(57)【要約】【課題】堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる回転電機を提供すること。【解決手段】電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイル１２を有するステータ１０と、ステータ１０よりも径方向の内側に配置され電機子磁束の通過により回転するアウターロータ２０と、アウターロータ２０よりも径方向の内側に配置されるインナーロータ３０と、を備え、アウターロータ２０は、電機子コイル１２で発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイル２２と誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイル２３とが巻かれている複数のアウターティース２１と、を有し、アウターロータ２０は、複数のアウターティース２１に対応する位置に複数の突起部６０ｄ、７０ｄが設けられた第１のフランジ６０及び第２のフランジ７０により軸方向両側から固定されている。【選択図】図８
2018011426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイルを有するステータと、
前記ステータよりも径方向の内側に配置され前記電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、
前記アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、
前記アウターロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースと、を有し、
前記インナーロータは、前記アウターティースを通過して鎖交する前記電機子磁束と、前記界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有し、
前記アウターロータは、前記複数のアウターティースに対応する位置に複数の突起部が設けられたフランジにより軸方向両側から固定されている回転電機。
【請求項２】
前記突起部は、表面に複数のスリットが形成されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記アウターティースには、軸方向に延伸する第１の固定穴が形成され、
前記突起部には、軸方向に延伸する第２の固定穴が形成され、
前記アウターロータは、前記第１の固定穴と前記第２の固定穴を挿通する固定部材により前記フランジに固定されている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記誘導コイル及び前記界磁コイルは、前記アウターロータが前記フランジに固定された状態で、前記アウターティースと前記突起部の周囲に巻かれている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記誘導コイルで発生する誘導電流を整流して前記界磁コイルに界磁電流として通電する複数の整流回路を備え、
前記整流回路は、前記アウターロータの軸方向の端部側に配置される結線基盤に格納され、
前記結線基盤には、前記整流回路が格納される格納部と、前記誘導コイル及び前記界磁コイルの巻線の端部が収容される配線溝と、が設けられている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、複数相の第１ステータ巻線が配設された第１ステータと、第１ステータの径方向の内側に配置され複数相の第１ロータ巻線が配設された第１ロータと、第１ステータと第１ロータとの間に配置され永久磁石が配設された第３ロータと、を有し、第１ロータを第３ロータよりも速い回転速度で駆動する（すべりが負の状態とする）ことで第１ロータの回生トルクを反作用トルクとして第３ロータに伝達する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−７３４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような回転電機にあっては、第１ロータの回生トルクが低い場合、第１ロータ巻線に電流を流して第１ロータの回生トルクを上げたり、第３ロータに内包する永久磁石の数を増やしたりしなければならない。
【０００５】
第１ロータ巻線に電流を流す場合、スリップリングを介して電流を流す必要があり、堅牢性やメンテナンスの容易性に課題がある。第３ロータに内包する磁石の数を増やすと、多量の磁石による高コストの課題がある。
【０００６】
そこで、本発明は、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる回転電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため本発明は、電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイルを有するステータと、前記ステータよりも径方向の内側に配置され前記電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、前記アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、前記アウターロータは、前記電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと前記誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースと、を有し、前記インナーロータは、前記アウターティースを通過して鎖交する前記電機子磁束と、前記界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有し、前記アウターロータは、前記複数のアウターティースに対応する位置に複数の突起部が設けられたフランジにより軸方向両側から固定されているものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明によれば、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る回転電機を回転軸に直交する平面で切断した断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る回転電機の蓋部材を示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例回転電機のインナーロータの励磁コイルの結線図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係る回転電機における誘導コイル及び界磁コイルとダイオードとの結線を示す模式図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る回転電機において発生する磁束密度及び磁束線を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係る回転電機において発生する第２次空間高調波の磁束密度及び磁束線を示す断面図である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係る回転電機の回転軸に平行な断面図である。
【図８】図８は、本発明の一実施例に係る回転電機のアウターロータを示す分解斜視図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例に係る回転電機の第２のフランジを示す斜視図である。
【図１０】図１０は、本発明の一実施例に係る回転電機のアウターティースに誘導コイル及び界磁コイルが取り付けられた状態を示す斜視図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例に係る回転電機の結線基盤の組付け時の状態を示すアウターロータの斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の一実施例に係る回転電機の結線基盤を示す図であり、図１２（ａ）は、結線基盤の格納部が形成された面の斜視図であり、図１２（ｂ）は、結線基盤のアウターロータ側の面の斜視図である。
【図１３】図１３は、本発明の一実施例に係る回転電機の整流回路の組付け時の状態を示す結線基盤の斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の一実施例に係る回転電機の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施の形態に係る回転電機は、電機子磁束を発生させる集中巻の電機子コイルを有するステータと、ステータよりも径方向の内側に配置され電機子磁束の通過により回転するアウターロータと、アウターロータよりも径方向の内側に配置されるインナーロータと、を備え、アウターロータは、電機子コイルで発生した磁束の高調波成分に基づいて誘導電流を誘起させる誘導コイルと誘導電流の通電によって磁界を発生させる界磁コイルとが巻かれている複数のアウターティースと、を有し、インナーロータは、アウターティースを通過して鎖交する電機子磁束と、界磁コイルで発生する磁束と、により励磁する励磁コイルが巻かれている複数のインナーティースを有し、アウターロータは、複数のアウターティースに対応する位置に複数の突起部が設けられたフランジにより軸方向両側から固定されているよう構成されている。
【００１１】
これにより、本発明の一実施の形態に係る回転電機は、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、低コストで高いトルクを出力させることができる。
【実施例】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る回転電機について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施例に係る回転電機１は、概略円筒形状に形成されたステータ１０と、ステータ１０とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるアウターロータ２０と、アウターロータ２０とエアギャップを介して径方向の内側に対向配置されるインナーロータ３０と、を備えている。アウターロータ２０およびインナーロータ３０は、回転軸４０を回転中心として後述するハウジング９０に相対回転可能にそれぞれ支持されている。
【００１３】
なお、「径方向」とは、回転軸４０が延伸する方向に直交する方向であり、回転軸４０を中心として放射方向に示される。「径方向の外側」とは、径方向において回転軸４０から遠い側のことであり、「径方向の内側」とは、径方向において回転軸４０に近い側のことである。
【００１４】
また、「周方向」とは、回転軸４０を中心とする円周方向を示す。また、「軸方向」とは、回転軸４０が延伸する方向を示す。
【００１５】
（ステータ）
ステータ１０は、ステータコア１１と、電機子コイル１２と、を備えている。ステータコア１１は、高透磁率の磁性部材、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものから形成されている。
【００１６】
ステータコア１１の径方向の内側、すなわちアウターロータ２０と対向する側には、複数のステータティース１３が形成されている。ステータティース１３は、ステータコア１１から径方向の内側に突出し、周方向に所定の間隔で複数形成されている。
【００１７】
周方向に隣り合うステータティース１３の間には、溝状の空間であるスロット１４が形成されている。スロット１４には、三相交流のＷ相、Ｖ相、Ｕ相に対応する電機子コイル１２が収容されている。電機子コイル１２は、集中巻きによりステータティース１３に巻き回されている。電機子コイル１２は、通電により磁束（電機子磁束）を発生させる。
【００１８】
ステータ１０は、電機子コイル１２に三相交流が供給されることで、周方向に回転する回転磁界を発生する。このステータ１０は、発生した電機子磁束をアウターロータ２０に鎖交させることにより、アウターロータ２０を回転駆動させる。
【００１９】
ステータ１０は、上述の通り、電機子コイル１２がステータティース１３に集中巻されている。このため、電機子コイル１２に三相交流を供給した場合、ステータ１０には、アウターロータ２０の回転と同期して回転する回転磁界の他に、アウターロータ２０の回転と非同期の高調波回転磁界が発生する。この高調波回転磁界には、静止座標系における第２次空間高調波（同期回転座標系における第３次時間高調波）が含まれる。したがって、ステータ１０で発生する磁束には、高調波成分が重畳されていることとなる。
【００２０】
（アウターロータ）
アウターロータ２０は、アウターティース２１と、誘導コイル２２と、界磁コイル２３と、ブリッジ部２４と、を備えている。
【００２１】
アウターティース２１は、透磁率の高い鋼材などの磁性体からなり、内部に磁路を形成する。ブリッジ部２４は、周方向に隣り合うアウターティース２１間を接続するよう、アウターティース２１と別体に形成されている。したがって、周方向に隣接したアウターティース２１の間は、ブリッジ部２４で接続されている。
【００２２】
ブリッジ部２４は、アウターティース２１の周方向の側面に設けられた嵌合溝２１ａに嵌合される。ブリッジ部２４の周方向の両端部には、アウターティース２１の嵌合溝２１ａに嵌合される一対の嵌合部２４ａが形成されている。
【００２３】
嵌合部２４ａは、周方向において径方向の外側へ斜めに延伸するように形成されている。具体的には、ブリッジ部２４の両端部に形成されている一対の嵌合部２４ａは、径方向の外側に向かうにしたがい互いに離隔する角度で形成されている。
【００２４】
嵌合部２４ａには、周方向に延伸する２段の楔部２４ｂ、２４ｃが設けられている。嵌合溝２１ａは、軸方向に延びるように形成されている。嵌合溝２１ａは、軸方向に直交する平面の断面形状が嵌合部２４ａの外形と同一形状に形成されている。これにより、嵌合部２４ａが嵌合溝２１ａに嵌合した状態においては、２段の楔部２４ｂ、２４ｃが嵌合溝２１ａに隙間なく、または僅かな隙間を介して嵌合するようになっている。
【００２５】
ブリッジ部２４の周方向の中心部分には、ブリッジ部２４から径方向の外側に向かって延伸する誘導ポール２５が形成されている。誘導ポール２５は、周方向に隣り合うアウターティース２１の間の各ｑ軸（図４参照）上に配置されるのが好ましい。
【００２６】
誘導ポール２５は、ブリッジ部２４からアウターロータ２０の径方向の外側の面（外周面）よりも内側の所定位置まで延伸している。誘導ポール２５の先端部２５ａには、先端部２５ａを軸方向に貫通する貫通孔２５ｂが形成されている。
【００２７】
上述したアウターティース２１は、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものにより形成されている。ブリッジ部２４と誘導ポール２５とは、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものにより一体に形成されている。
【００２８】
アウターティース２１の径方向の内側、すなわちインナーロータ３０と対向する側には、鍔部２６が設けられている。この鍔部２６の径方向の内側の面（内周面）は、エアギャップを介して、インナーロータ３０の後述するインナーティース３３の外周面に対向している。周方向に隣り合ったアウターティース２１の鍔部２６の間には所定の空隙が設けられている。この空隙は、界磁コイル２３に電流が供給され、アウターティース２１が磁化した場合でも、隣り合った鍔部２６間に磁束が流れない距離に設定されている。
【００２９】
このため、アウターティース２１を通過したステータ１０からの電機子磁束やアウターティース２１で発生した磁束が鍔部２６を通って隣り合ったアウターティース２１に流れてしまうことを防ぐことができる。したがって、多くの電機子磁束やアウターティース２１で発生した磁束をインナーロータ３０に鎖交させることができる。
【００３０】
誘導コイル２２は、アウターティース２１のブリッジ部２４より径方向の外側、すなわちステータ１０側に集中巻で巻き回されている。上述の誘導ポール２５は、周方向に隣り合ったアウターティース２１に巻かれた誘導コイル２２の間に位置する。周方向に隣り合った誘導コイル２２は、周方向において逆向きの周回巻線となるようアウターティース２１に巻き回されている。
【００３１】
誘導コイル２２は、ステータ１０側で発生した磁束に重畳された高調波成分に基づいて誘導電流を発生するようになっている。具体的には、三相交流が電機子コイル１２に供給されてステータ１０に回転磁界が発生すると、ステータ１０側で発生した高調波成分の磁束が誘導コイル２２に鎖交する。これにより、誘導コイル２２は、誘導電流を誘起させる。
【００３２】
誘導コイル２２の径方向の外側には、誘導コイル２２を覆うように蓋部材２７が設けられている。蓋部材２７は、例えば、ステンレス製で板状に形成されている。アウターティース２１の径方向の外側の先端部２１ｂには、周方向の側面に蓋部材２７の周方向の端部が嵌る溝２１ｃが軸方向に延びるように形成されている。蓋部材２７は、周方向の端部が溝２１ｃに軸方向から嵌められることによって、隣り合うアウターティース２１間に保持される。
【００３３】
図２に示すように、蓋部材２７は、アウターティース２１間に保持されたときの周方向の略中央の軸方向（図２中、上下方向）の両端側にスリット２７ａが形成されている。蓋部材２７の周方向の略中央には、スリット２７ａ内でスリット２７ａの開口端に向けて突出した係止部２７ｂが形成されている。係止部２７ｂの先端部には係止孔２７ｃが設けられている。
【００３４】
係止部２７ｂ及び係止孔２７ｃは、蓋部材２７がアウターティース２１間に保持され、係止部２７ｂが径方向の内側に折り曲げられたとき、係止孔２７ｃと誘導ポール２５の貫通孔２５ｂの位置が重なるように形成されている。重なった係止孔２７ｃと貫通孔２５ｂに軸方向にピンを挿通させることにより、蓋部材２７を中央部分で係止する。これにより、誘導コイル２２が遠心力でバーストしないよう保持させることができる。
【００３５】
図１において、界磁コイル２３は、アウターティース２１のブリッジ部２４より径方向の内側、すなわちインナーロータ３０側に集中巻で巻き回されている。周方向に隣り合った界磁コイル２３は、周方向において逆向きの周回巻線となるようアウターティース２１に巻き回されている。同一のアウターティース２１に巻き回されている誘導コイル２２と界磁コイル２３は、同一向きの周回巻線で巻き回されている。
【００３６】
界磁コイル２３には、誘導コイル２２で発生した交流電流が、後述する整流回路５０（図４参照）によって直流電流に整流されて供給される。
【００３７】
アウターティース２１の中心部分には、後述する第１のフランジ６０にアウターティース２１を固定するための第１の固定穴２８が軸方向に貫通するように形成されている。
【００３８】
（インナーロータ）
図１において、インナーロータ３０は、ロータコア３１と、励磁コイル３２とを備えている。ロータコア３１は、高透磁率の磁性部材、例えば複数の電磁鋼板を軸方向に積層したものから形成されている。
【００３９】
ロータコア３１の径方向の外側、すなわちアウターロータ２０に対向する側には、複数のインナーティース３３が形成されている。インナーティース３３は、ロータコア３１から径方向の外側に突出し、かつ、周方向に等間隔で複数形成されている。
【００４０】
周方向に隣り合うインナーティース３３の間には、溝状の空間であるスロット３４が形成されている。スロット３４には、三相交流の各相に対応する励磁コイル３２が納められている。
【００４１】
図３に示すように、励磁コイル３２は、三相Ｙ結線されている。励磁コイル３２には、三相Ｙ結線を短絡結線と開放結線で切り替えるスイッチ３２ａ、３２ｂが設けられている。このスイッチ３２ａ、３２ｂは、インナーロータ３０の回転速度が所定回転数以上の高回転のときに短絡結線とし、インナーロータ３０の回転速度が所定回転数より低回転のときに開放結線とするよう切り替えられる。スイッチ３２ａ、３２ｂとしては、例えば、インナーロータ３０の回転による遠心力により機械的に短絡結線と開放結線とを切り替えることができるものが用いられる。
【００４２】
ロータコア３１には、インナーロータ３０の周方向の位置を決めるための突起部３１ａが形成されている。回転軸４０には、突起部３１ａが嵌合する切欠き部４１が形成されている。インナーロータ３０は、突起部３１ａが回転軸４０の切欠き部４１に嵌合するように回転軸４０に挿通され、周方向に回転軸４０に固定される。
【００４３】
（整流回路）
回転電機１は、誘導コイル２２によって誘起された交流の誘導電流を直流に整流して界磁コイル２３に供給する整流回路５０を備えている。
【００４４】
図４に示すように、整流回路５０は、２つのダイオードＤ１，Ｄ２を整流素子として備え、これらダイオードＤ１，Ｄ２と２つの誘導コイル２２、及び２つの界磁コイル２３とを結線した閉回路として構成されている。
【００４５】
整流回路５０は、後述する結線基盤８３（図１２参照）に収納された状態でアウターロータ２０に設けられている。整流回路５０は、アウターロータ２０の内部に実装するようにしてもよい。
【００４６】
整流回路５０において、２つの誘導コイル２２で発生した交流の誘導電流は、ダイオードＤ１，Ｄ２のカソードコモン式の中性点クランプ形ダイオードモジュールを用いてそれぞれ半波整流され、全波整流されたカソード側を界磁コイル２３に接続することで高効率に第２次空間高調波を界磁エネルギー源として活用することができる。２つの界磁コイル２３は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
【００４７】
（回転電機の作用）
本実施例の回転電機１において、集中巻の電機子コイル１２を備えたステータ１０で不可避に発生する静止座標系における第２次空間高調波（基本波同期回転座標上では第３次時間高調波）を、突極構造のアウターロータ２０の誘導コイル２２に鎖交させて誘導電流を誘起させる。誘導コイル２２で発生した交流の誘導電流は、整流回路５０で直流電流に整流され界磁コイル２３に供給される。界磁コイル２３は、直流電流が供給されることにより誘導磁束を発生させる。
【００４８】
このため、回転電機１は、ステータ１０の回転磁界によるリラクタンストルクと界磁コイル２３による自励式電磁石トルクを活用することができる。また、永久磁石を無くすことができ、コストダウンを図ることができる。
【００４９】
加えて、アウターロータ２０の磁路は開磁路（以下、「オープン磁路」ともいう）となっているため、インナーロータ３０に配置した励磁コイル３２にステータ１０の電機子コイル１２の電機子磁束と、アウターロータ２０の界磁コイル２３による界磁磁束が鎖交しやすい構造となっている。
【００５０】
インナーロータ３０では、オープン磁路となっているアウターロータ２０を介して基本波周波数で回転する電機子コイル１２の電機子磁束と、界磁コイル２３による界磁磁束との回転磁界が鎖交して励磁源となる。この励磁源の回転磁界に対して滑る（回転磁界よりも遅くまたは速くインナーロータ３０が回転する）ことでインナーロータ３０の励磁コイル３２に誘導電流が生じ、インナーロータ３０にトルクが発生する。
【００５１】
インナーロータ３０が基本波回転磁界よりも速く回転する（すなわち、すべり負）ことでインナーロータ３０に回生トルクが発生し、アウターロータ２０には反作用トルクとして力行トルクが発生する。これによって、アウターロータ２０は、電機子コイル１２による電機子磁束により発生するトルクに加えて、インナーロータ３０とアウターロータ２０間で電磁的にカップリングして発生する電磁トルクも得ることができる。
【００５２】
従来では、ロータに内包する永久磁石が励磁源となっており、励磁起磁力を変えることが困難であったが、本実施例では、電機子磁束を変える（すなわち、電機子コイル１２に流す電流を変える）ことで、インナーロータ３０の励磁磁束を変化させることができる。このため、インナーロータ３０の励磁コイル３２に電流を流して可変速特性を得る必要がなくなり、システムの簡素化を図ることができ、堅牢性やメンテナンスの容易性を確保しつつ、高いトルクを出力させることができる。
【００５３】
また、従来では、インナーロータ３０の励磁コイル３２に高調波磁束が鎖交することで高調波銅損が発生していたが、整流回路５０による自励を行なうことで、高調波を瞬時的に打ち消し、インナーロータ３０に鎖交する高調波を低減させることができる。
【００５４】
また、アウターロータ２０をオープン磁路とし、アウターティース２１の鍔部２６の間に空隙を設け、機械強度の向上を目的として最小幅のブリッジ部２４を備えた構成としたため、径方向にかかる直列磁気抵抗を減少させつつ、周方向にかかる並列磁気抵抗を増加させ、インナーロータ３０に鎖交する磁束量を増大させることができる。
【００５５】
図５に示すように、本実施例の回転電機１においては、ステータ１０の電機子磁束がアウターティース２１を通ってインナーロータ３０の励磁コイル３２に多く鎖交しているのが分かる。
【００５６】
このように、アウターロータ２０の並列磁気抵抗を最大とし、直列磁気抵抗を最小にしているため、電磁結合量の低下を防ぎながら、アウターロータ２０のトルクを増加させることができる。
【００５７】
また、ブリッジ部２４の中央部（ｑ軸）に誘導ポール２５を設けているため、第２次空間高調波が誘導コイル２２に多く鎖交するようにさせ、第２次空間高調波による自己励磁量を増加させることができる。
【００５８】
図６に示すように、本実施例の回転電機１においては、誘導ポール２５により、第２次空間高調波が誘導コイル２２に多く鎖交しているのが分かる。なお、図６では、アウターティース２１とブリッジ部２４が一体形成されている場合を示しているが、本実施例のように別体形成とした場合にも同様の効果が得られる。
【００５９】
（ハウジングを含めた全体構造）
図７において、回転電機１は、ステータ１０内にアウターロータ２０が回転自在に収容されており、さらに、そのアウターロータ２０内にインナーロータ３０が回転自在に収容されている。
【００６０】
インナーロータ３０のロータコア３１は、鉄材からなる回転軸４０に一体回転可能に連結されている。回転軸４０は、動力伝達経路に接続される接続部４０ａと、接続部４０ａと軸方向の反対側で回転軸４０を支持する支持部４０ｂと、軸方向の接続部４０ａ側で回転軸を支持する大径部４０ｃ及び大径部４０ｃよりも径方向の寸法が小さい小径部４０ｄと、ロータコア３１が連結される円柱部４０ｅと、を有している。
【００６１】
円柱部４０ｅの支持部４０ｂ側端部には、ロータコア３１の軸方向の位置を決める係止部４０ｆが円柱部４０ｅよりも径方向の外側に突出するように形成されている。
【００６２】
インナーロータ３０は、インナーティース３３に励磁コイル３２が巻かれた状態で、スイッチ３２ａ、３２ｂが収納されたスイッチケース３５が軸方向の一方の端部に取り付けられている。そして、インナーロータ３０は、スイッチケース３５が取り付けられた端部とは軸方向の反対側の端部側から、回転軸４０の接続部４０ａを、ロータコア３１の突起部３１ａ（図１参照）が回転軸４０の切欠き部４１（図１参照）に嵌合するように、ロータコア３１が係止部４０ｆに当接する位置まで挿通される。
【００６３】
このように回転軸４０に挿通されたインナーロータ３０は、内周面が円柱部４０ｅの外径よりも径方向の寸法が小さい内径に形成された圧入リング４２が回転軸４０の接続部４０ａ側から圧入され軸方向に固定される。これにより、インナーロータ３０が軸方向に位置決めされた状態で回転軸４０に連結される。
【００６４】
このように回転軸４０に連結されたインナーロータ３０は、アウターロータ２０の径方向の内側に回転可能に収納される。
【００６５】
図８に示すように、アウターロータ２０は、インナーロータ３０を径方向の内側に収納した状態で、アウターティース２１が、回転軸４０を回転可能に支持する鉄材からなる第１のフランジ６０と鉄材からなる第２のフランジ７０とにより軸方向において保持され、固定される。
【００６６】
第１のフランジ６０は、円盤形状の円盤部６０ａと、円盤部６０ａと同じ外径の円筒状の円筒部６０ｂと、を備えている。円筒部６０ｂは、円盤部６０ａの片面に接続されている。円盤部６０ａの中心には、インナーロータ３０と連結された回転軸４０が挿通される挿通穴６０ｃが形成されている。
【００６７】
円筒部６０ｂの外周面には、アウターティース２１を固定する位置に、アウターティース２１の径方向断面の形状と同じ径方向断面の形状を有する突起部６０ｄが設けられている。突起部６０ｄには、アウターティース２１と外形を合わせて重ねたとき、アウターティース２１の第１の固定穴２８と重なる位置にねじ切り穴６１が形成されている。また、突起部６０ｄには、アウターティース２１と外形を合わせて重ねたとき、アウターティース２１の嵌合溝２１ａと重なる位置に嵌合溝６０ｅが形成されている。また、突起部６０ｄには、アウターティース２１と外形を合わせて重ねたとき、アウターティース２１の溝２１ｃと重なる位置に溝６０ｆが形成されている。
【００６８】
第２のフランジ７０は、円盤形状の円盤部７０ａと、円盤部７０ａと同じ外径の円筒状の円筒部７０ｂと、円盤部７０ａの中心と軸心とを同じにして接続されたアウター回転軸７１と、を備えている。円筒部７０ｂは、円盤部７０ａの片面に接続されている。アウター回転軸７１は、円盤部７０ａに円筒部７０ｂが接続されたのとは反対側において接続されている。アウター回転軸７１は、円盤部７０ａに接続される大径部７１ａと、大径部７１ａよりも径方向の寸法が小さい小径部７１ｂと、動力伝達経路に接続される接続部７１ｃと、を有している。接続部７１ｃは、小径部７１ｂよりも径方向の寸法が小さく形成されている。
【００６９】
円筒部７０ｂの外周面には、アウターティース２１を固定する位置にアウターティース２１の径方向断面の形状と同じ径方向断面の形状を有する突起部７０ｄが設けられている。突起部７０ｄには、アウターティース２１と外形を合わせて重ねたとき、アウターティース２１の第１の固定穴２８と重なる位置に第２の固定穴７２が形成されている。
【００７０】
突起部７０ｄには、図９に示すように、第２の固定穴７２（図８参照）の軸方向の外面に、後述する非磁性体ボルト２９の頭部２９ａが収納されるボルト座部７２ａが形成されている。ここで、前述の第２の固定穴７２の軸方向の外面とは、第２の固定穴７２の軸方向においてアウターティース２１と対向する面とは反対側の面のことである。ボルト座部７２ａは、非磁性体ボルト２９の頭部２９ａの平らな面が突起部７０ｄの軸方向の外面から突出しないように所定の深さに形成されている。ここで、前述の突起部７０ｄの軸方向の外面とは、突起部７０ｄの軸方向においてアウターティース２１と対向する面とは反対側の面のことである。
【００７１】
突起部７０ｄには、アウターティース２１と外形を合わせて重ねたとき、アウターティース２１の溝２１ｃと重なる位置に溝７０ｅが形成されている。突起部７０ｄには、突起部６０ｄに形成された嵌合溝６０ｅのような嵌合溝は形成されていない。このため、ブリッジ部２４の嵌合部２４ａが突起部６０ｄ側から軸方向に挿入されたときに嵌合部２４ａが突起部７０ｄに突き当たることで、嵌合部２４ａが突起部７０ｄ側から外部に抜けてしまうことがないようになっている。
【００７２】
突起部７０ｄには、複数のスリット７０ｆが設けられている。スリット７０ｆは、突起部７０ｄの周方向の側面及び外周面のそれぞれに形成されている。突起部７０ｄの周方向の側面に形成されたスリット７０ｆと突起部７０ｄの外周面に形成されたスリット７０ｆとは、延伸する方向が異なる。複数のスリット７０ｆは、ステータ１０との間で鎖交する磁束が突起部７０ｄを介して漏れないように磁気抵抗を高めるために設けられたものである。
【００７３】
図８に示すように、アウターティース２１は、第１のフランジ６０の突起部６０ｄと第２のフランジ７０の突起部７０ｄの間に外形が合うように位置決めされている。そして、アウターティース２１は、この位置決めされた状態で、固定部材としての非磁性体ボルト２９が第２のフランジ７０側から第２の固定穴７２と第１の固定穴２８を挿通されて突起部６０ｄのねじ切り穴６１に螺旋止めされることで第１のフランジ６０と第２のフランジ７０とに固定される。非磁性体ボルト２９としては、例えばステンレス製のボルトを用いることができる。
【００７４】
図７に示すように、インナーロータ３０は、軸受６２及び軸受７３を介してアウターロータ２０に相対回転可能に支持されている。軸受６２は、第１のフランジ６０の挿通穴６０ｃと回転軸４０の大径部４０ｃの外周面との間に設けられている。第２のフランジ７０の円盤部７０ａには、アウター回転軸７１が形成された側とは反対側の面に、回転軸４０の支持部４０ｂを収納可能な収納穴７０ｃが形成されている。軸受７３は、第２のフランジ７０の円盤部７０ａに形成された収納穴７０ｃと回転軸４０の支持部４０ｂの外周面との間に設けられている。
【００７５】
このように、本実施例の回転電機１は、アウターティース２１を支持するために、第１のフランジ６０及び第２のフランジ７０でアウターティース２１を軸方向で挟み込むようにして非磁性体ボルト２９で固定している。このため、回転電機１は、組立性を損なうことなくインナーロータ３０を内包してアウターロータ２０を組み立てることができる。
【００７６】
また、本実施例の回転電機１は、第２のフランジ７０の突起部７０ｄに複数のスリット７０ｆを設けたため、鉄製の第２のフランジ７０の磁気抵抗を増加させ、アウターロータ２０の漏れ磁束を抑制し、性能を劣化させることなく機械強度を向上させることができる。
【００７７】
また、図１０に示すように、誘導コイル２２及び界磁コイル２３は、第１のフランジ６０の突起部６０ｄ及び第２のフランジ７０の突起部７０ｄを跨ぐように巻き回される。この構造とすることで、本実施例の回転電機１は、誘導コイル２２及び界磁コイル２３のコイルエンド長を抑えることができ、省スペース化、回転電機１の小型化が可能となる。また、コイル長を短くすることができるため銅損を抑制でき、効率の低下を防止することができる。また、上述したように、誘導コイル２２及び界磁コイル２３の巻線が干渉する突起部７０ｄに複数のスリット７０ｆを設けたため、漏れ磁束の発生を抑制することができる。
【００７８】
本実施例の回転電機１では、第１のフランジ６０及び第２のフランジ７０で固定された状態のアウターティース２１に対し、誘導コイル２２及び界磁コイル２３が取り付けられるようになっている。
【００７９】
図７において、界磁コイル２３は、電気絶縁性を有する樹脂等からなる界磁コイルインシュレータ８１に巻き回された状態でアウターティース２１に取り付けられる。
【００８０】
界磁コイルインシュレータ８１は、界磁コイル２３が巻き回される軸となる筒部と、この筒部の径方向の両側端部に設けられた鍔部とを有する。筒部の内側形状は、アウターティース２１と突起部６０ｄと突起部７０ｄとが固定された状態の周方向断面の形状と略同一の形状に形成されている。界磁コイルインシュレータ８１は、界磁コイル２３が巻き回された状態で、互いに固定されたアウターティース２１と突起部６０ｄと突起部７０ｄとに径方向の外側から筒部が嵌められることによりアウターティース２１に固定される。
【００８１】
図８において、界磁コイル２３（図１参照）の径方向の外側には、ブリッジ部２４が第１のフランジ６０側から嵌合部２４ａ（図１参照）を嵌合溝６０ｅと嵌合溝２１ａに軸方向に挿入されて配置される。
【００８２】
図７において、ブリッジ部２４（図１参照）の径方向の外側には、誘導コイル２２が電気絶縁性を有する樹脂等からなる誘導コイルインシュレータ８２に巻き回された状態でアウターティース２１に取り付けられる。
【００８３】
誘導コイルインシュレータ８２は、誘導コイル２２が巻き回される軸となる筒部と、この筒部の径方向の両側端部に設けられた鍔部とを有する。筒部の内側形状は、アウターティース２１と突起部６０ｄと突起部７０ｄとが固定された状態の周方向断面の形状と略同一の形状に形成されている。誘導コイルインシュレータ８２は、誘導コイル２２が巻き回された状態で、互いに固定されたアウターティース２１と突起部６０ｄと突起部７０ｄとに径方向の外側から筒部が嵌められることによりアウターティース２１に固定される。
【００８４】
誘導コイル２２の径方向の外側には、蓋部材２７（図１参照）が第１のフランジ６０側から周方向の端部を溝６０ｆと溝２１ｃと溝７０ｅに軸方向に挿入されて配置される。
【００８５】
その後、蓋部材２７の係止部２７ｂ（図２参照）が径方向の内側に折り曲げられ、係止孔２７ｃ（図２参照）と誘導ポール２５の貫通孔２５ｂ（図１参照）の位置が重なるようにされ、重なった係止孔２７ｃと貫通孔２５ｂに軸方向にピンが挿通され固定される。
【００８６】
このように誘導コイル２２及び界磁コイル２３が取り付けられたインナーロータ３０を収納したアウターロータ２０は、図１１に示すように、誘導コイル２２の巻線の端部２２ａ及び界磁コイル２３の巻線の端部２３ａが第２のフランジ７０側の軸方向に延伸されている。
【００８７】
アウターロータ２０には、第２フランジ７０側から軸方向に整流回路５０が格納された樹脂製の円環状の結線基盤８３が装着される。結線基盤８３の内周面には、径方向の内側に突出した２つのキー８３ａが形成されている。このキー８３ａがアウター回転軸７１のキー溝７１ｄに嵌め込まれることで、結線基盤８３を、アウター回転軸７１に対して容易に周方向に位置決め及び回り止めすることができる。
【００８８】
結線基盤８３は、図１２（ａ）に示すように、格納部８３ｂが形成されている。格納部８３ｂは、矩形の整流回路５０を収容可能な矩形の凹形状に形成されており、回転軸４０（図１参照）の周りに９０°間隔で４つ配置されている。４つの格納部８３ｂは、全て同一の深さに形成されている。
【００８９】
整流回路５０は、この格納部８３ｂ内にすきまばめの状態で取付け可能に、格納部８３ｂよりも小さく形成されている。
【００９０】
図１２（ｂ）に示すように、結線基盤８３には、挿通孔８３ｃが複数設けられている。挿通孔８３ｃには、誘導コイル２２の巻線の端部２２ａ及び界磁コイル２３の巻線の端部２３ａが挿通されるようになっている。このため、各挿通孔８３ｃは、結線基盤８３がアウターロータ２０に装着されたときに、誘導コイル２２の巻線の端部２２ａ及び界磁コイル２３の巻線の端部２３ａの位置と一致する位置に配置されている。これにより、図１１に示すように、結線基盤８３を第２フランジ７０側から軸方向に装着することで、誘導コイル２２の巻線の端部２２ａ及び界磁コイル２３の巻線の端部２３ａが挿通孔８３ｃを挿通して結線基盤８３の格納部８３ｂが形成される側に表出する。
【００９１】
図１２（ａ）において、結線基盤８３は、格納部８３ｂが形成される側の挿通孔８３ｃを起点に配線溝８３ｄを有している。配線溝８３ｄは、整流回路５０の端子近傍や挿通孔８３ｃの径方向の内側に設けられた結線領域８３ｅに接続されている。挿通孔８３ｃから出た巻線の端部２２ａ及び端部２３ａは、対応する結線領域８３ｅまで配線溝８３ｄに沿って収納されている。
【００９２】
図１３に示すように、誘導コイル２２の巻線の端部２２ａ及び界磁コイル２３の巻線の端部２３ａは、結線領域８３ｅにおいて整流回路５０の端子または他の巻線の端部と、例えば、圧着端子８３ｆによるカシメ結線で結線されている。整流回路５０の端子と巻線の端部２２ａまたは端部２３ａの結線、または巻線の端部２２ａ及び端部２３ａ同士の結線は、はんだ付けや溶接等で行なってもよい。
【００９３】
整流回路５０には、不図示の挿通孔が形成されており、その挿通孔に樹脂製のボルト８４が挿通されるようになっている。整流回路５０は、挿通孔に挿通されたボルト８４が結線基盤８３に設けられたねじ切り穴８３ｇ（図１２参照）に螺旋止めされることにより結線基盤８３に固定される。
【００９４】
このように、本実施例の回転電機１は、樹脂製の結線基盤８３に整流回路５０を格納してアウターロータ２０に装着しているため、組立性、堅牢性、絶縁性、放熱性の向上が可能となる。
【００９５】
また、本実施例の回転電機１は、整流回路５０を結線基盤８３の格納部８３ｂに納めるため、アウターロータ２０の回転時の遠心力による整流回路５０の飛び出しを防止することができ、堅牢性を向上させることができる。また、整流回路５０をボルト８４により固定しているため、取り付け取り外しを容易に行うことができ、メンテナンス性を向上させることができる。
【００９６】
また、本実施例の回転電機１は、結線基盤８３に、誘導コイル２２の端部２２ａ及び界磁コイル２３の端部２３ａを挿通させる挿通孔８３ｃを設けたため、全ての結線を樹脂製の結線基盤８３上で行なうことができ、結線作業の容易化、絶縁性の向上、結線部の断線の抑制が可能となる。
【００９７】
また、本実施例の回転電機１は、結線基盤８３に配線溝８３ｄを設けたため、誘導コイル２２の端部２２ａ及び界磁コイル２３の端部２３ａが干渉することを防止でき、絶縁性を向上させることができる。また、配線溝８３ｄに誘導コイル２２の端部２２ａ及び界磁コイル２３の端部２３ａを収納するようにしたため、スペースを有効利用することができ、回転電機１の小型化に繋がる。
【００９８】
図７において、アウターロータ２０は、第１のフランジ６０側に第１のケース８５、第２のフランジ７０側に第２のケース８６が装着されている。第１のケース８５は、環状に形成されており、円筒部６０ｂを覆うように、第１のフランジ６０の挿通穴６０ｃが形成された端部に装着されている。第２のケース８６は、環状に形成されており、結線基盤８３を覆うように、第２のフランジ７０に装着されている。また、第２のケース８６は、圧入リング８７によって軸方向に位置決めされている。これにより、結線基盤８３も軸方向に位置決めされる。
【００９９】
このように組み付けされたアウターロータ２０は、図１４に示すように、ハウジング９０に収納されるようになっている。ハウジング９０は、筒状のハウジング本体９２と、蓋部９３とを備えている。ハウジング本体９２は、第１のフランジ６０側に底部９１を有し、底部９１の径方向の中心には、回転軸４０を挿通させる挿通穴９１ａが形成されている。ハウジング本体９２において、底部９１と反対側の端部は開口されている。ハウジング本体９２の内周面には、ステータ１０（図７参照）が固定されている。
【０１００】
また、図７に示すように、挿通穴９１ａと回転軸４０の小径部４０ｄとの間には、軸受９４が設けられている。回転軸４０は、軸受９４を介してハウジング本体９２に回転可能に支持されている。
【０１０１】
蓋部９３は、径方向の中心に、アウター回転軸７１を挿通させる挿通穴９３ａが形成されている。蓋部９３の径方向の外側には、貫通孔９３ｂが周方向に等間隔で複数形成されている。これに対して、ハウジング本体９２の底部９１と反対側の端部には、貫通孔９３ｂと対応するように周方向に等間隔で複数のねじ切り穴９２ａが設けられている。蓋部９３は、ボルト９６が貫通孔９３ｂを通してねじ切り穴９２ａに螺旋止めされることで、ハウジング本体９２に対して取り付けられるようになっている。
【０１０２】
蓋部９３の挿通穴９３ａとアウター回転軸７１の小径部７１ｂとの間には、軸受９５が設けられている。アウター回転軸７１は、軸受９５を介して蓋部９３に回転可能に支持されている。
【０１０３】
このように、アウター回転軸７１は軸受９５によりハウジング９０に支持され、回転軸４０は軸受９４によりハウジング９０に支持されている。また、アウターロータ２０の第１のフランジ６０側は、軸受６２により回転軸４０を介してハウジング９０に支持される。アウターロータ２０の第１のフランジ６０側は、第１のフランジ６０の径方向の外側に軸受を配置してハウジング９０に支持されるようにすることも考えられるが、このような方法では、軸受の外径が大型化してしまうため、回転電機１も大型化してしまう。また、軸受の外径が大型化すると同心の精度出しが難しくなる。
【０１０４】
そこで、本実施例の回転電機１は、上述のように、アウターロータ２０の第１のフランジ６０側を軸受６２により回転軸４０を介してハウジング９０に支持させることで、回転電機１の小型化、同心の精度向上、機械強度の向上が可能となる。
【０１０５】
本実施例では、回転電機１をラジアルギャップ型の回転電機に適用したが、アキシャルギャップ型の回転電機に適用してもよい。
【０１０６】
また、径方向の内側にステータを配置し、ステータの径方向の外側に誘導コイルと界磁コイルを備えた第１のロータを配置し、第１のロータの径方向の外側に励磁コイルを備えた第２のロータを配置する構成でもよい。
【０１０７】
また、ステータ１０の電機子コイル１２に流す電流は、三相に限らず、それ以上の多相でもよい。また、励磁コイル３２に電流を流して二次励磁するようにしてもよい。また、励磁コイル３２は、三相Ｙ結線とすることが望ましいが、かご形ロータ構造にしてもよい。
【０１０８】
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【０１０９】
１  回転電機
１０  ステータ
１２  電機子コイル
２０  アウターロータ
２１  アウターティース
２２  誘導コイル
２２ａ  端部
２３  界磁コイル
２３ａ  端部
２８  第１の固定穴
２９  非磁性体ボルト
２９ａ  頭部
３０  インナーロータ
３２  励磁コイル
３３  インナーティース
５０  整流回路
６０  第１のフランジ
６０ｄ  突起部
６１  ねじ切り穴
７０  第２のフランジ
７０ｄ  突起部
７０ｆ  スリット
７２  第２の固定穴
７２ａ  ボルト座部
８３  結線基盤
８３ｂ  格納部
８３ｃ  挿通孔
８３ｄ  配線溝
８３ｅ  結線領域
【図１】
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【図２】
2018011426.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018011426.tif 000008
【図７】
2018011426.tif 000009
【図８】
2018011426.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2018011426.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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