WO2021240870A1

WO2021240870A1 - 電磁機器及び電磁機器を用いた航空機

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Publication number: WO2021240870A1
Application number: PCT/JP2021/002029
Authority: WO
Inventors: 義浩深山; 宇宙満田; 一将伊藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-05-29
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-12-02
Anticipated expiration: 2022-11-29
Also published as: US20230163670A1; JP7361914B2; DE112021003015T5; CN115917926A; US12199479B2; JPWO2021240870A1

Abstract

互いに平行あるいは逆平行に可動する２つの可動部（１０，２０）と、２つの面が２つの可動部（１０，２０）のそれぞれに対向して配置されたステータコア（３１）と、を備え、ステータコア（３１）の少なくとも一部は、薄板が可動部（１０，２０）の可動方向に積層され、可動部（１０，２０）に対向する２つの面に平行かつ可動部（１０，２０）の可動方向に垂直な方向に引っ張り応力を掛けられて保持されている。

Description

電磁機器及び電磁機器を用いた航空機

　本願は、電磁機器及び電磁機器を用いた航空機に関するものである。

　従来、２つの対向する可動部に囲われた電磁機器である回転電機のステータコアに関して、ロータである可動部に面する２面に平行かつ可動部の可動方向に垂直な方向に薄板を積層してステータコアを構成し、積層方向に貫通する孔を設けて保持部材を孔に嵌合することでステータコアを保持するものが開示されている（例えば、特許文献１）。

　また、２つの対向する可動部に平行かつ可動部の可動方向に略並行な方向に薄板を積層してステータコアを構成し、ステータコアのロータである可動部に面する２面に平行かつ可動部の可動方向に垂直な方向に積層間を保持するためのボルト穴を設けてボルトで締結することでステータコアを保持する回転電機が開示されている（例えば、特許文献２）。

特開２０１９－３７０８４号公報特開２０１８－８５８８６号公報

　特許文献１においては、回転電機の動作に伴う電磁力がステータコアの積層間をせん断する向きに働くため、ステータコアを保持するために積層方向に貫通する孔を設けて保持部材を孔に嵌合している。そのため、保持部材がステータコアの磁路にあたるため、装置の大型化及び効率の低下の虞がある。

　一方、特許文献２においては、積層方向に挟み込む力をかけてステータコアを保持する必要があるため、ステータコアの磁気特性が悪化する。また、特許文献２の別の例においてもステータコアが嵌合部で押圧されるため、磁気特性が悪化する。

　本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、装置を大型化することなく、磁気特性を悪化させずにステータコアを保持する電磁機器及びこの電磁機器を用いた航空機を提供することを目的とする。

　本願に開示される電磁機器は、互いに平行あるいは反平行に可動する２つの可動部と、
２つの面が前記２つの可動部のそれぞれに対向して配置されたステータコアと、を備えた電磁機器であって、前記ステータコアの少なくとも一部は、薄板が前記可動部の可動方向に積層され、前記２つの可動部に対向する前記２つの面に平行かつ前記可動部の可動方向に垂直な方向に引っ張り応力を掛けられて保持されているものである。

　本願に開示される電磁機器によれば、ステータコアに引っ張り応力を掛けて保持するため、装置を大型にすることなく、ステータコアの磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。

実施の形態１に係る回転電機の回転軸に沿った断面図である。実施の形態１に係る回転電機の回転軸に沿った断面図で、図１の一部拡大図である。実施の形態１に係る回転電機の回転軸に垂直な一部断面図である。実施の形態１に係る回転電機のステータコアの構造を示す図である。実施の形態２に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。実施の形態３に係る回転電機の回転軸に沿った断面図である。実施の形態３に係る回転電機の回転軸に垂直な一部断面図である。実施の形態４に係る回転電機のステータの構成を示す一部斜視図である。実施の形態４に係る回転電機のステータコアの構成を示す一部斜視図である。実施の形態４に係る回転電機のステータコアの構成を示す一部斜視図で、図９の一部拡大図である。実施の形態４に係る回転電機のステータコアの組み立て方法を示す斜視図である。実施の形態４に係る回転電機の別のステータの構成を示す一部斜視図である。実施の形態５に係る回転電機の回転軸に沿った断面図である。実施の形態５に係る回転電機の回転軸に垂直な一部断面図である。実施の形態６に係る回転電機の回転軸に沿った断面図である。実施の形態６に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図で、ステータの構造を示す図である。実施の形態７に係る磁気ギアの回転軸に沿った断面図である。実施の形態７に係る磁気ギアの回転軸に垂直な断面図である。実施の形態８に係るリニアモータの構成を示すための可動軸に沿った断面図である。実施の形態９に係る電磁機器を用いた航空機を示す模式図である。実施の形態９に係る電磁機器を用いた別の航空機を示す別の模式図である。

　以下、図面を参照しながら実施の形態について説明する。なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。
　また、本実施の形態において、電磁機器として、回転電機、磁気ギア、リニアモータを例にして順次説明するがこれらに限るものではない。

実施の形態１．
　以下に、実施の形態１に係る電磁機器として回転電機について図を用いて説明する。
　図１は、実施の形態１に係る回転電機の構造を示す回転軸に沿った断面図である。図において、回転電機１は２つのロータであるインナーロータ１０およびアウターロータ２０、２つのロータの径方向間に挟まれたステータ３０を備え、ダブルロータ型のラジアルギャップモータとして構成されている。

　インナーロータ１０はシャフト２、シャフト２に圧入固定されたボス１２、及びボス１２の外径側に接着固定された永久磁石１４を備える。
　アウターロータ２０は、シャフト２に固着されたアウターシャフト２１及びアウターシャフト２１の内径側に接着固定された永久磁石２２を備える。
　ステータ３０は、負荷側ベース３４に取り付けられた負荷側保持部材３５と反負荷側ベース３３との軸方向間にステータコア３１が配置され、ステータコア３１にステータコイル３２が巻き付けられている。また、ステータ３０は、インナーロータ１０とアウターロータ２０との間に配置されるが、負荷側インナーベアリング３、負荷側アウターベアリング５、反負荷側インナーベアリング４、反負荷側アウターベアリング６により、インナーロータ１０及びアウターロータ２０を回転自在に保持している。

　図２は、図１中破線で囲まれたＸ１、Ｘ２の領域の拡大図である。
　ステータコア３１は、径方向中央付近の軸方向両端がそれぞれ軸方向に延在し巻回されたステータコイル３２の部分から突出しており、一方の負荷側の先端部３１ｃが負荷側保持部材３５にボルト３８で固定されており、他方の固定側の先端部３１ｄを反負荷側ベース３３に設けられたＴ字型の溝部３３ａにひっかけるように固定されている。図において、ステータコア３１がボルト３８で固定されている位置を負荷側保持面３６、ステータコア３１がＴ字型の溝部３３ａに固定されている溝部３３ａの底面を固定側保持面３７とすると、ステータコア３１のボルト３８の固定部と溝部３３ａに固定する端部との長さＬｓの自然長は、負荷側保持面３６と固定側保持面３７との長さＬよりも短く構成されている。そのため、ステータコア３１は軸方向に延伸され、引っ張り応力が掛けられている。

　図３は、回転電機１の回転軸に垂直な断面図で、図１中Ａ－Ａ線方向の一部断面図である。図において、回転電機１は、４８極７２スロットの集中巻で構成されている。ステータコア３１は、軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向に積層して構成されている。インナーロータ１０とアウターロータ２０はともに、図中反時計まわりに同じ角速度で回転する。すなわち、インナーロータ１０とアウターロータ２０は、可動部である。

　図４は、ステータコア３１の構造を示す図である。ステータコア３１は、本体部３１ａから軸方向の一端が突出しボルト締結用の孔を有する先端部３１ｃ、軸方向の他端が突出しその先端がＴ字型を有する先端部３１ｄを備えた軸方向に長い薄板の鋼板からなり、図４Ａの矢印で示される順のように、軸方向の両方の側部３１ｂが折り曲げられている。そして、図３に示されるように、ステータコア３１のインナーロータ１０およびアウターロータ２０側に対向するそれぞれの側部３１ｂが、９０°よりも浅い角度で回転方向遅れ側にそれぞれ折り曲げられた状態で積層されている。ステータコア３１の薄板の鋼板は、圧延により製造された電磁鋼板であり、圧延方向はステータコアの径方向、側部３１ｂを結ぶ方向であり、インナーロータ１０とアウターロータに対向する方向となるように配置されている。また、ステータコア３１は図１及び図２で示されるように、反負荷側ベース３３に設けられたＴ字型の溝部３３ａに先端部３１ｄが固定され、ステータコア３１を軸方向に引っ張った状態でボルト３８により先端部３１ｃが固定されて取り付けられている。

　このような構成にすると、ステータコア３１は引っ張り応力が掛けられて固定されているため、圧縮応力による磁気特性劣化がなくなり、高効率化できる。また、ステータコア３１の径方向の中央部を固定しているため、ステータコア３１に均等に引っ張り応力を与えやすく、高効率化しやすい。
　さらに、ステータコア３１の本体部３１ａより先端部３１ｃ、３１ｄの方が、細いためその軸方向断面積は小さく、ステータコア３１はステータコイル３２が巻回されたコイルから突出した位置で固定されるので、磁路への影響も小さい。
　加えて、負荷側保持部材３５および反負荷側ベース３３は磁性体で構成されても前述の通り、ステータコア３１の本体部３１ａより先端部３１ｃ、３１ｄの方が、細いためその軸方向断面積は小さく磁路への影響も小さい。一方、負荷側保持部材３５および反負荷側ベース３３は非磁性体で構成されれば、周方向別のステータコア３１への閉磁路が形成されないため、磁路への影響をなくすことができる。

　また、ステータコア３１の軸方向の側部３１ｂが回転方向遅れ側に折り曲げられているので、可動するインナーロータ１０とアウターロータ２０による磁束をステータコア３１に集めやすくなる。

　ステータコア３１として、軸方向の両側部先端は、インナーロータ１０側とアウターロータ２０側の両方の側部３１ｂを回転方向遅れ側に折り曲げた構造を示したが、図４Ｂ、図４Ｃに示されるようにどちらか一方のみの側部３１ｂを折り曲げても、同様の効果が得られる。
　また、ステータコア３１の軸方向の両方の側部３１ｂは、同じ角度で折り曲げたが、径方向遅れ側に行くに従って徐々に折り曲げ角が大きくなるように構成してもよい。このようにすれば、より多くの磁束を集めやすくなるため、回転電機１を高トルク化することができる。

　以上のように、本実施の形態１に係る回転電機によれば、シャフト２を軸に可動するインナーロータ１０とアウターロータ２０との間に、ステータ３０を配置し、ステータ３０は薄板が回転方向に積層されたステータコア３１を有し、軸方向に引っ張り応力を掛けられて保持されているので、ステータコア３１の磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。これにより、回転電機の高効率化、高トルク化が可能となる。

実施の形態２．
　以下に、実施の形態２に係る電磁機器として回転電機について図を用いて説明する。
　図５は、実施の形態２に係る回転電機１の回転軸に垂直な一部断面図である。
図において、回転電機１のステータコア３１は、軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向、すなわち回転方向に積層して構成されている。インナーロータ１０とアウターロータ２０はともに、図中反時計まわりに同じ角速度で回転する。ステータコア３１の軸方向の端部であるインナーロータ１０およびアウターロータ２０側に対向する側部３１ｂは、９０°よりも浅い角度で薄板の鋼板の面を折り曲げるように構成する。回転方向遅れ側と進み側にそれぞれ、径方向遅れ側と進み側に行くに従って徐々に折り曲げ角が９０°よりも浅い角度の範囲で大きくなるように折り曲げられている。折り曲げられた薄板の鋼板間には隙間ができるが、この隙間部分には樹脂が充填される。その他の構成は実施の形態１と同様である。

　このような構成においても実施の形態１と同様の効果がある。ステータコア３１の側部３１ｂを回転方向の径方向遅れ側と進み側の両側に折り曲げられているため、回転方向が両方均等になるような場合において、どちら側に回る場合においても高トルク化を達成することができる。
　また、ステータコア３１の側部３１ｂの薄板の間に樹脂が充填されているので、電磁力により薄板がたわんだり振動したりするのを防止し、強度を向上することができる。

　以上のように、実施の形態２に係る回転電機によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、ステータコア３１の側部３１ｂを回転方向の径方向遅れ側と進み側の両側に折り曲げられているため、いずれの方向に回転する場合においても回転電機の高トルク化を達成することが可能となる。

実施の形態３．
　以下に、実施の形態３に係る電磁機器として回転電機について図を用いて説明する。
　図６は、実施の形態３に係る回転電機１の構造を示す回転軸に沿った断面図である。図において、ステータコア３１は、その軸方向の両端部においてインナーロータ１０およびアウターロータ２０側の両方の側部が本体部から軸方向に延在し突出しており、その先端部３１ｃ、３１ｄが負荷側においてはＬ字型に内側方向に曲げられた構造を有し、固定側においてはＬ字型に外側方向に曲げられた構造を有している。

　実施の形態１で説明したと同様に、ステータコア３１の両端間の自然長は、ステータコア３１の両端の先端部３１ｃ、３１ｄのＬ字型が固定される、反負荷側ベース３３の溝部の固定側保持面３７と負荷側保持部材３５の外側部に設けられたＬ字型の溝部の負荷側保持面３６との長さより短く構成されている。そのため、ステータコア３１の軸方向一端側の先端部３１ｄのＬ字型は、反負荷側ベース３３に設けられたＬ字型の溝部にひっかけられるように固定され、ステータコア３１の軸方向他端側の先端部３１ｃのＬ字型は負荷側保持部材３５の溝部に嵌合して保持され、引っ張り応力が掛けられている。

　上述したステータコア３１は軸方向の断面積がステータコイル３２の巻回されている本体部より両方の先端部３１ｃ、３１ｄの方が小さく、本体部から延在した位置で固定されるので、実施の形態１と同様に磁路への影響は小さい。

　図７は、回転電機１の回転軸に垂直な断面図で、図６中Ｂ－Ｂ線方向の一部断面図である。図において、ステータコア３１は、軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成されている。インナーロータ１０とアウターロータ２０はともに、図中反時計まわりに同じ角速度で回転し、ステータコア３１の軸方向の両側部であるインナーロータ１０およびアウターロータ２０側それぞれの両側部は、折り曲げられておらずステータコア３１の巻線部分となる本体部と同一面である。その他の構造は実施の形態１と同様である。

　以上のように、実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、シャフト２を軸に可動するインナーロータ１０とアウターロータ２０との間に、ステータ３０を配置し、ステータ３０は薄板が回転方向に積層されたステータコア３１を有し、軸方向に引っ張り応力を掛けられて保持されているので、ステータコア３１の磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。これにより、回転電機の高効率化、高トルク化が可能となる。

実施の形態４．
　以下に、実施の形態４に係る電磁機器として回転電機について図を用いて説明する。
　図８は、実施の形態４に係る回転電機のステータ３０の構造の一部を示す斜視図、図９はステータコア３１の構造を示す斜視図、図１０は図９の破線領域Ｘ３の一部拡大図である。実施の形態１から３では、ステータコア３１は、軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成されていた。そして、実施の形態３のステータコア３１は、その軸方向の両端部においてインナーロータ１０およびアウターロータ２０側の両方の側部が本体部から軸方向に延在し突出しており、その先端部３１ｃが負荷側においてはＬ字型に内側方向に曲げられた構造、先端部３１ｄは反負荷側においてはＬ字型に外側方向に曲げられた構造である。本実施の形態４のステータコア３１は、インナーロータ１０およびアウターロータ２０にそれぞれ対向する側部３１１と、両方の側部３１１を保持しステータコイル３２が巻回される保持部３１２とから構成される点が異なる。

　図９及び図１０で示されるように、ステータコア３１の両方の側部３１１は軸方向に長い薄板の電磁鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成されている。一方、ステータコア３１の保持部３１２は所定の形状を有する電磁鋼板が軸方向に、インナーロータ１０およびアウターロータ２０のそれぞれの永久磁石１４，２２に対向する高さに積層されて構成されている。保持部３１２は略方形状であるが、そのインナーロータ側である内周側、アウターロータ側である外周側の中央部は切り欠き部３１２ａが設けられ、両方の側部３１１が挿入されて保持される。また、切り欠き部３１２ａの周方向には図のように鍔部３１２ｂが設けられていてもよい。なお、ステータコア３１の両方の側部３１１は、回転軸と直交する方向の磁束がシームレスに流れるように保持部３１２に密着されて保持される。両方の側部３１１は保持部３１２から軸方向両側に伸び、Ｌ字型に曲げられた先端部３１ｃ、３１ｄを有する。

　周方向に積層された両方の側部３１１と軸方向に積層された保持部３１２とを有する本実施の形態４のステータコア３１も実施の形態３と同様に軸方向に引っ張り応力が掛けられて保持される。すなわち、実施の形態３の図６に対応させると、ステータコア３１の両方の側部３１１の自然長は、ステータコア３１の両方の側部３１１の先端のＬ字型が固定される、反負荷側ベース３３の溝部の固定側保持面３７と負荷側保持部材３５の外側部に設けられたＬ字型の溝部の負荷側保持面３６との長さより短く構成されている。そのため、ステータコア３１の軸方向他端側の先端部３１ｃのＬ字型は負荷側保持部材３５の溝部に嵌合して保持され、引っ張り応力が掛けられている。
　なお、図９においては両方の側部３１１の軸方向両端部のＬ字型が共に保持部３１２側を向くように内側方向に曲げられた構造を示しているが、図６のように、固定側においてはＬ字型に外側方向に曲げられた構造であってもよい。
　本実施の形態４のステータコア３１の両方の側部３１１のように、ステータコア３１の一部が軸方向に長い薄板の電磁鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成されて、引っ張り応力が掛けられて保持されている構成であり、圧縮応力による磁気特性劣化を抑制し、高効率化が可能となる。

　次に、ステータコア３１の側部３１１を保持する保持部３１２について説明する。実施の形態１から３では、ステータコア３１を軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成したが、本実施の形態４では、側部３１１は、実施の形態１から３のように軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向、回転方向に内周側及び外周側の両方に積層し、両方の側部３１１を保持する保持部３１２は電磁鋼板が軸方向に積層されて構成される。そのため、上述したように、軸に垂直な方向が保持部３１２を構成する１枚ずつの電磁鋼板の略方形状の片であり、所望の形状に加工することが容易となる。図９、１０で示したように、保持部３１２は略方形状であるが、その内周側、外周側の中央部は両方の側部３１１が挿入されて保持される切り欠き部３１２ａが設けられ、切り欠き部３１２ａの周方向には鍔部３１２ｂが設けられている。このような形状に加工することも容易となる。

　一方、図７のように回転電機１の軸方向断面をみると、インナーロータ１０とアウターロータ２０との間で、ステータ３０は配置されるが、ステータコア３１が一定間隔で配置されているため、インナーロータ１０及びアウターロータ２０とステータ３０との間のギャップから見て透磁率が一定でないことに起因する磁束が発生する。発生した磁束は空間高調波と呼ばれ、損失の要因となる。
　本実施の形態では、保持部３１２が鍔部３１２ｂを有し、周方向に隣接するステータ３０の間を埋めるように作用し、空間高調波を減少させることができる。また、保持部３１２は回転軸方向に積層されているので、周方向に鎖交する磁束に対して磁束の鎖交する導体の面積が小さくなっている。これにより導体の抵抗が増加し、渦電流を低減することが出来る。

　次に、側部３１１と保持部３１２との取り付け方法について説明する。
　図１１において、図１１Ａは軸方向に積層された保持部３１２を、図１１Ｂは周方向に積層された両方の側部３１１を示す図である。保持部３１２の切り欠き部３１２ａは切り欠きの浅い切り欠き部３１２ａ１と切り欠きの深い切り欠き部３１２ａ２の２種類の切り欠き部を有する保持部３１２がそれぞれ所定の厚さｄ２、ｄ１となるように積層されている。切り欠きの浅い切り欠き部３１２ａ１の積層された部位は切り欠きの深い切り欠き部３１２ａ２の積層された部位よりも内周側、外周側ともに凸となる。

　側部３１１は内周側と外周側とがそれぞれ対向するように配置され、保持部側において、突出した部位３１１Ａと凹んだ部位３１１Bとがそれぞれ厚さｄ１、ｄ２に対応する長さとなるように順次形成されている。突出した部位３１１Ａと凹んだ部位３１１Ｂとの段差ｄ３は保持部３１２の切り欠きの浅い切り欠き部３１２ａ１と切り欠きの深い切り欠き部３１２ａ２との切り欠きの深さの差に対応する。図１１Ａの保持部３１２と図１１Ｂの両方の側部３１１とは、切り欠きの浅い切り欠き部３１２ａ１の積層された部位と凹んだ部位３１１Ｂとが、及び切り欠きの深い切り欠き部３１２ａ２の積層された部位と突出した部位３１１Ａとが合うように嵌合され、すなわち図中矢印方向に両者の凹凸形状が嵌合されて図９のようにステータコア３１が形成される。

　このように、保持部３１２の切り欠き部３１２ａに形成した凹凸形状と、両方の側部３１１に形成した凹凸形状とを嵌合するようにしたので、互いに異なる方向に積層された薄板形状の電磁鋼板がばらけることなく密着してステータコア３１を形成することが可能となる。
　なお、保持部３１２の切り欠き部３１２ａに形成した凹凸形状と、両方の側部３１１に形成した凹凸形状とは上記に限るものではなく、例えば、径方向に嵌合するだけでなく、軸方向にも嵌合あるいは係合するような形状であってもよい。

　図１２は、図８の変形例で、本実施の形態４に係る別のステータ３０の構成を示す斜視図である。図８と異なるのは、ステータコア３１の両方の側部３１１において、図７における回転方向の進み側部分を電磁鋼板の積層物でない、非金属あるいは非磁性体からなる構造体３１１ｂとしたことである。回転方向遅れ側は電磁鋼板の積層体３１１ａである。

　周方向に積層されている電磁鋼板には面内渦電流が発生するが、発生する渦電流は回転方向進み方向の方が大きい傾向がある。そのため、図１２で示すように回転方向進み側を電磁鋼板でない部材で形成することで、回転方向進み側の渦電流による損失を抑制可能となる。本実施の形態では、非金属あるいは非磁性体からなる構造体３１１ｂとして、高強度の樹脂を用いた。なお、構造体３１１ｂ及び電磁鋼板の積層体３１１ａの形状は図に限るものでなく、両者の周方向の大きさ等が異なっていてもよい。

　以上のように、実施の形態４によれば、ステータコア３１を構成する両方の側部３１１を軸方向に長い薄板の電磁鋼板を略周方向、回転方向に積層して構成し、引っ張り応力が掛けられた構成としたので、実施の形態１から３のように、圧縮応力による磁気特性劣化を抑制し、高効率化が可能となる。
また、両方の側部３１１を保持するステータコアの保持部３１２を略方形の電磁鋼板を軸方向に積層して構成し、内周側及び外周側を鍔形状とすることで、空間高調波及び渦電流の抑制に寄与し、高効率化を図ることが可能となる。

　さらに、ステータコア３１を構成する両方の側部３１１において回転方向進み側を電磁鋼板の積層物でない、非金属あるいは非磁性体からなる構造体３１１ｂとしたので、渦電流による損失を低減することが可能となる。

実施の形態５．
　以下に、実施の形態５に係る電磁機器として回転電機について図を用いて説明する。
　図１３は、実施の形態５に係る回転電機１の構造を示す回転軸に沿った断面図である。図において、実施の形態１と異なるのはアウターシャフト２１がシャフト２に固着されていないことである。そのため、回転電機１のインナーロータ１０とアウターロータ２０は互いに接続されておらず、例えば、インナーロータ１０とアウターロータ２０とは互いに反対方向に回転し、アウターロータ２０は、インナーロータ１０の２分の１の角速度で回転させる。

　図１４は、回転電機１の回転軸に垂直な断面図で、図１３中Ｃ－Ｃ線方向の一部断面図である。図において、インナーロータ１０は反時計回りに、アウターロータ２０は時計回りに回転する。ステータコア３１は、軸方向に長い薄板の鋼板を略周方向に積層して構成されているが、ステータコア３１の軸方向の両端部であるインナーロータ１０およびアウターロータ２０側に対向するそれぞれの側部３１ｂは、薄板の電磁鋼板の面を折り曲げるように、９０°よりも浅い角度で回転方向遅れ側に折り曲げられている。すなわち、実施の形態１のアウターロータ２０とは反対方向に回転するため、ステータコア３１のアウターロータ２０側の側部３１ｂは回転方向遅れ側となるように、図３とは反対側に折り曲げられていることがわかる。

　その他の構成は実施の形態１と同様であり、本実施の形態５のステータコア３１も引っ張り応力を掛けられて取り付けられている。

　上述では、インナーロータ１０とアウターロータ２０とは互いに反対方向に回転し、アウターロータ２０は、インナーロータ１０の２分の１の角速度とした例を示したが、インナーロータ１０とアウターロータ２０の回転方向が同じであってもよいし、両者の回転速度も独立に設定してもよい。インナーロータ１０とアウターロータ２０の回転方向が同じ場合は、ステータコア３１のインナーロータ１０側及びアウターロータ２０側の側部３１ｂはそれぞれ回転方向遅れ側となるように、同じ側に折り曲げられた構成とすればよい。

　以上のように、実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、シャフト２を軸に可動するインナーロータ１０とアウターロータ２０との間に、ステータ３０を配置し、ステータ３０は薄板が回転方向に積層されたステータコア３１を有し、軸方向に引っ張り応力を掛けられて保持されているので、ステータコア３１の磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。これにより、回転電機の高効率化、高トルク化が可能となる。

　また、回転電機１のインナーロータ１０とアウターロータ２０は互いに接続されていないため、それぞれの回転方向と回転速度を独立に設定することができるため、各ロータにより駆動させる対象物が異なっても、それぞれ回転方向と回転速度と設定し、制御することが可能となる。

実施の形態６．
　以下に、実施の形態６に係る電磁機器である回転電機について説明する。
　図１５は、実施の形態６に係る回転電機１Ａの構造を示す回転軸に沿った断面図である。図において、回転電機１Ａは、２つのロータである、反負荷側ロータ１０Ａおよび負荷側ロータ２０Ａ、２つのロータの径方向間に挟まれたステータ３０Ａを備え、ダブルロータ型のアキシャルギャップモータとして構成されている。

　反負荷側ロータ１０Ａはシャフト２Ａ、シャフト２Ａに圧入固定された反負荷側ボス１２Ａ、及び反負荷側ボス１２Ａの負荷側に接着固定された永久磁石１４Ａを備える。
　負荷側ロータ２０Ａは、シャフト２Ａに固着された負荷側ボス２１Ａと負荷側ボス２１Ａの反負荷側に接着固定された永久磁石２２Ａを備える。

　ステータ３０Ａは反負荷側ロータ１０Ａと負荷側ロータ２０Ａとの間に配置され、負荷側インナーベアリング３Ａ、反負荷側インナーベアリング４Ａでそれぞれ反負荷側ロータ１０Ａと負荷側ロータ２０Ａを回転自在に保持している。
　ステータ３０Ａは、外径側保持部材３５Ａと内径側保持部材３３Ａとの径方向間にステータコア３１Ａが配置され、ステータコア３１Ａにステータコイル３２Ａが巻き付けられている。また、外径側保持部材３５Ａは、シャフト２Ａと離間して配置された反負荷側ベース３９Ａと、負荷側ベース３９Ｂとに取り付けられて、２つのロータである、反負荷側ロータ１０Ａおよび負荷側ロータ２０Ａを囲っている。シャフト２Ａは回転可能なように負荷側ベース３９Ｂの中央部から突出し、負荷側ベース３９Ｂとは離間している。

　ステータコア３１Ａは、径方向に長い薄板の電磁鋼板が略周方向、すなわち回転方向に積層されている。ステータコア３１Ａは、径方向両端部において、それぞれ径方向の反負荷側ロータ１０Ａ側及び負荷側ロータ２０Ａ側の両側部が延在して突出し、外径側の先端部３１Ａｃは軸方向外側に屈曲したＬ字型の先端部を有しており、外径側保持部材３５Ａの溝部３５ＡａにＬ字型が係合されて保持されている。ステータコア３１Ａの内径側の先端部３１Ａｄは軸方向内側に屈曲したＬ字型の先端部を有しており、内径側保持部材３３Ａに設けられたＬ字型の溝部３３Ａｂに係合されて固定されている。

　ステータコア３１Ａの径方向の両方の先端部３１Ａｃ、３１Ａｄが係合される部位の自然長は、外径側保持部材３５Ａの溝部３５Ａａの底面と内径側保持部材３３Ａの外側部に設けられたＬ型の溝部３３Ａｂの底面との長さＬよりも短く構成されている。そのため、ステータコア３１Ａは径方向に延伸され、引っ張り応力が掛けられている。

　図１６は、ステータ３０Ａの構造を示す断面図で、図１５中Ｄ－Ｄ線方向の一部断面図である。図において、回転電機１Ａは、１０極１２スロットの集中巻に構成されている。ステータコア３１Ａは、上述したとおり径方向に長い薄板の鋼板を略周方向に積層して構成されている。反負荷側ロータ１０Ａと負荷側ロータ２０Ａはともに、同じ角速度で回転する。
　また、ステータコア３１Ａの薄板の鋼板は、圧延により製造された電磁鋼板であり、圧延方向はステータコア３１Ａの軸方向、すなわち反負荷側ロータ１０Ａと負荷側ロータ２０Ａとが対向する方向となるように配置されている。

　以上のように、実施の形態６によれば、ダブルロータ型のアキシャルギャップモータを構成する回転電機であっても、実施の形態１から５のように、ステータコア３１Ａは引っ張り応力が掛けられて固定されているため、応力による磁気特性劣化なく構成でき、トルクが向上し、高効率な回転電機を提供することが可能となる。

実施の形態７．
　以下に、実施の形態７に係る電磁機器である磁気ギアについて説明する。
　図１７は、実施の形態７に係る磁気ギア１Ｂの構造を示す回転軸に沿った断面図で、図１８は、Ｅ－Ｅ線方向の一部断面図である。磁気ギア１Ｂはステータコイル３２を備えておらず、図１７は実施の形態５の図１３においてステータコア３１にステータコイル３２が巻回されていないものに相当する。但し、図１８に示されるようにステータコア３１は平坦であり、径方向の両側部に折り曲がり部を有していない。このステータコア３１は、インナーロータ１０及びアウターロータ２０に対し、周方向のステータコア３１の有無による磁気抵抗の大小により、インナーロータ１０及びアウターロータ２０の磁束を変調するポールピースの役割を果たす。

　図１７及び図１８において、磁気ギア１Ｂのインナーロータ１０とアウターロータ２０は互いに接続されていない。インナーロータ１０は図中反時計まわりに回転し、アウターロータ２０は図中時計まわりに、インナーロータ１０と同じ電気角速度で回転する。ここで、例えばアウターロータ２０の極数を６０、インナーロータ１０の極数を１２と、アウターロータ２０の極数をインナーロータ１０の極数の５倍とすると、減速比５の磁気ギアを構成することができる。ポールピースであるステータコア３１の周方向の数は、低速ロータであるアウターロータ２０の極数６０と、高速ロータであるインナーロータ１０の極数１２に対して、（ポールピースの数）＝（低速ロータ極数）±（高速ロータ極数）を満足すればよいので、６０±１２＝７２もしくは４８であるが、本例では４８に構成されている。
　その他の構成は実施の形態５と同様である。すなわち、本実施の形態においても、ステータコア３１は軸方向に延伸され、引っ張り応力が掛けられた状態で固定されている。

　上述では、インナーロータ１０とアウターロータ２０の回転方向を同じ方向としたが、逆方向でもよい。この場合、ポールピースであるステータコア３１の数は４８ではなく７２とするとよい。また、インナーロータ１０とアウターロータ２０の極数は、磁気ギアとしてインナーロータ１０、アウターロータ２０が駆動する対象物の変速比に応じて設定すればよい。

　以上のように、実施の形態７によれば、磁気ギア１Ｂにおいて、ステータコア３１は軸方向に延伸され、引っ張り応力が掛けられた状態で固定されているので、ステータコア３１の磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。これにより、磁気ギアの高効率化、高トルク化が可能となる。

実施の形態８．
　以下に、実施の形態８に係る電磁機器であるリニアモータについて説明する。
　図１９は、実施の形態８に係るリニアモータ１Ｃの可動軸に沿った断面図である。図１９において、リニアモータ１Ｃは２つの可動子１０Ｃ、２０Ｃに挟まれたステータ（固定子）３０Ｃを有する。ステータ３０Ｃの一方の側にある第一可動子１０Ｃと、他方の側にある第二可動子２０Ｃはそれぞれ、リニアガイド（図示せず）によって図中矢印方向に可動自在に保持されている。
　第一可動子１０Ｃは第一可動ベース１２Ｃに永久磁石１４Ｃが貼り付けられている。第二可動子２０Ｃは、第二可動ベース２１Ｃに永久磁石２２Ｃが貼り付けられている。

　ステータ３０Ｃはステータコア３１Ｃとステータコア３１Ｃに巻き付けられたステータコイル３２Ｃを有する。ステータコア３１Ｃは、第一可動子１０Ｃ及び第二可動子２０Ｃの可動方向に垂直かつ第一可動子１０Ｃ及び第二可動子２０Ｃに平行な方向に、延伸されて両端部を保持されている。ステータコア３１Ｃは、ステータコア３１Ｃの延伸方向に引っ張り応力が掛けられて、その両端部が例えばボルトで保持、固定されている。また、ステータコア３１Ｃは、実施の形態１から６と同様に、薄板が積層されて構成されている。具体的には、ステータコア３１Ｃは、圧延方向が第一可動子１０Ｃと第二可動子２０Ｃとに対向する方向となるように圧延された薄板を第一可動子１０Ｃ及び第二可動子２０Ｃの可動方向に積層して構成されている。

　以上のように、実施の形態８によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。すなわち、ステータコア３１Ｃの磁気特性を悪化させずに保持することが可能となる。これにより、リニアモータの高効率化、高トルク化が可能となる。

実施の形態９．
　以下に、実施の形態９に係る航空機について説明する。
　図２０は、実施の形態９に係る航空機１００の一例を示す図で、実施の形態１から７で説明した電磁機器が搭載されている。図において、航空機１００のエンジンケース２１０に内で、ファン２３０、回転電機１、１Ａ、磁気ギア１Ｂ、エンジン２２０がシャフトで連結されて配置されている。回転電機１、１Ａはモータであり、ファン２３０を駆動するために用いられ、磁気ギア１Ｂは増減速を行う変速機として用いられる。
　回転電機１、１Ａを搭載する場合は、図示していないが、ファン２３０と回転電機１、１Ａの間もしくは、回転電機１、１Ａとエンジン２２０の間のどちらか一方、もしくは、両方に回転数を変えるギアを搭載してもよい。この場合、ギアは平歯車及び遊星歯車などの機械式ギアでもよいが、磁気ギア１Ｂを搭載してもよい。
　また、回転電機１、１Ａを搭載する場合、図２０はファン２３０に対して、回転電機１、１Ａとエンジン２２０を同軸に配置しているが、ギア等を介して別軸に構成しても同様の効果を奏する。

　実施の形態１から６で示した回転電機は、ステータコアに引っ張り応力が掛けられているので、磁気特性を低下させることなく確実にステータコアを保持するとともに、高いトルク出力を得ることが可能であり、航空機に搭載された被回転物への適用が好適である。
　また、実施の形態７で示した磁気ギアは、磁気特性を低下させることなく確実にステータコアを保持するとともに、機械式のギアと比して摩耗箇所がないため、航空機に搭載された機構部品への適用が好適である。

　また、図２１は、実施の形態９に係る航空機１００の別の例を示す図で、図２１Ａは尾部にファンケース２４０を有する航空機１００、図２１Ｂはファンケース２４０の概略拡大図である。図において、同様に実施の形態１から７で説明した電磁機器が搭載されている。図２０では、電磁機器は、エンジン２２０と同じエンジンケース２１０に収納されていたが、図２１のように、エンジン２２０と異なるケースに収納されて、被駆動物を駆動させるようにしてもよい。図２１では、尾部のファンケース２４０で、ファン２３０にシャフトで回転電機１、１Ａまたは磁気ギア１Ｂが連結されている例である。磁気ギア１Ｂが連結される場合は、さらに、回転電機１、１Ａまたはエンジン２２０が連結され、駆動される。

　また、航空機１００はエンジン２２０を有さず、電磁機器である回転電機１、１Ａを駆動動力源として具備してもよい。さらに、図示しないが、固定翼の航空機１００ではなく、ヘリコプターあるいは回転翼を複数有するマルチコプター等の翼に取り付けられて、駆動源としてもよい。

　以上のように、実施の形態９によれば、実施の形態１から７に示した電磁機器を航空機に適用したので、磁気特性を低下させることなく確実にステータコアを保持するとともに、高いトルク出力を得ることが可能なので、燃料あたりの航続距離を向上することができる。

　実施の形態の変形例、補足例
　なお、上記実施の形態において、ステータコアには１００ＭＰａを超えない程度の引っ張り応力が掛けられるように保持することが望ましいが、応力により降伏、破壊しない程度であればよい。

　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　上記実施の形態において、回転電機１、１Ａはモータとしたが、発電機として動作しても同様の効果を奏する。

　１、１Ａ：回転電機、　１Ｂ：磁気ギア、　１Ｃ：リニアモータ、　２、２Ａ：シャフト、　３、３Ａ：負荷側インナーベアリング、　４、４Ａ：反負荷側インナーベアリング、　５：負荷側アウターベアリング、　６：反負荷側アウターベアリング、　１０：インナーロータ、　１０Ａ：反負荷側ロータ、　１０Ｃ：第一可動子、　１２：ボス、　１２Ａ：反負荷側ボス、　１２Ｃ：第一可動ベース、　１４、１４Ａ、１４Ｃ：永久磁石、　２０：アウターロータ、　２０Ａ：負荷側ロータ、　２０Ｃ：第二可動子、　２１：アウターシャフト、　２１Ａ：負荷側ボス、　２１Ｃ：第二可動ベース、　２２、２２Ａ、２２Ｃ：永久磁石、　３０、３０Ａ、３０Ｃ：ステータ、　３１、３１Ａ、３１Ｃ：ステータコア、　３１ａ：本体部、　３１ｂ：側部、　３１ｃ、３１ｄ：先端部、　３１Ａｃ、３１Ａｄ：先端部、　３２、３２Ａ、３２Ｃ：ステータコイル、　３３：反負荷側ベース、　３３Ａ：内径側保持部材、　３３Ａｂ：溝部、　３３ａ：溝部、　３４：負荷側ベース、　３５：負荷側保持部材、　３５Ａ：外径側保持部材、　３５Ａａ：溝部、　３６：負荷側保持面、　３７：固定側保持面、　３８：ボルト、　３９Ａ：反負荷側ベース、　３９Ｂ：負荷側ベース、　１００：航空機、　２１０：エンジンケース、　２２０：エンジン、２３０：ファン、　２４０：ファンケース、　３１１：側部、　３１１Ａ：突出した部位、　３１１Ｂ：凹んだ部位、　３１１ａ：積層体、　３１１ｂ：構造体、　３１２：保持部、　３１２ａ、３１２ａ１、３１２ａ２：切り欠き部、　３１２ｂ：鍔部

Claims

　互いに平行あるいは反平行に可動する２つの可動部と、
２つの面が前記２つの可動部のそれぞれに対向して配置されたステータコアと、を備えた電磁機器であって、
前記ステータコアの少なくとも一部は、薄板が前記可動部の可動方向に積層され、前記２つの可動部に対向する前記２つの面に平行かつ前記可動部の可動方向に垂直な方向に引っ張り応力を掛けられて保持されている電磁機器。
　前記２つの可動部は、同一の回転軸に対して回転し、
前記ステータコアの少なくとも一部は、薄板が前記２つの可動部の回転方向に積層され、前記回転軸の軸方向に引っ張り応力を掛けられて保持されている請求項１に記載の電磁機器。
　前記薄板は前記回転軸の径方向に圧延された薄板である請求項２に記載の電磁機器。
　前記薄板は前記回転軸の軸方向の断面積が他の部位より小さい部位を有する、請求項２または３に記載の電磁機器。
　前記２つの可動部は第１の回転子及び第２の回転子であり、
前記ステータコアにコイルが巻き回されたステータを備えた回転電機である請求項２から４のいずれか１項に記載の電磁機器。
　前記薄板は前記軸方向の２つの側部を有し、前記２つの側部のうち少なくとも一方の側部が、対向する前記可動部である前記第１の回転子または前記第２の回転子に対向し、前記可動部の回転方向遅れ側に折り曲げられている請求項５に記載の電磁機器。
　前記２つの可動部の回転方向または回転速度が異なる請求項５または６に記載の電磁機器。
　前記第１の回転子は前記回転軸に圧入固定されたボス部と、前記ボス部の外径側に接着固定された第１の磁石とを備え、
　前記第２の回転子は前記回転軸に固着されたアウターシャフトと、前記アウターシャフトの内径側に接着固定された第２の磁石とを備え、
　前記ステータコアは、前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する本体部と前記本体部の両端において前記本体部から前記回転軸の軸方向に突出し、前記本体部よりも軸方向の断面積の小さい先端部を有し、
　一方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する反負荷側ベースに取り付けられ、
　他方端の先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する負荷側ベースに前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項５または６に記載の電磁機器。
　前記第１の回転子は前記回転軸に圧入固定されたボス部と、前記ボス部の外径側に接着固定された第１の磁石とを備え、
　前記第２の回転子は前記回転軸に固着されたアウターシャフトと、前記アウターシャフトの内径側に接着固定された第２の磁石とを備え、
　前記ステータコアは、前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する本体部と前記本体部の両端において前記本体部から前記回転軸の軸方向に突出し、前記本体部の前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する両側からそれぞれ伸びる２つの先端部を有し、
　一方端の前記２つの先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する反負荷側ベースに取り付けられ、
　他方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する負荷側ベースに前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項５に記載の電磁機器。
　前記ステータコアは、
前記回転軸の軸方向に延在し、それぞれ前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する２つの側部と、前記第１の磁石と前記第２の磁石との間で前記側部を保持する保持部とを有し、
それぞれの前記側部は薄板が前記第１の回転子及び前記第２の回転子の可動方向に積層され、
前記保持部は前記第１の磁石と対向する側及び前記第２の磁石と対向する側とに切り欠き部が設けられた薄板が前記軸方向に積層されてなり、前記保持部の前記切り欠き部で２つの前記側部を保持し、
２つの前記側部はそれぞれ前記保持部から前記回転軸の軸方向の両側に伸びる前記先端部を有し、
　一方端の前記２つの先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する反負荷側ベースに取り付けられ、
　他方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する負荷側ベースに前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項９に記載の電磁機器。
　前記第１の回転子は前記回転軸に圧入固定されたボス部と、前記ボス部の外径側に接着固定された第１の磁石とを備え、
　前記第２の回転子はアウターシャフトと、前記アウターシャフトの内径側に接着固定された第２の磁石とを備え、
　前記ステータコアは、前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する本体部と前記本体部の両端において前記本体部から前記回転軸の軸方向に突出し、前記本体部よりも軸方向の断面積の小さい先端部を有し、
　一方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する反負荷側ベースに取り付けられ、
　他方端の先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する負荷側ベースに前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項５から７のいずれか１項に記載の電磁機器。
　前記第１の回転子は前記回転軸に圧入固定された反負荷側ボス部と、前記反負荷側ボス部の軸方向負荷側に接着固定された第１の磁石とを備え、
　前記第２の回転子は前記回転軸に固着された負荷側ボス部と、前記負荷側ボス部の軸方向反負荷側に接着固定された第２の磁石とを備え、
　前記ステータコアは、前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する本体部と前記本体部の両端において前記本体部から前記回転軸の径方向に突出し、前記本体部の前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する両側からそれぞれ伸びる２つの先端部を有し、
　一方端の前記２つの先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する内径側保持部材に取り付けられ、
　他方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を囲う外径側保持部材に前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項５に記載の電磁機器。
　前記２つの可動部は第１の回転子及び第２の回転子であり、
前記第１の回転子と前記第２の回転子との間で前記ステータコアがポールピースを構成した、磁気ギアである請求項２から４のいずれか１項に記載の電磁機器。
　前記２つの可動部の回転方向または極数が異なる請求項１３に記載の電磁機器。
　前記第１の回転子は前記回転軸に圧入固定されたボス部と、前記ボス部の外径側に接着固定された第１の磁石とを備え、
　前記第２の回転子はアウターシャフトと、前記アウターシャフトの内径側に接着固定された第２の磁石とを備え、
　前記ステータコアは、前記第１の磁石と前記第２の磁石と対向する本体部と前記本体部の両端において前記本体部から前記回転軸の軸方向に突出し、前記本体部よりも軸方向の断面積の小さい先端部を有し、
　一方端の前記先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する反負荷側ベースに取り付けられ、
　他方端の先端部は、前記第１の回転子及び前記第２の回転子を回転自在に保持する負荷側ベースに前記ステータコアが引っ張られて取り付けられている請求項１３または１４に記載の電磁機器。
　前記ステータコアにコイルが巻き回されたステータを備え、
前記２つの可動部はリニアガイドによって可動する、リニアモータである請求項１に記載の電磁機器。
　前記ステータコアは、前記２つの可動部が対向する方向に圧延された薄板が前記２つの可動部の可動方向に積層されている請求項１６に記載の電磁機器。
　請求項５から１５のいずれか１項に記載の電磁機器を用いた航空機。