(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、隣り合うアウターティース２１間を接続するブリッジ部２４と、を有し、ブリッジ部２４には、径方向の外側へ延伸する誘導ポール２５が設けられている。【選択図】図１
2018011425.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、隣り合う前記アウターティース間を接続するブリッジ部と、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、
前記ブリッジ部には、径方向の外側へ延伸する誘導ポールが設けられている回転電機。
【請求項２】
前記ブリッジ部は、周方向の両端に前記アウターティースと嵌め合わせられる嵌合部を有し、
前記嵌合部は、径方向の外側へ斜めに延伸するよう形成されている請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記嵌合部には、周方向に延伸する楔部が設けられている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記アウターロータは、前記アウターティースの前記ブリッジ部よりも径方向の内側に前記界磁コイルの巻かれた界磁コイルインシュレータが挿入され、前記アウターティースの前記ブリッジ部よりも径方向の外側に前記誘導コイルの巻かれた誘導コイルインシュレータが挿入されている請求項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】
前記アウターロータは、前記誘導コイルを径方向の外側から覆う蓋部材を有し、
前記蓋部材は、径方向の内側に延伸して前記誘導ポールに接続する係止部を有する請求項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、隣り合う前記アウターティース間を接続するブリッジ部と、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、前記ブリッジ部には、径方向の外側へ延伸する誘導ポールが設けら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、本発明の一実施例に係る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、本発明の一実施例の第１の他の態様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８】図８は、本発明の一実施例の第１の他の態様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を示す断面図である。
【図９】図９は、本発明の一実施例の第２の他の態様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１０】図１０は、本発明の一実施例の第２の他の態様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を示す断面図である。
【図１１】図１１は、本発明の一実施例に係る回転電機の界磁コイル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ブリッジ部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１３】図１３は、本発明の一実施例に係る回転電機の誘導コイル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１４】図１４は、本発明の一実施例に係る回転電機の蓋部材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。
【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、隣り合うアウターティース間を接続するブリッジ部と、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、ブリッジ部には、径方向の外側へ延伸する誘導ポールが設けら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を回転中心として図示しないモータケース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アウターロータ２０に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】
（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。
【００４３】
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。
【００４４】
整流回路５０は、例えば図示しない結線基盤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。
【００４５】
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。
【００４６】
（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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
（ブリッジ部の形状）
本実施例の回転電機１は、アウターティース２１をオープン磁路にし、機械強度向上を目的に最小幅のブリッジ部２４を備えた構成としている。このため、ブリッジ部２４での漏れ磁束を最小限とし、インナーロータ３０に鎖交する電機子磁束量を最大限増やすことができる。
【００５８】
さらに、ブリッジ部２４の中央部に誘導ポール２５を設けているため、第２次空間高調波を誘導コイル２２に多く鎖交させることができる。
【００５９】
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。
【００６０】
図７は、本実施例の第１の他の態様の回転電機２を示す図である。図７は、機械角３６０度のうちの９０度分（１／４）の径方向断面図を示している。ここで、第１の他の態様は上述実施例と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。
【００６１】
図７において、第１の他の態様のアウターロータ１２０は、アウターティース１２１とブリッジ部１２４が一体に形成されている。アウターティース１２１のブリッジ部１２４より径方向の外側には、誘導コイル２２が収められている。アウターティース１２１のブリッジ部１２４より径方向の内側には、界磁コイル２３が収められている。
【００６２】
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１２７が設けられている。蓋部材１２７は、電磁鋼板を積層させて、周方向の中央部に径方向の内側に突出した突出部１２７ａを有するＴボーン形状に形成されている。
【００６３】
アウターティース１２１の径方向の外側の先端部１２１ａの周方向の側面には、蓋部材１２７の周方向の端部が嵌る溝１２１ｂが軸方向に延びるように形成されている。蓋部材１２７は、周方向の端部が溝１２１ｂに嵌められることによって、隣り合うアウターティース１２１間に保持される。
【００６４】
このような構成にすることで、本実施例の第１の他の態様の回転電機２においては、図８に示すように、第２次空間高調波が誘導コイル２２に鎖交する磁束量を増やすことが可能になる。
【００６５】
図９は、本実施例の第２の他の態様の回転電機３を示す図である。図９は、機械角３６０度のうちの９０度分（１／４）の径方向断面図を示している。ここで、第２の他の態様は上述実施例と略同様に構成されているので、同様な構成には同一の符号を付して特徴部分を説明する。
【００６６】
図９において、第２の他の態様のアウターロータ２２０は、ロータコア２２４と、ロータコア２２４の外周側に形成された複数のアウターティース２２１と、を有している。アウターティース２２１の径方向の外側には、誘導コイル２２が収められている。アウターティース２２１の径方向の内側には、界磁コイル２３が収められている。
【００６７】
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２２７が設けられている。蓋部材２２７は、周方向の中央部に径方向の内側に延伸する脚部２２７ａが形成されている。蓋部材２２７は、電磁鋼板を積層させて形成されている。
【００６８】
アウターティース２２１の径方向の外側の先端部２２１ａの周方向の側面には、蓋部材２２７の周方向の端部が嵌る溝２２１ｂが軸方向に延びるように形成されている。蓋部材２２７は、周方向の端部が溝２２１ｂに嵌められることによって、隣り合うアウターティース２２１間に保持される。
【００６９】
脚部２２７ａの先端部の径方向断面は周方向の両側に延伸するＴ字形状をしている。ロータコア２２４の隣り合うアウターティース２２１間の中央部には、径方向の断面形状が脚部２２７ａの先端部と同様に形成されたスリット２２４ａが軸方向に伸びるように形成されている。脚部２２７ａは、先端部がスリット２２４ａに嵌るような位置まで延伸しており、先端部がスリット２２４ａに嵌って固定されるようになっている。このような構成により、蓋部材２２７を中央部分で係止し、誘導コイル２２及び界磁コイル２３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。
【００７０】
脚部２２７ａには、誘導コイル２２と界磁コイル２３の境界部分で周方向に延伸する仕切部２２７ｂが形成されている。仕切部２２７ｂは、周方向に対向するアウターティース２２１の側面との間に所定の間隔を有するよう、周方向の長さが設定されている。この所定の間隔は、界磁コイル２３に電流が供給され、アウターティース２２１が磁化した場合でも、仕切部２２７ｂとアウターティース２２１の側面の間に磁束が流れない距離に設定されている。
【００７１】
このような構成にすることで、本実施例の第２の他の態様の回転電機３においては、図１０に示すように、第２次空間高調波が誘導コイル２２に鎖交する磁束量を増やすことが可能になる。
【００７２】
また、回転電機３においては、ブリッジ部を廃することでブリッジ部での漏れ磁束を低減させることができる。
【００７３】
（アウターロータの組立手順）
図１１において、アウターロータ２０は、インナーロータ３０を収納した状態で、アウターティース２１が、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とに軸方向に保持され、固定されている。
【００７４】
第１のフランジ６０は、円盤形状の円盤部６０ａと、円盤部６０ａの片面に接続された円盤部６０ａと同じ外径の円筒状の円筒部６０ｂと、を備えている。円盤部６０ａの中心には、インナーロータ３０と接続されたインナー回転軸３０Ａが挿通される挿通穴６０ｃが形成されている。
【００７５】
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（図１参照）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。
【００７６】
第２のフランジ７０は、不図示の円盤形状の円盤部と、円盤部の片面に接続された円盤部と同じ外径の円筒状の円筒部７０ｂと、円盤部の円筒部７０ｂが接続されたのとは反対側に円盤部の中心と軸心を同じく接続されたアウター回転軸７０ｃと、を備えている。
【００７７】
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と重なる位置に不図示の第２の固定穴が形成されている。第２の固定穴の軸方向のアウターティース２１と接触するのと反対側には、後述する非磁性体ボルトの頭部が収納されるボルト座部が形成されている。ボルト座部は、非磁性体ボルトの頭部の平らな面が突起部７０ｄのアウターティース２１と接触するのと反対側の面から突出しないように所定の深さに形成されている。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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た状態で、不図示の非磁性体ボルトが第２のフランジ７０側から第２の固定穴と第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。
【００８１】
このような状態のアウターロータ２０に対し、界磁コイル２３が取り付けられる。具体的には、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。
【００８２】
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８１ａと、この筒部８１ａの径方向の両側端部に設けられた鍔部８１ｂとを有する。筒部８１ａ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８１ａ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。
【００８３】
界磁コイルインシュレータ８１に巻かれた界磁コイル２３が全てのアウターティース２１に取り付けられた後、図１２に示すように、ブリッジ部２４がアウターティース２１に取り付けられる。具体的には、ブリッジ部２４は、第１のフランジ６０側から嵌合部２４ａが嵌合溝６０ｅと嵌合溝２１ａに軸方向に挿入されることで、アウターティース２１に取り付けられる。
【００８４】
全てのアウターティース２１間にブリッジ部２４が取り付けられた後、図１３に示すように、誘導コイル２２がアウターティース２１に取り付けられる。具体的には、誘導コイル２２は、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。
【００８５】
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８２ａと、この筒部８２ａの径方向の両側端部に設けられた鍔部８２ｂとを有する。筒部８２ａ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８２ａ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。
【００８６】
誘導コイルインシュレータ８２に巻かれた誘導コイル２２が全てのアウターティース２１に取り付けられた後、図１４に示すように、蓋部材２７がアウターティース２１に取り付けられる。具体的には、蓋部材２７は、第１のフランジ６０側から周方向の端部が溝６０ｆと溝２１ｃと溝７０ｅに軸方向に挿入されることで、アウターティース２１に取り付けられる。
【００８７】
その後、蓋部材２７の係止部２７ｂ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。
【００８８】
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とブリッジ部２４を別体構造としているため、組み立て性が向上する。プリ成型した誘導コイル２２または界磁コイル２３を、インシュレータを介してアウターティース２１に組み付けるため、絶縁性の向上、占有率の向上を図ることができる。
【００８９】
本実施例の回転電機１は、ブリッジ部２４の嵌合部２４ａを径方向の外側に斜めに延伸する構成としたため、事前に組み付けてある界磁コイル２３に対してブリッジ部２４を干渉させずに取り付けることができ、組み立て性を向上させることができる。また、このような構成とすることで、本実施例の回転電機１は、アウターロータ２０が回転したときに発生する径方向及び周方向の力に対する応力を分散させることができ、機械強度を向上させることができる。
【００９０】
また、本実施例の回転電機１は、嵌合部２４ａに２段の楔部２４ｂ、２４ｃを設けた構成とすることにより、アウターロータ２０の回転時に発生する遠心力に対向する応力の発生面を増やすことができる。これにより、本実施例の回転電機１は、遠心力によってブリッジ部２４が径方向の外側に変位することを防止でき、さらに堅牢性を向上させることができる。この楔部２４ｂ、２４ｃは、アウターティース２１の磁路に対して垂直になるように延伸している。このため、アウターティース２１を通る磁束と、アウターティース２１とブリッジ部２４とのギャップと、が干渉する総面積が抑えられ、アウターティース２１とブリッジ部２４を別体構成としたことによる磁気回路への影響を小さくすることができる。これにより、性能の劣化を抑えながら機械強度の確保が可能となる。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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】
【００９５】
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
２１ａ  嵌合溝
２１ｃ  溝
２２  誘導コイル
２３  界磁コイル
２４  ブリッジ部
２４ａ  嵌合部
２４ｂ、２４ｃ  楔部
２５  誘導ポール
２５ａ  先端部
２５ｂ  貫通孔
２６  鍔部
２７  蓋部材
２７ｂ  係止部
２７ｃ  係止孔
３０  インナーロータ
３２  励磁コイル
３３  インナーティース
８１  界磁コイルインシュレータ
８２  誘導コイルインシュレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
2018011425.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2018011425.tif 000013
【図１２】
2018011425.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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