(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸線を中心に回転するロータコアと、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線と、複数の永久磁石とを備えるロータであって、
鉄心と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体とを有する巻線ユニットを複数備え、
前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部と、複数の空隙とを備え、
複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、周方向に並び、且つ横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置され、
複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容され、
周方向において、互いに隣り合う２つの前記ユニット収容部の間の領域であるユニット間領域が、周方向に複数並び、
複数の前記ユニット間領域のそれぞれに、前記永久磁石及び前記空隙が配置され、
前記空隙が前記永久磁石よりも径方向の内側に位置する
ことを特徴とするロータ。
【請求項２】
複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記空隙として、前記ロータコアの一部からなる隔壁を介して互いに周方向に隣り合う第１空隙及び第２空隙を備え、
前記ユニット間領域に対して周方向の一方側で隣り合う前記巻線ユニットにおける径方向の内側端部が、前記第１空隙における周方向の一方側の壁を兼ね、
前記ユニット間領域に対して周方向の他方側で隣り合う前記巻線ユニットにおける径方向の内側端部が、前記第２空隙における周方向の他方側の壁を兼ね、
複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記隔壁に対して径方向の外側で隣り合う補助磁石が、前記永久磁石よりも径方向の内側に配置される
ことを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、
前記永久磁石として、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石及び第２永久磁石からなる磁石対と、周方向において、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の径方向の外側端部の間に位置し、横断面の長手方向の中心線をｄ軸上に位置させる第３永久磁石とを備え、
且つ、前記空隙として、前記第１空隙及び前記第２空隙に加えて、周方向において、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の径方向の内側端部の間に位置し、前記第１空隙及び前記第２空隙よりも径方向の外側に位置する第３空隙を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【請求項４】
複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、
前記永久磁石として、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石及び第２永久磁石からなる第１磁石対と、周方向において、互いに周方向に並び、径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくし、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に位置する態様で配置される第３永久磁石及び第４永久磁石からなる第２磁石対とを備え、
前記空隙として、前記第１空隙及び前記第２空隙に加えて、周方向において、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の径方向の内側端部の間に位置し、且つ前記第１空隙及び前記第２空隙よりも径方向の外側に位置する第３空隙を備える
ことを特徴とする請求項２に記載のロータ。
【請求項５】
複数の前記ユニット収容部のそれぞれにおける回転軸線方向の端の開口を塞ぐ閉塞部材を備える
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のロータ。
【請求項６】
複数の前記巻線ユニットのそれぞれにおける前記界磁巻線の両端が、ダイオードを介して電気接続される
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のロータ。
【請求項７】
回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフトと、周方向において前記ロータを囲むステータとを備える回転機であって、
前記ロータが、請求項１乃至６の何れか１項に記載のロータである
ことを特徴とする回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ、及び回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、回転軸線を中心に回転するロータコアと、ロータコアに保持される複数の界磁巻線と、複数の永久磁石とを備えるロータが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載のロータは、回転軸線を中心に回転する円筒状のロータコアと、ロータコアに保持される８つのロータ巻線とを備える。このロータにおけるロータコアは、周方向に等間隔で並ぶ８つの突極を外周面に備える。８つの突極のそれぞれは、ロータコアの外周面から、回転軸線を中心とする径方向の外側に向けて突出した状態で、内部に永久磁石を保持する。界磁巻線としてのロータ巻線は、突極の外周面に巻き付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−７７８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このロータにおいては、突極に対するロータ巻線の巻き付けを巻線機によって自動化する場合、高性能の巻線機を用いる必要があるため、コスト高になってしまうという課題がある。より詳しくは、例えば第１の突極に対するロータ巻線の巻き付けが終了した後、隣に存在する第２の突極に対するロータ巻線の巻き付けが行われるときに、第１の突極に巻き付けられたロータ巻線の束が、第２の突極に対するロータ巻線の巻き付け操作の邪魔になる。このため、第１の突極に巻き付けられたロータ巻線の束と、第２の突極への巻き付けの進行に伴って第２の突極の周囲において徐々に太っていくロータ巻線の束との間の僅かな隙間でも巻き付け操作を行うことができる高性能の巻線機を用いる必要があるのである。
【０００６】
また、特許文献１に記載のロータにおいては、回転時の遠心力によるロータ巻線の束の崩れを防止するためには、ロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドする必要があるため、コスト高になってしまうという課題もある。
【０００７】
また、特許文献１に記載のロータにおいては、周方向に局在する突極の内部に保持する永久磁石として、大きなものを用いることが困難であることから、大きなマグネットトルクを発揮することが困難であるという課題もある。
【０００８】
本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、次のようなロータ及び回転機を提供することである。即ち、高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避し、且つより大きなマグネットトルクを発揮することができるロータ等である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、回転軸線を中心に回転するロータコアと、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線と、複数の永久磁石とを備えるロータであって、鉄心と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体とを有する巻線ユニットを複数備え、前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部と、複数の空隙とを備え、複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、周方向に並び、且つ横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置され、複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容され、周方向において、互いに隣り合う２つの前記ユニット収容部の間の領域であるユニット間領域が、周方向に複数並び、複数の前記ユニット間領域のそれぞれに、前記永久磁石及び前記空隙が配置され、前記空隙が前記永久磁石よりも径方向の内側に位置することを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の別の一態様は、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフトと、回転軸線を中心にした周方向に前記ロータを囲むステータとを備える回転機であって、前記ロータが、本発明の一態様のロータである、回転機であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避し、且つより大きなマグネットトルクを発揮することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るモータを示す分解斜視図である。
【図２】同モータのロータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。
【図３】同モータのステータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。
【図４】同ステータ、及び同ステータの中空内に収容される同ロータの横断面を示す断面図である。
【図５】同ロータの巻線ユニットを示す斜視図である。
【図６】ケース内を封止樹脂で埋められる前の状態の同巻線ユニットを示す斜視図である。
【図７】同ロータを示す分解斜視図である。
【図８】第１実施例に係るモータのロータの横断面を示す断面図である。
【図９】同モータのユニット間領域における磁束の状態を示す図である。
【図１０】同モータのロータにおいて、ケース内を封止樹脂で埋められる前の状態の巻線ユニットを示す斜視図である。同ロータにおけるケース内を封止樹脂で埋められる前の状態の巻線ユニットを示す斜視図である。
【図１１】第２実施例に係るモータのロータを示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、各図を用いて、本発明を適用した回転機としてのモータの一実施形態について説明する。実施形態では説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造や要素については、簡略化または省略して説明する。また、各図において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、各図に示す各要素の形状、寸法などは模式的に示したもので、実際の形状、寸法などを示すものではない。
【００１４】
図１は、実施形態に係るモータ１を示す分解斜視図である。モータ１は、円筒状のハウジング２、フロントカバー３、リアカバー４、シャフト５、スリップリング（ブラシ）６、整流子７、ロータ（回転子）１０、及びステータ（固定子）３０を備える。
【００１５】
軸状のシャフト５は、円柱状の整流子７と、円柱状のロータ１０とを回転軸線Ａ方向に貫通し、整流子７及びロータ１０の回転軸線Ａ上に位置する。シャフト５は、整流子７及びロータ１０とともに回転軸線Ａを中心にして回転駆動する。円筒状のハウジング２は、ヨークの役割を果たし、内周面で円筒状のステータ３０を保持する。ハウジング２は、回転軸線Ａ方向の両端に開口を有する。ロータ１０は、ハウジング２の内周面に保持されているステータ３０の中空内に収容される。有底円筒状のフロントカバー３は、底部をフロント側に向けた状態で、ハウジング２のフロント側に接続される。この接続により、フロントカバー３は、底部に設けられたシャフト穴３ｃにシャフト５のフロント側を貫通させ、且つハウジング２のフロント側の開口を塞いだ状態で、内部に整流子７及びスリップリング６を収容する。
【００１６】
スリップリング６は、絶縁性のベース６ａ、金属製の正極端子６ｂ、導電性の正極接触子６ｃ、金属製の負極端子６ｄ、及び導電性の負極接触子６ｅを備える。正極端子６ｂと負極端子６ｄとは、互いの絶縁を維持する状態で、絶縁性のベース６ａに固定される。正極接触子６ｃは、正極端子６ｂの後端部に固定される。また、負極接触子６ｅは、負極端子６ｄの後端部に固定される。スリップリング６は、正極接触子６ｃ及び負極接触子６ｅを整流子７の外周面に接触させる状態で、フロントカバー３に保持される。整流子７は、回転軸線Ａを中心にした周方向に等間隔に並ぶ８個の接点部を備える。個々の接点部は、互いに絶縁された状態である。
【００１７】
リアカバー４は、ハウジング２のリア側の開口を塞ぐように、ハウジング２に固定される。
【００１８】
図２は、ロータ１０の回転軸線Ａ方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。ロータ１０は、円筒状のロータコア１１と、８つの巻線ユニット１２とを備える。８つの巻線ユニット１２のそれぞれは、鉄心１３と、鉄心１３に巻き付けられた界磁巻線１４とを備え、回転軸線Ａを中心にした周方向において、等間隔で並ぶようにロータコア１１に保持される。ロータコア１１は、金属板を打ち抜き加工して得られた、中央部にシャフト穴１１ｂを備える金属板片を、回転軸線Ａ方向に複数枚積層して円柱状に成形されたものである。ロータコア１１を構成する個々の金属板片の間には、絶縁性接着剤が介在しており、個々の金属版は互いに絶縁状態にある。ロータコア１１の中央のシャフト穴１１ｂには、シャフト（図１の５）が貫通する。
【００１９】
以下、回転軸線Ａと平行な方向を単に軸方向と言う。また、回転軸線Ａを中心とする周方向を単に周方向と言う。また、回転軸線Ａを中心とする径方向を単に径方向と言う。
【００２０】
ロータコア１１は、周方向に等間隔で並ぶ８つのユニット収容部１１ａを備える。それぞれのユニット収容部１１ａは、ロータコア１１を軸方向に貫通する。また、それぞれのユニット収容部１１ａは、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置され、内部に永久磁石２２を収容する。８つの永久磁石２２のそれぞれは、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢でユニット収容部１１ａ内に収容される。
【００２１】
ロータコア１１においては、周方向において、互いに隣り合う２つのユニット収容部１１ａの間の領域であるユニット間領域αが、周方向に等間隔で８つ並ぶ。それぞれのユニット間領域αのそれぞれには、磁石収容部１１ｃ及び空隙２３が配置される。
【００２２】
８つの磁石収容部１１ｃのそれぞれは、ロータコア１１の外縁部において、ロータコア１１を軸方向に貫通し、且つ横断面の長手方向の中心線を、ｄ軸上に位置させる姿勢で配置される。永久磁石２２は、横断面の長手方向を前記中心線と直交する方向に延在させる姿勢で、磁石収容部１１ｃ内に収容される。
【００２３】
８つのユニット間領域のそれぞれにおいて、空隙２３は、永久磁石２２よりも径方向の内側に位置する。より詳しくは、空隙２３は、ロータコア１１の外縁と、シャフト穴１１ｂの外縁との間の領域におけるシャフト穴１１ｂ側に配置される。
【００２４】
図３は、ステータ３０の回転軸線Ａ方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。円筒状のステータ３０は、内周面において周方向に等間隔で並ぶ複数のティース（歯）３１を備える。複数のティース３１のそれぞれは、円筒状のステータ３０の内周面から回転軸線Ａに向けて突出する。
【００２５】
図４は、ステータ３０、及びステータ３０の中空内に収容されるロータ１０の横断面を示す断面図である。ステータ３０の複数のティース３１は、ロータ１０の外周面を囲む。ロータ１０においては、８つの巻線ユニット１２が、ロータコア１１における径方向の外側端部で周方向に並ぶ。巻線ユニット１２の界磁巻線に電流が流れると、巻線ユニット１２の周囲に磁束が発生して、巻線ユニット１２が複数のティース３１のうち、径方向に対向していないティース３１の磁力に引かれる。これにより、ロータ１０に周方向のトルクが発生して、ロータ１０がシャフト（図１の５）及び整流子（図１の７）とともに回転する。
【００２６】
図５は、巻線ユニット１２を示す斜視図である。巻線ユニット１２は、蓋のない箱状の形状をした樹脂製のケース１５と、封止のためにケース１５の内部に埋められた絶縁性の封止樹脂１６とを備える。
【００２７】
図６は、ケース１５内を封止樹脂（図５の１６）で埋められる前の状態の巻線ユニット１２を示す斜視図である。封止樹脂で埋められる前のケース１５内には、鉄心１３と、鉄心１３の外周面に巻き付けられた界磁巻線１４とが収容される。界磁巻線１４の線両端のそれぞれには被覆電線１７が接続され、ケース１５の外部に延ばされる。図６に示されるケース１５内に、封止体としての封止樹脂が流し込まれて硬化することで、鉄心１３及び界磁巻線１４が封止樹脂によってケース１５内に封止される。被覆電線１７は、整流子（図１の７）の接点部に接続される。
【００２８】
図７は、ロータ１０を示す分解斜視図である。図示のように、８つのユニット収容部１１ａのそれぞれには、巻線ユニット１２が軸方向に挿入されて収容され、軸方向に延在する。８つのユニット収容部１１ａ、及び８つの磁石収容部１１ｃのそれぞれは、軸方向の両端のそれぞれに開口を備える。
【００２９】
８つの巻線ユニット１２のそれぞれにおける線方向の長さは、ロータコア１１の軸方向の長さと同じである。８つのユニット収容部１１ａ、及び８つの磁石収容部１１ｃのそれぞれにおける軸方向の一方側の開口は、閉塞部材としての閉塞プレート２１によって共通して塞がれる。即ち、閉塞プレート２１は、８つのユニット収容部１１ａ、及び８つの磁石収容部１１ｃのそれぞれにおける軸方向の一方側の開口を一体で塞ぐ。閉塞プレート２１の直径は、ロータコア１１の直径と同じであるか、あるいは、ロータコア１１の直径よりも僅かに小さい。閉塞プレート２１の径方向の中心部には、シャフト（図１の５）を貫通させるためのシャフト穴が設けられる。
【００３０】
閉塞プレート２１は、シャフトに設けられた溝に嵌め込まれるＣリング１９によって、ロータコア１１の軸方向の一端面に向けて押さえつけられる。８つのユニット収容部１１ａのそれぞれにおける軸方向の他方側の開口、及び８つの磁石収容部１１ｃのそれぞれにおける軸方向の他方側の開口も、軸方向の一方側と同様にして、閉塞プレート２１によって共通して塞がれる。
【００３１】
図６に示される界磁巻線１４は、ケース１５に収容される前に巻線機によって鉄心１３に巻き付けられ、鉄心１３とともにケース１５内に収容される。界磁巻線１４を鉄心１３に巻き付けるときには、鉄心１３、界磁巻線１４の何れの周囲においても、巻線機による巻き付け操作を邪魔するものが存在しない。このため、ごく僅かな隙間での巻線を行うことが可能な高性能の巻線機を用いる必要がなく、一般的な巻線機を用いることが可能である。従って、実施形態に係るモータ１によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高を回避することができる。
【００３２】
また、実施形態に係るモータ１においては、巻線ユニット１２内において、界磁巻線１４を封止樹脂（図５の１６）によって封止していることから、回転時の遠心力が作用しても、界磁巻線１４の束を崩すことがない。このため、大掛かりなモールド設備を用いてロータ１０全体を樹脂等の絶縁体でモールドしなくても、界磁巻線１４の束の崩れを防止することが可能である。よって、実施形態に係るモータ１によれば、ロータ１０全体を樹脂等の絶縁体でモールドすることによるコスト高を回避しつつ、回転時の遠心力が作用することによる界磁巻線１４の束の崩れを防止することができる。
【００３３】
また、実施形態に係るモータ１においては、界磁巻線１４を容易に鉄心１３に巻き付けることが可能であることから、高密度の巻き付けを行うことができる。電線として丸線を鉄心１３に高密度に巻き付けることが可能であることに加えて、電線として平角線を鉄心１３に高密度に巻き付けることも可能である。丸線を用いる場合、界磁巻線１４の束内に多くの空隙ができることから、単位体積あたりにおける電線の占有率は６０〔％〕弱に留まるのに対し、平角線を用いる場合、電線の占有率を６０〔％〕以上にすることができる。電線の占有率を高めることで、モータ１のトルクを高めることが可能になる。
【００３４】
なお、ユニット収容部１１ａとして、ロータコア１１を軸方向に貫通するものを設けた例について説明したが、ユニット収容部１１ａとして、軸方向の両端のうち、何れか一方だけに開口を備える凹部からなるものを設けてもよい。
【００３５】
図２に示されるように、８つのユニット間領域αのそれぞれは、周方向に沿って延びる領域である。実施形態に係るロータ１０においては、周方向に沿って延びるユニット間領域αに永久磁石２２を配置することで、永久磁石２２として、特許文献１に記載のものよりも、大きなものを配置することが可能である。これにより、実施形態に係るロータ１０によれば、より大きなマグネットトルクを発揮することができる。
【００３６】
また、ロータ１０によれば、８つのユニット間領域αのそれぞれにおいて、空隙２３は、永久磁石２２の磁束のシャフト（図１の５）への回り込みと、巻線ユニット１２の磁束の回り込みとを抑えることで、磁束漏れを抑えることができる。
【００３７】
次に、実施形態に係るモータ１に、より特徴的な構成を付加した各実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係るモータ１の構成は、実施形態と同様である。
【００３８】
〔第１実施例〕
地球温暖化防止が重要視される近年のモータ１においては、低速回転域から高速回転域まで高い効率で回転駆動することが求められる。ロータ１０に保持される永久磁石２２の磁束は、一定の鎖交磁束である。このため、界磁巻線１４に対する励磁を入切したり、界磁巻線１４に対する印加電圧を変化させたりすることによる巻線ユニット１２の磁束密度の微調整により、マグネットトルクを微調整することが望ましい。但し、ロータ１０のリラクタンストルクを有効活用するためには、磁束漏れをできるだけ抑制することが望ましい。
【００３９】
実施形態に係るモータ１では、巻線ユニット１２から発せられる磁束をシャフトに回り込ませたりして磁束漏れを引き起こすおそれがある。加えて、周方向における空隙２３と巻線ユニット１２との間のロータコア１１部分の厚みが薄いことから、そのロータコア１１部分が高速回転時の遠心力に耐え得る耐久性を発揮することが困難である。周方向における空隙２３と巻線ユニット１２との間のロータコア１１部分の厚みを大きくすれば、そのロータコア１１部分の耐久性を高めることができるが、すると、そのロータコア１１部分を通じて永久磁石２２の磁束をシャフトに回り込ませてしまうことから、磁束漏れを抑えることが困難になってしまう。
【００４０】
図８は、第１実施例に係るモータ（１）のロータ１０の横断面を示す断面図である。ロータ１０は、８つの記ユニット間領域αのそれぞれにおいて、空隙２３として、ロータコア１１の一部からなる隔壁１１ｆを介して互いに周方向に隣り合う第１空隙２３ａ及び第２空隙２３ｂを備える。ユニット間領域αに対して周方向の一方側（図示の例では、回転軸線Ａを中心とする反時計回り側）で隣り合う巻線ユニット１２における径方向の内側端部は、第１空隙２３ａにおける周方向の一方側の壁を兼ねる。また、ユニット間領域αに対して周方向の他方側（図示の例では時計回り側）で隣り合う巻線ユニット１２における径方向の内側端部は、第２空隙２３ｂにおける周方向の他方側の壁を兼ねる。
【００４１】
８つのユニット間領域αのそれぞれにおいては、永久磁石２２として、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石２２ａ及び第２永久磁石２２ｂからなる磁石対２５が配置される。また、ユニット間領域αには、周方向において、第１永久磁石２２ａ及び第２永久磁石２２ｂの径方向の外側端部の間に位置し、横断面の長手方向の中心線をｄ軸上に位置させる第３永久磁石２２ｃが配置される。また、ユニット間領域αには、隔壁１１ｆに対して径方向の外側で隣り合う補助磁石２２ｅが、磁石対２５よりも径方向の内側に配置される。
【００４２】
ユニット間領域αにおいては、第１永久磁石２２ａ、第２永久磁石２２ｂ、及び第３永久磁石２２ｃにより、主磁極が構成される。第１永久磁石２２ａは、第１磁石収容部１１ｃ１内に収容される。第２永久磁石２２ｂは、第２磁石収容部１１ｃ２内に収容される。第３永久磁石２２ｃは、第３磁石収容部１１ｃ３内に収容される。
【００４３】
ユニット間領域αにおいては、空隙２３として、第１空隙２３ａ及び第２空隙２３ｂに加えて、第３空隙２３ｃが配置される。第３空隙２３ｃは、周方向において、第１永久磁石２２ａ及び第２永久磁石２２ｂの径方向の内側端部の間に位置し、第１空隙２３ａ及び第２空隙２３ｂよりも径方向の外側に位置する。
【００４４】
かかる構成においては、隔壁１１ｆの厚みを大きくしてその耐久性を高めても、隔壁１１ｆの径方向の外側に位置する補助磁石２２ｅが、巻線ユニット１２の鉄心１３よりも径方向の内側で、巻線ユニット１２の磁束を磁気飽和させる。これにより、ステータ（図４の３０）側に鎖交する巻線ユニット１２の磁束を増加させることで、巻線ユニット１２による磁束密度の可変範囲を広くすることができる。よって、ロータ１０によれば、ロータコア１１の耐久性を向上させて高速回転を可能にしつつ、巻線ユニット１２の磁束漏れを抑えることができる。
【００４５】
図９は、ユニット間領域αにおける磁束の状態を示す図である。実施例１にかかるロータ１０においては、主磁極を磁石対２５及び第３永久磁石２２ｃのという２層の永久磁石で構成することで、実施形態に比べて、ｄ軸のインダクタンスＬｄを低減して、ｄ軸のインダクタンスＬｄと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの差を大きくする。これにより、ロータ１０によれば、リラクタンストルクを増加させて、モータ１の小型化、巻線ユニット１２の小型化、永久磁石量の低減よる鉄損の低減、及び、回転速度変化量に対するトルク変化量の安定化を図ることができる。
【００４６】
図１０は、第１実施例に係るモータ１のロータ１０におけるケース１５内を封止樹脂（図５の１６）で埋められる前の状態の巻線ユニット１２を示す斜視図である。図示のように、鉄心１３に巻き付けられた界磁巻線１４の線両端は、ダイオード２４を介して接続される。
【００４７】
図８において、８つの巻線ユニット１２のうち、周方向で互いに隣り合う巻線ユニット１２の対は、互いの内部のダイオード（図１０の２４）の向きを逆方向にする姿勢で配置される。ロータ１０とステータ（図４の３０）との間の空間には、空間高調波が発生する。この空間高調波と、ステータのティース（図３の３１）に巻かれたコイルに流れる高調波とが重畳されると、図１０に示される界磁巻線１４に、一方向の誘導電流が発生する。つまり、第１実施例に係るモータ１においては、ロータ１０の界磁巻線１４に対して外部電源を電気接続しなくても、界磁巻線１４に電流を流して巻線ユニット１２の周囲に磁束を発生させることが可能である。よって、第１実施例に係るモータ１においては、界磁巻線１４に対して外部電源を電気接続するためのスリップリング（図１の６）、及び整流子（図１の７）を設けていない。
【００４８】
従って、第１実施例に係るモータ１によれば、スリップリング及び整流子の摩耗によるモータ１の寿命低下を回避することができる。なお、特許文献１に記載のモータにおいては、ロータの突極に巻き付けたロータ巻線にダイオードを接続する必要があり、ロータの形状が複雑であることから、ダイオードの接続操作に手間を要するという不具合がある。これに対し、第１実施例に係るモータ１によれば、鉄心、及び鉄心に巻き付けられた界磁巻線という単純な構造物に対してダイオードを接続することが可能であるので、ダイオードの接続操作を容易にして生産性を高めることができる。
【００４９】
また、第１実施例に係るモータ１では、高速回転時に端子間電圧が増大することから、ロータ１０の磁束量を抑える弱め界磁制御を行う場合には、ロータ１０の界磁巻線に重畳する高周波をなくすことで、ロータ１０に鎖交する磁束量を減少させることが可能である。よって、第１実施例に係るモータ１によれば、弱め界磁制御に必要な無効電流を低減することができる。
【００５０】
〔第２実施例〕
第２実施例に係るモータ１は、巻線ユニット１２に、第１実施例と同様のダイオード（２４）を備える。
【００５１】
図１１は、第２実施例に係るモータ１のロータ１０を示す横断面図である。このロータ１０では、８つのユニット間領域αのそれぞれにおいて、第１磁石対２５ａと第２磁石対２５ｂとを備える。第１磁石対２５ａは、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石２２ａ及び第２永久磁石２２ｂを備える。第２磁石対２５ｂは、周方向において、互いに周方向に並び、径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくし、第１永久磁石２２ａと第２永久磁石２２ｂとの間に位置する態様で配置される第３永久磁石２２ｃ及び第４永久磁石２２ｄからなるを備える。
【００５２】
８つのユニット間領域αのそれぞれには、空隙として、第１空隙２３ａ及び第２空隙２３ｂに加えて、周方向において、第１永久磁石２２ａ及び第２永久磁石２２ｂの径方向の内側端部の間に位置し、且つ第１空隙２３ａ及び第２空隙２３ｂよりも径方向の外側に位置する第３空隙２３ｃを備える。
【００５３】
かかる構成のロータ１０においては、第１実施例に係るモータ１のロータ１０と同様の作用効果を奏することができる。
【００５４】
以上、ロータ１０に対して界磁を８極設けた構成のモータ１の例について説明したが、界磁の極数は、８極に限られるものではない。また、回転機としてのモータ１に本発明を適用した例について説明したが、回転機としての発電機（ダイナモ）に本発明を適用することも可能である。
【００５５】
本発明は上述の実施形態、各実施例に限られず、本発明の構成を適用し得る範囲内で、実施形態、各実施例とは異なる構成を採用することもできる。本発明は、以下に説明する態様毎に特有の作用効果を奏する。
【００５６】
〔第１態様〕
第１態様は、回転軸線（例えば回転軸線Ａ）を中心に回転するロータコア（例えばロータコア１１）と、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線（例えば界磁巻線１４）と、複数の永久磁石（例えば永久磁石２２）とを備えるロータ（例えばロータ１０）であって、鉄心（例えば鉄心１３）と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体（例えば封止樹脂１６）とを有する巻線ユニット（例えば巻線ユニット１２）を複数備え、前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部（例えばユニット収容部１１ａ）と、複数の空隙（例えば空隙２３）とを備え、複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、周方向に並び、且つ横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置され、複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容され、周方向において、互いに隣り合う２つの前記ユニット収容部の間の領域であるユニット間領域（例えばユニット間領域α）が、周方向に複数並び、複数の前記ユニット間領域のそれぞれに、前記永久磁石及び前記空隙が配置され、前記空隙が前記永久磁石よりも径方向の内側に位置することを特徴とするものである。
【００５７】
かかる構成において、ロータコアとは別体の巻線ユニットを製造するために、鉄心に対して界磁巻線を巻き付けるときには、鉄心、界磁巻線の何れの周囲においても、巻線機による巻き付け操作を邪魔するものが存在しない。このため、ごく僅かな隙間での巻線を行うことが可能な高性能の巻線機を用いる必要がなく、一般的な巻線機を用いることが可能である。よって、第１態様によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高を回避することができる。
【００５８】
また、第１態様の巻線ユニットにおいては、界磁巻線を絶縁性の封止体によって封止していることから、回転時の遠心力が作用しても、界磁巻線の束を崩すことがない。このため、大掛かりなモールド設備を用いてロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドしなくても、界磁巻線の束の崩れを防止することが可能である。よって、第１態様によれば、ロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドすることによるコスト高を回避しつつ、回転時の遠心力が作用することによる界磁巻線の束の崩れを防止することができる。
【００５９】
また、第１態様においては、界磁巻線を容易に鉄心に巻き付けることが可能であることから、高密度の巻き付けを行うことができる。例えば、電線として丸線を鉄心に高密度に巻き付けることが可能であることに加えて、電線として平角線を鉄心に高密度に巻き付けることも可能である。よって、モータのトルクを高めることができる。
【００６０】
また、第１態様においては、より大きな永久磁石を周方向に延在するユニット間領域αに配置することが可能であることから、より大きなマグネットトルクを発揮することができる。
【００６１】
〔第２態様〕
第２態様は、第１態様の構成を備え、且つ、複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記空隙として、前記ロータコアの一部からなる隔壁（例えば隔壁１１ｆ）を介して互いに周方向に隣り合う第１空隙（例えば第１空隙２３ａ）及び第２空隙（例えば第２空隙２３ｂ）を備え、前記ユニット間領域に対して周方向の一方側で隣り合う前記巻線ユニットにおける径方向の内側端部が、前記第１空隙における周方向の一方側の壁を兼ね、前記ユニット間領域に対して周方向の他方側で隣り合う前記巻線ユニットにおける径方向の内側端部が、前記第２空隙における周方向の他方側の壁を兼ね、複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記隔壁に対して径方向の外側で隣り合う補助磁石（例えば補助磁石２２ｅ）が、前記永久磁石２２よりも径方向の内側に配置されることを特徴とするものである。
【００６２】
かかる構成においては、隔壁の厚みを大きくしてその耐久性を高めても、隔壁の径方向の外側に位置する補助磁石が、巻線ユニットの鉄心よりも径方向の内側で、巻線ユニットの磁束を磁気飽和させる。これにより、ステータ側に鎖交する巻線ユニットの磁束を増加させることで、巻線ユニットによる磁束密度の可変範囲を広くすることができる。よって、第１態様によれば、ロータコアの耐久性を向上させて高速回転を可能にしつつ、巻線ユニットの磁束漏れを抑えることができる。
【００６３】
〔第３態様〕
第３態様は、第２態様の構成を備え、且つ、複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記永久磁石として、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石及び第２永久磁石からなる磁石対と、周方向において、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の径方向の外側端部の間に位置し、横断面の長手方向の中心線をｄ軸上に位置させる第３永久磁石２２ｃとを備え、且つ、前記空隙として、前記第１空隙及び前記第２空隙に加えて、周方向において、前記第１永久磁石２２ａ及び前記第２永久磁石２２ｂの径方向の内側端部の間に位置し、前記第１空隙及び前記第２空隙よりも径方向の外側に位置する第３空隙（例えば第３空隙２３ｃ）を備えることを特徴とするものである。
【００６４】
かかる構成によれば、第３空隙により、磁石対２５及び第３永久磁石２２ｃの磁束のシャフトへの回り込みを抑えることで、磁束漏れを抑えることができる。加えて、第３態様によれば、主磁極を磁石対２５及び第３永久磁石２２ｃのという２層の永久磁石で構成することで、第２態様に比べて、ｄ軸のインダクタンスＬｄを低減して、ｄ軸のインダクタンスＬｄと、ｑ軸インダクタンスＬｑとの差を大きくする。これにより、第３態様によれば、リラクタンストルクを増加させて、モータ１の小型化、巻線ユニット１２の小型化、永久磁石量の低減よる鉄損の低減、及び、回転速度変化量に対するトルク変化量の安定化を図ることができる。
【００６５】
〔第４態様〕
第４態様は、複数の前記ユニット間領域のそれぞれにおいて、前記永久磁石として、互いに周方向に並び、且つ径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくする態様で配置される第１永久磁石及び第２永久磁石からなる第１磁石対（例えば第１磁石対２５ａ）と、周方向において、互いに周方向に並び、径方向の外側に向かうにつれて互いの距離を大きくし、前記第１永久磁石と前記第２永久磁石との間に位置する態様で配置される第３永久磁石及び第４永久磁石（例えば第４永久磁石２２ｄ）からなる第２磁石対（例えば第２磁石対２５ｂ）とを備え、前記空隙として、前記第１空隙及び前記第２空隙に加えて、周方向において、前記第１永久磁石及び前記第２永久磁石の径方向の内側端部の間に位置し、且つ前記第１空隙及び前記第２空隙よりも径方向の外側に位置する第３空隙を備えることを特徴とするものである。
【００６６】
かかる構成によれば、第３態様と同様の作用効果を奏することができる。
【００６７】
〔第５態様〕
第５態様は、第１態様〜第４態様の何れかの構成を備え、且つ、複数の前記ユニット収容部のそれぞれにおける回転軸線方向の端の開口を塞ぐ閉塞部材（例えば閉塞プレート２１）を備えることを特徴とするものである。
【００６８】
かかる構成によれば、ユニット収容部内において、巻線ユニットを回転軸線方向の所定の位置に係止することができる。
【００６９】
〔第６態様〕
第６態様は、第１態様〜第４態様の何れかの構成を備え、且つ、複数の前記巻線ユニットのそれぞれにおける前記界磁巻線の両端が、ダイオード（例えばダイオード２４）を介して電気接続されることを特徴とするものである。
【００７０】
かかる構成では、ロータの界磁巻線に対して外部電源を電気接続しなくても、界磁巻線に電流を流して巻線ユニットの周囲に磁束を形成することが可能であるため、界磁巻線に対して外部電源を電気接続するためのスリップリング、及び整流子が不要である。よって、第５態様によれば、スリップリング及び整流子の摩耗による回転器の寿命低下を回避することができる。
【００７１】
〔第７態様〕
第７態様は、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフト（例えばシャフト５）と、周方向において前記ロータを囲むステータとを備える回転機（例えばモータ１）であって、前記ロータが、第１態様〜第６態様の何れかのロータであることを特徴とするものである。
【００７２】
かかる構成によれば、高性能の巻線機を用いることによるロータのコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるロータのコスト高とを回避し、且つ、より大きなマグネットトルクを発揮することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明は、モータ、発電機等の回転機に適用が可能である。
【符号の説明】
【００７４】
Ａ：回転軸線、    １：モータ（回転機）    、２：ハウジング、    ３：フロントカバー、    ４：リアカバー、    ５：シャフト、    ６：スリップリング、    ７：整流子、    １０：ロータ、    １１：ロータコア、    １１ａ：ユニット収容部、    １１ｂ：シャフト穴、    １１ｃ：磁石収容部、    １２：巻線ユニット、    １３：鉄心、    １４：界磁巻線、    １５：ケース、    １６：封止樹脂（封止体）、    ２１：閉塞プレート（閉塞部材）、    ２２：永久磁石、    ２２ａ：第１永久磁石、    ２２ｂ：第２永久磁石、    ２２ｃ：第３永久磁石、    ２２ｄ：第４永久磁石、    ２２ｅ：補助磁石、    ２４：ダイオード、    ２５：磁石対、    ２５ａ：第１磁石対、    ２５ｂ：第２磁石対、３０：ステータ、    ３１：ティース
【要約】      （修正有）【課題】高性能の巻線機を用いることによるロータのコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避し、且つより大きなマグネットトルクを発揮することができるロータを提供する。【解決手段】鉄心１３と、鉄心１３に巻かれた界磁巻線１４と、それを封止する絶縁性の封止体とを有する巻線ユニット１２を複数備える。ロータコア１１は、複数の巻線ユニット１２のそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部１１ａと、複数の空隙２３とを備える。ユニット収容部１１ａは、回転軸線Ａ方向に延在し、周方向に並び、且つ横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置される。巻線ユニット１２は、横断面の長手方向を径方向に沿わせる姿勢でユニット収容部１１ａ内に収容される。複数のユニット間領域αのそれぞれに、永久磁石２２及び空隙２３が配置される。空隙２３は、永久磁石２２よりも径方向の内側に位置する。【選択図】図２【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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