(57)【要約】【課題】回転電機において、ステータで発生する磁束をロータコイルである誘導コイルに多く鎖交させて、誘導コイルに生じる誘導電流を大きくすることである。【解決手段】回転電機１０は、ステータ１２とロータ１４とを含む。ロータ１４は、周方向複数個所に設けられる突極３２ｎ、３２ｓを含むロータコア２４と、各突極３２ｎ、３２ｓの先端側と根元側とに巻回される複数の誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び複数の共通コイル３０ｎ、３０ｓと、少なくとも一部の誘導コイル２８ｎ、２８ｓに接続され、突極３２ｎ、３２ｓに生じる起磁力の方向を交互に異ならせるダイオード３８，４０と、磁性体４４とを含む。磁性体４４は、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に設けて、かつ、ロータコア２４と磁気的に結合されることなく、両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓにおけるロータ１４の径方向内端よりも内側に伸びる。【選択図】図１
2013165592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を生成するステータコイルを含むステータと、
前記ステータに対向配置するように設けられる回転可能なロータとを備え、
前記ロータは、
周方向複数個所に設けられた突極部を含むロータコアと、
前記各突極部の先端側に巻回される複数の誘導コイルであり、前記ロータの周方向に隣り合う誘導コイル同士で電流の流れ方向に関して並列に接続され、前記ステータから前記回転磁界の磁束が鎖交して誘導電流を発生させる複数の誘導コイルと、
前記誘導コイルに接続され、かつ、前記各突極部の根元側に巻回される複数の共通コイルであり、前記ロータの周方向に隣り合う少なくとも２つの共通コイル同士で接続され、電磁石として機能する前記複数の共通コイルと、
前記複数の誘導コイルの少なくとも一部の前記誘導コイルに接続され、前記誘導電流により生成されて前記突極部に生じる起磁力の方向を交互に異ならせる整流部と、
隣り合う前記突極部同士の間に設けられる磁性体とを備え、
前記磁性体は、前記ロータコアと磁気的に結合されることなく、かつ、前記磁性体の両側に隣り合う前記誘導コイルにおける前記ステータと反対側端よりも前記ステータと反対側に伸びることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
隣り合う２つの前記突極部と、前記ロータコアの隣り合う前記突極部同士の間の部分とにそれぞれ支持され、前記磁性体を保持する非磁性材料製の保持部材を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記保持部材は、前記磁性体を内部に保持する本体部と、前記本体部の径方向内端に径方向内側に伸びるように一体形成された径方向延出部と、前記本体部の周方向両側に伸びるように一体形成された一対の周方向延出部とを含み、
前記径方向延出部の径方向内端部は、前記ロータコアの隣り合う前記突極部同士の間の部分に、径方向外側への変位を阻止するように係止されており、
前記各周方向延出部の先端部は、対向する前記突極部の径方向外端部に、径方向外側への変位を阻止するように係止されていることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機において、
前記複数の誘導コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、
前記複数の誘導コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された誘導コイル同士は、対応する前記突極部に互いに逆向きで巻回されていることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の回転電機において、
前記複数の誘導コイルは、前記複数の突極部のうち、周方向１つおきの前記突極部の先端側に巻回された前記誘導コイルである第１誘導コイルと、前記第１誘導コイルが巻回された前記突極部と隣り合う別の突極部の先端側に巻回された前記誘導コイルである第２誘導コイルと、前記第１誘導コイルが巻回された突極部の根元側に巻回された前記共通コイルである第１共通コイルと、前記第２誘導コイルが巻回された突極部の根元側に巻回された前記共通コイルである第２共通コイルとを含み、
前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとが互いに逆向きの前記整流部である整流素子を介して接続点で接続され、
前記接続点と前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルとの間に、前記第１共通コイル及び前記第２共通コイルが直列または並列に接続されることにより形成される共通コイル組が接続されていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機において、
前記複数の共通コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、
前記複数の共通コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された共通コイル同士は、互いに並列に接続され、かつ、対応する前記突極部に互いに逆向きで巻回されていることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１から請求項３のいずれか１に記載の回転電機において、
前記複数の共通コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、
前記複数の共通コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された共通コイル同士は、互いに直列に接続され、かつ、対応する前記突極部に互いに同じ向きで巻回されていることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を生成するステータコイルを含むステータと、ステータに対向配置するように設けられる回転可能なロータとを備える回転電機に関する。
【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、回転電機において、ステータで発生する磁束をロータコイルである誘導コイルに多く鎖交させて、誘導コイルに生じる誘導電流を大きくできる回転電機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は、回転磁界を生成するステータコイルを含むステータと、前記ステータに対向配置するように設けられる回転可能なロータとを備え、前記ロータは、周方向複数個所に設けられた突極部を含むロータコアと、前記各突極部の先端側に巻回される複数の誘導コイルであり、前記ロータの周方向に隣り合う誘導コイル同士で電流の流れ方向に関して並列に接続され、前記ステータから前記回転磁界の磁束が鎖交して誘導電流を発生させる複数の誘導コイルと、前記誘導コイルに接続され、かつ、前記各突極部の根元側に巻回される複数の共通コイルであり、前記ロータの周方向に隣り合う少なくとも２つの共通コイル同士で接続され、電磁石として機能する前記複数の共通コイルと、前記複数の誘導コイルの少なくとも一部の前記誘導コイルに接続され、前記誘導電流により生成されて前記突極部に生じる起磁力の方向を交互に異ならせる整流部と、隣り合う前記突極部同士の間に設けられる磁性体とを備え、前記磁性体は、前記ロータコアと磁気的に結合されることなく、かつ、前記磁性体の両側に隣り合う前記誘導コイルにおける前記ステータと反対側端よりも前記ステータと反対側に伸びることを特徴とする回転電機である。
【０００８】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、隣り合う２つの前記突極部と、前記ロータコアの隣り合う前記突極部同士の間の部分とにそれぞれ支持され、前記磁性体を保持する非磁性材料製の保持部材を備える。
【０００９】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記保持部材は、前記磁性体を内部に保持する本体部と、前記本体部の径方向内端に径方向内側に伸びるように一体形成された径方向延出部と、前記本体部の周方向両側に伸びるように一体形成された一対の周方向延出部とを含み、前記径方向延出部の径方向内端部は、前記ロータコアの隣り合う前記突極部同士の間の部分に、径方向外側への変位を阻止するように係止されており、前記各周方向延出部の先端部は、対向する前記突極部の径方向外端部に、径方向外側への変位を阻止するように係止されている。
【００１０】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記複数の誘導コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、前記複数の誘導コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された誘導コイル同士は、対応する前記突極部に互いに逆向きで巻回されている。
【００１１】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記複数の誘導コイルは、前記複数の突極部のうち、周方向１つおきの前記突極部の先端側に巻回された前記誘導コイルである第１誘導コイルと、前記第１誘導コイルが巻回された前記突極部と隣り合う別の突極部の先端側に巻回された前記誘導コイルである第２誘導コイルと、前記第１誘導コイルが巻回された突極部の根元側に巻回された前記共通コイルである第１共通コイルと、前記第２誘導コイルが巻回された突極部の根元側に巻回された前記共通コイルである第２共通コイルとを含み、前記第１誘導コイルと前記第２誘導コイルとが互いに逆向きの前記整流部である整流素子を介して接続点で接続され、前記接続点と前記第１誘導コイル及び前記第２誘導コイルとの間に、前記第１共通コイル及び前記第２共通コイルが直列または並列に接続されることにより形成される共通コイル組が接続されている。
【００１２】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記複数の共通コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、前記複数の共通コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された共通コイル同士は、互いに並列に接続され、かつ、対応する前記突極部に互いに逆向きで巻回されている。
【００１３】
また、本発明に係る回転電機において、好ましくは、前記複数の共通コイルは、巻き軸方向に複数のターンが連結され、前記各ターンは前記各ターンの径方向に複数巻回され、前記複数の共通コイルのうち、隣り合う２つの前記突極部に巻回された共通コイル同士は、互いに直列に接続され、かつ、対応する前記突極部に互いに同じ向きで巻回されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の回転電機によれば、ステータで発生する磁束をロータコイルである誘導コイルに多く鎖交させて、誘導コイルに生じる誘導電流を大きくできる回転電機を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機のステータ及びロータの周方向一部を示す概略断面図である。
【図２】図１のロータを拡大して示す図である。
【図３】図１の回転電機において、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】図１の回転電機において、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】図５において、隣り合う２つの突極に巻回する誘導コイル及び共通コイルの巻き方向を説明するための図である。
【図７】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８】比較例の回転電機において、隣り合う突極同士の間でループする短絡磁束が生じることを説明するための、ロータの周方向一部を示す模式図である。
【図９】実施形態において、隣り合う突極同士の間でループする短絡磁束が生じないことを説明するためのロータの周方向一部を示す模式図である。
【図１０】実施形態において、磁性体の周方向長さが大きいと、ステータの隣り合うティース同士の間でループする短絡磁束が生じることを説明するためのステータ及びロータの周方向一部を示す模式図である。
【図１１】実施形態において、磁性体の周方向長さが小さいと、ステータの隣り合うティース同士の間でループする短絡磁束が生じないことを説明するためのステータ及びロータの周方向一部を示す模式図である。
【図１２】第１シミュレーションで使用した比較例のロータの周方向一部を示す概略断面図である。
【図１３】第１シミュレーション及び第２シミュレーションで使用した実施形態のロータの周方向一部を示す概略断面図である。
【図１４】第１シミュレーションで磁性体の径方向長さと回転電機の損失との関係を求めた結果を示す図である。
【図１５】第２シミュレーションで磁性体の周方向長さと回転電機のパルス重畳トルクとの関係を求めた結果を示す図である。
【図１６】別の実施形態に係る回転電機の誘導コイル及び共通コイルを説明するための、図６に対応する図である。
【図１７】別の実施形態に係る回転電機の図２に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜７は、本発明の実施形態を示す図である。図１は、実施形態に係る回転電機のステータ及びロータの周方向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に対し回転可能なロータ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。）。
【００１７】
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。ステータコア１６に複数相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが配置されている。
【００１８】
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、各ティース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。すなわち、ステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは回転磁界を生成する。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。
【００１９】
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１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。
【００２０】
ロータ１４は、複数の磁性鋼板の積層体や圧粉磁心等の磁性材により形成されるロータコア２４を含み、ロータコア２４の中心部に図示しないシャフトを挿入するように、シャフトに嵌合固定される。ロータ１４は、ロータコア２４の軸方向両側に配置される２つのエンドプレート（図示せず）を含むこともできる。
【００２１】
図２は、図１のロータを拡大して示す図である。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極共通コイル（コモンコイル）３０ｎ、及びＳ極共通コイル（コモンコイル）３０ｓと、Ｎ極誘導コイル２８ｎに接続された整流部である第１ダイオード３８（図４）と、Ｓ極誘導コイル２８ｓに接続された整流部である第２ダイオード４０（図４）とを含む。
【００２２】
ロータコア２４は、円筒状のロータヨーク３３の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（図１）に向けて）突出するように一体に設けられた複数の磁極部であり、第２ティースであり、突極部である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。
【００２３】
また、ロータ１４の周方向に関して１つおきの突極部であるＮ極形成突極３２ｎのそれぞれに、第１共通コイルであるＮ極共通コイル３０ｎと第１誘導コイルである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つおきの突極部であるＳ極形成突極３２ｓのそれぞれに、第２共通コイルであるＳ極共通コイル３０ｓと第２誘導コイルであるＳ極誘導コイル２８ｓとが集中巻きで巻き回しされている。なお、図２では黒丸により誘導コイル２８ｎ、２８ｓを示しており、白丸により共通コイル３０ｎ、３０ｓを示している。
【００２４】
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。
【００２５】
各Ｎ極誘導コイル２８ｎは、各Ｎ極形成突極３２ｎにおいて、Ｎ極共通コイル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極共通コイル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。
【００２６】
図３は、図１の回転電機において、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。
【００２７】
図３に示す例では、各突極３２ｎ、３２ｓの周囲に巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各共通コイル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）である巻き軸方向に複数のターン４２が連結され、各ターン４２は、各ターン４２の径方向に複数巻回され、それぞれ整列巻きで配置されている。なお、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの巻き方向は後で詳しく説明する。このように、複数の誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、Ｎ極形成突極３２ｎの先端側に巻回されたＮ極誘導コイル２８ｎと、Ｓ極形成突極３２ｓの先端側に巻回されたＳ極誘導コイル２８ｓと、Ｎ極形成突極３２ｎの根元側に巻回されたＮ極共通コイル３０ｎと、Ｓ極形成突極３２ｓの根元側に巻回されたＳ極共通コイル３０ｓとを含んでいる。
【００２８】
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、また、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓを単純なソレノイドコイルとすることもできる。
【００２９】
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。
【００３０】
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極共通コイル３０ｎの一端は、Ｓ極形成突極３２ｓに巻かれたＳ極共通コイル３０ｓの一端に接続されている。Ｎ極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓは互いに直列に接続されることで、共通コイル組３６を形成している。さらに、Ｓ極共通コイル３０ｓの他端は接続点Ｒに接続され、Ｎ極共通コイル３０ｎ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。なお、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各共通コイル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。このため、ロータ１４の周方向に隣り合う各組の誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士は電流の流れ方向に関して並列に接続されている。
【００３１】
図６は、図４、図５において、隣り合う２つの突極に巻回する誘導コイル及び共通コイルの巻き方向を説明するための図であり、図４のＡ−Ａ断面（図６の上側）とＢ−Ｂ断面（図６の下側）とを矢印方向に見たときの巻き方向と、コイルに流れる電流の向き（図６の矢印）とを示している。上記のように、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓは、突極３２ｎ（または３２ｓ）（図１〜４）の周囲の長さ方向（図３の上下方向）である巻き軸方向に複数のターン４２が連結され、各ターン４２は、各ターン４２の径方向に複数巻回されている。この場合に、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回する誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士は、対応する突極３２ｎ、３２ｓに互いに逆向きで巻回されている。図６では丸にＸを付した部分で径方向内側から外側に見た突極３２ｎ、３２ｓの断面を模式的に示している。Ｎ極誘導コイル２８ｎではＮ極形成突極３２ｎに、図４のＡ−Ａ断面の矢印方向に見たときに内周側から外周側へと反時計回りに巻回されている。これに対して、Ｓ極誘導コイル２８ｓではＳ極形成突極３２ｓに、図４のＡ−Ａ断面の矢印方向に見たときに内周側から外周側へと時計回りに巻回されている。このため、Ｎ極誘導コイル２８ｎとＳ極誘導コイル２８ｓとでは巻き方向が逆になっている。また、Ｎ極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓでは対応する突極３２ｎ、３２ｓに、図４のＢ−Ｂ断面の矢印方向に見たときに内周側から外周側へと反時計回りに巻回されている。
【００３２】
また、図６の例では、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの電流入力側端部Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２と電流出力側端部Ｉｏｕｔ１、Ｉｏｕｔ２とを、ロータコア２４（図１等）の軸方向片側に導出させ、各電流出力側端部Ｉｏｕｔ１、Ｉｏｕｔ２を対応するダイオード３８（または４０）のアノードにリード線Ｌ１、Ｌ２により接続している。また、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの電流入力側端部Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２をリード線Ｌ３ａにより接続し、リード線Ｌ３ａの接続点とＮ極共通コイル３０ｎの電流出力側端部Ｉｏｕｔ３とをリード線Ｌ３ｂにより接続している。また、ダイオード３８，４０の接続点ＲをＳ極共通コイル３０ｓの電流入力側端部Ｉｉｎ４にリード線Ｌ４により接続し、Ｓ極共通コイル３０ｓの電流出力側端部Ｉｏｕｔ４をＮ極共通コイル３０ｎの電流入力側端部Ｉｉｎ３に、リード線Ｌ５により接続し、Ｓ極共通コイル３０ｓとＮ極共通コイル３０ｎとを直列接続している。
【００３３】
さらに、図２に詳しく示すように、ロータ１４は、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に設けられる複数の磁性体４４を含んでいる。各磁性体４４は、けい素鋼板等の金属板等の磁性材料により、例えば断面矩形で軸方向に長い薄板状に形成されている。各磁性体４４は、樹脂等の非磁性材料製の保持部材４６により保持されている。各保持部材４６は、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓと、ロータコア２４の隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間の部分である、対応するスロット３４の底部とに、それぞれ支持されている。
【００３４】
より具体的には、保持部材４６は、軸方向（図２の表裏方向）に対し直交する平面で切断した場合の断面形状が略Ｔ字状でロータコア２４の軸方向全長とほぼ同じか、またはこの軸方向全長よりも少し短い長さを有する。すなわち、保持部材４６は、磁性体４４を内部に包埋して保持する本体部４８と、本体部４８の径方向内端（図２の下端）に径方向内側に伸びるように一体形成された薄板状の径方向延出部５０と、本体部４８の周方向両側に伸びるように一体形成された一対の断面円弧形の薄板状の周方向延出部５２とを含んでいる。本体部４８は、周方向（図２の左右方向）の厚みが大きく、径方向延出部５０は、本体部４８の周方向の厚みよりも小さい厚みを有する。径方向延出部５０の径方向内端部は、各スロット３４の底部に形成された係止溝５４に、径方向外側への変位を阻止するように係止されている。このために、係止溝５４は、ロータコア２４の軸方向に貫通するように形成されている。また、係止溝５４はスロット３４底部に開口する開口端から奥部に向かうほど周方向の幅が大きくなっている。また、径方向延出部５０の径方向内端部に、周方向の幅がスロット３４底部の開口端の幅よりも広がった幅広部５６が形成されている。
【００３５】
また、各保持部材４６の各周方向延出部５２の先端部は、対向する突極３２ｎ（または３２ｓ）の径方向外端部に周方向に突出するように形成された鍔部５８の径方向内側に対向させ、径方向外側への変位を阻止するように係止されている。磁性体４４を含む保持部材４６は、ロータコア２４の軸方向片側から他側に向かうように、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間にスライドさせるように配置する。この場合、係止溝５４に径方向延出部５０の幅広部５６を軸方向に挿入し、各周方向延出部５２の先端部を対応する突極３２ｎ（または３２ｓ）の鍔部５８に径方向に対向させる。
【００３６】
このようにロータ１４を構成した状態で、磁性体４４は、ロータコア２４と磁気的に結合されることがない。さらに、図２、図３に示すように、各磁性体４４は、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるステータ１２と反対側端である、ロータ１４の径方向内端Ｑよりもステータ１２と反対側である径方向内側に伸びている。すなわち、各磁性体４４の径方向内端Ｐは、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも内側（図２、図３の下側）に位置している。また、各磁性体４４の径方向外端Ｇは、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向外端Ｙに対して径方向の同位置または外側に位置している。
【００３７】
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極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル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。
【００３８】
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。
【００３９】
ステータ１２からロータ１４に、この空間強調波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。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、主にステータ１２から回転磁界の磁束が鎖交して誘導電流を発生させる機能を有する。また、ステータ１２から遠い、共通コイル３０ｎ、３０ｓは、主に突極３２ｎ、３２ｓを磁化する電磁石としての機能を有する。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１〜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共通コイル３０ｎ、３０ｓにそれぞれ流れる電流となる。ロータ１４の周方向に隣り合う２つの隣り合う共通コイル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共通コイル３０ｎ、３０ｓに流す電流を低減できる。
【００４０】
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極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓにダイオード３８，４０の整流方向に応じた電流が流れ、共通コイル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、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの巻き方向に応じて、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極共通コイル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極共通コイル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。この場合、第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０は、複数の誘導コイル２８ｎ、２８ｓのうち、対応する隣り合う２つの誘導コイル２８ｎ、２８ｓに接続され、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに流れる誘導電流により生成されて対応する突極３２ｎ、３２ｓに生じる起磁力の方向を、周方向に配置された突極３２ｎ、３２ｓで交互に異ならせる。
【００４１】
また、図１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及び各共通コイル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及び各共通コイル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及び各共通コイル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及び各共通コイル３０ｎ、３０ｓの幅θについては、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各共通コイル３０ｎ、３０ｓの断面積を考慮して、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各共通コイル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及び各共通コイル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及び各共通コイル３０ｎ、３０ｓの幅θを表すことができる。
【００４２】
このような回転電機１０（図１）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１）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。
【００４３】
また、ティース１８に形成された空間高調波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となる。そして、各ダイオード３８，４０で整流された電流が各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各共通コイル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。
【００４４】
しかも、図１〜３に示すように、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に、保持部材４６により保持された磁性体４４が配置されている。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、磁性体４４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から一部の磁性体４４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から磁性体４４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。
【００４５】
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を介して磁性体４４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。上記のように隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に磁性体４４が配置されているので、磁性体４４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。
【００４６】
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。
【００４７】
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７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７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。
【００４８】
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極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓ同士を直列に接続することで共通コイル組Ｃ１を形成するとともに、全部の突極３２ｎ、３２ｓに関する全部の共通コイル組Ｃ１同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数の共通コイル組Ｃ１のうち、一端となる１つの共通コイル組Ｃ１のＳ極共通コイル３０ｓの一端を接続点Ｒに接続し、他端となる別の共通コイル組Ｃ１のＮ極共通コイル３０ｎ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。
【００４９】
なお、ロータコア２４（図１）の軸方向両側に２つのエンドプレート（図示せず）を配置するとともに、少なくとも一方のエンドプレートに第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を保持させることができる。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はシャフトまたはロータコア２４に直接または間接に固定されるようにすることができる。
【００５０】
このような回転電機１０では、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に配置される磁性体４４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、磁性体４４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、磁性体４４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を介して磁性体４４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。
【００５１】
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。
【００５２】
しかも、磁性体４４はロータコア２４を構成する突極３２ｎ、３２ｓ及びロータヨーク３３に磁気的に結合されていない。このため、磁性体４４を突極３２ｎ、３２ｓやロータヨーク３３に磁気的に結合している場合と異なり、ロータ１４内部の短絡磁束によるトルク及び出力の低下を抑制できる。これを図８の比較例との関係で説明する。図８は、比較例の回転電機において、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間でループする短絡磁束が生じることを説明するためのロータ１４の周方向一部を示す模式図である。なお、図８では、各突極３２ｎ、３２ｓに巻回する誘導コイル及び共通コイルの図示を省略している（図９〜１１で同様である）。
【００５３】
図８の比較例では、本実施形態と異なり、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの周方向側面から磁性材料製の補助突極６０をスロット３４内に突出させ、スロット３４内で対向する補助突極６０の先端部同士を連結している。このため、磁性体４４に対応する補助突極６０はロータコア２４に磁気的に連結されている。誘導コイル２８ｎ、２８ｓ（図２等）は補助突極６０よりも径方向外側に配置され、共通コイル３０ｎ、３０ｓ（図２等）は補助突極６０よりも径方向内側に配置されるように、対応する突極３２ｎ、３２ｓに巻回されている。
【００５４】
この比較例のように、補助突極６０が突極３２ｎ、３２ｓに磁気的に接続されていると、図８の矢印γ１、γ２で示すように、Ｎ極形成突極３２ｎ、補助突極６０、Ｓ極形成突極３２ｓ、及びロータヨーク３３を通って磁束が短絡するようにループするループ磁路が形成される。このようなループ磁路を流れるロータ１４内部の短絡磁束が増加すると、各突極３２ｎ、３２ｓが磁気飽和しやすくなり、本来、回転電機のトルクに寄与する磁束を増大させることが難しくなる。このため、回転電機のトルク及び出力の低下を引き起こす要因となる。
【００５５】
これに対して、本実施形態では、図９に概略図で示すように、磁性体４４はロータコア２４に磁気的に結合されていないので、図９に破線矢印で示すループ磁束の磁路が形成されるのを防止できる。したがって、ロータ１４内でのループ磁束である短絡磁束を抑制して、ステータ１２（図１等）から出る多くの磁束をロータ１４内部を介してステータ１２に戻すことができ、回転電機のトルクの向上と、損失低減とを図れる。
【００５６】
特に、本実施形態では、図２、図３に示したように、各磁性体４４は、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも径方向内側に伸びている。このため、磁性体４４を介して、より有効にステータ１２からの磁束を突極３２ｎ、３２ｓに誘導したり、より有効に突極３２ｎ、３２ｓからの磁束をステータ１２に誘導することができる。このため、回転電機の損失をより有効に低減できるとともに、回転電機のトルクをより有効に向上できる。したがって、ロータ１４内での短絡磁束を抑制しつつ、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの鎖交磁束量を増大させることができる。
【００５７】
また、各磁性体４４の周方向（図２の左右方向）長さは小さくすることが好ましい。この理由について、図１０を用いて説明する。図１０は、実施形態において、磁性体の周方向長さが大きいと、ステータの隣り合うティース同士の間でループする短絡磁束が生じることを説明するためのステータ及びロータの周方向一部を示す模式図である。図１０の例では、磁性体４４の周方向長さＨ１は、ステータ１２の隣り合うティース１８先端同士の周方向幅である、スロット幅Ｈ２よりも大きくなっている（Ｈ１＞Ｈ２）。このような回転電機１０では、図１０のようにロータ１４回転時のステータ１２とロータ１４との位置関係により、隣り合うティース１８の先端の両方と磁性体４４とが径方向に対向配置される場合がある。この場合、図１０の矢印δで示すように、隣り合うティース１８の片側のティース１８の先端から流出される磁束がロータ１４の突極３２ｎ、３２ｓを通過することなく、磁性体４４を介して他側のティース１８に流入され、隣り合うティース１８と磁性体４４との間でループする短絡磁束が発生する可能性がある。この場合、本来、ロータ１４内部を図１０の矢印ηで示すように、Ｓ極形成突極３２ｓからＮ極形成突極３２ｎに流れる磁束に起因してステータ１２とロータ１４との間の磁気的相互作用により発生する回転電機１０のトルクが妨げられる可能性がある。
【００５８】
これに対して、図１１は、実施形態において、磁性体の周方向長さが小さいと、ステータの隣り合うティース同士の間でループする短絡磁束が生じないことを説明するためのステータ及びロータの周方向一部を示す模式図である。図１１の例では、磁性体４４の周方向長さＨ３は、ステータ１２のスロット幅Ｈ２よりも小さくなっている（Ｈ３＜Ｈ４）。このような回転電機１０では、図１１のようにロータ１４回転時のステータ１２とロータ１４との位置関係にかかわらず、隣り合うティース１８先端の両方と磁性体４４とが径方向に対向配置されることがない。このため、上記の図１０の例の場合と異なり、図１１の破線矢印のように、隣り合うティース１８の片側のティース１８の先端から流出される磁束がロータ１４の突極３２ｎ、３２ｓを通過することなく、磁性体４４を介して他側のティース１８に流入されることを防止できる。したがって、隣り合うティース１８と磁性体４４との間でループする短絡磁束の発生を防止でき、回転電機１０のトルク低下を抑制できる。このため、磁性体４４の周方向長さＨ３は、ステータ１２のスロット幅Ｈ２以下とする（Ｈ３≦Ｈ２）ことが好ましい。
【００５９】
次に、図１２〜１５を用いて、本実施形態の効果を確認するために行った第１シミュレーション及び第２シミュレーションを説明する。第１シミュレーションでは、磁性体４４が、この磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓにおけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも内側に伸びることにより得られる効果を確認した。図１２は、第１シミュレーションで使用した比較例のロータの周方向一部を示す概略断面図である。図１３は、第１シミュレーション及び後述する第２シミュレーションで使用した実施形態のロータの周方向一部を示す概略断面図である。図１４は、第１シミュレーションで磁性体の径方向長さと回転電機の損失との関係を求めた結果を示す図である。
【００６０】
図１２の比較例では、磁性体４４は、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓにおけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも外側までしか伸びていない。すなわち、磁性体４４の径方向内端Ｐは、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも外側（図１２の上側）に位置している。これに対して、図１３の実施形態では、磁性体４４の径方向内端Ｐは、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも内側（図１２の下側）に位置している。第１シミュレーションでは、このような比較例及び実施形態の構成を含む構造として、磁性体４４の径方向長さｄ（図１３）を種々に変化させて回転電機の損失を計算した。この結果を図１４に示している。なお、以下の説明では、図１〜１３に示した要素と同一のまたは対応する要素には同一の符号を付して説明する。
【００６１】
図１４では横軸の磁性体４４の径方向長さをｄ１、ｄ２・・・の代表値で示しており、縦軸の損失をＪ１，Ｊ２・・・の代表値で示している。また、横軸のｔは、磁性体４４の径方向内端Ｐが、誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部の径方向内端Ｑと径方向に関して一致する場合の磁性体４４の径方向長さを表している。シミュレーションでは、各磁性体４４の径方向外端Ｇは、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向外端Ｙに対して径方向の外側のある位置に存在しているとした。
【００６２】
図１４の結果から分かるように、磁性体４４の径方向内端Ｐが、磁性体４４の両側に隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部におけるロータ１４の径方向内端Ｑよりも内側に位置するように、磁性体４４の径方向長さｄを規定している場合には、回転電機１０の損失を十分に低く抑制することができた。このため、磁性体４４の径方向内端位置を規定したことによる本実施形態の効果を確認できた。また、図１２の比較例では、矢印で示すように、ステータ１２で発生する回転磁界の空間高調波の磁束が誘導コイル２８ｎ、２８ｓの巻き軸方向の一部にしか鎖交せず、回転電機１０のトルク向上の面から改良の余地がある。これに対して、図１３の実施形態では、矢印で示すように、ステータ１２で発生する回転磁界の空間高調波の磁束を誘導コイル２８ｎ、２８ｓの巻き軸方向の全部に鎖交させることができ、回転電機１０のトルク向上を図れる可能性がある。
【００６３】
次に、第２シミュレーションでは、磁性体４４の周方向長さを小さくすることにより得られる効果を確認した。第２シミュレーションでは、図１３に１例を示す実施形態と、この図１３の例で磁性体４４の周方向幅を変化させた種々の例とを用いて、回転電機１０のトルクを計算した。このトルクの計算では、回転電機１０で互いに直交する２軸であるｄ軸、ｑ軸を用いたｄｑ制御により電流制御を行う場合のステータコイルに流すｄ軸電流に増大パルスを重畳させる場合のトルクである「パルス重畳トルク」を求めた。「増大パルスを重畳」とは、急激に増大させてから急激に減少させるパルス成分を電流指令に、電気的１周期の所定タイミング等で重畳させることを意味する。このようにパルス重畳トルクを重畳させると、回転電機１０のトルクを増大させることができる。図１５は、このようにして行った第２シミュレーションの結果を示している。図１５は、第２シミュレーションで磁性体の周方向長さと回転電機のパルス重畳トルクとの関係を求めた結果を示す図である。
【００６４】
図１５では、横軸の磁性体４４の周方向長さＨ３（図１１）をｅ１、ｅ２・・・の代表値で示しており、縦軸のパルス重畳トルクをＫ１，Ｋ２・・・の代表値で示している。その他は、第１シミュレーションの場合と同様である
【００６５】
図１５の結果から分かるように、磁性体４４の周方向長さＨ３を小さくするほどパルス重畳トルクを増大させることができ、少なくとも磁性体４４の周方向長さＨ３をスロット幅Ｈ２（図１１）以下とした場合に所望のトルクを得られることを確認できた。
【００６６】
また、上記の実施形態では、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓと、ロータコア２４の隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間の部分とにそれぞれ支持され、磁性体４４を保持する非磁性材料製の保持部材４６を備える。このため、磁性体４４とロータコア２４とを磁気的に結合することなく、ロータコア２４に対する磁性体４４の支持強度を高くできる。また、磁性体４４を保持する保持部材４６に、ロータコア２４に対する誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び共通コイル３０ｎ、３０ｓの抜け止め機能を持たせることができる。このため、回転電機１０の回転時に各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓに作用する遠心力にかかわらず、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓを保持部材４６により支持できる。なお、図２の例では、各周方向延出部５２の先端部を、対応する突極３２ｎ（または３２ｓ）の先端部に径方向に対向させているが、突極３２ｎ、３２ｓの先端部と各周方向延出部５２とを溶接、接着等により結合することもできる。また、各突極３２ｎ、３２ｓと保持部材４６との外周部に、強化繊維樹脂等により形成される線材を巻き付けて各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓのロータコア２４に対する抜け止めを図ることもできる。
【００６７】
また、各突極３２ｎ、３２ｓに対し、誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び共通コイル３０ｎ、３０ｓをそれぞれロータ１４の径方向外側から径方向内側に組み付けることができ、しかもその後で、保持部材４６をロータコア２４に対して軸方向に組み付けることもできる。また、この組み付け時に各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓに保持部材４６が干渉することを防止できる。
【００６８】
また、上記の図６等で示したように、複数の誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、巻き軸方向に複数のターン４２が連結され、各ターン４２は各ターン４２の径方向に複数巻回され、複数の誘導コイル２８ｎ、２８ｓのうち、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回された誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士は、対応する突極３２ｎ、３２ｓに互いに逆向きで巻回されている。このため、隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士の間で、電流の流れ方向に関して誘導コイル２８ｎ、２８ｓの径方向の内側と外側との関係が同じとなる構成を容易に実現できる。したがって、隣り合う誘導コイル２８ｎ、２８ｓの最外周部同士の電位が等しくなり、誘導コイル２８ｎ、２８ｓ間の相間絶縁を図るための絶縁部材を簡略化したりなくすことができる。
【００６９】
さらに、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回された共通コイル３０ｎ、３０ｓ同士は、対応する突極３２ｎ、３２ｓに互いに同じ向きで巻回されており、かつ、共通コイル３０ｎ、３０ｓ同士は直列に接続されている。このため、Ｓ極共通コイル３０ｓの最外周部からＮ極共通コイル３０ｎの最外周部に電流が流れるので、隣り合う共通コイル３０ｎ、３０ｓの最外周部同士の間の電位差を同じか、または小さくすることができ、共通コイル３０ｎ、３０ｓ間の相間絶縁を図るための絶縁部材を簡略化したりなくすことができる。また、共通コイル３０ｎ、３０ｓの巻き方向を同じにできるので、回転電機１０の組み付け時に共通コイル３０ｎ、３０ｓの誤組み付けを有効に防止できる。
【００７０】
次に、図１６は、別の実施形態に係る回転電機の誘導コイル及び共通コイルを説明するための、図６に対応する図である。図１６の例では、図６の構成において、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回する共通コイル３０ｎ、３０ｓの巻き方向を互いに逆にしている。すなわち、Ｎ極共通コイル３０ｎではＮ極形成突極３２ｎにロータの径方向内側から外側に向かって右回りに巻回されている。これに対して、Ｓ極共通コイル３０ｓではＳ極形成突極３２ｓにロータの径方向内側から外側に向かって左回りに巻回されている。このため、Ｎ極共通コイル３０ｎとＳ極共通コイル３０ｓとでは巻き方向が逆になっている。さらに、図６の実施形態と異なり、Ｎ極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓは並列に接続されている。
【００７１】
また、図６の実施形態の場合と同様に、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回する誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士は、対応する突極３２ｎ、３２ｓに互いに逆向きで巻回されている。また、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの電流入力側端部Ｉｉｎ１、Ｉｉｎ２をリード線Ｌ３ａにより接続し、各共通コイル３０ｎ、３０ｓの電流出力側端部Ｉｏｕｔ３、Ｉｏｕｔ４をリード線Ｌ３ｂにより接続し、リード線Ｌ３ａの接続点とリード線Ｌ３ｂの接続点とをリード線Ｌ３ｃにより接続している。また、ダイオード３８，４０の接続点Ｒと各共通コイル３０ｎ、３０ｓの電流入力側端部Ｉｉｎ３、Ｉｉｎ４の接続点とをリード線Ｌ４により接続し、Ｓ極共通コイル３０ｓとＮ極共通コイル３０ｎとを並列接続している。このため、２つのダイオード３８，４０同士の接続点Ｒと、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓとの間に、Ｎ極共通コイル３０ｎ及びＳ極共通コイル３０ｓが並列に接続されている。
【００７２】
このような図１６の実施形態では、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻回された共通コイル３０ｎ、３０ｓ同士は、対応する突極３２ｎ、３２ｓに互いに逆向きで巻回されており、かつ、共通コイル３０ｎ、３０ｓ同士は並列に接続されている。このため、Ｓ極共通コイル３０ｓの最外周部とＮ極共通コイル３０ｎの最外周部とに同時に電流が流れるので、隣り合う共通コイル３０ｎ、３０ｓの最外周部同士の間の電位差を小さくする、または０とすることができる。したがって、共通コイル３０ｎ、３０ｓ間の相間絶縁を図るための絶縁部材を簡略化したりなくすことができる。その他の構成及び作用は、上記の図１〜６の実施形態または図７の別の実施形態の場合と同様である。
【００７３】
なお、上記の各実施形態では、上記の図２の代わりに、図１７のようにロータ１４を構成することもできる。この構成では、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面に凹部６２が形成され、各凹部６２内に保持部材４６の周方向両端部が配置されている。このような構成では各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓが突極３２ｎ、３２ｓの周囲に配置されるように、ロータコア２４の径方向外側から径方向内側へ各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓを移動させ、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの一部をスロット３４内に挿入することができる。一対の鍔部５８の周方向端縁同士の幅である各突極３２ｎ、３２ｓの先端部の周方向幅は、各突極３２ｎ、３２ｓにおいて、凹部６２よりも径方向内側の本体部の周方向幅と同じか、またはほぼ同じとなっている。
【００７４】
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。例えば、上記の実施形態では、ステータの径方向内側にロータが配置されるインナーロータ型の場合を説明したが、ステータの径方向外側にロータが配置されるアウターロータ型にも本発明を適用できる。この場合には、ロータの突極間に配置される磁性体は、ロータコアと磁気的に結合されることなく、かつ、磁性体の両側に隣り合う誘導コイルにおけるステータと反対側端よりもステータと反対側、すなわち、誘導コイルにおけるロータの径方向外端よりも外側に伸びるように、磁性体と誘導コイルとの関係を規制する。
【符号の説明】
【００７５】
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、２８ｎ  Ｎ極誘導コイル、２８ｓ  Ｓ極誘導コイル、３０ｎ  Ｎ極共通コイル、３０ｓ  Ｓ極共通コイル、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  共通コイル組、３８  第１ダイオード、４０  第２ダイオード、４２  ターン、４４  磁性体、４６  保持部材、４８  本体部、５０  径方向延出部、５２  周方向延出部、５４  係止溝、５６  幅広部、５８  鍔部、６０  補助突極。
【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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