(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相巻線が巻装された環状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心の内径側に配置されて界磁を発生する回転子とを備える回転電機において、
前記回転子は、回転軸に嵌装固定された筒状のボス部と、このボス部の端面より半径方向に広がるディスク部と、このディスク部に連接して回転軸方向に連続するとともに前記ボス部の外径側に配置されて周方向に連続する円筒部と、前記ボス部と前記円筒部との間に配置された界磁巻線とを有し、
前記円筒部の外周部において、前記多相巻線の電気角に関して周期２πの磁気抵抗の周期的変化を与える形状あるいは組成としたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
多相巻線が巻装された環状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心の内径側に配置されて界磁を発生する回転子とを備える回転電機において、
前記回転子は、回転軸に嵌装固定された筒状のボス部と、このボス部の端面より半径方向に広がるディスク部と、このディスク部に連接して回転軸方向に前記ボス部の外径側に配置されて周方向に連続する円筒部と、前記ボス部と前記円筒部との間に配置された界磁巻線とを有し、
前記ボス部、前記ディスク部、前記円筒部によって回転子鉄心が形成され、
前記円筒部の外周部において、前記多相巻線の電気角に関して周期２πの磁気抵抗の周期的変化を与える形状あるいは組成としたことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記円筒部の外周部に配置された環状積層鉄心をさらに備え、
前記円筒部の外周部および前記環状積層鉄心の内周部の少なくとも一方に、周方向に交互に配置された複数の凸部と凹部を有することを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記円筒部は、周方向に交互に配置された複数の凸部と凹部を外周部に有しており、前記凹部に径方向に着磁された第１の永久磁石を配置することにより、外周部において周方向に沿って前記凸部と前記第１の永久磁石とで一対のＮＳ磁極を構成したことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４において、
前記円筒部の外周部に配置された環状積層鉄心をさらに備え、
前記環状積層鉄心には、内周側で対向する前記凸部と前記凹部の周方向の繰り返し間隔で複数の磁極部が形成されており、これら複数の磁極部は前記円筒部より磁束供給を受けて交互にＮＳ極性が形成され、前記固定子鉄心に交番磁束供給が行われることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項３または５において、
前記環状積層鉄心は、前記凸部と前記凹部の境界に、前記多相巻線の電気角に関して周期πで、径方向に形成された複数のスリットを有することを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項１または２において、
前記円筒部の外周部に配置され、周方向に配置されて外周部に開口した複数のスロットを有する環状積層鉄心をさらに備え、
前記スロットに径方向に着磁された第２の永久磁石を配置することにより、前記環状積層鉄心の外周部において周方向に沿ってＮ磁極とＳ磁極を交互に形成したことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項７において、
前記スロット内に配置された前記第２の永久磁石の径方向の移動を拘束する拘束部を備えることを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項１または２において、
前記円筒部の外周部に配置され、周方向に配置されて径方向に形成された複数の磁石収納部を有する環状積層鉄心をさらに備え、
前記磁石収納部に径方向の着磁された第３の永久磁石を収納することにより、前記環状積層鉄心の外周部において周方向に沿ってＮ磁極とＳ磁極を交互に形成したことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば乗用車や航空機、工具などの小型高性能が重視される分野において電動機や発電機として用いられる回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用として用いられる回転電機としての電動機や発電機には、小型軽量高出力が要求されており、これまでこの要求を満たすために、性能を支配する界磁磁束量を増やすさまざまな方法が提案されている。小型高磁束化を可能とする代表的な従来技術としては、回転軸を嵌装するボス部と、それに連接したディスク部と、更にそれに連接した爪状磁極部とからなるいわゆるランデル型の界磁鉄心を有する回転子が普及している。このランデル型の界磁鉄心では、集中単純巻きによって巻回された界磁巻線によって発生した磁束が、各爪状磁極部を含んで形成される磁気回路に並列に供給されるため、各爪状磁極部の励磁アンペアターンを大きく設定することができ、高出力を得ることができるという特長がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したランデル型の回転子を用いた場合には、一定の回転子外径を考えたときに、爪状磁極部の径方向の厚みや必要な界磁巻線量を確保するためには、界磁磁束量を支配するボス部の外径をあまり大きくできないため、このボス部において磁束の飽和が生じやすく、高出力化に限界があるという問題があった。また、爪状磁極部を含む界磁鉄心が塊状であるため、磁束が変動したときに爪状磁極部の表面に渦電流が発生し、一般の積層磁極と比べると大きな磁極損失が生じるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高出力化が可能であるとともに磁極損失を低減することができる回転電機を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機は、多相巻線が巻装された環状の固定子鉄心を有する固定子と、前記固定子鉄心の内径側に配置されて界磁を発生する回転子とを備えている。この回転子は、回転軸に嵌装固定された筒状のボス部と、このボス部の端面より半径方向に広がるディスク部と、このディスク部に連接して回転軸方向にボス部の外径側に配置されて周方向に連続する円筒部と、ボス部と前記円筒部との間に配置された界磁巻線とを有し、円筒部の外周部において、多相巻線の電気角に関して周期２πの磁気抵抗の周期的変化を与える形状あるいは組成を有している。これにより、従来のランデル型の爪状磁極に代えて円筒部を用いた磁極を用いることができるため、回転子に遠心力が作用したときに、従来のように爪状磁極に働く強大な曲げモーメントが発生するのではなく、円筒部全体を径方向外側に広げようとする引っ張り応力が発生することになり、回転子に形成される磁極は、確実な耐遠心力性を備えることとなる。また、円筒部全体に磁束が導けるために、同一磁束量を通磁するための磁極の厚みを従来の爪状磁極に比べて薄くすることができる。このため、界磁巻線の巻装条件を同一にした場合に、ボス部の外径を増すことができるので、結局出力を左右するボス部の磁束量を増やすことができ、回転電機の高出力化が可能となる。
【０００６】
また、上述した円筒部の外周部に配置された環状積層鉄心をさらに備え、円筒部の外周部および環状積層鉄心の内周部の少なくとも一方に、周方向に交互に配置された複数の凸部と凹部を有することが望ましい。このように、環状積層鉄心と円筒部の少なくとも一方に凹凸による間隙を形成することにより、円筒部の外周部に配置された環状積層鉄心に対して、周方向に沿って磁気抵抗の周期的変化を与えることが容易となる。また、回転子の外周部に環状積層鉄心を配置することにより、その表面における渦電流の発生を抑制することができ、磁気損失の低減が可能になる。
【０００７】
また、上述した円筒部は、周方向に交互に配置された複数の凸部と凹部を外周部に有し、凹部に径方向に着磁された第１の永久磁石を配置することにより、外周部において周方向に沿って凸部と第１の永久磁石とで一対のＮＳ磁極を構成することが望ましい。円筒部の一部に形成された凹部に第１の永久磁石を配置することにより、円筒部の外周部において、周方向に沿って磁気抵抗の周期的変化を与えることが容易となる。特に、第１の永久磁石を配置することにより、この部分において電気的、磁気的に高抵抗になるため、渦電流の発生を抑制することができる。
【０００８】
また、上述した円筒部の外周部に配置された環状積層鉄心をさらに備え、環状積層鉄心には、内周側で対向する凸部と凹部の周方向の繰り返し間隔で複数の磁極部が形成されており、これら複数の磁極部は円筒部より磁束供給を受けて交互にＮＳ極性が形成され、固定子鉄心に交番磁束供給が行われることが望ましい。これにより、磁極表面である環状積層鉄心の表面における渦電流の発生をさらに低減することができる。
【０００９】
また、上述した環状積層鉄心は、凸部と凹部の境界に、多相巻線の電気角に関して周期πで、径方向に形成された複数のスリットを有することが望ましい。これにより、環状積層鉄心の周方向に沿った磁束の漏れを低減することが可能になり、さらなる高出力化が可能になる。
【００１０】
また、上述した円筒部の外周部に配置され、周方向に配置されて外周部に開口した複数のスロットを有する環状積層鉄心をさらに備え、スロットに径方向に着磁された第２の永久磁石を配置することにより、環状積層鉄心の外周部において周方向に沿ってＮ磁極とＳ磁極を交互に形成することが望ましい。回転子の外周部に配置された環状積層鉄心およびその一部に形成されたスロットに配置された第２の永久磁石を用いることにより、これらの表面における渦電流の発生を抑えることができるため、磁気損失の低減が可能になる。また、上述したように、爪状磁極を用いる代わりに、円筒部と環状積層鉄心によって構成される磁極を用いることにより、磁極を薄くすることができ、これに伴うボス部の径の拡大による高出力化が可能になる。また、第２の永久磁石を用いる分だけ界磁巻線の巻装数を減らすこともできるため、さらにボス部の径の拡大が可能となり、さらなる高出力化を実現することができる。
【００１１】
また、上述したスロット内に配置された第２の永久磁石の径方向の移動を拘束する拘束部を備えることが望ましい。これにより、遠心力による永久磁石の飛び出し等を防止して遠心力耐久性を高めることができるため、永久磁石の体積や個数を増すことが可能になり、回転電機の高性能化を実現することができる。
【００１２】
また、上述した円筒部の外周部に配置され、周方向に配置されて径方向に形成された複数の磁石収納部を有する環状積層鉄心をさらに備え、磁石収納部に径方向に着磁された第３の永久磁石を収納することにより、環状積層鉄心の外周部において周方向に沿ってＮ磁極とＳ磁極を交互に形成することが望ましい。これにより、円筒部に外周部に配置された環状積層鉄心に対して、周方向に沿って磁気抵抗の周期的変化を与えることが容易となる。また、上述したように、爪状磁極を用いる代わりに円筒部や環状積層鉄心によって磁極を形成することにより、磁極を薄くしてボス部の径を拡大することが可能になるとともに、環状積層鉄心を用いることにより、その表面における渦電流の発生を抑えることができるため、回転電機の効率向上による高出力化が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を適用した回転電機の一種である車両用交流発電機について、図面を参照しながら説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図であり、回転子とこれに組み合わされる固定子を抜き出して示したものである。図２は、図１に示した回転子の部分的な横断面図である。
【００１４】
図１に示すように、固定子２００は、積層固定子鉄心２１と多相巻線２２とを含んで構成されている。積層固定子鉄心２１には、内径側に開口したスロット（図示せず）が形成されており、これらのスロットに多相巻線２２が巻装されている。多相巻線２２としては、例えばＸ相、Ｙ相、Ｚ相からなる三相巻線が用いられる。
【００１５】
また、回転子１００は、回転子鉄心１、回転軸２、界磁巻線３、環状積層鉄心４を含んで構成されている。
回転子鉄心１は、回転軸２に嵌挿固定された筒状のボス部１１と、このボス部１１の端面より半径方向に広がるディスク部１２と、このディスク部１２に連接して回転軸２に沿って連続する円筒部１３とを有している。円筒部１３は、ボス部１１の外周側に配置されて、ボス部１１を包囲するように周方向に連続している。また、この円筒部１３は、外径部に周方向に交互に配置された複数個の凸部１３ａと凹部１３ｂを有している。例えば、円筒部１３は、径方向の厚さが、凸部１３ａが形成された部分において４ｍｍに、凹部１３ｂが形成された部分において２ｍｍに設定されており、凸部１３ａと凹部１３ｂは外周面において２ｍｍの高低差を有している。上述した回転子鉄心１は２個が一組となって用いられており、これら２個の回転子鉄心１は、一方の円筒部１３の凸部１３ａと他方の円筒部１３の凹部１３ｂのそれぞれの周方向位置を合わせるように、しかもそれぞれのボス部１１、ディスク部１２、円筒部１３によって包囲された内部空間が向かい合うように配置された状態で、それぞれのボス部１１に回転軸２が嵌挿される。
【００１６】
界磁巻線３は、回転子鉄心１のボス部１１の周囲に巻装されており、回転軸２に設けられたスリップリング（図示せず）を介して給電される。
環状積層鉄心４は、回転子鉄心１の外径部を包囲する。例えば、径方向幅が３ｍｍに、軸方向の厚みが固定子鉄心２１の軸方向厚みとほぼ等しく設定されている。この環状積層鉄心４の内径部は、回転子鉄心１の円筒部１３の凸部１３ａの外径部に密着配置されている。また、環状積層鉄心４は、周方向に多相巻線２２の電気角に関して周期πの間隔で配置されたスリット４１を有している。２個一組のスリット４１を形成することにより、このスリット４１を挟んで周方向に隣接配置された各磁極部４ａは、互いに磁気的に分離されている。
【００１７】
本実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転子１００および固定子２００はこのような構成を有しており、次にその作動を説明する。
本実施形態の回転子１００は、２個の回転子鉄心１の円筒部１３の外周部に着目すると、一方の円筒部１３の凸部１３ａと他方の円筒部１３の凹部１３ｂとが組み合わされて配置される。例えば、図１に示すように、Ｎ極性となる一方の円筒部１３の凸部１３ａに環状積層鉄心４が密着配置されて、この断面部分において環状積層鉄心４がＮ極性になる。また、この位置から周方向に電気角でπずれると、Ｓ極性となる他方の円筒部１３の凸部１３ａに環状積層鉄心４が密着配置されて、この部分において環状積層鉄心４がＳ極性になる。このように、周方向に沿って配置された凸部１３ａと凹部１３ｂの繰り返し周期と同じ周期で、環状積層鉄心４にＮ極性の磁極部４ａとＳ極性の磁極部４ａが交互に現れる。
【００１８】
界磁巻線３に通電することにより発生した界磁磁束は、Ｎ極性の円筒部１３の凸部１３ａおよび環状積層鉄心４の磁極部４ａを経由し、回転子１００と固定子２００との間の空隙を通って固定子鉄心２１に導かれた後、Ｓ極性の環状積層鉄心４の磁極部４ａおよび円筒部１３の凸部１３ａに戻る。このような磁束分布状態で回転子１００を回転させることにより、多相巻線２２に交流電圧が誘起される。
【００１９】
従来のランデル型爪状磁極の場合には、例えば、回転子の外径（直径）が１０５mmのときに、爪状磁極の厚さが１３mm、界磁巻線の巻装部の外形と内径の差が１２mmで、ボス部の直径が５５mmであり、ボス部を通る磁束の総量が０．０４Wbであった。ところが、この実施形態の回転子１００では、円筒部１３と環状積層鉄心４のそれぞれは、一周が膜状に連続して椀状をなす構造となっているため、従来のランデル型の爪状磁極部のように遠心力による先端部の広がり等を考慮する必要がなく、強度上は最小限の厚みを確保すればよい。例えば、円筒部１３の凸部１３ａと環状積層鉄心４を加えた厚さを７mmとして、６mmの縮小が可能となり、同一巻回数、すなわち径差１２ｍｍの界磁巻線３を用いた場合に、ボス径１１の直径を６７mmにすることができた。このため、このボス部１１を通過することができる磁束量は、０．０４Wb×（６７／５５）２＝０．０６Wbとなり、約１．５倍に増やすことができるため、理論上はその分出力を増加させることができる。実際には、磁気回路の飽和もありその効果は多少目減りするが、それでも本実施形態の場合には約３０％の著しい出力向上を達成することができた。また、回転子鉄心１の外周部には、環状積層鉄心４が配置されているため、その外周面における渦電流の発生を抑制することができ、磁極表面の損失がほぼ無視できる程度となるため、発電の効率がその分向上する。例えば、出力２ｋｗに対して磁極表面損失が１００ｗであったものがほぼ無視できる程度となり、これにより発電効率が約５％も向上する効果が認められた。
【００２０】
〔第２の実施形態〕
図３は、第２の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図であり、回転子とこれに組み合わされる固定子を抜き出して示したものである。図４は、図３に示した回転子の部分的な横断面図である。
【００２１】
本実施形態の車両用交流発電機は、第１の実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転子１００を回転子１００Ａに置き換えたものである。この回転子１００Ａは、図１に示した第１の実施形態の回転子１００に対して、回転子鉄心１の円筒部１３に形成された凹部１３ｂ内に永久磁石５が嵌装されている。この永久磁石５は、外周側がその外側に配置された環状積層鉄心４と同極性になるように、径方向に着磁されている。すなわち、図４に示すように、Ｓ極性となる一方の回転子鉄心１に形成された凹部１３ｂ内に嵌装された永久磁石５は、外周側がＮ極性に、内周側がＳ極性に着磁されている。また、Ｎ極性となる他方の回転子鉄心１に形成された凹部１３ｂ内に嵌装された永久磁石５は、外周側がＳ極性に、内周側がＮ極性に着磁されている。
【００２２】
これにより、凹部１３ｂにおける磁束漏れが防げるのみならず、永久磁石５からこれに隣接する外周側の環状積層鉄心４に対して磁束が加えられるため、出力を増加させることができる。また、永久磁石５を用いない第１の実施形態の構成では、環状積層鉄心４内を軸方向に磁束が通り、変動成分が重畳するので積層鉄心板の面内にうず電流が生じるが、本実施形態では永久磁石５が入ることでそのような磁束の積層横断成分がなくなり、効率がさらに向上するという効果がある。
【００２３】
〔第３の実施形態〕
図５は、第３の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図であり、回転子のみを抜き出して示したものである。また、図６は図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。図８は、図５に示した回転子の外周部の展開図である。
【００２４】
本実施形態の車両用交流発電機は、第２の実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転子１００Ａを回転子１１０に置き換えたものである。この回転子１１０は、基本的には、図３に示した第２の実施形態の回転子１００Ａに対して、回転子鉄心１の外周に密着配置されていた環状積層鉄心４を省略した構造を有している。第２の実施形態で説明したように、図５に示す断面において、永久磁石５が嵌装された一方の回転子鉄心１がＳ極性に磁化され、この回転子鉄心１の円筒部１３の凹部１３ｂに内径側がＳ極性に外径側がＮ極性に着磁された永久磁石５が嵌装された場合を考えると、他方の回転子鉄心１および永久磁石５の外径部がともにＮ極性となる。反対に、Ｎ極性に磁化された他方の回転子鉄心１の円筒部１３の凹部１３ｂに内径側がＮ極性に外径側がＳ極性に着磁された永久磁石５が嵌装された断面部分においては、一方の回転子鉄心１および永久磁石５の外径部がともにＳ極性となる。このように、回転子１１０の外径部には、第１および第２の実施形態の回転子１００、１００Ａと同様に周方向に沿って交互にＮ極性の磁極部とＳ極性の磁極部とが現れることになる。したがって、これらの磁極部が配置された回転子１１０を回転させることにより、固定子の多相巻線に交流電圧が誘起される。
【００２５】
このように、本実施形態の回転子１１０では、円筒部１３は、一周が膜状に連続して椀状をなす構造となっているため、従来のランデル型の爪状磁極部のように遠心力による先端部の広がり等を考慮する必要がなく、強度上は最小限の厚みを確保すればよい。また、第２の実施形態の回転子１００Ａに比べると、環状積層鉄心を省略しているため、効率が低下するとともに耐遠心強度が低下するものの、簡素で低コストになるという特長がある。
【００２６】
〔第４の実施形態〕
図９は、第４の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図であり、回転子のみを抜き出して示したものである。また、図１０は図９のＸ−Ｘ線断面図である。図１１は、図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。図１２は、図９に示した回転子の外周部の展開図である。
【００２７】
本実施形態の車両用交流発電機は、第２の実施形態の車両用交流発電機に含まれる回転子１００Ａを回転子１２０に置き換えたものである。この回転子１２０は、図３に示した第２の実施形態の回転子１００Ａが環状積層鉄心４の内側に永久磁石５が配置されていたのに対して、環状積層鉄心の外側（外周側）に永久磁石の一部を配置した点が異なっている。
【００２８】
図９に示すように、本実施形態の回転子１２０は、回転子鉄心１０１、回転軸２、界磁巻線３、環状積層鉄心１０４、永久磁石１０５、１０６、中性極ヨーク環１０７を含んで構成されている。第１および第２の実施形態の回転子１００、１００Ａと基本的に同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２９】
回転子鉄心１０１は、回転軸２に嵌挿固定された筒状のボス部１１と、このボス部１１の端面より半径方向に広がるディスク部１２と、このディスク部１２に連接して回転軸２に沿って連続する円筒部１１３とを有している。円筒部１１３は、ボス部１１の外周側に配置されて、ボス部１１を包囲するように周方向に連続している。また、この円筒部１１３は、内径面および外径面がともに平坦な厚さが均一な筒形状を有している。上述した回転子鉄心１０１は２個が一組となって用いられており、これら２個の回転子鉄心１は、それぞれのボス部１１、ディスク部１２、円筒部１１３によって包囲された内部空間が向かい合うように配置された状態で、それぞれのボス部１１に回転軸２が嵌挿される。
【００３０】
また、環状積層鉄心１０４は、外径部に周方向に配置された複数個のスロット１０４ａを有している。スロット１０４ａは、径方向に沿った側面が拘束部を形成している。スロット１０４ａは、この拘束部を備えることにより、周方向の幅が最外周部が最も狭く、内周になるほど広く設定されており、この内部空間に配置された永久磁石１０５が遠心力によって外周側に移動してしまうことを防止している。また、このスロット１０４ａの最外周部の幅は、隣接する２つのスロット１０４ａの間の環状積層鉄心１０４の外周面の幅の約１／２となるように設定されている。
【００３１】
永久磁石１０５は、同じ軸方向に沿って配置された環状積層鉄心１０４と同極性になるように、径方向に着磁されている。すなわち、図１２に示すように、Ｎ極性となる円筒部１１３の外周に配置された環状積層鉄心１０４と同じ軸方向に配置された永久磁石１０５は、外周側がＮ極性に、内周側がＳ極性に着磁されている。同様に、Ｓ極性となる円筒部１１３の外周に配置された環状積層鉄心１０４と同じ軸方向に配置された永久磁石１０５は、外周側がＳ極性に、内周側がＮ極性に着磁されている。
【００３２】
また、本実施形態の回転子１２０では、回転子鉄心１０１の円筒部１１３の内径側に、中性極ヨーク環１０７によって支持された永久磁石１０６が配置されている。この永久磁石１０６は、これに隣接する円筒部１１３から環状積層鉄心１０４に導かれる磁束を増加させる向きに径方向に沿って着磁されている。
【００３３】
このように、本実施形態の回転子１２０では、円筒部１１３および環状積層鉄心１０４の周囲に永久磁石１０５、１０６を配置することにより、各部位において磁束の漏れを防ぐとともに磁束を増加させており、高性能化を実現している。
〔第５の実施形態〕
図１３は、第５の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図であり、回転子のみを抜き出して示したものである。また、図１４は図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。図１５は、図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。図１６は、図１３に示した回転子の外周部の展開図である。
【００３４】
上述した第２の実施形態の車両用交流発電機では円筒部１３に形成された凹部１３ｂ内に永久磁石５を収納し、第４の実施形態の車両用交流発電機では環状積層鉄心１０４の外周側に形成されたスロット１０４ａに永久磁石１０５を収容したが、本実施形態の車両用交流発電機では、環状積層鉄心内に磁石収納部を設けて永久磁石を嵌装した点が異なっている。
【００３５】
図１３に示すように、本実施形態の回転子１３０は、回転子鉄心１０１、回転軸２、界磁巻線３、環状積層鉄心２０４、永久磁石２０５を含んで構成されている。第１、第２および第４の実施形態の回転子１００、１００Ａ、１２０と基本的に同じ構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３６】
環状積層鉄心２０４は、多相巻線２２の電気角２πと同じ繰り返し周期で周方向の複数箇所に、軸方向に沿った貫通孔である磁石収納部２０６を有している。一方の回転子鉄心１０１に対応する環状積層鉄心２０４に形成された磁石収納部２０６と、他方の回転子鉄心１０１に対応する環状積層鉄心２０４に形成された磁石収納部２０６は、互いに電気角でπだけ周方向に形成位置がずれている。
【００３７】
永久磁石２０５は、環状積層鉄心２０４の各磁石収納部２０６の内部に嵌装されている。また、この永久磁石２０５は、外周側がその内側に配置された回転子鉄心１０１の円筒部１１３と同極性となるように、径方向に着磁されている。すなわち、図１５に示すように、Ｓ極性となる一方の回転子鉄心１０１の円筒部１１３の外側に配置された環状積層鉄心２０４内の磁石収納部２０６に嵌装された永久磁石２０５は、外周側がＳ極性に、内周側がＮ極性に着磁されている。また、Ｎ極性となる他方の回転子鉄心１０１の円筒部１１３の外側に配置された環状積層鉄心２０４内の磁石収納部２０６に嵌装された永久磁石２０５は、外周側がＮ極性に、内周側がＳ極性に着磁されている。
【００３８】
このように、いわゆるＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）構造とすることにより、環状積層鉄心２０４と永久磁石２０５とをあらかじめ一体的な部品として取り扱うことが可能であり、組み立てが容易になるという特長がある。
また、界磁はランデル型機と同様に高アンペアターンが確保でき、かつ磁極の表面は積層により渦電流の発生が抑えられるため、飛躍的に高性能な回転電機を実現することができる。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した第１の実施形態では、回転子鉄心１００の円筒部１３に凸部１３ａと凹部１３ｂを設けたが、代わりに、環状積層鉄心４の内周面にこれらの凸部１３ａと凹部１３ｂを形成するようにしてもよい。
【００４０】
また、上述した各実施形態では、車両用交流発電機に含まれる回転子について説明したが、基本構造は車両用電動機についても同じであり、高出力化による回転トルクの向上や、磁気損失の低減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図である。
【図２】図１に示した回転子の部分的な横断面図である。
【図３】第２の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図である。
【図４】図１に示した回転子の部分的な横断面図である。
【図５】第３の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図である。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
【図８】図５に示した回転子の外周部の展開図である。
【図９】第４の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】図９に示した回転子の外周部の展開図である。
【図１３】第５の実施形態の車両用交流発電機の部分的な構成を示す断面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】図１３に示した回転子の外周部の展開図である。
【符号の説明】
１  回転子鉄心
２  回転軸
３  界磁巻線
４  環状積層鉄心
５  永久磁石
１１  ボス部
１２  ディスク部
１３  円筒部
１３ａ  凸部
１３ｂ  凹部
２１  積層固定子鉄心
２２  多相巻線
１００  回転子
２００  固定子
【図１】
0003785982.tif 000002
【図２】
0003785982.tif 000003
【図３】
0003785982.tif 000004
【図４】
0003785982.tif 000005
【図５】
0003785982.tif 000006
【図６】
0003785982.tif 000007
【図７】
0003785982.tif 000008
【図８】
0003785982.tif 000009
【図９】
0003785982.tif 000010
【図１０】
0003785982.tif 000011
【図１１】
0003785982.tif 000012
【図１２】
0003785982.tif 000013
【図１３】
0003785982.tif 000014
【図１４】
0003785982.tif 000015
【図１５】
0003785982.tif 000016
【図１６】
0003785982.tif 000017