(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ鋼板を含む複数の板部材が積層される積層体を含み、ロータコイルが巻き回しされる複数のコア要素を備える回転電機用ロータであって、
前記複数のコア要素は、
隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、一方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成され、磁性を有する一方磁束誘導部と、
隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、他方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成される他方補助突出部とを含み、
前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とのそれぞれに、互いに軸方向に整合する孔部が形成され、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部との前記孔部にピン部材が貫通しており、
前記ロータコイルは、前記一方のコア要素の前記一方磁束誘導部よりも径方向外側に巻回しされる第１極ロータコイルと、前記他方のコア要素の前記他方補助突出部よりも径方向外側に巻回しされる第２極ロータコイルとを含み、
隣り合う２つの前記コア要素は、前記一方磁束誘導部または前記他方補助突出部よりも径方向内側に外れた部分で接触していることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記他方補助突出部は、磁性を有する他方磁束誘導部であることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記一方磁束誘導部と前記他方磁束誘導部とは、軸方向にずれて配置され、前記ピン部材により連結されていることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項４】
請求項３に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記一方磁束誘導部は、隣り合う２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素の軸方向複数個所から突出する複数の前記一方側磁束誘導部であり、
前記他方磁束誘導部は、隣り合う２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素の軸方向複数個所から突出する複数の前記他方側磁束誘導部であり、
前記複数の一方側磁束誘導部と、前記複数の他方側磁束誘導部とが、それぞれ１つずつ軸方向に関して交互に配置され、前記ピン部材により連結されていることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記ピン部材は非磁性材料により形成されていることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記ピン部材の少なくとも表面は、非導電材料により形成されていることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記一方磁束誘導部は、前記一方のコア要素の側面から、先端に向かうほど径方向外側になるように周方向に対し傾斜する方向に突出して形成されることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか１に記載の回転電機用ロータにおいて、
前記複数のロータコイルに発生する誘導起電力によって前記複数のコア要素に形成される磁極を周方向に交互に異ならせる磁気特性調整部を備えることを特徴とする回転電機用ロータ。
【請求項９】
それぞれ鋼板を含む複数の板部材が積層される積層体を含み、ロータコイルが巻き回しされる複数のコア要素を備える回転電機用ロータであって、
前記複数のコア要素は、
隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、一方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成され、磁性を有する一方磁束誘導部と、
隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、他方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成される他方補助突出部とを含み、
前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とのそれぞれに、互いに軸方向に整合する孔部が形成され、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部との前記孔部にピン部材が貫通しており、
前記ロータコイルは、前記一方のコア要素の前記一方磁束誘導部よりも径方向外側に巻回しされる第１極ロータコイルと、前記他方のコア要素の前記他方補助突出部よりも径方向外側に巻回しされる第２極ロータコイルとを含む回転電機用ロータの製造方法であって、
前記複数のコア要素において、それぞれ隣り合う２つの前記コア要素を、一部の２つの前記コア要素を除いて、前記ピン部材で連結し、前記各ピン部材を中心として隣り合う２つの前記コア要素の一端部同士が近づくように相対的に回動させ、前記複数のコア要素の連結体を環状に形成し、隣り合う２つの前記コア要素は、前記一方磁束誘導部または前記他方補助突出部よりも径方向内側に外れた部分で接触させてロータコアを形成することを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の回転電機用ロータの製造方法において、
前記複数のコア要素を隣り合うように配置し、隣り合う２つの前記コア要素同士で整合する前記孔部に前記ピン部材を貫通させることで、前記複数のコア要素が鎖状に連結される鎖状連結体を形成するステップと、
隣り合う２つの前記コア要素同士を前記ピン部材を中心として一端部同士が近づくように相対的に回動させ、前記鎖状連結体の両端に位置する２つの前記コア要素が隣り合うように、前記鎖状連結体を環状に形成するステップと、
前記鎖状連結体の両端に位置する２つの前記コア要素の互いに隣り合う前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とに前記ピン部材を貫通させ、連結することで環状の前記ロータコアを形成するステップとを含むことを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【請求項１１】
請求項９または請求項１０に記載の回転電機用ロータの製造方法において、
前記一方磁束誘導部は、前記一方のコア要素の側面から、先端に向かうほど径方向外側になるように周方向に対し傾斜する方向に突出して形成されることを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれか１に記載の回転電機用ロータの製造方法において、
前記回転電機用ロータは、前記複数のロータコイルに発生する誘導起電力によって前記複数のコア要素に形成される磁極を周方向に交互に異ならせる磁気特性調整部を備えることを特徴とする回転電機用ロータの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ鋼板を含む複数の板部材が積層される積層体を含み、ロータコイルが巻き回しされる複数のコア要素を備える回転電機用ロータ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、特許文献１に記載されているように、ステータとロータとが対向配置される回転電機であって、ロータの周方向複数個所に設けられた突極と、各突極に巻装されたロータコイルであって、互いに分断されるロータコイルと、各ロータコイルごとに接続されたダイオードとを含む回転電機が知られている。各ダイオードは、各ロータコイルに流れる電流を整流し、ロータの周方向に隣り合う突極同士で磁化方向が逆になるようにしている。また、ステータは、ステータコアの周方向複数個所に設けられたティースを備える。ステータのティースに複数相のステータ巻線が集中巻きで巻装されている。複数相のステータ巻線に複数相の交流電流を流すことでステータに、周方向に回転する回転磁界が生成される。そして、ステータで発生した起磁力分布に生じる高調波成分である空間高調波によりロータコイルに誘導電流を生じさせ、ロータの周方向に関して交互に突極にＮ極とＳ極とを形成し、ロータにトルクを発生させるようにしている。このとき、各ダイオードで整流された電流が各ロータコイルに流れることで、各突極が磁化して磁極の固定された磁石が発生する。
【０００３】
このような回転電機では、突極がステータの回転磁界と相互作用してロータにトルクが作用する。また、ステータにより形成される磁界の高調波成分を利用してロータに作用するトルクを効率よく増大させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような回転電機では、ロータコイルに生じる誘導電流を大きくする面から改良の余地がある。
【０００６】
本発明の目的は、回転電機用ロータ及びその製造方法において、ステータで発生する磁束をロータコイルに多く鎖交させて、ロータコイルに生じる誘導電流を大きくできる回転電機用ロータを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る回転電機用ロータは、それぞれ鋼板を含む複数の板部材が積層される積層体を含み、ロータコイルが巻き回しされる複数のコア要素を備える回転電機用ロータであって、前記複数のコア要素は、隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、一方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成され、磁性を有する一方磁束誘導部と、隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、他方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成される他方補助突出部とを含み、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とのそれぞれに、互いに軸方向に整合する孔部が形成され、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部との前記孔部にピン部材が貫通しており、前記ロータコイルは、前記一方のコア要素の前記一方磁束誘導部よりも径方向外側に巻回しされる第１極ロータコイルと、前記他方のコア要素の前記他方補助突出部よりも径方向外側に巻回しされる第２極ロータコイルとを含み、隣り合う２つの前記コア要素は、前記一方磁束誘導部または前記他方補助突出部よりも径方向内側に外れた部分で接触していることを特徴とする回転電機用ロータである。
【０００８】
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、好ましくは、前記他方補助突出部は、磁性を有する他方磁束誘導部である。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、好ましくは、前記一方磁束誘導部と前記他方磁束誘導部とは、軸方向にずれて配置され、前記ピン部材により連結されている。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、好ましくは、前記一方磁束誘導部は、隣り合う２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素の軸方向複数個所から突出する複数の前記一方側磁束誘導部であり、前記他方磁束誘導部は、隣り合う２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素の軸方向複数個所から突出する複数の前記他方側磁束誘導部であり、前記複数の一方側磁束誘導部と、前記複数の他方側磁束誘導部とが、それぞれ１つずつ軸方向に関して交互に配置され、前記ピン部材により連結されている。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、好ましくは、前記ピン部材は非磁性材料により形成されている。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機用ロータにおいて、好ましくは、前記ピン部材の少なくとも表面は、非導電材料により形成されている。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機用ロータの製造方法は、それぞれ鋼板を含む複数の板部材が積層される積層体を含み、ロータコイルが巻き回しされる複数のコア要素を備える回転電機用ロータであって、前記複数のコア要素は、隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、一方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、一方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成され、磁性を有する一方磁束誘導部と、隣り合う２つの前記コア要素の間に、２つの前記コア要素のうち、他方の前記コア要素において径方向中間部の側面から突出するように形成され、かつ、他方の前記コア要素を構成する前記板部材により形成される他方補助突出部とを含み、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とのそれぞれに、互いに軸方向に整合する孔部が形成され、前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部との前記孔部にピン部材が貫通しており、前記ロータコイルは、前記一方のコア要素の前記一方磁束誘導部よりも径方向外側に巻回しされる第１極ロータコイルと、前記他方のコア要素の前記他方補助突出部よりも径方向外側に巻回しされる第２極ロータコイルとを含む回転電機用ロータの製造方法であって、前記複数のコア要素において、それぞれ隣り合う２つの前記コア要素を、一部の２つの前記コア要素を除いて、前記ピン部材で連結し、前記各ピン部材を中心として隣り合う２つの前記コア要素の一端部同士が近づくように相対的に回動させ、前記複数のコア要素の連結体を環状に形成し、隣り合う２つの前記コア要素は、前記一方磁束誘導部または前記他方補助突出部よりも径方向内側に外れた部分で接触させてロータコアを形成することを特徴とする回転電機用ロータの製造方法である。
【００１４】
また、本発明に係る回転電機用ロータの製造方法において好ましくは、前記複数のコア要素を隣り合うように配置し、隣り合う２つの前記コア要素同士で整合する前記孔部に前記ピン部材を貫通させることで、前記複数のコア要素が鎖状に連結される鎖状連結体を形成するステップと、隣り合う２つの前記コア要素同士を前記ピン部材を中心として一端部同士が近づくように相対的に回動させ、前記鎖状連結体の両端に位置する２つの前記コア要素が隣り合うように、前記鎖状連結体を環状に形成するステップと、前記鎖状連結体の両端に位置する２つの前記コア要素の互いに隣り合う前記一方磁束誘導部と前記他方補助突出部とに前記ピン部材を貫通させ、連結することで環状の前記ロータコアを形成するステップとを含む。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の回転電機用ロータ及びその製造方法によれば、ステータで発生する磁束をロータコイルに多く鎖交させて、ロータコイルに生じる誘導電流を大きくできる回転電機用ロータを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る回転電機用ロータを含む回転電機の一部を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態のロータを含む回転電機において、ロータ及びステータの周方向一部を示す概略断面図である。
【図３】第１の実施形態のロータを含む回転電機において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。
【図４】ロータコイルにダイオードを接続して示す、図３に対応する図である。
【図５】第１の実施形態において、ロータの周方向に隣り合う２つの突極に巻装した複数のコイルの接続回路の等価回路を示す図である。
【図６】ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図５に対応する図である。
【図７】図１のロータにおけるＡ−Ａ断面図である。
【図８】図７のＢ部拡大図である。
【図９】一部を省略して図７の矢印Ｃ方向に見た拡大図である。
【図１０】図１からロータコアのみを取り出して周方向一部を見た斜視図である。
【図１１】図１０のロータコアを構成する第１コア要素（または第２コア要素）の先端部を軸方向に見た図である。
【図１２】図１１を上方から下方に見て軸方向一部を示す図である。
【図１３】ロータコアにおいて、図９の矢印Ｄ位置に配置された複数の板部材の周方向一部を示す図である。
【図１４】ロータコアにおいて、図９の矢印Ｅ位置に配置された複数の板部材の周方向一部を示す図である。
【図１５】ロータコアにおいて、図９の矢印Ｆ位置に配置された複数の板部材の周方向一部を示す図である。
【図１６】第１の実施形態のロータの製造方法を示すフローチャートである。
【図１７】図１６のＳ１０の鎖状連結体形成ステップで、鎖状連結体を形成した様子を示す図である。
【図１８】第１の実施形態において、複数の板部材の配置の別例を示す、図９に対応する図である。
【図１９】本発明の第２の実施形態のロータを製造する途中の様子を示す図であって、複数の誘導コイルを巻き回しした複数のコア要素を略直線状に連結して鎖状連結体を形成し、複数のコア要素に複数のコモンコイルを嵌合させる様子を示す図である。
【図２０】２つのコア要素を図１９の矢印Ｇ方向に見て、軸方向一部を示す図である。
【図２１】一部を省略して示す、図２０のＨ部拡大図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態のロータを構成するロータコアを示す斜視図である。
【図２３】図２２のロータコアの軸方向一部を構成する複数の第１板部材を示す図である。
【図２４】図２２のロータコアの軸方向一部を構成する複数の第２板部材を示す図である。
【図２５】図２２のロータコアの軸方向一部を構成する複数の第３板部材を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１の実施形態］
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜１７は、本発明の第１の実施形態を示す図である。図１は、本実施形態に係る回転電機用ロータを含む回転電機の一部を示す概略断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、電動機または発電機として機能するものであり、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能な回転電機用ロータ（以下、単に「ロータ」という。）１４とを備える。なお、「径方向」とは、特に断らない限り、ロータの回転中心軸に対し直交する放射方向をいう。また、「周方向」とは、特に断らない限り、ロータの回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう。また、「軸方向」とは、特に断らない限り、ロータの軸方向をいう。（「径方向」、「周方向」及び「軸方向」のそれぞれについて、本明細書全体及び特許請求の範囲で同じである。）。
【００１８】
ステータ１２は、磁性材製のステータコア１６と、ステータコア１６に配設された複数相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとを含む。ロータ１４は、複数の板部材により形成されるロータコア２４と、ロータコア２４の中心部に挿入して嵌合固定されたシャフト２５と、ロータコア２４の軸方向両側に配置された２つのエンドプレート２６ａ，２６ｂとを含む。また、ロータ１４は、ロータコア２４に配設された複数のロータコイルである、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ、及びＳ極コモンコイル３０ｓと、Ｎ極誘導コイル２８ｎに接続された第１ダイオード３８と、Ｓ極誘導コイル２８ｓに接続された第２ダイオード４０とを含む。
【００１９】
まず、図２〜５を用いて回転電機１０の基本構成を説明し、その後、ロータ１４の詳細構造を説明する。図２は、本実施形態のロータを含む回転電機において、ロータ及びステータの周方向一部を示す概略断面図である。図３は、本実施形態のロータを含む回転電機において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。図４は、ロータコイルにダイオードを接続して示す、図３に対応する図である。
【００２０】
図２に示すように、ステータ１２はステータコア１６を含み、ステータコア１６の内周面の周方向複数個所には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出する複数のティース１８が配置されており、各ティース１８間にスロット２２が形成されている。ステータコア１６は、けい素鋼板等の磁性を有する電磁鋼板のような金属板の積層体等の磁性材料により形成される。複数のティース１８は、ロータ１４の回転軸である回転中心軸周りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。
【００２１】
各相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、スロット２２を通ってステータコア１６のティース１８に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース１８にステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース１８が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成することができる。なお、ステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、このようにステータ１２のティース１８に巻き回しする構成に限定するものではなく、例えばティース１８から外れたステータコア１６の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータコイルを巻き回しするトロイダル巻きとし、ステータ１２に回転磁界を生じさせることもできる。
【００２２】
ティース１８に形成された回転磁界は、その先端面からロータ１４に作用する。図２に示す例では、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗがそれぞれ巻装された３つのティース１８により１つの極対が構成されている。
【００２３】
一方、ロータ１４は、それぞれ磁性材である電磁鋼板等の鋼板である複数の板部材により形成されるロータコア２４と、複数のロータコイルである、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、及びＳ極コモンコイル３０ｓとを含む。ロータコア２４は、外周面の周方向複数個所に径方向外側に向けて（ステータ１２に向けて）突出して設けられた複数の磁極部であり、主突極であり、かつ第２ティースであるＮ極形成突極３２ｎ及びＳ極形成突極３２ｓを有する。Ｎ極形成突極３２ｎとＳ極形成突極３２ｓとは、ロータコア２４の周方向に沿って交互に、かつ、互いに間隔をおいて配置されており、各突極３２ｎ、３２ｓがステータ１２と対向している。ロータコア２４の環状部分であるロータヨーク３３及び複数の突極３２ｎ、３２ｓは、鋼板である複数の板部材を積層した積層体である複数のロータコア要素を環状に連結することにより、一体に設けられている。これについては、後で詳しく説明する。Ｎ極形成突極３２ｎとＳ極形成突極３２ｓとは、互いに同一の形状及び大きさを有する。
【００２４】
より詳しくは、ロータ１４の周方向に関して１つおきのＮ極形成突極３２ｎのそれぞれに、２つのＮ極ロータコイルである、Ｎ極コモンコイル３０ｎとＮ極誘導コイル２８ｎとが集中巻きで巻き回しされている。また、ロータ１４において、Ｎ極形成突極３２ｎと隣り合う別の突極であり、周方向１つおきのＳ極形成突極３２ｓのそれぞれに、２つのＳ極ロータコイルである、Ｓ極コモンコイル３０ｓとＳ極誘導コイル２８ｓとが集中巻きで巻き回しされている。
【００２５】
ロータ１４は、周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの間に形成されたスロット３４（図３）を有する。すなわち、ロータコア２４には、複数のスロット３４が、ロータ１４の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。また、ロータコア２４は、回転軸であるシャフト２５（図１）の径方向外側に嵌合固定されている。
【００２６】
各Ｎ極誘導コイル２８ｎは、各Ｎ極形成突極３２ｎにおいて、Ｎ極コモンコイル３０ｎよりも先端側、すなわち、ステータ１２に近い側に巻かれている。各Ｓ極誘導コイル２８ｓは、各Ｓ極形成突極３２ｓにおいて、Ｓ極コモンコイル３０ｓよりも先端側、すなわち、ステータ１２に近い側に巻かれている。図３に示すように、各突極３２ｎ、３２ｓの周囲に巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、それぞれ突極３２ｎ（または３２ｓ）の周囲の長さ方向（図３の上下方向）に沿って設けられたソレノイドが、突極３２ｎ（または３２ｓ）の周方向（図３の左右方向）に複数層整列した整列巻きで配置されることもできる。なお、各突極３２ｎ、３２ｓの先端側に巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、突極３２ｎ、３２ｓの周囲に複数回、すなわち複数ターン分、渦巻状に巻いた構成とすることもできる。
【００２７】
図４、図５に示すように、ロータ１４の周方向に隣り合う２個の突極３２ｎ、３２ｓを１組として、各組で１個のＮ極形成突極３２ｎに巻かれたＮ極誘導コイル２８ｎの一端と、別のＳ極形成突極３２ｓに巻かれたＳ極誘導コイル２８ｓの一端とを、２個の磁気特性調整部であり整流素子である第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０を介して接続している。すなわち、図５は、本実施形態において、ロータ１４（図２）の周方向に隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓ（図２）に巻装した複数のコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの接続回路の等価回路を示す図である。図５に示すように、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＳ極誘導コイル２８ｓの一端は、互いに順方向が逆になる第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０を介して、接続点Ｒで接続されている。
【００２８】
図４、図５に示すように、各組でＮ極形成突極３２ｎに巻かれたＮ極コモンコイル３０ｎの一端は、Ｓ極形成突極３２ｓに巻かれたＳ極コモンコイル３０ｓの一端に接続されている。Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓは互いに直列に接続されることで、コモンコイル組３６を形成している。さらに、Ｎ極コモンコイル３０ｎの他端は接続点Ｒに接続され、Ｓ極コモンコイル３０ｓの他端は、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＳ極誘導コイル２８ｓの接続点Ｒとは反対側の他端に接続されている。また、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ，３０ｓの巻回中心軸は、ロータ１４（図２）の径方向と一致している。なお、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、対応する突極３２ｎ（または３２ｓ）に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ（図示せず）等を介して巻装されることもできる。
【００２９】
このような構成では、後述するように、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓに整流された電流が流れることで各突極３２ｎ、３２ｓが磁化し、磁極部として機能する。図３に戻って、ステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに交流電流を流すことで、ステータ１２が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。
【００３０】
より詳しくは、ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの配置や、ティース１８及びスロット２２（図２）によるステータコア１６の形状に起因して、（基本波のみの）正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。特に、集中巻においては、各相のステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として、入力電気周波数の時間的３次成分であり、空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗの配置やステータコア１６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。
【００３１】
ステータ１２からロータ１４に、この空間強調波成分を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ１４の突極３２ｎ、３２ｓ間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより図３に示す各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの少なくともいずれかの誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生する。また、ステータ１２から近い、突極３２ｎ、３２ｓの先端側の誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、主に誘導電流を発生させる機能を有し、ステータ１２から遠い、コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、主に突極３２ｎ、３２ｓを磁化する機能を有する、すなわち電磁石として機能する。また、図５の等価回路から理解されるように、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ（図２〜図４）に巻装された誘導コイル２８ｎ、２８ｓを流れる電流の合計がコモンコイル３０ｎ、３０ｓにそれぞれ流れる電流となる。隣り合うコモンコイル３０ｎ、３０ｓ同士を直列に接続しているので、両方で巻き数を増加させたのと同じ効果を得られ、各突極３２ｎ、３２ｓに流れる磁束を同じとしたままで各コモンコイル３０ｎ、３０ｓに流す電流を低減できる。
【００３２】
各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生すると、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓにダイオード３８，４０の整流方向に応じた直流電流が流れ、コモンコイル３０ｎ、３０ｓが巻装された突極３２ｎ、３２ｓが磁化することで、この突極３２ｎ、３２ｓが磁極の固定された磁石である磁極部として機能する。図４に示す、周方向に隣り合うＮ極誘導コイル２８ｎ及びＮ極コモンコイル３０ｎと、Ｓ極誘導コイル２８ｓ及びＳ極コモンコイル３０ｓとで巻き方向が逆になっており、周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士で磁化方向が逆になる。図示の例では、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＮ極コモンコイル３０ｎが巻装された突極３２ｎの先端にＮ極が生成され、Ｓ極誘導コイル２８ｓ及びＳ極コモンコイル３０ｓが巻装された突極３２ｓの先端にＳ極が生成されるようにしている。このため、ロータ１４の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置される。すなわち、ロータ１４は、ステータ１２で生成される磁界に含まれる高調波成分が鎖交することにより、周方向にＮ極及びＳ極が交互に形成されるように構成される。
【００３３】
また、図２に示すように、ロータ１４の周方向に関する各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で１８０°に相当する幅よりも短く設定し、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、それぞれ突極３２ｎ、３２ｓに短節巻きで巻装されている。より好ましくは、ロータ１４の周方向に関する各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの幅θは、ロータ１４の電気角で９０°に相当する幅に等しく、あるいはほぼ等しくしている。ここでの各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの幅θについては、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの断面積を考慮して、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの断面の中心幅で表すことができる。すなわち、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの内周面の幅と外周面の幅との平均値で各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓの幅θを表すことができる。
【００３４】
また、ロータ１４は、周方向の複数個所に配置された突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面から突出する補助突出部であり、磁性を有する磁束誘導部である補助突極４２を含んでいる。補助突極４２は、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向（図３、図４の左右方向）両側面において、軸方向（図３、図４の表裏方向）の複数個所から、周方向に対し傾斜した方向にそれぞれ突出する板状の磁性体である。例えば、図示の例では、補助突極４２は、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面の径方向中間部に、先端に向かうほどロータ１４の径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。複数の補助突極４２は、突極３２ｎ、３２ｓの周方向の両側面において、Ｎ極誘導コイル２８ｎとＮ極コモンコイル３０ｎとの間、及び、Ｓ極誘導コイル２８ｓとＳ極コモンコイル３０ｓとの間のそれぞれから突出している。すなわち補助突極４２は、根元部において、対応する突極３２ｎ、３２ｓに磁気的に接続されている。また、各突極３２ｎ，３２ｓに設けられた補助突極４２は、対応する突極３２ｎ（または３２ｓ）の周方向の各側面の軸方向複数個所から、複数個が互いに軸方向の間隔をあけて対向するように突出している。
【００３５】
また、同じスロット３４内に配置され、互いに対向する別の突極３２ｎ、３２ｓから突出する複数の補助突極４２同士は、機械的に連結されている。一方、スロット３４内で互いに対向する別の突極３２ｎ、３２ｓから突出する複数の補助突極４２同士は、磁気的に分断されることもできる。図３、図４では、互いに同じスロット３４内に配置されるＮ極形成突極３２ｎの補助突極４２と、Ｓ極形成突極３２ｓの補助突極４２とが互いに磁気的に分断されることを模式的に示している。このような補助突極４２は、突極３２ｎ、３２ｓを含む補助突極４２と同じ磁性材料により形成されている。
【００３６】
また、各突極３２ｎ（または３２ｓ）に巻かれた誘導コイル２８ｎ（または２８ｓ）とコモンコイル３０ｎ（または３０ｓ）とは、対応するスロット３４内で補助突極４２で仕切られて分離されている。同じ突極３２ｎ、３２ｓに巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓとコモンコイル３０ｎ、３０ｓとは、ロータコア２４の軸方向端面よりも外側に設けられる図示しない片側または両側のコイルエンド側等、補助突極４２から外れた部分で互いに接続されている。後述する図８に示すように、各突極３２ｎ（３２ｓも同様である）の先端部に周方向両側に突出し、誘導コイル２８ｎ、２８ｓの抜け止めを図るための鍔部４４を形成することもできる。なお、この鍔部４４は省略することもできる。
【００３７】
このようなロータ１４を含む回転電機１０（図２）では、３相のステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに３相の交流電流を流すことでティース１８（図２）に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用し、これに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、突極３２ｎ、３２ｓがティース１８の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。
【００３８】
また、ティース１８に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ１４の各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交すると、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓには、空間高調波成分に起因するロータ１４の回転周波数（回転磁界の基本波成分）と異なる周波数の磁束変動によって、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに流れる電流は、各ダイオード３８，４０により整流されることで一方向（直流）となる。そして、各ダイオード３８，４０で整流された直流電流が各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓに流れるのに応じて各突極３２ｎ、３２ｓが磁化することで、各突極３２ｎ、３２ｓが磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石として機能する。前述のように、ダイオード３８，４０による誘導コイル２８ｎ、２８ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各突極３２ｎ、３２ｓに生じる磁石は、周方向においてＮ極とＳ極が交互に配置されたものとなる。
【００３９】
しかも、図３に示すように、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面に補助突極４２が、先端に向かうほど径方向外側になるように周方向に対し傾斜する方向に形成されている。このため、例えば図３の破線矢印α、βで示す方向に、ステータ１２からロータ１４に、ステータ１２の起磁力として、空間的２次の空間高調波の磁束であるｑ軸磁束が流れる場合を考えると、補助突極４２により誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。すなわち、ステータ１２とロータ１４とのある位相関係で、空間高調波のｑ軸磁束が、ステータ１２の一部のティース１８から一部の補助突極４２を介して、突極３２ｎ、３２ｓの一部へ多く誘導され、突極３２ｎ、３２ｓの一部から別のティース１８へ誘導される場合があり、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。また、ｑ軸磁束の向き及び大きさは電気的１周期の中で変化するが、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに流れる磁束の最大量が多くなることで、誘導コイル２８ｎ、２８ｓの鎖交磁束の変化を大きくできる。例えば、図３の破線矢印βで示すように、ステータ１２のティース１８からＳ極の補助突極４２を介してＳ極形成突極３２ｓにｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｓ極形成突極３２ｓをＮ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＳ極誘導コイル２８ｓに誘導電流が流れようとし、その流れは第２ダイオード４０（図４）で妨げられない。このため、図３に実線矢印で示すように、Ｓ極形成突極３２ｓからロータコア２４のロータヨーク３３を介してＮ極形成突極３２ｎに抜ける方向の磁束である、誘導電流による磁束が流れる。
【００４０】
また、これとは逆、すなわち、図３の破線矢印αと逆方向に、ステータ１２のティース１８からＮ極形成突極３２ｎを介して補助突極４２にｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｎ極形成突極３２ｎをＳ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＮ極誘導コイル２８ｎに誘導電流が流れようとし、その流れは第１ダイオード３８（図４）で妨げられることなく、Ｎ極形成突極３２ｎをＮ極とする方向に電流を流す。この場合も、Ｓ極形成突極３２ｓからロータヨーク３３を介してＮ極形成突極３２ｎに抜ける方向の、誘導電流による磁束が流れる。この結果、各突極３２ｎ、３２ｓがＮ極またはＳ極に磁化する。上記のように各突極３２ｎ、３２ｓの両側面から補助突極４２が突出しているので、補助突極４２がない、すなわち各スロット３４内で周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に空間しかない場合に比べて、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交する磁束の振幅の最大値を大きくできるので、鎖交磁束の変化を大きくできる。
【００４１】
そして、各突極３２ｎ、３２ｓ（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と突極３２ｎ、３２ｓ（磁石）の磁界との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。このように回転電機１０は、ステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力（機械的動力）を発生させるモータとして機能させることができる。
【００４２】
なお、上記では、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓを１組として、各組において、２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻かれた誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士を２つのダイオード３８，４０を介して接続する場合を説明した。このため、２つの突極３２ｎ、３２ｓに対して２つのダイオード３８，４０が必要になる。これに対して、ロータ１４の全部の突極３２ｎ、３２ｓに巻かれた全部のコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓ同士を接続するとともに、ダイオード３８，４０として２つのみを使用することもできる。図６は、ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした別例を示す、図５に対応する図である。図６に示す別例では、上記の図３、図４等に示した構成において、ロータの周方向１つ置きの突極である全部のＮ極形成突極３２ｎ（図３参照）の先端側に巻装した複数のＮ極誘導コイル２８ｎ同士を直列に接続することでＮ極誘導コイル組Ｋｎを形成し、ロータのＮ極形成突極３２ｎと隣り合う全部のＳ極形成突極３２ｓ（図３参照）の先端側に巻装した複数のＳ極誘導コイル２８ｓ同士を直列に接続することでＳ極誘導コイル組Ｋｓを形成している。Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの一端は、互いに順方向が逆になる第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０を介して、接続点Ｒで接続されている。
【００４３】
また、ロータの周方向に隣り合う２つのＮ極形成突極３２ｎ及びＳ極形成突極３２ｓ（図３参照）を１組とした場合に、各組においてＮ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓ同士を直列に接続することでコモンコイル組Ｃ１を形成するとともに、全部の突極３２ｎ、３２ｓに関する全部のコモンコイル組Ｃ１同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数のコモンコイル組Ｃ１のうち、一端となる１つのコモンコイル組Ｃ１のＮ極コモンコイル３０ｎの一端を接続点Ｒに接続し、他端となる別のコモンコイル組Ｃ１のＳ極コモンコイル３０ｓの一端を、Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの接続点Ｒとは反対側の他端に接続している。このような構成では、上記の図４、図５に示した構成と異なり、ロータに設けるダイオードの総数を第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０の２つに減らすことができる。
【００４４】
以上が、本実施形態のロータ１４を含む回転電機１０の基本的構成とその作用であるが、本実施形態では、ロータ１４として、周方向複数個所に配置された複数のロータコア要素を含む構成を採用している。このために、次の具体的構成を採用している。図７〜図１７を用いてロータ１４の具体的構造を説明する。なお、図７〜図１７において、上記の図１〜６で示した要素と同一または対応する要素には同一の符号を付している。
【００４５】
図７は、図１のロータ１４におけるＡ−Ａ断面図である。図８は、図７のＢ部拡大図である。図９は、一部を省略して図７の矢印Ｃ方向に見た拡大図である。図１０は、図１からロータコアのみを取り出して周方向一部を見た斜視図である。図１１は、図１０のロータコアを構成する第１コア要素（または第２コア要素）の先端部を軸方向に見た図である。図１２は、図１１を上方から下方に見て軸方向一部を示す図である。図１３〜１５は、ロータコアにおいて、図９の矢印Ｄ、Ｅ，Ｆ位置に配置された複数の金属板の周方向一部をそれぞれ示す図である。
【００４６】
図７に示すように、本実施形態のロータ１４は、ロータコア２４と、ロータコア２４の中心部に嵌合固定されたシャフト２５とを備える。シャフト２５は、外周面の周方向複数個所に設けられ、径方向に突出する複数の外側凸部４６を含んでいる。図８に示すように、各外側凸部４６は、全体的に軸方向に対し直交する平面に関する断面形状が同一である軸方向に長い形状である。各外側凸部４６は、周方向幅が小さいシャフト側根元部４８と、シャフト側根元部４８に接続され、シャフト側根元部４８の周方向幅よりも大きくなった周方向幅を有するシャフト側先端部５０とを含む。シャフト側先端部５０は略楕円の断面形状を有する。シャフト側先端部５０は、周方向の幅が最大となる最大幅部分５２（図８）を有し、最大幅部分５２の周方向の幅Ｄ１は、シャフト側根元部４８の周方向の最大幅Ｄ２（図８）よりも大きくなっている。シャフト２５は、けい素を含まない鉄鋼材料である無垢材等の剛性の高い材料により造られている。
【００４７】
図１０に示すように、ロータコア２４は、それぞれ複数ずつのコア要素である、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを含む。ロータコア２４は、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを周方向に１つずつ交互に配置し、環状に連結することにより形成されている。各コア要素５４，５６は、複数の板部材が軸方向に積層される積層体を含んでいる。すなわち、各コア要素５４，５６は、それぞれ複数ずつの異なる形状の両手付の両手鋼板である第１板部材５８、及び両手なし鋼板である第２板部材６０を有する。各板部材５８，６０は、けい素鋼板のような電磁鋼板等の磁性を有する鋼板である。図１３、図１５に示すように、両手鋼板である第１板部材５８は、シャフト２５に対する結合側に設けられる第１ロータ側根元部６２と、第１ロータ側根元部６２の径方向外側に接続される第１ロータ側先端部６４とを含む。第１ロータ側根元部６２は、ロータヨーク３３（図７、図１０）を形成し、第１ロータ側先端部６４はＮ極形成突極３２ｎまたはＳ極形成突極３２ｓ（図７、図１０）を形成する。
【００４８】
図１３、図１５に示すように、第１ロータ側根元部６２は、基部６６の周方向両側で径方向内側に突出する２つの脚部６８を含む。２つの脚部６８の間の内側面を含む、第１ロータ側根元部６２の径方向内側面に内側凹部７０が形成されている。内側凹部７０の内側には、シャフト２５（図７）に設けられた外側凸部４６が軸方向に嵌合される。各内側凹部７０は、各コア要素５４，５６の径方向内端に開口するように形成され、奥部に周方向幅が大きくなった幅広部７２を有する。第１ロータ側根元部６２の周方向両側面は、ロータ１４の放射方向と一致する。第１ロータ側根元部６２の周方向両側面において、内側凹部７０の周方向幅が最大となる部分よりも径方向内側部分に半円部７４が形成されている。
【００４９】
第１ロータ側先端部６４は略矩形状の胴体部７６と、胴体部７６の周方向両側面、すなわち幅方向両側面から周方向に対し傾斜した方向に突出し、磁性を有する磁束誘導板部である、傾斜突出部７８とを有する。各傾斜突出部７８は、上記の補助突極４２（図２等）を形成する。各傾斜突出部７８の先端部に孔部であるピン孔８５が軸方向に貫通して形成されている。各胴体部７６の先端部の周方向両側面に、それぞれ鍔部４４（図８）を形成するための周方向突出部８０が形成されている。
【００５０】
このような第１板部材５８は、図１３〜１５に示す第２板部材６０に積層される。第２板部材６０も第１板部材５８と同様に、シャフト２５に対する結合側に設けられる第２ロータ側根元部８２と、第２ロータ側根元部８２の径方向外側に接続される第２ロータ側先端部８４とを含む。第２ロータ側根元部８２は、上記の第１ロータ側根元部６２と同じ形状を有し、２つの脚部６８と内側凹部７０とを有する。第２ロータ側先端部８４は、第１板部材５８の第１ロータ側先端部６４（図１３）の胴体部７６と同一形状である第２胴体部７７を有するが、その周方向両側面には傾斜突出部７８（図１３）を形成していない。第２板部材６０のそれ以外の形状及び大きさは第１板部材５８と同様である。すなわち、第２板部材６０も第１板部材５８と同様に、第２ロータ側根元部８２の周方向両側面に半円部７４が形成され、先端側に周方向突出部８０を有する。なお、鍔部４４を省略する場合、周方向突出部８０も省略される。各板部材５８，６０は、周方向中央に関して左右で対象形状である。また、第１板部材５８と第２板部材６０とは、例えば互いに同じ、またはほぼ同じ厚さを有する。
【００５１】
そして、図１１、図１２に示すように、複数枚積層した第１板部材５８に、複数枚積層した第２板部材６０を積層し、これを繰り返すことでＮ極形成突極３２ｎを含む第１コア要素５４が形成されている。また、複数枚積層した第２板部材６０に、複数枚積層した第１板部材５８を積層し、これを繰り返すことでＳ極形成突極３２ｓを含む第２コア要素５６が形成されている。この場合、図１０に示すように、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを、それぞれの傾斜突出部７８の先端部を軸方向（図１０の上下方向）に見て一致するように配置した状態で、同じ種類の板部材５８（または６０）の軸方向の配置位置が、少なくとも一部で第１コア要素５４と第２コア要素５６とでずれるようにしている。このため、傾斜突出部７８の軸方向位置は、第１コア要素５４及び第２コア要素５６同士でずれている。
【００５２】
さらに、図１０に示すように、隣り合うコア要素５４，５６同士で傾斜突出部７８の先端部を軸方向に見て一致させた状態で、互いの傾斜突出部７８の先端部同士の間に軸方向の隙間が形成されるようにしている。このために、図９に示すように、第２板部材６０の積層枚数は、第１板部材５８の積層枚数よりも２枚だけ多くするか、または３枚以上多くしている。また、図８に示すように、第１コア要素５４の傾斜突出部７８よりも根元側にＮ極コモンコイル３０ｎを巻き回しするとともに、第１コア要素５４の傾斜突出部７８よりも先端側にＮ極誘導コイル２８ｎを巻き回ししている。また、第２コア要素５６の傾斜突出部７８よりも根元側にＳ極コモンコイル３０ｓを巻き回しするとともに、第２コア要素５６の傾斜突出部７８よりも先端側にＳ極誘導コイル２８ｓを巻き回ししている。
【００５３】
そして、図７、図１０に示すように、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを周方向に交互に配置して、環状に突き合わせている。この場合、隣り合うコア要素５４，５６のロータ側根元部６２，８２の周方向側面同士が周方向に接している。また、図９、図１０に示すように、周方向に隣り合う第１コア要素５４の傾斜突出部７８の先端部と第２コア要素５６の傾斜突出部７８の先端部とが、それぞれのピン孔８５を互いに軸方向に整合させる、すなわち軸方向に見て重畳させるように配置されている。
【００５４】
また、隣り合うコア要素５４，５６の互いの傾斜突出部７８を軸方向に見て重畳させた部分で、互いに軸方向に整合する複数のピン孔８５にピン部材である連結ピン８６が貫通され、すなわち挿入されている。各連結ピン８６のいずれかのコア要素５４（または５６）から外側に突出した一端部または両端部をかしめることで、連結ピン８６の抜け止めを図ることもできる。各連結ピン８６の一端部にのみかしめ部を形成する場合、各連結ピン８６の他端部には予め直径が他の部分よりも大きくなった頭部を一体に形成して抜け止めを図れるようにする。この場合、各連結ピン８６は、頭部と反対側を先にして対応する複数のピン孔８５に挿入し、ロータコア２４の軸方向端部から外側に突出した部分にかしめ部を形成する。各コア要素５４，５６は、連結ピン８６により連結ピン８６を中心とする揺動可能に連結されることもできる。なお、各連結ピン８６は、圧入により対応するピン孔８５に挿入されることもできる。
【００５５】
また、各コア要素５４，５６で積層した複数の板部材５８，６０の半円部７４を互いに軸方向に整合させ、軸方向に長い半円筒部を形成するとともに、隣り合うコア要素５４，５６同士の根元部で互いに対向する半円筒部を対向させて略円筒のピン係合部８７を形成している。すなわち、複数のコア要素５４，５６の周方向複数個所にピン係合部８７が配置されている。各ピン係合部８７にガタ減少ピン８８を挿入可能としている。このようにしてロータコア２４が形成される。
【００５６】
各コア要素５４，５６の胴体部７６、７７を積層した部分により、ロータコア２４の周方向に交互に配置されるＮ極形成突極３２ｎとＳ極形成突極３２ｓとが形成される。また、ロータコア２４の周方向複数個所で、複数の傾斜突出部７８を積層した部分により複数の磁束誘導部である補助突極４２が形成される。すなわち、図１２に示すように、複数枚の第１板部材５８の傾斜突出部７８を積層した部分により、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向方向両側面の軸方向複数個所から突出する複数の補助突極４２が形成されている。また、各コア要素５４，５６のロータ側根元部６２，８２を環状に突き合わせた部分により略環状のロータヨーク３３が形成される。この状態で、ロータコア２４は、軸方向に対し直交する断面で考えた場合に、軸方向の異なる位置に応じて、図１３〜１５の３つの異なる形状が形成される。図１３〜１５は、互いにロータコア２４の周方向の同じ範囲を示している。例えば、図１３の軸方向の１つの位置では、第１コア要素５４に第１板部材５８が配置され、第２コア要素５６に第２板部材６０が配置されている。図１４の軸方向の別の位置では、第１コア要素５４及び第２コア要素５６の両方に第２板部材６０が配置されている。図１５の軸方向のさらに別の位置では、第１コア要素５４に第２板部材６０が配置され、第２コア要素５６に第１板部材５８が配置されている。すなわち、図９に矢印δ方向で示すように、ロータコア２４を軸方向の片側から他側に向かって見た場合に、予め規定した複数枚の第１板部材５８を積層した部分と複数の第２板部材６０を積層した部分とが周方向（図９の左右方向）に隣り合い、その他側（図９の下側）に、１枚ずつの第２板部材６０を周方向に隣り合うように配置したものをそれぞれ積層している。また、その他側に、予め規定した複数枚の第２板部材６０を積層した部分と複数の第１板部材５８を積層した部分とが周方向に隣り合うものを積層し、その他側に、１枚ずつの第２板部材６０を周方向に隣り合うように配置したものを積層し、これを繰り返している。
【００５７】
図８に示すように、ロータコア２４の各スロット３４内で誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及びコモンコイル３０ｎ、３０ｓを配置した空間には樹脂が充填されている。このため、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓが固められるとともに、ロータコア２４からの各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの脱落が阻止される。また、ロータコア２４の外周面にカーボンファイバーにより形成される線材を巻き付けることもできる。この構成によれば、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの脱落がより有効に阻止される。
【００５８】
このようなロータコア２４を製造するために、本実施形態では次の製造方法を採用している。図１６は、本実施形態のロータの製造方法を示すフローチャートである。図１７は、図１６のＳ１０の鎖状連結体形成ステップで、鎖状連結体を形成した様子を示す図である。なお、以下の説明では、図１〜１５に示した要素と同一の要素には同一の符号を付して説明する。本実施形態のロータ１４の製造方法は、図１６に示すように、鎖状連結体形成ステップ、環状形成ステップ及びピン連結ステップを含む。鎖状連結体形成ステップ（Ｓ１０）は、図１７に示すように、複数ずつの第１コア要素５４及び第２コア要素５６を略直線状に並べて隣り合うように配置し、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で互いに軸方向に整合するピン孔８５に連結ピン８６を貫通させ、一端または両端をかしめる等により、複数のコア要素５４，５６が鎖状に連結される鎖状連結体１２８を形成する。
【００５９】
この場合、図１７に示す鎖状連結体１２８の各コア要素５４，５６の先端部に、対応する誘導コイル２８ｎ（または２８ｓ）を巻装し、各コア要素５４，５６の根元部に、対応するコモンコイル３０ｎ（または３０ｓ）を巻装する。例えば、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓは、空芯の巻き状態としたものを、対応するコア要素５４（または５６）に先端部側または根元部側から、胴体部７６（または７７）に向け軸方向に嵌合させることもできる。
【００６０】
次いで、図１６の環状形成ステップ（Ｓ１２）は、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士を連結ピン８６を中心として一端部である根元部６２，８２同士が近づくように相対的に回動させ、すなわち図１７の矢印方向に揺動させ、鎖状連結体１２８の両端に位置する２つのコア要素５４、５６が隣り合うように、鎖状連結体１２８を環状に形成する。
【００６１】
次いで、図１６のピン連結ステップ（Ｓ１４）は、鎖状連結体１２８の両端に位置する２つのコア要素５４，５６の互いに隣り合う２つの補助突極４２のうち、一方の補助突極４２及び他方の補助突極４２のピン未挿入のピン孔８５に連結ピン８６を貫通させ、一端または両端をかしめる等により、補助突極４２同士を連結することで各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓが設けられた環状のロータコア２４を形成する。
【００６２】
すなわち、ロータ１４の製造方法では、複数のコア要素５４，５６で、それぞれ隣り合う２つのコア要素５４，５６を、一部の２つの第１コア要素５４及び第２コア要素５６を除いて、連結ピン８６で連結し、各連結ピン８６を中心として隣り合う２つのコア要素５４，５６の一端部同士が近づくように、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で相対的に回動させ、複数のコア要素５４，５６の鎖状連結体１２８を環状に形成し、ロータコア２４を形成する。
【００６３】
また、図１に示すように、ロータ１４は、ロータコア２４の中心部に嵌合されたシャフト２５と、シャフト２５に固定された２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂとを含む。この場合、図７に示すように、シャフト２５の外周面の周方向複数個所に、上記で説明した外側凸部４６が形成されている。各外側凸部４６の軸方向長さは、例えばロータコア２４の軸長とほぼ同じか、またはこの軸長よりも少し長くする。各外側凸部４６は、各コア要素５４，５６の内側凹部７０に軸方向に嵌合される。このため、シャフト２５は、各外側側凸部４６をロータコア２４の各内側凹部７０に軸方向に嵌合させるように、ロータコア２４の内側に軸方向に嵌合されている。また、ロータコア２４にシャフト２５が嵌合された状態で、図８に示すように、隣り合うコア要素５４，５６の脚部６８同士を押し広げるように、複数のピン係合部８７に複数のガタ減少ピン８８が軸方向に押し込まれる、すなわち挿入されている。
【００６４】
さらに、図１に示すように、ロータコア２４の軸方向両側に配置されるように、２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂがシャフト２５の周囲に圧入等により嵌合固定され、さらに、ロータコア２４の軸方向両端に突き当てられている。各エンドプレート２６ａ、２６ｂの軸方向片側に、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓにおいて、ロータコア２４の軸方向両端よりも外側に配置されるコイルエンドを避ける凹部９０が形成されている。各エンドプレート２６ａ、２６ｂは非磁性材料で形成され、外周端部と内周端部との軸方向片側端部でロータコア２４に突き当てられている。例えば、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの外周部の軸方向端部は、各補助突極４２の連結部の軸方向端部に突き当てられることもできる。この場合、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの外周部の軸方向端部に、各連結ピン８６の端部でロータコア２４よりも軸方向に突出した部分を挿入保持する凹部が形成されることもできる。この場合、各連結ピン８６の両端部を軸方向両側の２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂに固定することもできる。
【００６５】
また、２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂの少なくとも一方のエンドプレート２６ａ（または２６ｂ）に第１ダイオード３８または第２ダイオード４０またはその両方のダイオード３８，４０が保持されている。ただし、本実施形態は、このような構成に限定せず、各ダイオード３８，４０はシャフト２５またはロータコア２４に直接または間接に固定されていればよい。このようにしてロータ１４が構成される。
【００６６】
このようにロータ１４で、ロータコア２４にシャフト２５を嵌合した後、隣り合うコア要素５４，５６同士の間にガタ減少ピン８８を挿入する前の状態では、隣り合うコア要素５４，５６間に、有限な微小隙間であるギャップが形成されている。そして、少なくともガタ減少ピン８８を隣り合うコア要素５４，５６間に挿入しない状態で、隣り合うコア要素５４，５６同士で圧縮応力及び引っ張り応力を発生させないようにしている。隣り合うコア要素５４，５６間にガタ減少ピン８８を押し込んだ状態では、ガタ減少ピン８８により隣り合うコア要素５４，５６間のガタと、シャフト２５及びロータコア２４の間のガタとを減少できる。
【００６７】
このようなロータ１４は、それぞれ鋼板である板部材が積層される積層体を含み、径方向に伸びるように設けられ、対応するコイル２８ｎ、３０ｎ（または２８ｓ、３０ｓ）が巻き回しされるそれぞれ複数ずつの第１コア要素５４及び第２コア要素５６を備える。また、複数のコア要素５４，５６は、隣り合う２つのコア要素５４，５６の間に、２つのコア要素５４，５６のうち、一方のコア要素である第１コア要素５４から互いに軸方向の間隔をあけて突出するように形成され、積層された第１板部材５８により形成され、磁性を有する一方磁束誘導部である複数の一方の補助突極４２を含んでいる。また、複数のコア要素５４，５６は、隣り合う２つのコア要素５４，５６の間に、２つのコア要素５４，５６のうち、他方のコア要素である第２コア要素５６から互いに軸方向の間隔をあけて突出するように形成され、積層された第１板部材５８により形成される他方補助突出部であり、磁性を有する他方磁束誘導部である複数の他方の補助突極４２を含んでいる。また、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で、複数の一方の補助突極４２と複数の他方の補助突極４２とのそれぞれに、互いに軸方向に整合するピン孔８５が形成され、各一方の補助突極４２と各他方の補助突極４２とのピン孔８５に連結ピン８６が貫通している。複数の一方の補助突極４２と複数の他方の補助突極４２とは、軸方向にずれるように、それぞれ１つずつ軸方向に関して交互に配置され、連結ピン８６により連結されている。
【００６８】
また、隣り合うコア要素５４，５６同士で、補助突極４２を形成する第１板部材５８と、補助突極のない第２板部材６０とは周方向に隣り合うように配置されるとともに、各補助突極４２の軸方向両端に位置する２枚の第１板部材５８の軸方向に、隙間１０２形成用の第２板部材６０が積層されている。
【００６９】
また、連結ピン８６は、樹脂等の非導電材料または非磁性ステンレス材等の非磁性金属等の非磁性材料により形成されている。なお、金属製のピンの外周面全体等の表面に樹脂等の非導電材料をコーティングすることで、連結ピン８６の表面のみに非導電材料を形成することもできる。
【００７０】
このようなロータ１４では、ロータコア２４は、複数のコア要素５４，５６を環状に連結することにより形成されているので、複数のコア要素５４，５６を環状に連結する前の段階で、各突極３２ｎ、３２ｓに、対応するコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓを容易に巻線することができ、巻線作業時間を短くでき、しかもスロット３４内でのコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの占積率、すなわち充填率の向上を図れる。また、スロット３４内でのコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの断面積を大きくすることで、銅損を低減でき、回転電機１０の性能向上を図れる。
【００７１】
特に、各突極３２ｎ、３２ｓは、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓの間に両側の突極３２ｎ、３２ｓから突出するように形成される補助突極４２を含んでいる。このため、ステータ１２で生成される回転磁界に含まれ、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交する高調波成分である空間高調波、例えば、時間３次である空間２次の高調波成分を、補助突極４２により有効に増大させることができる。例えば、ステータ１２で生成される起磁力分布の高調波成分の多くの磁束をステータ１２のティース１８から、補助突極４２を介して突極３２ｎ、３２ｓへ誘導して、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。また、高調波成分の多くの磁束をティース１８から突極３２ｎ、３２ｓを介して補助突極４２へ誘導して、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることもできる。このため、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交する磁束の磁束密度の変化を大きくし、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導される誘導電流を大きくでき、突極３２ｎ、３２ｓに形成される電磁石である磁極の磁力を強くできる。このため、ロータ磁力を増加させ、回転電機１０のトルクを向上できる。すなわち、ステータ１２（図１）で発生する磁束をロータコイルに多く鎖交させて、ロータコイルに生じる誘導電流を大きくできる。
【００７２】
また、ステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに流すステータ電流を小さくしても所望のトルクを得られるので、銅損を低減でき、効率向上を図れる。この結果、回転電機１０のトルク及び効率を向上させることができる。このように突極３２ｎ、３２ｓの周方向側面に直接、磁性材製の補助突極４２を突出させ、突極３２ｎ、３２ｓと補助突極４２とが直接磁気的に接続されることで、磁路が形成されるようにするので、誘導コイル２８ｎ、２８ｓへの鎖交磁束を増大でき、回転電機１０のトルク及び効率を向上できる。
【００７３】
しかも、各補助突極４２は、各コア要素５４，５６との接続側である根元側から先端に向かうに従って径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。このため、各補助突極４２の先端部の位置に応じてステータ１２で発生する空間高調波の必要な磁束成分を効率よく補助突極４２からＮ極形成突極３２ｎまたはＳ極形成突極３２ｓに誘導して、補助突極４２よりも径方向外側に配置された誘導コイル２８ｎ、２８ｓに効率よく多くの磁束を鎖交させ、回転電機１０のトルク及び効率を向上させることができる。
【００７４】
また、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で、複数の一方の補助突極４２と複数の他方の補助突極４２とのそれぞれに、互いに軸方向に整合するピン孔８５が形成され、各一方の補助突極４２と各他方の補助突極４２とのピン孔８５に連結ピン８６が貫通している。このため、補助突極４２により誘導コイル２８ｎ、２８ｓへの鎖交磁束量を増大させつつ、ロータ回転時に作用する遠心力により連結された補助突極４２同士が径方向外側にずれることを有効に防止でき、ロータコア２４の位置精度及び強度の向上を図れる。また、各補助突極４２の内側にコモンコイル３０ｎ、３０ｓが配置されているので、各コモンコイル３０ｎ、３０ｓが遠心力に対して径方向外側に飛び出すことをより有効に抑制できる。しかも補助突極４２は、磁路を形成し磁束誘導機能を有するので、補助突極４２同士のずれ防止や、コモンコイル３０ｎ、３０ｓの飛び出し抑制のための専用の固定部品を設ける必要がない。
【００７５】
なお、各連結ピン８６は、遠心力に対して各連結ピン８６に補助突極４２から作用するせん断力に十分に耐えうる太さに設計することが好ましい。
【００７６】
また、各連結ピン８６の両端部を２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂに圧入等により保持固定し、互いに隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの補助突極４２同士を連結ピン８６を介して互いに固定することもできる。この構成によれば、補助突極４２同士の強度をより向上でき、ロータ回転時にコモンコイル３０ｎ、３０ｓに遠心力が作用するのにもかかわらず、結合強度の高い隣り合う補助突極４２により、コモンコイル３０ｎ、３０ｓの径方向外側への飛び出しをより有効に抑制できる。したがって、より高回転でロータ１４を含む回転電機１０を運転でき、出力向上を図れる。
【００７７】
また、図９に示すように、スロット３４内で隣り合うコア要素５４，５６同士で、各補助突極４２の先端部同士の間に軸方向の隙間１０２を形成している。このため、図９の破線矢印で示すように隣り合う補助突極４２に回転電機１０のトルクに寄与しないループ磁束が流れようとする際に、隙間１０２がループ磁束の磁気抵抗となる。「ループ磁束」とは、隣り合うＮＳ極間である２つの突極３２ｎ、３２ｓの間で、隣り合う補助突極４２と、ロータヨーク３３とを通過してループするように形成される磁束である。図９に示す例では、上記の隙間１０２により、ループ磁束のループ経路が形成されるのをより有効に抑制できる。したがって、ステータ１２から出る多くの磁束をロータ１４を通ってステータ１２に戻すことができ、回転電機１０のトルクの向上と、損失低減とをより有効に図れる。
【００７８】
なお、各突極３２ｎ、３２ｓに形成する各補助突極４２の軸方向厚さである、第１板部材５８の積層厚さは、各補助突極４２同士で同じとすることが好ましい。この構成を採用することで、各突極３２ｎ、３２ｓの板部材５８，６０の積層方向で磁束を均一にできる。逆にいえば、補助突極４２の積層厚さが大きく異なり、補助突極４２同士で流れる磁束が偏ると、磁気飽和を生じて全体の磁束量が減少しやすくなり、トルクの低下や損失の増大を招く要因となる。上記の好ましい構成によれば、このような不都合をより有効に防止できる。
【００７９】
また、各連結ピン８６は、非磁性ステンレス材、または樹脂等の非磁性材料により形成されているので、各連結ピン８６に磁束が通過せず、渦電流損失等の損失を増加させることがない。また、各連結ピン８６を介して隣り合う補助突極４２同士でループ磁束が流れるのをより有効に抑制できる。また、各連結ピン８６を樹脂製とする等により、各連結ピン８６の少なくとも外周面等の表面を非導電材料により形成することで、より有効に損失低減を図れる。なお、各コア要素５４，５６の根元部同士の間に配置する各ガタ減少ピン８８も、非磁性ステンレス材、または樹脂等の非磁性材料により形成したり、少なくとも外周面等の表面を樹脂等の非導電材料により形成することもできる。
【００８０】
また、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士で補助突極４２の交互配置の数が多くなるほど連結ピン８６に加わるせん断力を低減でき、連結ピン８６のピン径を小さくできる。このため、補助突極４２同士の連結部を小型化できる。この結果、各スロット３４での各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの断面積を大きくすることで、コイル抵抗をより低減でき、銅損をより低減できる。また、補助突極４２同士の連結部を通って、ＮＳ極間である隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ間に漏れる磁束を低減でき、トルク増加効果を期待できる。
【００８１】
また、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの凹部９０（図１）にコイルエンドを配置し、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの外周端部の径方向内側にコイルエンドを配置することで、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの遠心力に対する保持強度を向上できる。
【００８２】
また、本実施形態のロータの製造方法によれば、複数のコア要素５４，５６で、それぞれ隣り合う２つのコア要素５４，５６を、一部の２つのコア要素である第１コア要素５４及び第２コア要素５６を除いて、連結ピン８６で連結し、各連結ピン８６を中心として隣り合う２つのコア要素５４，５６の一端部同士が近づくように、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で相対的に回動させ、複数のコア要素５４，５６の鎖状連結体１２８を環状に形成し、ロータコア２４を形成する。このため、ロータ１４を容易に製造できるとともに、鎖状連結体１２８の状態で各コア要素５４，５６の周囲に容易にコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓを配置でき、各スロット３４内でのコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの占積率の向上を図れる。また、各スロット３４内でのコイルの断面積を向上することで、銅損を低減でき、回転電機１０の効率向上を図れる。
【００８３】
なお、本実施形態のロータ１４は、上記の製造方法により製造する場合に限定せず、他の製造方法で製造することもできる。例えば、複数のコア要素５４，５６を分離させた状態で、各コア要素５４，５６に、対応するコイルを巻き回しし、その状態で、ロータ１４の径方向外側となる側から径方向内側となる側へ各コア要素５４，５６を近づけるように移動させることで環状に配置することもできる。この場合、隣り合うコア要素５４，５６同士の補助突極４２同士で整合したピン孔８５に連結ピン８６を貫通させ、複数のコア要素５４，５６同士を連結して、各コイルが設けられたロータコア２４を形成する。
【００８４】
なお、第１板部材５８及び第２板部材６０の配置関係及び積層枚数は上記の図９等で説明したものに限定しない。例えば、図１８は、本実施形態において、複数の板部材の配置の別例を示す、図９に対応する図である。図１８の別例では、各コア要素５４，５６で、第１板部材５８の積層枚数と第２板部材６０の積層枚数とを同じとし、第１板部材５８の傾斜突出部７８の先端部同士が軸方向に接触している。また、各傾斜突出部７８の積層部分により補助突極４２が形成される。すなわち、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの補助突極４２の先端部同士が軸方向に交互に積層され、連結ピン８６を介して連結されている。また、上記の実施形態と同様に、各連結ピン８６の両端部を２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂ（図１参照）に保持固定し、互いに隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの補助突極４２同士を連結ピン８６を介して互いに固定することもできる。また、各突極３２ｎ、３２ｓに巻き回しされるコモンコイル３０ｎ、３０ｓは、対応する補助突極４２の径方向内側に配置されている。この構成の場合には、隣り合う補助突極４２の固定強度をさらに高くできる。
【００８５】
なお、図１８の別例では、図９の構成の場合と異なり、軸方向に隣り合う補助突極４２同士の間に隙間１０２（図９）は形成されない。このため、各補助突極４２を介して隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間で、それぞれの補助突極４２とロータヨーク３３（図７参照）とを介して、回転電機のトルクに寄与しない磁束がループするループ経路が形成されやすくなる。このため、図１８の別例では、回転電機のトルクの向上及び損失低減を図れるという効果が、図９の構成の場合に比べて劣る。ただし、図１８の別例では、磁束がループ経路を形成しようとしても隣り合う補助突極４２で磁束が軸方向に流れる必要があり、磁気抵抗が大きくなるので、周方向に隣り合う補助突極４２同士を軸方向同位置で連結させる構成の場合に比べてループ経路は形成されにくくい。このため、図１８の別例の場合も、トルク向上及び損失低減の効果を得られる。
【００８６】
なお、図示は省略するが、第１コア要素５４で第１板部材５８と第２板部材６０とを１枚ずつ交互に配置し、周方向で第１板部材５８同士が隣り合わないように、第２コア要素５６で第１板部材５８と第２板部材６０とを１枚ずつ交互に配置することもできる。この場合、補助突極４２となる各傾斜突出部７８の先端部が、第１コア要素５４と第２コア要素５６とで軸方向の交互に配置され、交互に積層される。このように、各コア要素５４，５６で、傾斜突出部７８を有する第１板部材５８と補助突極のない第２板部材６０とは交互に配置されるが、それぞれの板部材５８，６０の枚数は種々の数とすることができる。例えば、各コア要素５４，５６で、２枚の第１板部材５８と４枚の第２板部材６０とを交互に積層したり、軸方向位置に応じてそれぞれの積層枚数を異ならせることもできる。
【００８７】
また、上記の実施形態では、補助突極４２を形成する傾斜突出部７８を含めて各第１板部材５８及び各第２板部材６０の全体を、電磁鋼板等の磁性を有する鋼板により形成する場合を説明した。ただし、各第１板部材５８の周方向片側または周方向他側の傾斜突出部７８の代わりに、各第１板部材の周方向側面から樹脂または非磁性の金属である非磁性材料製の補助突出板部を突出させることもできる。この場合、複数のコア要素５４，５６において、隣り合う２つのコア要素５４，５６の間に一方のコア要素から磁束誘導部である補助突極４２が突出し、他方のコア要素から非磁性の補助突出板部により形成される補助突出部が突出するようにする。また、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士の補助突極４２と非磁性の補助突出部とに軸方向に整合するピン孔を形成し、ピン孔に連結ピン８６を貫通することで、隣り合う補助突極４２及び補助突出部同士を連結する。この場合、各突極の周方向片側のみから補助突極４２を突出させる。この場合でも、ロータの正方向回転時または逆方向回転時にステータで発生する磁束をロータコイルに多く鎖交させて、ロータコイルに生じる誘導電流を大きくできる。
【００８８】
［第２の実施形態］
図１９は、本発明の第２の実施形態のロータを製造する途中の様子を示す図であって、複数の誘導コイルを巻き回しした複数のコア要素を直線状に伸ばして連結して鎖状連結体１２８を形成し、複数のコア要素に複数のコモンコイルを嵌合させる様子を示す図である。図２０は、２つのコア要素を図１９の矢印Ｇ方向に見て、軸方向一部を示す図である。図２１は、一部を省略して示す、図２０のＨ部拡大図である。
【００８９】
本実施形態では、図示しないロータは、周方向に交互に配置された第１コア要素１０６及び第２コア要素１０８と、複数のコア要素１０６，１０８の内側に軸方向に嵌合固定された図示しないシャフトとを備える。シャフトの外周面の周方向複数個所には、軸方向両端に通じる凹部が形成されている。各コア要素１０６，１０８は、電磁鋼板であり、両手鋼板である第１板部材１１０と、電磁鋼板であり、第２両手鋼板である第２板部材１１２を、複数ずつ交互に積層することにより形成されている。第１板部材１１０は、上記の第１の実施形態で使用していた第１板部材５８と同様に、胴体部７６と、胴体部７６のシャフト結合側の根元部１１４とを有し、根元部１１４をシャフトの外周面の凹部に軸方向に嵌合可能としている。胴体部７６の長さ方向中間部の幅方向両側面から磁束誘導板部である、傾斜突出部１１６を、ロータの周方向に対し傾斜する方向に突出させている。各傾斜突出部１１６の先端部に、ピン部材である連結ピン８６を挿入可能なピン孔が形成されている。
【００９０】
第２板部材１１２は、上記の第１板部材１１０の胴体部７６及び根元部１１４とそれぞれ同一形状の第２胴体部１１８と第２根元部１２０とを有し、第２胴体部１１８の長さ方向中間部の周方向両側面から第２磁束誘導板部である、第２傾斜突出部１２２が形成されている。ただし、第２傾斜突出部１２２は、傾斜突出部１１６よりも短くし、第１板部材１１０及び第２板部材１１２をロータの軸方向同位置に配置した状態で、第２傾斜突出部１２２の先端部が、第１板部材の傾斜突出部１１６と微小隙間を介して対向するようにしている。第２傾斜突出部１２２の先端部にはピン孔が形成されない。第１板部材１１０と第２板部材１１２とをそれぞれ複数積層し、それを交互に積層して第１コア要素１０６と第２コア要素１０８とをそれぞれ形成する。図２１に示すように、第１コア要素１０６と第２コア要素１０８とでは、軸方向同位置で第１板部材１１０同士が周方向に隣り合わないようにしている。また、第１板部材１１０の積層枚数は、第２板部材１１２の積層枚数よりも少なくしている。第１コア要素１０６の積層された胴体部７６はＮ極形成突極３２ｎを形成し、第２コア要素１０８の積層された第２胴体部１１８はＳ極形成突極３２ｓを形成する。
【００９１】
ロータを製造する場合、図１９〜２１に示すように、第１コア要素１０６と第２コア要素１０８とを１つずつ交互に直線状に並んで配置し、隣り合う各コア要素１０６，１０８同士で軸方向に整合するピン孔に連結ピン８６を挿入することで、鎖状連結体１３０を形成する。この状態で、各コア要素１０６，１０８の周囲に、対応する誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及びコモンコイル３０ｎ、３０ｓを巻き回しする。この場合、図１９に矢印Ｘで示すように、各コア要素１０６，１０８の根元側から胴体部７６，１１８に向けて対応するコモンコイル３０ｎ、３０ｓを嵌合させる。そして、連結ピン８６を中心として隣り合うコア要素１０６，１０８同士を相対的に回動させ、すなわち揺動させつつ、複数のコア要素１０６，１０８を環状に配置し、両端に位置する２つのコア要素１０６，１０８の軸方向に整合するピン孔に１つの連結ピン８６を挿入して、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓが設けられて、環状に連結されたロータコアを形成する。このロータコアの中心部に、シャフトの凹部と各コア要素の根元部１１４，１２０とを嵌合させつつ、シャフトを軸方向に嵌合させることで、ロータを形成する。第１コア要素１０６の傾斜突出部１１６及び第２傾斜突出部１２２の積層部分により軸方向に長い補助突極１２４が形成され、第２コア要素１０８の傾斜突出部１１６及び第２傾斜突出部１２２の積層部分により軸方向に長い第２補助突極１２６が形成される。
【００９２】
図２１に示すように、それぞれ先端部で軸方向に関して交互に配置される複数の補助突極１２４，１２６は、連結ピン８６を介して連結されるとともに、一方の突極３２ｎ側の補助突極１２４と他方の突極３２ｓ側の補助突極１２６とが、厚さｄ１を有する軸方向の隙間１０４（図２１）を介して交互に配置されている。すなわち、隣り合うコア要素１０６，１０８同士で、補助突極１２４，１２６を形成する第１板部材１１０は、補助突極のない第２板部材１１２と周方向に隣り合うように配置されており、各補助突極１２４，１２６の積層された傾斜突出部１１６の軸方向両端に位置する２枚の第１板部材１１０の軸方向に、隙間１０４形成用の第２板部材１１２が積層されている。
【００９３】
このようなロータでも、隣り合う２つのコア要素１０６，１０８同士で、複数の一方の補助突極である補助突極１２４と複数の他方の補助突極である第２補助突極１２６とのそれぞれに、互いに軸方向に整合するピン孔が形成され、各補助突極１２４と各第２補助突極１２６とのピン孔に連結ピン８６が貫通している。このため、補助突極１２４，１２６により誘導コイル２８ｎ、２８ｓへの鎖交磁束量を増大させつつ、ロータ回転時に作用する遠心力にかかわらず、ロータコアの位置精度及び強度の向上を図れる。また、各補助突極１２４，１２６の内側にコモンコイル３０ｎ、３０ｓが配置されているので、各コモンコイル３０ｎ、３０ｓが遠心力に対して径方向外側に飛び出すことをより有効に抑制できる。しかも補助突極４２は、磁路を形成し磁束誘導機能を有するので、補助突極１２４，１２６同士のずれ防止や、コモンコイル３０ｎ、３０ｓの飛び出し抑制のための専用の固定部品を設ける必要がない。
【００９４】
また、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの一方の突極３２ｎに形成される一方の補助突極１２４と、他方の突極３２ｓに形成される他方の補助突極１２６とが、隙間１０４を介して軸方向に交互に配置されている。このため、図２１に破線矢印で示すように各補助突極１２４，１２６同士の間でループ磁束が通過しようとする際に、磁気抵抗が大きくなるので、ループ磁束の発生を抑制でき、回転電機のトルク向上及び損失低減を図れる。なお、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、隙間１０４形成用の第２板部材１１２を省略して、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ間に形成される補助突極４２同士を先端部で軸方向に交互いに積層することもできる。その他の構成及び作用は、上記の第１の実施形態と同様である。
【００９５】
［第３の実施形態］
図２２は、本発明の第３の実施形態のロータを構成するロータコア２４を示す斜視図である。図２３は、図２２のロータコア２４の軸方向一部を構成する複数の第１板部材９６を示す図である。図２４は、図２２のロータコア２４の軸方向一部を構成する複数の第２板部材６０を示す図である。図２５は、図２２のロータコア２４の軸方向一部を構成する複数の第３板部材９８を示す図である。
【００９６】
図２２に示すように、本実施形態のロータを構成するロータコア２４では、上記の図１〜１７の第１の実施形態で使用していた、両側に傾斜突出部７８を有する第１板部材５８（図８、図１３等参照）を使用していない。すなわち、ロータコア２４は、図２３に示す複数の第１板部材９６と、図２４に示す複数の第２板部材６０と、図２５に示す複数の第３板部材９８とにより形成されている。片手鋼板である図２３の第１板部材９６は、上記の第１板部材５８において、胴体部７６の周方向片側面のみから傾斜突出部７８を突出させている。第２片手鋼板である図２５の第３板部材９８は、上記の第１板部材５８において、胴体部７６の周方向他側面のみから傾斜突出部７８を突出させている。これに対して、両手なし鋼板である図２４の第２板部材６０は、上記の第１の実施形態で使用していた第２板部材６０と同様の形状を有する。
【００９７】
図２２のロータコア２４は、それぞれ複数ずつのロータコア要素である、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを含む。ロータコア２４は、Ｎ極形成突極３２ｎを有する第１コア要素５４と、Ｓ極形成突極３２ｓを有する第２コア要素５６とを周方向に１つずつ交互に配置し、環状に連結することにより形成されている。各コア要素５４，５６は、第１板部材９６と第２板部材６０と第３板部材９８とを１枚ずつ順に積層しそれを繰り返すか、または複数枚の第１板部材９６と１枚の第２板部材６０と複数枚の第３板部材９８とを順に積層しそれを繰り返すことにより形成されている。この場合、各コア要素５４，５６での軸方向同位置に配置される板部材９６，６０，９８は、各コア要素５４，５６同士で同種類としている。そして各板部材９６，６０，９８の積層体を環状に並べて、隣り合う積層体のロータ側根元部１００の周方向側面同士を周方向に接触させている。また、各スロット３４（図２２）内に配置される隣り合うコア要素５４，５６の傾斜突出部７８の先端部を軸方向に見て重畳させるように配置し、互いのピン孔８５を整合させている。これにより、ロータコア２４が形成される。ロータコア２４では、周方向の交互に第１コア要素５４と第２コア要素５６とが配置されている。
【００９８】
図示しないロータでは、第１コア要素５４にＮ極誘導コイル２８ｎとＮ極コモンコイル３０ｎ（図８等参照）とが巻き回しされ、第２コア要素５６にＳ極誘導コイル２８ｓとＳ極コモンコイル３０ｓ（図８等参照）とが巻き回しされている。隣り合う第１コア要素５４及び第２コア要素５６の互いに整合させたピン孔８５にピン部材である連結ピン８６（図８等参照）が挿入されている。また、シャフト２５（図８等参照）の外側凸部４６を各コア要素５４，５６の内側凹部７０に軸方向に嵌合させるように、ロータコア２４にシャフト２５が嵌合されている。この状態で、隣り合うコア要素５４，５６同士のロータ側根元部１００の周方向側面の半円部７４により形成される略円筒状のピン係合部８７に、ガタ減少ピン８８（図８等参照）がそれぞれの脚部６８を押し広げるように、軸方向に挿入されている。
【００９９】
また、複数の補助突極４２を有する各突極３２ｎ、３２ｓは、それぞれ複数ずつの第１板部材９６と第２板部材６０とを含む積層体により形成されており、複数の補助突極４２のうち、周方向片側の補助突極４２は、複数の第１板部材９６が有する複数の傾斜突出部７８により形成されている。また、複数の補助突極４２のうち、周方向他側の補助突極４２は、複数の第３板部材９８が有する複数の傾斜突出部７８により形成されている。すなわち、複数の補助突極４２は、複数の第１板部材９６が有する複数の傾斜突出部７８の積層と、複数の第３板部材９８が有する複数の傾斜突出部７８の積層とにより形成されている。
【０１００】
このようなロータの場合も、上記の第１の実施形態と同様に、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士で、複数の一方の補助突極４２と複数の他方の補助突極４２とのそれぞれに、互いに軸方向に整合するピン孔８５が形成され、各一方の補助突極４２と各他方の補助突極４２とのピン孔８５に連結ピン８６（図８等参照）が貫通している。このため、補助突極４２により誘導コイル２８ｎ、２８ｓ（図８等参照）への鎖交磁束量を増大させつつ、ロータ回転時の遠心力の作用にかかわらず、ロータコア２４の位置精度及び強度の向上を図れる。また、各補助突極４２の内側にコモンコイル３０ｎ、３０ｓ（図８等参照）が配置されているので、各コモンコイル３０ｎ、３０ｓが遠心力に対して径方向外側に飛び出すことをより有効に抑制できる。しかも補助突極４２は、磁路を形成し磁束誘導機能を有するので、補助突極４２同士のずれ防止や、コモンコイル３０ｎ、３０ｓの飛び出し抑制のための専用の固定部品を設ける必要がない。
【０１０１】
また、本実施形態のロータの製造方法も、複数のコア要素５４，５６で、それぞれ隣り合う２つのコア要素５４，５６を、一部の２つのコア要素である第１コア要素５４及び第２コア要素５６を除いて、連結ピン８６で連結し、各連結ピン８６を中心として隣り合う２つのコア要素５４，５６の一端部同士が近づくように、隣り合う２つのコア要素５４，５６同士を相対的に回動させ、複数のコア要素５４，５６の鎖状連結体（図示せず）を環状に形成し、ロータコア２４を形成する方法を採用できる。
【０１０２】
なお、本実施形態において、第１板部材９６と第３板部材９８とを同じ形状の１種類の金属板により形成し、表裏を逆にして第１板部材９６と第３板部材９８とに区別することもできる。また、ロータコア２４において、第２板部材６０を省略することもできる。例えば、第１板部材９６と第３板部材９８とを１枚ずつまたは複数枚ずつ交互に積層することで複数の積層体を形成し、複数の積層体を環状に連結することでロータコアを形成することもできる。また、別例のロータとして、各コア要素は、片側のみに傾斜突出部７８を有する片手鋼板である第１板部材９６と、両手なし鋼板である第２板部材６０との２種類のみを含む積層体により形成し、各突極の周方向片側のみから補助突極４２が突出する構成を採用することもできる。
【０１０３】
なお、上記の各実施形態では、各突極３２ｎ、３２ｓに、補助突極４２で分離された誘導コイル２８ｎ、２８ｓとコモンコイル３０ｎ、３０ｓとを巻き回している場合を説明した。ただし、本発明はこれに限定するものではない。例えば、各突極３２ｎ、３２ｓにそれぞれ単一のコイルを巻き回しし、各コイルの両端を、隣り合うコイル同士で順方向が異なるダイオードで短絡させ、各コイルに流れる誘導電流により、周方向複数個所に配置された複数の突極３２ｎ、３２ｓの先端にＮ極とＳ極とが交互に形成されるようにすることもできる。また、上記の各実施形態では、磁束誘導部である補助突極を、ロータの周方向に対し傾斜する方向に、ティースである突極３２ｎ、３２ｓから突出させる場合を説明したが、本発明はこれに限定しない。例えば、磁束誘導部は、一部が曲線形状を有するものでもよい。
【０１０４】
以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  回転電機、１２  ステータ、１４  ロータ、１６  ステータコア、１８  ティース、２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ  ステータコイル、２２  スロット、２４  ロータコア、２５  シャフト、２６ａ、２６ｂ  エンドプレート、２８ｎ  Ｎ極誘導コイル、２８ｓ  Ｓ極誘導コイル、３０ｎ  Ｎ極コモンコイル、３０ｓ  Ｓ極コモンコイル、３２ｎ  Ｎ極形成突極、３２ｓ  Ｓ極形成突極、３３  ロータヨーク、３４  スロット、３６  コモンコイル組、３８  第１ダイオード、４０  第２ダイオード、４２  補助突極、４４  鍔部、４６  外側凸部、４８  シャフト側根元部、５０  シャフト側先端部、５２  最大幅部分、５４  第１コア要素、５６  第２コア要素、５８  第１板部材、６０  第２板部材、６２  第１ロータ側根元部、６４  第１ロータ側先端部、６６  基部、６８  脚部、７０  内側凹部、７２  幅広部、７４  半円部、７６  胴体部、７７  第２胴体部、７８  傾斜突出部、８０  周方向突出部、８２  第２ロータ側根元部、８４  第２ロータ側先端部、８５  ピン孔、８６  連結ピン、８７  ピン係合部、８８  ガタ減少ピン、９０  凹部、９２  外側凹部、９４  内側凸部、９６  第１板部材、９８  第３板部材、１００  ロータ側根元部、１０２，１０４  隙間、１０６  第１コア要素、１０８  第２コア要素、１１０  第１板部材、１１２  第２板部材、１１４  根元部、１１６  傾斜突出部、１１８  第２胴体部、１２０  第２根元部、１２２  第２傾斜突出部、１２４  補助突極、１２６  第２補助突極、１２８，１３０  鎖状連結体。
【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】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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