(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機のロータであって、
ロータコアと、
前記ロータコア内に設けられた一対以上のロータ磁極対と、
前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてロータ径方向に延びるように前記ロータコアに巻回され、１以上の閉路を構成するキャンセルコイルと、
を備え、
前記キャンセルコイルは、Ｎ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＮ極要素コイルと、Ｓ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＳ極要素コイルと、を含み、
各閉路は、１以上のＮ極要素コイルと、１以上のＳ極要素コイルと、を直列に接続して構成される、
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
請求項１に記載のロータであって、
前記一つの閉路に含まれる前記１以上のＮ極要素コイルと、前記一つの閉路に含まれる前記１以上のＳ極要素コイルは、前記ロータの回転中心を中心として、対を成す磁極間で、電気的に回転対称に配置されている、ことを特徴とするロータ。
【請求項３】
回転電機のロータであって、
ロータコアと、
前記ロータコア内に設けられた一対以上のロータ磁極対と、
前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてロータ径方向に延びるように前記ロータコアに巻回され、１以上の閉路を構成するキャンセルコイルと、
を備え、
前記キャンセルコイルは、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてＮ極のロータ磁極を径方向に横断するように前記Ｎ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＮ極要素コイル、および、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてＳ極のロータ磁極を径方向に横断するように前記Ｓ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＳ極要素コイルの一方のみを含む、
ことを特徴とするロータ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のロータであって、
前記キャンセルコイルは、一つのロータ磁極の周囲に巻回された複数の要素コイルを含み、
前記一つのロータ磁極の周囲に巻回された複数のキャンセルコイルは、前記ロータの回転中心と前記一つのロータ磁極の周方向中心とを結ぶ仮想線を挟んで、電気的に線対称に配置されている、ことを特徴とするロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータコアと１以上の磁極対とを備えた回転電機のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、三相回転電機が広く知られている。かかる三相回転電機は、ステータとロータとを有しており、ロータは、その中心に回転軸が装着されている。回転軸は、軸受を介してハウジングに回転自在に取り付けられており、ステータコイルへの通電に伴い、ロータとともに回転する。ステータは、ステータコアと当該ステータコアに巻回されたステータコイルとを有しており、ステータコイルは、三相のコイル、すなわち、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを有している。この三相のコイルに、三相交流電流を印加することで、回転磁界が生成され、ロータが回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の回転電機では、回転軸を軸支する軸受の電食が生じるという問題があった。これについて図１７を参照して説明する。図１７は、従来の回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０では、その内部において磁気的なアンバランスが生じると、回転軸１６の周囲に電気周期高次の磁束（以下「不平衡磁束５０」と呼ぶ）が発生する。そして、不平衡磁束５０に起因して、回転軸１６の両端には、電圧（以下「軸電圧」と呼ぶ）が誘導される。図１８は、軸電圧ＶＳとＵ相コイルに流れる電流（Ｕ相電流ＡＵ）との波形の一例を示すグラフである。図１８に示す通り、軸電圧ＶＳは、基本波の３倍の周波数をもつ三次高調波電圧となる。軸電圧ＶＳは、回転軸１６およびハウジング１８を介して回転中の軸受１９の内外輪に印加される。軸受１９の内外輪は、潤滑油膜で絶縁されているが、当該潤滑油膜は、数μｍと薄いため、一定以上の電圧（数Ｖ程度）が印加されると、絶縁破壊する。軸受１９の内外輪の絶縁が破壊されると、図１７において破線で示す通り、「回転軸１６−軸受１９−ハウジング１８−回転軸１６」の循環経路で誘導電流５２が流れる。このとき、ジュール損は、絶縁破壊部、すなわち、軸受１９に集中するため、軸受１９の電食が進行するという問題があった。
【０００５】
特許文献１には、こうした軸受の電食を抑制するために、回転軸およびハウジングを機械的に連結する導体部材を別途設ける技術が開示されている。かかる構成とすることで、誘導電流は、軸受よりもインピーダンスの小さい導体部材に支配的に流れるため、軸受の電食を抑制できる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、導体部材を別途設ける必要があり、回転軸、ハウジング、回転出力部に構造的な制約が生じ、設計の自由度が低くなったり、回転電機全体のサイズや重量、コストが増加したりという別の問題を招いていた。
【０００７】
そこで、本発明では、回転軸およびハウジングを連結する導体部材を設けることなく、軸受の電食を抑制できる回転電機のロータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコア内に設けられた一対以上のロータ磁極対と、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてロータ径方向に延びるように前記ロータコアに巻回され、１以上の閉路を構成するキャンセルコイルと、を備え、前記キャンセルコイルは、Ｎ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＮ極要素コイルと、Ｓ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＳ極要素コイルと、を含み、各閉路は、１以上のＮ極要素コイルと、１以上のＳ極要素コイルと、を直列に接続して構成される、ことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成とすることで、周方向に流れる不平衡磁束に起因して、キャンセルコイルには、三次の誘導電圧が誘導される。そして、この誘導電圧により、キャンセルコイルには、誘導電流が流れ、この誘導電流は、不平衡磁束を打ち消す向きの磁束を発生させる。そして、これにより、不平衡磁束が低減され、ひいては、軸受の電食が抑制される。
【００１１】
各要素コイルには、三次の誘導電圧だけでなく、六次の誘導電圧も誘導される。上記の構成とすることで、Ｎ極要素コイルに誘導される六次の誘導電圧と、Ｓ極要素コイルに誘導される六次の誘導電圧と、が互いに打ち消し合う。その結果、閉路には、六次の誘導電流が流れず、比較的小さな三次の誘導電流のみが流れることとなる。そして、これにより、キャンセルコイルからの発熱や、キャンセルコイルの大型化を防止できる。
【００１２】
この場合、前記一つの閉路に含まれる前記１以上のＮ極要素コイルと、前記一つの閉路に含まれる前記１以上のＳ極要素コイルは、前記ロータの回転中心を中心として、対を成す磁極間で、電気的に回転対称に配置されている、ことが望ましい。
【００１３】
かかる構成とすることで、一つの閉路内に含まれるＮ極要素コイルと、Ｓ極要素コイルの磁気的作用を同じにすることができ、六次の誘導電流をより確実に防止できる。
【００１４】
他の本発明である回転電機のロータは、ロータコアと、前記ロータコア内に設けられた一対以上のロータ磁極対と、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてロータ径方向に延びるように前記ロータコアに巻回され、１以上の閉路を構成するキャンセルコイルと、を備え、前記キャンセルコイルは、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてＮ極のロータ磁極を径方向に横断するように前記Ｎ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＮ極要素コイル、および、前記ロータコアのロータ軸方向外側位置においてＳ極のロータ磁極を径方向に横断するように前記Ｓ極のロータ磁極の周囲に巻回された１以上のＳ極要素コイルの一方のみを含む。
【００１５】
かかる構成とすれば、複数の要素コイルに誘導された六次の誘導電流に起因するキャンセル磁束の流れの向きが同じになるため、キャンセル磁束の磁路の磁気抵抗が小さくなる。その結果、要素コイルに誘導される六次の誘導電流が小さくなり、キャンセルコイルからの発熱や、キャンセルコイルの大型化を防止できる。
【００１６】
他の好適な態様では、前記キャンセルコイルは、一つのロータ磁極の周囲に巻回された複数の要素コイルを含み、前記一つのロータ磁極の周囲に巻回された複数のキャンセルコイルは、前記ロータの回転中心と前記一つのロータ磁極の周方向中心とを結ぶ仮想線を挟んで、電気的に線対称に配置されている。
【００１７】
かかる構成とすることで、電磁気的なバランスが取れるため、より安定的に、不平衡磁束を低減できる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、周方向に流れる不平衡磁束に起因して、キャンセルコイルには、三次の誘導電圧が誘導される。そして、この誘導電圧により、キャンセルコイルには、誘導電流が流れ、この誘導電流は、不平衡磁束を打ち消す向きの磁束を発生させる。そして、これにより、不平衡磁束が低減され、ひいては、軸受の電食が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態である回転電機の横断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】キャンセルコイルの結線図である。
【図４】比較例のキャンセルコイルの結線図である。
【図５】三次の誘導電圧を示すグラフである。
【図６】軸電圧を示すグラフである。
【図７】六次の誘導電圧を示すグラフである。
【図８】誘導電流を示すグラフである。
【図９】第二実施形態におけるロータの横断面図である。
【図１０】図９のロータに設けられたキャンセルコイルの結線図である。
【図１１】他のロータの一例を示す図である。
【図１２】他のロータの一例を示す図である。
【図１３】要素コイルの巻回方式の一例を示す図である。
【図１４】要素コイルの巻回方式の他の一例を示す図である。
【図１５】他のロータの一例を示す図である。
【図１６】他のロータの一例を示す図である。
【図１７】従来の回転電機の縦断面図である。
【図１８】従来の回転電機でのＵ相電流と、軸電圧とを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態である回転電機１０の横断面図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。なお、以下の図面では、見易さのために、キャンセルコイル３２を比較的大きく図示しているが、キャンセルコイル３２は、実際には、より小さい。また、以下の説明において、「軸方向」、「周方向」、「径方向」とは、ロータ１２の軸方向、周方向、径方向の意味である。
【００２１】
回転電機１０は、ロータ１２と、ステータ１４と、回転軸１６と、ハウジング１８と、に大別される。ロータ１２は、ロータコア２０と当該ロータコア２０内に設けられた１対以上の磁極対２３と、キャンセルコイル３２と、を備えている。ロータコア２０は、複数の電磁鋼板（例えばケイ素鋼板）を軸方向に積層してなる円柱形部材である。磁極対２３は、Ｎ極のロータ磁極２２ｎおよびＳ極のロータ磁極２２ｓを含むが、これらロータ磁極２２ｎ，２２ｓは、ロータコア２０に埋設された永久磁石で構成される。本実施形態では、径方向外側面がＮ極の永久磁石で構成される磁極をＮ極のロータ磁極２２ｎ、径方向外側面がＳ極の永久磁石で構成される磁極をＳ極のロータ磁極２２ｓと呼ぶ。Ｎ磁のロータ磁極２２ｎとＳ極のロータ磁極２２ｓは、周方向に交互に並んでいる。本実施形態のロータ１２は、四対の磁極対２３を有しているが、この個数は、適宜変更されてもよい。キャンセルコイル３２は、ロータコア２０に巻回されるコイルであるが、これについては、後に詳説する。
【００２２】
ロータコア２０の中心には、回転軸１６が挿通され、固着されている。回転軸１６の両端は、軸受１９を介してハウジング１８に取り付けられており、回転軸１６および回転軸１６に固着されたロータコア２０は、ハウジング１８に対して回転自在となっている。
【００２３】
軸受１９は、外輪１９ａと内輪１９ｃとの間に複数の転動体１９ｂ（球体）を配して構成されており、外輪１９ａと転動体１９ｂの間、および、内輪１９ｃと転動体１９ｂの間には、潤滑油膜が介在している。この潤滑油膜は、転動体１９ｂの動きを滑らかにする潤滑剤として機能するとともに、外輪１９ａと内輪１９ｃとを絶縁する絶縁部材としても機能する。潤滑油膜が介在することで、回転軸１６とハウジング１８とが電気的に絶縁される。
【００２４】
ステータ１４は、ステータコア２４と、ステータコイル３０と、を有している。ステータコア２４は、ロータ１２と同心に配される略円筒形部材で、径方向内側に突出する複数のティース２８を有している。隣接する二つのティース２８の間には、ステータコイル３０が挿入される空間であるスロットが形成されている。ステータコイル３０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルを含んでおり、これらコイルは、ティース２８に巻回されている。そして、このステータコイル３０に三相交流電流を印加することで、回転磁界が形成され、ロータ１２が回転する。
【００２５】
次に、キャンセルコイル３２について説明する。既述した通り、キャンセルコイル３２は、ロータコア２０に巻回されたコイルである。キャンセルコイル３２は、主にＮ磁のロータ磁極２２ｎの周囲に巻回されたＮ極要素コイル３４ｎと、主にＳ極のロータ磁極２２ｓの周囲に巻回されたＳ極要素コイル３４ｓと、に大別される。以下では、Ｎ極およびＳ極を区別しない場合には、添え字のｎ，ｓを省略し、単に「要素コイル３４」と呼ぶ。
【００２６】
本実施形態では、一つのＮ極のロータ磁極２２ｎの周囲には、三つのＮ極要素コイル３４ｎが巻回されており、ロータ１２全体では１２個のＮ極要素コイル３４ｎが設けられている。同様に、一つのＳ極のロータ磁極２２ｓの周囲には、三つのＳ極要素コイル３４ｓが巻回されており、ロータ１２全体では１２個のＳ極要素コイル３４ｓが設けられている。つまり、ロータ１２全体では、２４個の要素コイル３４が設けられている。また、一対の磁極対には、対応するＮ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓが、三つずつ、合計六つ存在する。
【００２７】
各要素コイル３４は、ロータコア２０の径方向外側および内側位置においては、軸方向に延び、ロータコア２０の軸方向外側位置において、径方向に延びるように、ロータコア２０に巻回されている。後に詳説するようにロータコア２０には、三種類の磁束が、周方向に流れるが、要素コイル３４は、この周方向に流れる磁束の周囲を囲むように巻回されている。
【００２８】
こうしたＮ極およびＳ極要素コイル３４ｎ，３４ｓは、１以上の閉路を構成するように接続されている。この接続形態としては、種々考えられるが、本実施形態では、図３に示すように、同じ磁極対に対応する六つの要素コイル３４ｎ，３４ｓを互いに直列に接続して閉路を構成している。したがって、一つの閉路には、Ｎ極およびＳ極要素コイル３４ｎ，３４ｓが、同数（三つずつ）含まれている。そして、ロータ１２全体としては、磁極対２３と同数、すなわち、四つの閉路を有している。
【００２９】
次に、かかるキャンセルコイル３２を設ける理由について説明する。図１７は、従来の回転電機１０の構成を示す図である。回転電機１０では、その内部において磁気的なアンバランスが生じると、回転軸１６の周囲に電気周期高次の磁束（以下「不平衡磁束５０」と呼ぶ）が発生する。そして、不平衡磁束５０に起因して、回転軸１６両端には、電圧（以下「軸電圧」と呼ぶ）が誘導される。この軸電圧は、回転軸１６およびハウジング１８を介して回転中の軸受１９の内外輪１９ａ，１９ｃに印加される。軸受１９の内外輪１９ａ，１９ｃは、潤滑油膜で絶縁されているが、当該潤滑油膜は、数μｍと薄いため、一定以上の電圧（数Ｖ程度）が印加されると、絶縁破壊する。軸受１９の外輪１９ａ−内輪１９ｃ間の絶縁が破壊されると、図１７に示す通り、「回転軸１６−軸受１９−ハウジング１８−回転軸１６」の循環経路で誘導電流５２が流れる。このとき、ジュール損は、絶縁破壊部、すなわち、軸受１９に集中するため、軸受１９の電食が進行するという問題があった。
【００３０】
こうした問題を解決するために、一部では、回転軸１６とハウジング１８とを接続する導体部材を別途設けることが提案されている。かかる構成とすれば、誘導電流５２は、軸受１９よりもインピーダンスの小さい導体部材に支配的に流れるため、軸受１９の電食を抑制できる。しかしながら、こうした導体部材の採用は、構造的な制約を招き、設計の自由度が低くなったり、回転電機１０全体のサイズや重量、コストが増加したりという別の問題を招いていた。
【００３１】
本実施形態では、回転軸１６およびハウジング１８を連結する導体部材を設けることなく、軸受１９の電食を抑制するために、キャンセルコイル３２を設けている。キャンセルコイル３２は、既述した通り、ロータコア２０に巻回されているが、このロータコア２０には、大きく分けて三種類の磁束が流れる。
【００３２】
一つは、回転電機１０の磁気的アンバランスにより生じる不平衡磁束５０である。この不平衡磁束５０は、ロータコア２０を、周方向に進む。また、この不平衡磁束５０は、基本周波数の３倍の周波数で変化する三次の磁束である。
【００３３】
もう一つは、ロータコア２０に埋設された永久磁石により生じる磁束である。この磁束は、磁束の向きが変化しない直流成分の磁束である。以下では、この磁束を「直流磁束」と呼ぶ。この直流磁束は、回転電機１０の出力トルクを生成するために必要な磁束である。
【００３４】
さらに、ロータコア２０には、磁気的アンバランスにより、六次の磁束も生じる。以下では、この磁束を「六次磁束」と呼ぶ。六次磁束は、不平衡磁束と同様に、ロータコア２０を周方向に流れ、基本周波数の６倍の周波数で変化する。
【００３５】
キャンセルコイル３２を構成する要素コイル３４は、ロータコア２０を周方向に流れる不平衡磁束５０、直流磁束、六次磁束の周囲を囲むように、ロータコア２０に巻回されている。換言すれば、キャンセルコイル３２の内部を不平衡磁束５０、直流磁束、六次磁束が貫くことになる。ただし、直流磁束は、時間変化しないため、当該直流磁束に起因して、キャンセルコイル３２に、電圧が誘導されることはない。一方、不平衡磁束５０および六次磁束は、時間変化するため、キャンセルコイル３２には、不平衡磁束５０および六次磁束の時間変化に応じて、電圧が誘導される。
【００３６】
以下では、不平衡磁束５０の時間変化に応じて誘導される電圧を「三次の誘導電圧」、六次磁束の時間変化に応じて誘導される電圧を「六次の誘導電圧」と呼ぶ。図５は、三次の誘導電圧を示すグラフである。Ｎ極要素コイル３４ｎに誘導される三次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ３と、Ｓ極要素コイル３４ｓに誘導される三次の誘導電圧Ｓ＿Ｖ３は、同一位相・周波数で変化する。そのため、Ｎ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓを直列で接続して閉路を構成した場合、各要素コイル３４に誘導された三次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ３，Ｓ＿Ｖ３は、互いに打ち消し合うことなく合算され、閉路全体の三次の電圧Ａ＿Ｖ３は、高い値となる。そして、閉路全体に高い電圧が誘導されることで、これら閉路には、誘導電流が流れる。この誘導電流は、不平衡磁束５０を打ち消すような方向に流れる。
【００３７】
図６は、キャンセルコイル３２の有無による軸電圧の違いを示すグラフである。図６において、実線は、キャンセルコイル３２を設けた場合の軸電圧Ｖａを、破線は、キャンセルコイル３２を設けない場合の軸電圧Ｖｂを示している。図６から明らかな通り、キャンセルコイル３２を設けることで、不平衡磁束５０が、キャンセルコイル３２に流れる三次の誘導電流により低減されるため、軸電圧も低下する。そして、軸電圧が低下することで、軸受１９の潤滑油膜の絶縁破壊が防止され、軸受１９の電食が効果的に防止される。
【００３８】
次に、六次の誘導電圧について説明する。図７は、六次の誘導電圧を示すグラフである。図７において、実線は、Ｎ極要素コイル３４ｎに誘導される六次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ６を、破線は、Ｓ極要素コイル３４ｓに誘導される六次の誘導電圧Ｓ＿Ｖ６をそれぞれ示している。図７から明らかな通り、Ｎ極の六次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ６と、Ｓ極の六次の誘導電圧Ｓ＿Ｖ６は、互いに逆位相となる。本実施形態では、このＮ極・Ｓ極の六次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ６，Ｓ＿Ｖ６を互いに打ち消すために、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに直列に接続している。かかる構成とする理由について、図４の比較例を参照して説明する。
【００３９】
本実施形態では、図３に示すように、一つの閉路に、Ｎ極要素コイル３４ｎと、Ｓ極要素コイル３４ｓと、を同数設けている。しかし、図４の比較例に示すように、Ｎ極要素コイル３４ｎのみを有する閉路と、Ｓ極要素コイル３４ｓのみを有する閉路と、を設けることも考えられなくはない。しかし、図４の比較例のような結線にした場合、各要素コイル３４に流れる電流値が大幅に高くなり、発熱などの問題を招き、要素コイル３４の大径化等の対策が必要となる。これは、誘導電流により発生する磁束の磁気抵抗が大きくなるためである。すなわち、要素コイル３４に六次の誘導電圧が誘導され、誘導電流が流れると、六次磁束を打ち消す向きの磁束、キャンセル磁束が発生する。このキャンセル磁束の向きは、Ｓ極とＮ極で逆向きである。したがって、Ｎ極要素コイル３４ｎに流れる誘導電流により生じたキャンセル磁束は、Ｓ極要素コイル３４ｓに流れる誘導電流により生じるキャンセル磁束の流れを阻害する磁気抵抗として機能する。同様に、Ｓ極要素コイル３４ｓに流れる誘導電流により生じたキャンセル磁束は、Ｎ極要素コイル３４ｎに流れる誘導電流により生じるキャンセル磁束の流れを阻害する磁気抵抗として機能する。このように、キャンセル磁束の流れを阻害する磁気抵抗が大きければ大きいほど、誘導電流の値も大きくなる。結果として、図４の比較例のように、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに独立した別の閉路とした場合、各閉路に流れる六次の誘導電流の値が非常に大きくなる。
【００４０】
一方、本実施形態では、図３に示すように、Ｎ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓを互いに同数ずつ直列に接続している。この場合、Ｎ極およびＳ極要素コイル３４ｎ，３４ｓそれぞれに誘導される六次の誘導電圧は、互いに打ち消し合うため、閉路全体としての六次の電圧値Ａ＿Ｖ６は、ほぼゼロとなる。結果として、各要素コイルには、六次の誘導電流は流れなくなる。
【００４１】
図８は、要素コイル３４に流れる誘導電流を示すグラフである。図８において、破線は、本実施形態（図３の結線）の場合、実線は、図４の結線をした場合に各要素コイル３４に流れる誘導電流を示している。図８から明らかな通り、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを独立した別回路とした場合、誘導電流の波形は、非常に大きな六次の誘導電流と、比較的小さな三次の誘導電流とを合算したような波形となる。一方、本実施形態のように、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに直列に接続した場合には、六次の誘導電流は流れないため、要素コイル３４には、比較的小さな三次の誘導電流しか流れない。つまり、本実施形態のように、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに直列に接続した場合には、要素コイル３４に流れる電流を小さくすることができ、発熱等の問題を大幅に防止できる。また、流れる電流が小さければ、要素コイル３４を小径化・軽量化でき、ひいては、回転電機１０全体として軽量化やコストダウンも可能となる。
【００４２】
以上の説明から明らかな通り、本実施形態によれば、ロータコア２０に巻回されたキャンセルコイル３２を設けているため、不平衡磁束５０を打ち消すことができ、ひいては、軸受１９の電食を効果的に防止できる。また、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに直列に接続しているため、六次の誘導電流をほぼゼロにすることができ、各キャンセルコイル３２に流れる電流値を小さく抑えることができる。
【００４３】
次に、第二実施形態について図９、図１０を参照して説明する。図９は、第二実施形態におけるロータ１２の概略横断面図であり、図１０は、第二実施形態におけるキャンセルコイル３２の結線図である。図９から明らかな通り、本実施形態では、Ｎ極のロータ磁極２２ｎの周囲に巻回されたＮ極要素コイル３４ｎのみを設けており、Ｓ極のロータ磁極２２ｓの周囲に巻回されたＳ極要素コイル３４ｓは、設けていない。そして、図１０に示すように、一つのＮ極のロータ磁極２２ｎに対応する三つのＮ極要素コイル３４ｎを互いに直列に接続して閉路を構成している。ロータ１２全体としては、Ｎ極要素コイル３４ｎのみを有した閉路を四つ有している。
【００４４】
かかる構成とした場合、各Ｎ極要素コイル３４ｎには、不平衡磁束５０に起因する三次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ３と、六次磁束に起因する六次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ６と、が誘導される。三次の誘導電圧Ｎ＿Ｖ３が誘導されることで、Ｎ極要素コイル３４ｎには、不平衡磁束５０を打ち消す向きの三次の誘導電流が誘導される。そして、これにより、不平衡磁束５０が低減され、軸受１９の電食が防止される。
【００４５】
また、Ｎ極要素コイル３４ｎには、六次磁束を打ち消す向きの六次の誘導電流が流れる。この六次の誘導電流によりキャンセル磁束が発生する。上述したように、図４の比較例に示すように、Ｎ極要素コイル３４ｎとは独立したＳ極要素コイル３４ｓを更に設けていた場合には、当該Ｎ極のキャンセル磁束を妨げるＳ極のキャンセル磁束が発生するため、Ｎ極要素コイル３４ｎには、大きな六次の電流が流れる。しかし、本実施形態では、Ｓ極要素コイル３４ｓを設けていないため、Ｎ極のキャンセル磁束の磁路の磁気抵抗は、小さい。結果として、Ｎ極要素コイル３４ｎに流れる六次の誘導電流は、非常に小さくなる。そして、これにより、キャンセルコイル３２からの発熱や、キャンセルコイル３２の大径化、重量化といった問題を防止できる。
【００４６】
以上の説明から明らかな通り、第二実施形態のように、Ｎ極要素コイル３４ｎのみを設け、Ｓ極要素コイル３４ｓを設けない構成でも、軸受１９の電食を効果的に防止しつつ、キャンセルコイル３２に流れる電流を小さく抑えることができる。
【００４７】
次に、キャンセルコイル３２の構成のバリエーションについて説明する。既述した通り、キャンセルコイル３２は、１以上の要素コイル３４を含む。この要素コイル３４は、不平衡磁束５０の低減（軸受１９の電食抑制）だけを目的とするのであれば、図４に示すように、Ｎ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓの双方を互いに独立した閉路を構成するように設けてもよい。
【００４８】
一方で、六次の誘導電流を低減したい場合には、第一実施形態のようにＮ極およびＳ極要素コイル３４ｎ，３４ｓを互いに直列するか、第二実施形態のようにＮ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓのいずれか一方のみを設けることが望ましい。なお、以下では、図３に示すように、一つの閉路内に、Ｎ極およびＳ極要素コイル３４ｎ，３４ｓの双方を設ける構成を「異極混合構成」と呼び、図１０に示すように、Ｎ極要素コイル３４ｎおよびＳ極要素コイル３４ｓのいずれか一方のみを設ける形式を「単極構成」と呼ぶ。
【００４９】
異極混合構成の場合、一つの閉路内に含まれるＮ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓの個数は、特に限定されず、いずれも、１以上であればよい。ただし、一つの閉路内に含まれる１以上のＮ極要素コイル３４ｎと、１以上のＳ極要素コイル３４ｓと、は、互いに同じ起磁力を有していることが望ましい。すなわち、各要素コイル３４ｎ，３４ｓを構成する巻線の材質や形状、巻回数等が等しいことが望ましい。
【００５０】
また、異極混合構成の場合、一つの閉路に含まれるＮ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓは、ロータの回転中心Ｏを基点として、対を成す磁極間で、電気的に回転対称に配置されていることが望ましい。これにより、一つの閉路に含まれるＮ極要素コイル３４ｎの磁気的作用と、Ｓ極要素コイル３４ｓの磁気的作用を、ほぼ同じにできるため、六次の誘導電流をより確実に防止できる。
【００５１】
異極混合構成および単極構成のいずれの場合でも、一つのロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周囲に巻回される要素コイル３４の個数は、特に限定されない。したがって、図１、図９に示すように、一つのロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周囲に、三つの要素コイル３４を巻回してもよいし、図１２に示すように、二つの要素コイル３４を巻回してもよい。また、より少数、または、より多数の要素コイル３４を巻回するようにしてもよい。
【００５２】
一つのロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周囲に巻回される要素コイル３４は、ｄ軸Ｌｄを挟んで電気的に線対称に配置されていることが望ましい。ｄ軸Ｌｄは、ロータ１２の回転中心Ｏと当該一つのロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周方向中心とを結ぶ仮想線である。かかるｄ軸Ｌｄに線対称に配置することで、電磁気的なバランスが取れるため、より安定的に、不平衡磁束を低減できる。
【００５３】
また、第一、第二実施形態では、全てのロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周囲に、要素コイル３４を巻回、換言すれば、複数の要素コイル３４を、周方向に均等分散していたが、要素コイル３４の個数や、位置は、適宜、変更されてもよい。例えば、図１１に示すように、隣接する二対の磁極対２３の周囲にのみ要素コイル３４を巻回し、残りの二対の磁極対２３の周囲には、要素コイル３４を設けない構成としてもよい。また、図１２に示すように、離間した二つのＳ極のロータ磁極２２ｓの周囲にのみ要素コイル３４を設ける構成としてもよい。
【００５４】
また、各閉路を構成する要素コイル３４は、１以上であれば、特に限定されない。したがって、閉路を構成する要素コイルの個数等は、適宜、変更されてもよい。したがって、例えば、キャンセルコイル３２を構成する複数の要素コイル３４を全て直列に接続して、単一の閉路を構成してもよい。かかる構成とすれば、ロータ１２の偏心等に起因して生じる磁気的なアンバランスを閉路内で相殺できるため、より効果的に、不平衡磁束を低減でき、また、六次の誘導電流を低減できる。なお、第一、第二実施形態のように、複数の閉路を有する構成とした場合、磁気的なアンバランスの影響を受けやすい反面、一つの閉路の構成を簡易化でき、キャンセルコイルの巻回が容易になる。
【００５５】
また、各要素コイル３４の巻回方式は、特に限定されない。したがって、要素コイル３４は、図１３に示すように、一つの要素コイル３４の巻き終わりが、当該一つの要素コイル３４の巻き始め近傍に達してから、周方向に進んで、隣接する他の要素コイル３４に向かうような巻回方式でもよい。また、要素コイル３４は、図１４に示すように、一つの要素コイル３４の巻き終わりが、隣接する他の要素コイル３４の巻き始めとなるように、常に、巻線が周方向に進むように、らせん状に巻き進める巻回方式でもよい。
【００５６】
また、各要素コイル３４は、ロータコア２０に巻回されるが、ロータコア２０は、回転電機１０の駆動に伴い、高速で回転する。このとき、遠心力で要素コイル３４が、径方向外側に突出すると、ステータ１４と接触するおそれがある。そこで、こうしたステータ１４と要素コイル３４との接触を防止するために、図１５に示すように、ロータコア２０に要素コイル３４を収容するべく軸方向に貫通する溝や孔等を設けておき、当該溝または孔に、要素コイル３４の一部を収容するようにしてもよい。また、別の形態として、要素コイル３４が巻回されたロータコア２０の外周囲を何らかのカバーで覆い、要素コイル３４の径方向外側への突出を防止してもよい。また、図１５に示すように、ロータコア２０の内周面にも、要素コイル３４の一部を収容する溝または孔を設けてもよい。
【００５７】
また、第一、第二実施形態では、要素コイル３４は、ロータコア２０の径方向外側および内側を通過する構成としているが、要素コイル３４が、ロータコア２０の内部を通過するような構成としてもよい。例えば、図１６に示すように、ロータコア２０の中には、冷媒を通すために軸方向に貫通した冷媒用孔４０が、周方向に、等間隔で形成されたものがある。かかるロータコア２０の場合には、要素コイル３４の一部を、冷媒用孔４０に収容してもよい。
【００５８】
また、本実施形態では、ロータコア２０の軸方向両端位置において、各要素コイル３４が、永久磁石を径方向に横断するような構成としている。しかし、要素コイル３４は、少なくとも、周方向に流れる不平衡磁束を囲むのであれば、永久磁石を横断しなくてもよい。すなわち、永久磁石よりも径方向外側位置に、軸方向に貫通する孔を設けておき、各要素コイル３４が、当該孔およびロータコア２０の径方向外側位置を通過するような構成としてもよい。
【００５９】
さらに、これまでの説明では、要素コイル３４を、ロータ磁極２２ｎ，２２ｓの周囲に巻回する例のみを挙げたが、要素コイル３４は、少なくともロータコア２０に巻回されるのであれば、ロータ磁極２２ｎ，２２ｓから外れた位置に配されてもよい。ただし、通常、ロータ磁極２２ｎ，２２ｓは、ロータコア２０の大部分を占めているため、当該ロータ磁極２２ｎ，２２ｓを避けて、要素コイル３４を巻回するのは難しく、また、不平衡磁束５０の低減効果も低い。
【００６０】
また、これまで説明したロータ１２の構成は、一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、一対以上の磁極対２３を有するのであれば、磁極対２３の個数は、適宜、変更されてもよい。また、これまでの説明では、一つのロータ磁極２２ｎ，２２ｓを、断面長方形の一つの永久磁石で構成している。しかし、ロータ磁極２２ｎ，２２ｓを構成する永久磁石の数や構成（形状）は、適宜、変更されてもよい。例えば、ロータ磁極２２ｎ，２２ｓは、断面略円弧状の永久磁石で構成されてもよい。また、別の形態として、断面略長方形の二つの永久磁石を、半径方向外側に向かってＶ字状に広がるように配置して、一つのロータ磁極２２ｎ，２２を構成してもよい。
【００６１】
いずれにしても、ロータコア２０の軸方向両端位置において、径方向に進むように、ロータコア２０に巻回されたキャンセルコイル３２を設けることで、不平衡磁束が低減され、ひいては、軸受１９の電食を抑制できる。また、Ｎ極要素コイル３４ｎとＳ極要素コイル３４ｓとを互いに直列に接続する構成（異極混合構成）、または、Ｎ極およびＳ極のいずれか一方の要素コイル３４のみを設ける構成（単極構成）とすることで、大きな六次の誘導電流が流れることを防止でき、発熱や、キャンセルコイル３２の大径化・重量化を防止できる。
【符号の説明】
【００６２】
１０  回転電機、１２  ロータ、１４  ステータ、１６  回転軸、１８  ハウジング、１９  軸受、２０  ロータコア、２２ｓ  Ｓ極のロータ磁極、２２ｎ  Ｎ極のロータ磁極、２３  磁極対、２４  ステータコア、２８  ティース、３０  ステータコイル、３２  キャンセルコイル、３４ｎ  Ｎ極要素コイル、３４ｓ  Ｓ極要素コイル、５０  不平衡磁束、５２  誘導電流。
【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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