較例２では、磁石体は、界磁子コアの軸方向の全体で、Ｊ＿２×０．９７に磁化されている。Ｊ＿２×０．９７は、実施の形態１による磁石体１２の磁化の平均値である。

このように、実施の形態１では、比較例１及び比較例２よりも、コギングトルクが小さくなっている。特に、実施の形態１では、比較例２よりもコギングトルクが小さいことから、残留磁束密度の平均が同じであっても、実施の形態１の構成が有効であることが分かる。

このような回転電機では、界磁子８から電機子６に渡る磁束のうち、界磁子８の径方向の成分について、界磁子８の軸方向中央における磁束密度が、界磁子８の軸方向端部における磁束密度よりも低い。この結果、電機子６が受け取る磁束密度を、回転電機の軸方向に均等化することができ、界磁子８の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる。

また、界磁子８の軸方向中央における磁石体１２の残留磁束密度は、界磁子８の軸方向両端部における磁石体１２の残留磁束密度よりも低い。このため、界磁子８の軸方向中央における磁束密度を、界磁子８の軸方向端部における磁束密度よりも低くすることができる。

また、各中央磁石１８の残留磁束密度は、第１端部磁石１６の残留磁束密度よりも低く、かつ第２端部磁石１７の残留磁束密度よりも低い。これにより、界磁子８の軸方向中央における磁束密度を、界磁子８の軸方向端部における磁束密度よりも低くしつつ、界磁子８を複数段にスキューすることができる。

また、界磁子８は、界磁子８の軸方向に複数の段数で、スキューされている。このため、コギングトルクを低減することができる。

また、実施の形態１の界磁子製造方法では、界磁子コア１１の軸方向中央において磁石体１２に着磁する第１工程の後に、界磁子コア１１の軸方向端部において磁石体１２に着磁する第２工程が実施される。このため、界磁子８の軸方向中央における磁石体１２の残留磁束密度を、界磁子８の軸方向両端部における磁石体１２の残留磁束密度よりも低くすることができる。これにより、界磁子８の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる。

また、着磁工程が第１工程と第２工程とに分けられているため、界磁子コア１１の軸方向における着磁コア２１の長さを、界磁子コア１１の軸方向における界磁子コア１１の全長よりも短くすることができる。これにより、直流電源装置の容量を小さくすることができる。

変形例．
以下、実施の形態１の変形例について説明する。変形例において、第１端部磁石１６、第２端部磁石１７、及び各中央磁石１８は、着磁後に界磁子コア１１に装着される。また、各中央磁石１８を着磁する際には、第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７を着磁する際よりも、着磁機２０のアンペアターンが大きくされる。これにより、実施の形態１と同様の残留磁束密度の分布が得られる。

ここで、図１２は、実施の形態１の変形例による磁石体１２の着磁方法をＪ－Ｈ曲線により示すグラフである。図１２において、縦軸Ｊは磁化の強さ、横軸Ｈは磁界の強さを示している。

第１端部磁石１６、第２端部磁石１７、及び中央磁石１８は、それぞれ同じ磁性材料、例えばＮｄ－Ｄｙ－Ｆｅ－Ｂによって構成されている。

変形例において、各中央磁石１８は、飽和する着磁磁界よりも低い着磁磁界Ｈ＿１により着磁されている。一方、第１端部磁石１６及び第２端部磁石１７は、中央磁石１８よりも強い着磁磁界Ｈ＿２により着磁されている。

これにより、各中央磁石１８の残留磁束密度は、第１端部磁石１６の残留磁束密度よりも低く、かつ第２端部磁石１７の残留磁束密度よりも低い。このため、第１端部磁石１６が発生する磁束密度と、第２端部磁石１７が発生する磁束密度とは、各中央磁石１８が発生する磁束密度よりも高い。

より詳しくは、第１端部磁石１６の磁化の値、及び第２端部磁石１７の磁化の値は、それぞれＪ＿２であり、飽和した磁化の値に等しい。一方、中央磁石１８の磁化の値は、Ｊ＿１であり、例えばＪ＿１＝０.９４×Ｊ＿２に設定されている。

このような変形例によっても、実施の形態１による回転電機と同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
次に、図１３は、実施の形態２による回転電機の界磁子８の半断面図である。図１４は、図１３の磁石体１２における残留磁束密度の分布を示すグラフである。

実施の形態２の界磁子コア１１は、界磁子８の軸方向に複数のコアブロックに分割されていない。界磁子コア１１には、複数の挿入孔１１ａが設けられている。また、各磁石体１２は、界磁子８の軸方向に分割されておらず、界磁子８の軸方向に連続した１個の磁石により構成されている。そして、各磁石体１２は、対応する挿入孔１１ａに挿入されている。また、界磁子８は、スキューされていない。

図１４に示すように、界磁子８の軸方向中央における磁石体１２の残留磁束密度は、界磁子８の軸方向端部における磁石体１２の残留磁束密度よりも低い。

実施の形態２における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、界磁子８の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる。

また、電機子６及び界磁子８に発生する力が、回転電機の軸方向に対称となる。これにより、振動及び騒音を低減することができる。

また、実施の形態２の構成は、電機子６が受け取る磁束密度が、回転電機の軸方向中央において低くなった場合においても有効である。即ち、界磁子８の軸方向両端部においては、対流による伝熱があるため、第１ブラケット２及び第２ブラケット３に熱を輸送することができ、界磁子８の軸方向中央と比較して、放熱性が良い。このため、鉄損の発生分布は、軸方向両端部に集中した方が熱的に有利であり、この観点から、電機子６が受け取る磁束密度が、軸方向中央において低く、軸方向両端部において高くなることが好ましい。

なお、図１４では、残留磁束密度の分布が一定の勾配で変化している。しかし、残留磁束密度の分布は、必ずしも一定の勾配をもって変化している必要はなく、例えば図１５のように、界磁子８の軸方向両端部において、残留磁束密度が急激に高くなっていてもよい。

実施の形態３．
次に、図１６は、実施の形態３による回転電機の界磁子８の半断面図である。実施の形態３では、界磁子８の径方向における各中央磁石１８の厚さ寸法が、界磁子８の径方向における第１端部磁石１６の厚さ寸法よりも小さく、かつ界磁子８の径方向における第２端部磁石１７の厚さ寸法よりも小さい。

これにより、各中央磁石１８の体積は、第１端部磁石１６の体積よりも小さく、かつ第２端部磁石１７の体積よりも小さい。また、各第３挿入孔１５ａ内には、界磁子８の径方向に中央磁石１８に隣接する空間が形成されている。

実施の形態３における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成では、各第３挿入孔１５ａ内に空間が形成されているため、各中央コアブロック１５における磁気抵抗が、第１端部コアブロック１３における磁気抵抗よりも大きく、かつ第２端部コアブロック１４における磁気抵抗よりも大きい。

このため、界磁子８の軸方向中央と、界磁子８の軸方向両端部とで、単位長さ当たりの総磁束量が異なっている。即ち、界磁子８から電機子６に渡る磁束のうち、界磁子８の軸方向中央における磁束密度が、界磁子８の軸方向両端部における磁束密度よりも低い。従って、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

また、実施の形態３において、組立工程の前に着磁工程を実施する場合、第１端部磁石１６、第２端部磁石１７、及び各中央磁石１８のそれぞれにおける残留磁束密度を、飽和領域の値とすることができる。このため、着磁工程において、着磁電流等を厳密に管理する必要がなくなる。

また、第１挿入孔１３ａ、第２挿入孔１４ａ、及び第３挿入孔１５ａは、同じ大きさでよいため、第１端部コアブロック１３、第２端部コアブロック１４、及び中央コアブロック１５は、共通の製造設備を用いて製造できる。

実施の形態４．
次に、図１７は、実施の形態４による回転電機の界磁子８の半断面図である。実施の形態４では、界磁子８の軸方向における各中央磁石１８の長さ寸法が、界磁子８の軸方向における第１端部磁石１６の長さ寸法よりも小さく、かつ界磁子８の軸方向における第２端部磁石１７の長さ寸法よりも小さい。

これにより、各中央磁石１８の体積は、第１端部磁石１６の体積よりも小さく、かつ第２端部磁石１７の体積よりも小さい。また、各第３挿入孔１５ａ内には、界磁子８の軸方向に中央磁石１８に隣接する空間が形成されている。

実施の形態４における他の構成は、実施の形態１と同様である。

このような構成によっても、実施の形態３と同様の効果を得ることができる。

なお、中央磁石１８の体積を、例えば第１端部磁石１６の体積よりも小さくするには、界磁子８の軸方向、径方向、及び周方向の少なくとも１つの方向において、中央磁石１８の寸法を第１端部磁石１６の寸法よりも小さくすればよい。これは、第１端部磁石１６、第２端部磁石１７、及び中央磁石１８のそれぞれの形状が直方体でない場合にも、同様である。

また、実施の形態１における各中央磁石１８の体積を、第１端部磁石１６の体積及び第２端部磁石１７の体積よりも小さくしてもよい。

また、各磁石体１２が、実施の形態２のように、界磁子８の軸方向に分割されていない場合、界磁子８の軸方向中央における磁石体１２の断面積を、界磁子８の軸方向両端部における磁石体１２の断面積よりも小さくしてもよい。

実施の形態５．
次に、図１８は、実施の形態５による回転電機の界磁子８の半断面図である。図１９は、図１８のＸＩＸ－ＸＩＸ線に沿う断面図である。図２０は、図１８のＸＸ－ＸＸ線に沿う断面図である。

実施の形態５では、界磁子８の軸心に直交する第１端部コアブロック１３の断面が、界磁子８の軸心に直交する中央コアブロック１５の断面と異なっている。界磁子８の軸心に直交する第２端部コアブロック１４の断面は、界磁子８の軸心に直交する第１端部コアブロック１３の断面と同じである。

具体的には、図１９に示すように、第１端部コアブロック１３には、一対のフラックスバリア１３ｂが設けられている。一対のフラックスバリア１３ｂは、界磁子８の周方向における第１挿入孔１３ａの両端に対して、界磁子８の径方向外側に位置している。

各フラックスバリア１３ｂは、第１端部コアブロック１３自体よりも磁気抵抗の高い材料、例えば空気により構成れている。各フラックスバリア１３ｂが空気により構成されている場合、各フラックスバリア１３ｂは、第１端部コアブロック１３に設けられている孔である。

一方、図２０に示すように、各中央コアブロック１５には、一対のフラックスバリア１３ｂが設けられていない。また、磁石体１２は、実施の形態２と同様に、界磁子８の軸方向に分割されていない。また、磁石体１２は、界磁子８の軸方向の全体に渡って均等に着磁されている。

実施の形態５における他の構成は、実施の形態２と同様である。

このような構成では、第１端部コアブロック１３において短絡する磁束、及び第２端部コアブロック１４において短絡する磁束が、中央コアブロック１５において短絡する磁束よりも少なくなる。

このため、界磁子８から電機子６に渡る磁束のうち、界磁子８の軸方向中央における磁束密度が、界磁子８の軸方向両端部における磁束密度よりも低くなる。従って、電機子６が受け取る磁束密度を、回転電機の軸方向に均等化することができ、界磁子８の軸方向について電磁力の均等化を図ることができる。

なお、実施の形態１～４において、実施の形態５に示したように、界磁子８の軸方向の位置によって界磁子コア１１の断面を異ならせてもよい。

また、実施の形態１～５において、磁石体１２の数は、特に限定されない。

また、実施の形態１、３、４、５において、中央コアブロック１５の数は、１つ又は３つ以上でもよい。

また、界磁子８の軸方向に各磁石体１２が分割されている場合、各磁石体１２に含まれている中央磁石１８の数は、１つ又は３つ以上であってもよい。

また、実施の形態１～５では、界磁子８の軸方向の中心を中心として、磁石体１２が対称に構成されているが、非対称であってもよい。例えば、界磁子８の軸方向一端部における磁束密度が、界磁子８の軸方向中央における磁束密度よりも高く、界磁子８の軸方向他端部における磁束密度は、界磁子８の軸方向中央における磁束密度と同等であってもよい。

また、実施の形態１～５では、界磁子８は、回転子である。しかし、界磁子は、固定子であってもよい。

また、各磁石体１２は、界磁子コア１１の外周面に固定されてもよい。例えば、回転電機は、表面磁石式の永久磁石同期モータであってもよい。

また、回転電機は、界磁子巻線式の回転電機、例えば同期モータ又は直流モータであってもよい。即ち、磁石体は、電磁石であってもよい。

また、回転電機は、発電機であってもよい。

６ 電機子、８ 界磁子、１１ 界磁子コア、１２ 磁石体、１３ 第１端部コアブロック、１４ 第２端部コアブロック、１５ 中央コアブロック、１６ 第１端部磁石、１７ 第２端部磁石、１８ 中央磁石。

Claims (7)

1. 界磁子と、電機子とを備え、
   前記界磁子は界磁子コアと磁石体とを備え、
   前記界磁子の軸方向中央における前記磁石体の着磁率は、前記界磁子の軸方向端部における前記磁石体の着磁率よりも低く、前記界磁子の軸方向中央における前記磁石体の残留磁束密度は、前記界磁子の軸方向端部における前記磁石体の残留磁束密度よりも低い回転電機。
2. 前記磁石体は、
   前記界磁子の軸方向端部に配置されている端部磁石と、
   前記端部磁石に対して前記界磁子の軸方向中央側に配置されている中央磁石と
   を有しており、
   前記中央磁石の残留磁束密度は、前記端部磁石の残留磁束密度よりも低い請求項１記載の回転電機。
3. 前記磁石体は回転軸と直交面において軸方向に均一な断面形状を有する請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
4. 前記磁石体は軸方向に均一な組成を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の回転電機。
5. 前記界磁子コアは回転軸と直交面において軸方向に均一な断面形状を有する請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の回転電機。
6. 前記界磁子は、前記界磁子の軸方向に複数の段数でスキューされている請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の回転電機。
7. 界磁子コアに設けられている磁石体に着磁する着磁工程
   を含み、
   前記着磁工程は、
   前記界磁子コアの軸方向中央において前記磁石体に着磁する第１工程と、
   前記界磁子コアの軸方向端部において前記磁石体に着磁する第２工程と
   を含み、
   前記第１工程の後に前記第２工程を実施する回転電機の界磁子製造方法。