JP2020054157A - 界磁巻線型回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクリップルを低減することができる界磁巻線型回転電機を提供する。【解決手段】回転電機は、ステータコア、周方向に並んで複数設けられてかつステータコアから径方向に突出するティース、及びティースに巻回されたステータ巻線を有するステータを備えている。回転電機は、ロータコア６１、周方向に複数並んで設けられてかつ径方向においてロータコア６１からステータ側に突出する主極部６２、及び主極部６２に巻回された界磁巻線を有するロータ６０を備えている。主極部６２のうち、径方向においてステータと対向して、かつ、周方向における両端部のそれぞれを第１，第２主極端部６４ａ，６４ｂとする。第１主極端部６４ａには、第１切欠６５ａが形成されており、第２主極端部６４ｂには、第２切欠６５ｂが形成されている。【選択図】 図４

Description

本発明は、界磁巻線型回転電機に関する。

この種の回転電機としては、特許文献１に見られるように、ステータ及びロータを備えるものが知られている。ステータは、ステータコア、周方向に並んで複数設けられてかつステータコアから径方向に突出するティース、及びティースに巻回されたステータ巻線を有している。ロータは、ロータコア、周方向に並んで複数設けられてかつ径方向においてロータコアからステータ側に突出する主極部、及び主極部に巻回された界磁巻線を有している。各ティース及び各主極部は、軸方向に延びている。

界磁巻線に界磁電流が流れると、界磁巻線が励磁され、磁束が発生する。発生した磁束は、ロータコア、主極部、ティース及びステータコアを含む磁気回路を流れる。この磁気回路に磁束が流れ、かつ、ステータ巻線に電流が流れることにより、回転電機のトルクが発生する。

特開２００８−１７８２１１号公報

主極部のうち、径方向においてステータと対向して、かつ、周方向における両端部のそれぞれを主極端部と称すこととする。周方向に隣り合うティースの間には、径方向においてロータ側に開口するスロットが形成されている。ロータが回転し、径方向において主極端部がスロットと対向する位置にくると、主極部及びティースを流れる磁束が一旦途切れ、磁気回路を流れる磁束量が減少する。その後、ロータがさらに回転して主極端部がティースと対向する位置にくると、一旦途切れた磁束が主極部及びティースを流れるようになり、磁気回路を流れる磁束量が増加する。このような磁束量の増減が繰り返されることにより、回転電機のトルクの増減量が大きくなり、回転電機のトルクリップルが増加してしまう。その結果、回転電機のＮＶ特性が悪化し得る。このように、突極構造を有する回転電機においては、トルクリップルを低減することについて未だ改善の余地がある。

本発明は、トルクリップルを低減することができる界磁巻線型回転電機を提供することを主たる目的とする。

本発明は、ステータコア、周方向に並んで複数設けられてかつ前記ステータコアから径方向に突出するティース、及び前記ティースに巻回されたステータ巻線を有するステータと、
ロータコア、周方向に複数並んで設けられてかつ径方向において前記ロータコアから前記ステータ側に突出する主極部、及び前記主極部に巻回された界磁巻線を有するロータと、を備える界磁巻線型回転電機において、
前記各ティース及び前記各主極部は、軸方向に延びており、
前記主極部のうち、径方向において前記ステータと対向して、かつ、周方向における両端部のそれぞれを主極端部とする場合、前記主極部を構成する一対の前記主極端部のうち少なくとも一方において、軸方向における一部に切欠が形成されている。

本発明では、主極部を構成する一対の主極端部のうち少なくとも一方において、軸方向における一部に切欠が形成されている。これにより、同一の主極端部において、切欠が形成されている部分と形成されていない部分とで、径方向においてスロットと対向するタイミングをずらすことができる。その結果、切欠が形成されている部分に起因したトルクリップルと、切欠が形成されていない部分に起因したトルクリップルとを打ち消し合うようにすることができる。これにより、回転電機のトルクリップルを低減することができる。

第１実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。 ロータに備えられる電気回路を示す図。 ロータ及びステータの横断面図。 ロータの斜視図。 ロータを構成する界磁板部の平面図。 切欠の幅寸法を説明するための図。 軸方向に延びる主極部を示す図。 基本波電流及び高調波電流等の推移を示す図。 ３相電流の推移を示す図。 基本波電流及び高調波電流等の推移を示す図。 ３相電流の推移を示す図。 誘起電圧の発生パターンを示す図。 パターン２，３に対応する電気回路を示す図。 トルクリップルの低減効果を説明するためのタイムチャート。 第２実施形態に係るロータの斜視図。 規制部材の斜視図。 ロータの断面の部分拡大図。 ロータの断面の部分拡大図。 その他の実施形態に係る軸方向に延びる主極部を示す図。 その他の実施形態に係るロータ及びステータの横断面図。 その他の実施形態に係るロータ及びステータの横断面図。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態における回転電機は、例えば車両に搭載される。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一又は均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
本実施形態に係る回転電機について、図１〜図７を用いて説明する。制御システムは、直流電源１０、インバータ２０、回転電機３０及び制御装置４０を備えている。本実施形態では、回転電機３０として、界磁巻線型の同期機が用いられている。また、本実施形態において、制御装置４０は、回転電機３０が、電動機兼発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）やＭＧ（Motor Generator）として機能するように、回転電機３０を制御する。例えば、回転電機３０、インバータ２０及び制御装置４０を備えて機電一体型駆動装置が構成されたり、回転電機３０、インバータ２０及び制御装置４０それぞれが各コンポーネントで構成されたりしている。

回転電機３０は、界磁巻線７０を有するロータ６０を備えている。界磁巻線７０は、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの直列接続体からなる。界磁巻線７０は、例えば圧縮成形にて構成されている。これにより、占積率が向上し、界磁巻線の組付性が向上する。なお、界磁巻線７０は、例えばアルミ線で構成されていればよい。アルミ線は、比重が小さく、ロータ６０が回転する場合における遠心力を低減できる。また、アルミ線は、銅線に比べて強度及び硬さが低く、圧縮成形する場合に好適である。

回転電機３０は、ステータ巻線３１を有するステータ５０を備えている。ステータ巻線３１は、例えば銅線で構成されており、電気角で互いに１２０°ずれた状態で配置されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗを含む。

インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの接続点には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの第２端は、中性点で接続されている。すなわち、本実施形態において、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、星形結線されている。なお、本実施形態において、各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎは、ＩＧＢＴである。各スイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。

Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐのコレクタには、直流電源１０の正極端子が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎのエミッタには、直流電源１０の負極端子が接続されている。なお、直流電源１０には、平滑コンデンサ１１が並列接続されている。

制御システムは、角度検出部４１を備えている。角度検出部４１は、ロータ６０の回転角に応じた信号である角度信号を出力する。角度検出部４１の出力信号は、制御装置４０に入力される。

続いて、ステータ５０及びロータ６０について説明する。

ステータ５０及びロータ６０は、いずれも回転軸３２と共に同軸上に配置されている。以下の記載では、回転軸３２が延びる方向を軸方向とし、回転軸３２の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸３２を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。また、図３等に記載のＯは、回転軸３２の中心を示す。

ステータ５０は、軟磁性体からなる積層鋼板により構成されており、円環状のステータコア５１と、ステータコア５１から径方向内側に向かって突出する複数のティース５２とを有している。本実施形態において、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗは、ティース５２に分布巻き又は集中巻きされている。本実施形態では、図３に示すように、ティースは周方向において等間隔に４８個設けられている。このため、回転電機３０は、４８スロットのものである。なお、本実施形態では、ティース５２の径方向内側の先端部が周方向に延びる形状をなしている。ただし、この形状に限らず、ティース５２の径方向内側の先端部が周方向に延びていなくてもよい。

周方向に隣り合うティース５２の間には、径方向内側に開口するスロットが形成されている。図３に、周方向に隣り合うスロットの角度間隔である１スロットピッチをβにて示す。本実施形態において、各スロットの径方向に延びる中心線（図３の一点鎖線）は、回転軸３２の中心Ｏを通る。

ロータ６０は、軟磁性体からなる積層鋼板により構成されており、円筒形状のロータコア６１と、ロータコア６１から径方向外側に向かって突出する複数の主極部６２とを有している。各主極部６２の先端側の面は、ティース５２の端面に対向している。本実施形態において、主極部６２は、周方向において等間隔に８個設けられている。

各主極部６２において、径方向外側に第１巻線部７１ａが巻回され、第１巻線部７１ａよりも径方向内側に第２巻線部７１ｂが巻回されている。各主極部６２において、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの巻方向は互いに同じになっている。また、周方向に隣り合う主極部６２のうち、一方に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂの巻方向と、他方に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂの巻方向とが逆になっている。このため、周方向に隣り合う主極部６２同士で互いに磁化方向が逆になる。

図２に、共通の主極部６２に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂを備えるロータ側の電気回路を示す。ロータ６０には、ダイオード８０と、コンデンサ９０とが設けられている。ダイオード８０のカソードには、第１巻線部７１ａの第１端が接続され、第１巻線部７１ａの第２端には、第２巻線部７１ｂの第１端が接続されている。第２巻線部７１ｂの第２端には、ダイオード８０のアノードが接続されている。第２巻線部７１ｂには、コンデンサ９０が並列接続されている。図２において、Ｌ１は第１巻線部７１ａのインダクタンスを示し、Ｌ２は第２巻線部７１ｂのインダクタンスを示し、Ｃはコンデンサ９０の静電容量を示す。

続いて、制御装置４０について説明する。なお、制御装置４０の各機能の一部又は全部は、例えば、１つ又は複数の集積回路等によりハードウェア的に構成されていてもよい。また、制御装置４０の各機能は、例えば、非遷移的実体的記録媒体に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータによって構成されていてもよい。

制御装置４０は、角度検出部４１の角度信号を取得し、取得した角度信号に基づいて、インバータ２０を構成する各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成する。詳しくは、制御装置４０は、回転電機３０を電動機として駆動させる場合、直流電源１０から出力された直流電力を交流電力に変換してＵ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに供給すべく、各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎのゲートに供給する。一方、制御装置４０は、回転電機３０を発電機として駆動させる場合、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗから出力された交流電力を直流電力に変換して直流電源１０に供給すべく、各アームスイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成する。

制御装置４０は、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに基本波電流及び高調波電流の合成電流を流すように各スイッチＳＵｐ〜ＳＷｎをオンオフする。基本波電流は、図８（ａ）に示すように、回転電機３０にトルクを発生させることを主とする電流である。高調波電流は、図８（ｂ）に示すように、界磁巻線７０を励磁することを主とする電流である。図８（ｃ）は、基本波電流と高調波電流との合成電流としての相電流を示す。図８に示す縦軸の値は、図８（ａ）〜図８（ｃ）それぞれに示す波形の大きさの相対関係を示す。各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに流れる相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷは、図９に示すように、電気角で１２０°ずつずれている。

なお、本実施形態では、図８（ａ），（ｂ）に示すように、高調波電流の包絡線が、基本波電流の１／２の周期を有している。包絡線を、図８（ｂ）に一点鎖線にて示す。そして、包絡線がそのピーク値となるタイミングが、基本波電流がそのピーク値となるタイミングからずれている。具体的には、包絡線がそのピーク値となるタイミングが、基本波電流がその変動中心（０）となるタイミングとされている。制御装置４０は、基本波電流及び高調波電流それぞれの振幅及び周期を独立に制御する。

図８（ｂ）に示す高調波電流を流すことにより、各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに流れる相電流の最大値を低減でき、インバータ２０の容量を増やさずに回転電機３０のトルクを指令されたトルクにすることができる。

ちなみに、高調波電流としては、図１０（ｂ）に示すものであってもよい。図１０（ａ），（ｃ）は、先の図８（ａ），（ｃ）に対応している。図１０（ａ），（ｂ）に示すように、高調波電流の包絡線がそのピーク値となるタイミングが、基本波電流がそのピーク値となるタイミングとされている。図１０（ｂ）に示す高調波電流は、図８（ｂ）に示す高調波電流の位相を、基本波電流の周期の１／４だけずらしたものである。この場合に各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに流れる相電流ＩＵ，ＩＶ，ＩＷの推移を図１１に示す。

本実施形態では、第１巻線部７１ａ、コンデンサ９０及びダイオード８０からなる直列共振回路が構成され、第２巻線部７１ｂ及びコンデンサ９０からなる並列共振回路が構成されている。直列共振回路の共振周波数である第１共振周波数をｆ１とし、並列共振回路の共振周波数である第２共振周波数をｆ２とする。各共振周波数ｆ１，ｆ２は、下式（ｅｑ１），（ｅｑ２）で表される。

各相巻線３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗに高調波電流が流れると、周方向において隣り合う主極部６２、ロータコア６１、ティース５２及びステータコア５１を含む磁気回路に主磁束の高調波による変動が発生する。主磁束の変動が起きることにより、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれに誘起電圧が発生し、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂに電流が誘起される。この際、図１２のパターン１，４に示すように、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれに極性の同じ誘起電圧が発生する場合、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれの誘起電流が相殺されないため、誘起電流が増加する。ダイオード８０により、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂに流れる電流が一方向に整流される。これにより、ダイオード８０により整流された方向に界磁巻線７０に界磁電流が流れ、界磁巻線が励磁される。なお、図１２において、ｅ１は第１巻線部７１ａに発生する誘起電圧を示し、ｅ２は第２巻線部７１ｂに発生する誘起電圧を示す。

一方、高調波電流が流れると、主磁束の変動の他に、漏れ磁束が発生し易くなる。漏れ磁束は、周方向に隣り合う主極部６２の一方から他方へとロータコア６１を介さずに横切るように流れ、界磁巻線７０に鎖交する。この際、各巻線部７１ａ，７１ｂに鎖交する漏れ磁束も発生する。漏れ磁束が界磁巻線７０に鎖交すると、第１巻線部７１ａ内において、ある方向の誘起電圧が発生し、また、第２巻線部７１ｂ内においては異なる方向の誘起電圧が発生する場合がある。その結果、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれに誘起される電流の合計値が減少し、ひいては界磁巻線７０に流れる界磁電流が減少する。

そこで、本実施形態では、第２巻線部７１ｂにコンデンサ９０が並列接続されている。このため、図１２のパターン２，３に示すように、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれに発生する誘起電圧が逆極性となる場合であっても、コンデンサ９０を介して誘起電流が流れるため、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂに流れる誘起電流は、互いに相殺されることがない。このため、図１３（ａ）に示すように、第１巻線部７１ａで誘起された電流と、第２巻線部７１ｂで誘起された電流とがコンデンサ９０を介してダイオード８０のアノード側へと流れたり、図１３（ｂ）に示すように、コンデンサ９０から第２巻線部７１ｂを介してダイオード８０のアノード側へと電流が流れたりする。その結果、界磁巻線７０に流れる界磁電流を増加させることができる。

本実施形態において、ステータ巻線３１に流す高調波電流の周波数は、第１共振周波数ｆ１と同じ周波数又はその近傍の周波数に設定されている。このため、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂに誘起される電流をより増加でき、界磁電流をより増加させることができる。なお、第１共振周波数ｆ１と第２共振周波数ｆ２とは、例えば、同じ値又は略同じ値に設定されればよい。

続いて、図３〜図７を用いて、ロータ６０についてさらに説明する。

ロータ６０の主極部６２において、ステータ５０と対向してかつ周方向における両端部のうち、一方を第１主極端部６４ａと称し、他方を第２主極端部６４ｂと称すこととする。すなわち、各主極部６２には、一対の主極端部が存在している。本実施形態では、第１主極端部６４ａの一部には、軸方向に延びる第１切欠６５ａが形成され、第２主極端部６４ｂの一部には、軸方向に延びる第２切欠６５ｂが形成されている。主極部６２において、周方向の端から切り欠かれて各切欠６５ａ，６５ｂが形成されている。各切欠６５ａ，６５ｂは、径方向外側（ステータ側）及び周方向それぞれに開口する切欠である。

第１切欠６５ａは、第１主極端部６４ａにおいて、互いに離間して複数（４つ）形成されている。各第１切欠６５ａのうち、軸方向において最も端に位置するものは、第１主極端部６４ａの軸方向における最も端の部分に形成されている。第２切欠６５ｂは、軸方向において第１切欠６５ａに挟まれるように複数（３つ）形成されている。このため、本実施形態では、第２切欠６５ｂの数が、第１切欠６５ａの数よりも１つ少ない。

各第１切欠６５ａの輪郭形状は、軸方向から見た場合において同じ形状になっている。また、各第２切欠６５ｂの輪郭形状は、軸方向から見た場合において同じ形状になっている。第１切欠６５ａの輪郭形状と第２切欠６５ｂの輪郭形状とは、主極部６２の径方向に延びる中心軸線に対して線対称になっている。

本実施形態において、ロータ６０は、軟磁性体からなる板状の界磁板部６３が複数積層されて構成されている。界磁板部６３は、ロータコア６１になる部分と主極部６２になる部分とが一体形成された部材である。界磁板部６３をその第１面から見た図を図５（ａ）に示し、界磁板部６３を、第１面の裏面である第２面から見た図を図５（ｂ）に示す。本実施形態では、１種類の界磁板部６３によりロータ６０が構成されている。つまり、第１面を特定方向に向けて複数重ねられた界磁板部６３と、第２面を上記特定方向に向けて複数重ねられた界磁板部６３とが交互に積層されることにより、ロータ６０が構成されている。

界磁板部６３において、主極部６２になる部分の径方向先端部には、１つの切欠が形成されている。この切欠は、図５（ａ）に示す場合には第１切欠６５ａとなり、図５（ｂ）に示す場合には第２切欠６５ｂとなる。

本実施形態では、図６に示すように、第１切欠６５ａの周方向における幅寸法をθｎｔとする場合、「１／３×β＜θｎｔ＜２／３×β」とされている。θｎｔは、ロータ６０を回転軸３２の軸方向から見た場合において、主極部６２におけるステータ５０との対向面のうち第１切欠６５ａの縁と、回転軸３２の中心Ｏとを通る基準線からの切欠き部の機械角である。第２切欠６５ｂの周方向における幅寸法θｎｔも、同様に「１／３×β＜θｎｔ＜２／３×β」とされている。これは、回転電機３０のトルクリップルを低減するための設定である。特に本実施形態では、第１切欠６５ａ及び第２切欠６５ｂそれぞれの幅寸法がβ／２とされている。これにより、トルクリップルの低減効果を高めている。

なお、θｎｔは、「１／３×β＜θｎｔ＜２／３×β」のうちβ／２以外の値であってもよい。θｎｔがβ×１８０°／３６０°±β×６０°／３６０°の範囲にあれば、トルクリップルを低減することはできる。

本実施形態では、図７に示すように、第１主極端部６４ａにおいて、第１切欠６５ａが形成されている部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌａ／２＋Ｌａ＋Ｌａ＋Ｌａ／２）と、第１切欠６５ａが形成されていない部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌａ＋Ｌａ＋Ｌａ）とが等しくなっている。また、第２主極端部６４ｂにおいて、第２切欠６５ｂが形成されている部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌａ＋Ｌａ＋Ｌａ）と、第２切欠６５ｂが形成されていない部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌａ／２＋Ｌａ＋Ｌａ＋Ｌａ／２）とが等しくなっている。この構成は、トルクリップルを低減するためのものである。

図１４（ａ）を用いて、本実施形態の効果について説明する。図１４（ａ）のＴＡ，ＴＢは、回転電機３０のトルクの推移を示す。ＴＡは、第１主極端部６４ａにおいて、第１切欠６５ａが形成されていない部分に対応するトルクの推移を示し、ＴＢは、第１主極端部６４ａにおいて、第１切欠６５ａが形成されている部分に対応するトルクの推移を示す。「ＴＡ＋ＴＢ」は、トルクＴＡとトルクＴＢとの合計値の推移を示す。

本実施形態では、「θｎｔ＝β／２」とされている。このため、トルクＴＡとトルクＴＢとを１スロットピッチβの半分だけずらすことができる。その結果、トルクＴＡとトルクＴＢとを相殺することができ、トルクリップルを低減することができる。

なお、実際には、トルクＴＡ，ＴＢのうち、いずれかの振幅が大きくなり得る。図１４（ｂ）には、トルクＴＢの振幅がトルクＴＡの振幅よりも大きくなる例を示す。この場合であっても、トルクリップルを低減することはできる。

また、実際には、図１４（ｃ）に示すように、トルクＴＡとトルクＴＢとの位相がβ／２からずれ得る。この場合であっても、位相のずれがβ／３よりも大きくて、かつ、２β／３よりも小さければ、トルクリップルを低減することはできる。

以上説明した本実施形態によれば、以下の効果が得られる。

主極部６２を構成する一対の主極端部それぞれに切欠が形成されている。これにより、同一の主極端部において、切欠が形成されている部分と形成されていない部分とで、径方向においてスロットと対向するタイミングをずらすことができる。その結果、切欠が形成されている部分に起因したトルクリップルと、切欠が形成されていない部分に起因したトルクリップルとを打ち消し合うようにすることができる。これにより、回転電機３０のトルクリップルを低減することができる。

特に本実施形態では、一対の主極端部それぞれに切欠が形成されていることと、主極端部において、切欠が形成されている部分の軸方向における合計長さと、切欠が形成されていない部分の軸方向における合計長さとが等しくされていることとが、トルクリップルの低減効果をより高めている。

第１主極端部６４ａにおいて、第１切欠６５ａが形成されている部分が、第１切欠６５ａが形成されていない部分に軸方向において挟まれている。これにより、第１切欠６５ａが形成されている部分に起因して発生するトルクリップルと、第１切欠６５ａが形成されていない部分に起因して発生するトルクリップルとをより好適に打ち消し合うようにすることができる。その結果、回転電機３０のトルクリップルの低減効果を高めることができる。なお、第２主極端部６４ｂについても同様である。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、図１５〜図１８に示すように、回転電機３０は、規制部材１００を備えている。規制部材１００は、非磁性材からなる部材であり、界磁巻線７０が遠心力で径方向外側に移動することを防止する。なお、図１５には、界磁巻線７０も合わせて記載している。

規制部材１００は、周方向に隣り合う主極部６２の間に配置されるとともに、軸方向に延びている。規制部材１００は、図１６に示すように、長尺板状の部材であり、その断面が弧状とされている。これにより、規制部材１００は、ロータ６０の外周面よりも径方向外側に飛び出さないようになっている。規制部材１００には、その板面の中央部から交差するように延びるリブ１０１が形成されている。

なお、本実施形態では、図１７及び図１８に示すように、ロータ６０において、第１巻線部７１ａと第２巻線部７１ｂとの間に、軟磁性体からなる仕切部１１０が設けられている。仕切部１１０は、例えば、環状をなしており、仕切部１１０の中心孔が主極部６２に挿し込まれた状態とされている。仕切部１１０は、軸方向から見た場合において、周方向に延びる扁平形状をなしている。仕切部１１０が第１巻線部７１ａと第２巻線部７１ｂとの間に介在することにより、径方向において第１巻線部７１ａと第２巻線部７１ｂとが仕切部１１０により遮断されている。仕切部１１０の径方向厚さは、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂそれぞれの径方向厚さよりも小さい。また、仕切部１１０の周方向長さは、例えば、各巻線部７１ａ，７１ｂの周方向長さ以上とされている。

仕切部１１０は、軟磁性体が径方向に積層されることにより構成されていればよい。これにより、渦電流損失の低減を図ることができる。また、積層方向を径方向とすることにより、仕切部１１０の周方向長さを確保しつつ、径方向厚さを鋼板板厚寸法に合わせて薄く設定できる。

仕切部１１０が設けられることにより、漏れ磁束の大部分は、界磁巻線７０ではなく、仕切部１１０を流れるようになる。その結果、第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれにおいて、さらにその内部の部分コイルで互いに逆極性となる誘起電圧が発生しにくくなり、誘起される電流が増加する。これにより、図１２に示すパターン１〜４それぞれにおいて第１，第２巻線部７１ａ，７１ｂそれぞれに誘起される電流を増加させることができる。

ここで、第１切欠６５ａが形成されている部分（図１５のＱの部分を参照）におけるロータ６０の断面図を図１７に示し、第２切欠６５ｂが形成されている部分（図１５のＰの部分を参照）におけるロータ６０の断面図を図１８に示す。

図１７に示すように、第１主極端部６４ａのうち第１切欠６５ａが形成されていない部分における周方向の側面には、軸方向に延びる第１溝１１０ａが形成されている。一方、図１８に示すように、第２主極端部６４ｂのうち第２切欠６５ｂが形成されていない部分における周方向の側面には、軸方向に延びる第２溝１１０ｂが形成されている。周方向に隣り合う第１溝１１０ａ及び第２溝１１０ｂに規制部材１００の周方向端部を挿入することにより、各溝１１０ａ，１１０ｂに規制部材１００の周方向端部が嵌め合わされている。これにより、規制部材１００がロータ６０に取り付けられている。

以上説明した本実施形態によれば、第１溝１１０ａ及び第２溝１１０ｂを軸方向において互い違いに配置することができる。このため、第１，第２主極端部６４ａ，６４ｂそれぞれに互いに違いに切欠が形成されている場合であっても、規制部材１００を取り付けるための構成を備えることができる。これにより、界磁巻線７０及び規制部材１００を径方向から主極部６２に組み付けることが可能な構造において、トルクリップルを低減することができる。

＜その他の実施形態＞
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・切欠の形成態様としては、先の図７に示したものに限らず、例えば図１９に示すものであってもよい。なお、図１９では、第１主極端部６４ａにおいて、第１切欠６５ａが形成されている部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌｂ＋Ｌｂ）と、第１切欠６５ａが形成されていない部分の軸方向における合計長さ（＝２×Ｌｂ）とが等しくなっている。また、第２主極端部６４ｂにおいて、第２切欠６５ｂが形成されている部分の軸方向における合計長さ（＝２×Ｌｂ）と、第２切欠６５ｂが形成されていない部分の軸方向における合計長さ（＝Ｌｂ＋Ｌｂ）とが等しくなっている。

・主極端部において、切欠が形成されている部分の軸方向における合計長さと、切欠が形成されていない部分の軸方向における合計長さとが等しい構成に限らず、略等しくされている構成又は合計長さが互いに異なる構成であってもよい。

・第１主極端部６４ａ及び第２主極端部６４ｂのうちいずれか一方のみに切欠が形成されていてもよい。

・切欠の輪郭形状は、軸方向において異なっていてもよい。

・上記各実施形態では、例えば図７に示すように、第１切欠６５ａが形成されている部分と第２切欠６５ｂが形成されている部分とが、軸方向において重複していない構成とされていた。ただし、この構成に限らず、第１，第２切欠６５ａ，６５ｂが形成されている部分が、軸方向において重複する構成とされていてもよい。

・図２０に示すような界磁巻線７３が用いられてもよい。詳しくは、主極部６２に第１巻線部７４ａが巻回され、第１巻線部７４ａの外側に第２巻線部７４ｂが巻回されている。

・界磁巻線としては、３つ以上の巻線部の直列接続体から構成されていてもよい。図２１には、界磁巻線７０が第１巻線部７１ａ、第２巻線部７１ｂ及び第３巻線部７１ｃの直列接続体から構成されている例を示す。

・界磁巻線の各巻線部のそれぞれが、平角線にて構成されていてもよい。平角線が用いられることにより、界磁巻線の占積率を高めることができ、損失を低減できる。また、平角線によれば、巻線部に遠心力が作用した場合に、巻線間にかかる荷重を面で受けることができるため、巻線の被膜の損傷を防止できる。また、平角線によれば、アンペアターン（ＡＴ）を大きくすることができ、界磁巻線の励磁範囲を拡大できる。その結果、トルク制御性が向上する。

なお、各巻線部のそれぞれが、平角線を使用したα巻にて構成されていてもよい。平角線を使用したα巻の巻線部としては、例えば、特開２００８−１７８２１１号公報の図５（Ａ）に示すものを用いることができる。

・第１実施形態において、回転電機としては、インナロータ型のものに限らず、アウタロータ型のものであってもよい。この場合、主極部は、ロータコアから径方向内側に突出している。

・回転電機としては、ステータ巻線に高調波電流を流すことにより、界磁巻線に界磁電流を流すものに限らない。例えば、回転電機として、ブラシを介して界磁巻線に界磁電流を流すものであってもよい。

・ロータの界磁巻線としては、アルミ線に限らず、例えば、銅線又はＣＮＴ（カーボンナノチューブ）等であってもよい。また、界磁巻線は、圧縮成形で無くてもよい。

３０…回転電機、５０…ステータ、６０…ロータ、６５ａ，６５ｂ…第１，第２切欠、７０…界磁巻線。

Claims (7)

1. ステータコア（５１）、周方向に並んで複数設けられてかつ前記ステータコアから径方向に突出するティース（５２）、及び前記ティースに巻回されたステータ巻線（３１）を有するステータ（５０）と、
   ロータコア（６１）、周方向に複数並んで設けられてかつ径方向において前記ロータコアから前記ステータ側に突出する主極部（６２）、及び前記主極部に巻回された界磁巻線（７０，７３）を有するロータ（６０）と、を備える界磁巻線型回転電機（３０）において、
   前記各ティース及び前記各主極部は、軸方向に延びており、
   前記主極部のうち、径方向において前記ステータと対向して、かつ、周方向における両端部のそれぞれを主極端部（６４ａ，６４ｂ）とする場合、前記主極部を構成する一対の前記主極端部のうち少なくとも一方において、軸方向における一部に切欠（６５ａ，６５ｂ）が形成されている界磁巻線型回転電機。
2. 前記ステータの１スロットピッチをβとし、前記切欠の周方向における幅をθｎｔとする場合、「１／３×β＜θｎｔ＜２／３×β」とされている請求項１に記載の界磁巻線型回転電機。
3. 前記主極端部において、前記切欠が形成されている部分の軸方向における合計長さと、前記切欠が形成されていない部分の軸方向における合計長さとが等しい又は略等しくされている請求項１又は２に記載の界磁巻線型回転電機。
4. 前記切欠は、一対の前記主極端部のそれぞれに形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の界磁巻線型回転電機。
5. 前記主極端部において、前記切欠が形成されている部分は、前記切欠が形成されていない部分に軸方向において挟まれている請求項４に記載の界磁巻線型回転電機。
6. 前記主極端部において、前記切欠が形成されていない部分は、前記切欠が形成されている部分に軸方向において挟まれている請求項４又は５に記載の界磁巻線型回転電機。
7. 前記ステータの径方向内側に前記ロータが配置されているインナロータ式の回転電機において、
   周方向に隣り合う前記主極部の間に配置されるとともに軸方向に延び、前記界磁巻線が径方向外側に移動することを規制する規制部材（１００）を備え、
   前記主極端部のうち前記切欠が形成されていない部分における周方向の側面には、軸方向に延びる溝（１１０ａ，１１０ｂ）が形成されており、
   周方向に隣り合う前記主極端部それぞれに形成された前記溝に前記規制部材の周方向端部が嵌め合わされている請求項５又は６に記載の界磁巻線型回転電機。

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