JP5175699B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、ステータとロータとがロータ回転軸と直交する径方向に対向配置された回転電機に関し、特に、ロータに巻線が巻装された回転電機に関する。

ロータに巻線が巻装された回転電機の関連技術が下記特許文献１〜４に開示されている。特許文献１においては、ステータに主発電巻線と励磁巻線、ロータに界磁巻線と界磁補助巻線を設け、ステータの励磁巻線をダイオードを介して短絡し、ロータの界磁補助巻線から界磁巻線に流れる電流を整流器で整流する。特許文献１において、ロータが回転を始めると、ロータにおける界磁コアの残留磁気によりステータの励磁巻線に電圧が誘起され、ダイオードを介して一方向に励磁電流が流れてステータに静止磁界が発生する。ロータがこの静止磁界中を回転するため、ロータの界磁コアに巻回されている界磁補助巻線に電圧が誘起され、整流器で整流された界磁電流が界磁巻線に流れ込むことで、ロータにＮ極、Ｓ極の磁極を発生させている。

下記特許文献２においては、上記の励磁巻線をステータに設ける代わりに、集中全節巻きされたステータの主発電巻線にリアクトルを接続している。特許文献２において、ロータが回転を始めると、回転子鉄心の残留磁界によりステータの主発電巻線に起電力が誘起され、この起電力により主発電巻線及びリアクトルからなる閉回路にリアクトル励磁電流が電機子電流として流れて電機子反作用磁界が生じる。ステータの主発電巻線が集中全節巻にしてあることにより、この電機子反作用磁界は高調波成分（第５空間高調波磁界）を含むものとなり、この第５空間高調波磁界を含む電機子反作用磁界がロータの界磁補助巻線に鎖交することで、界磁補助巻線に起電力が発生する。この起電力がダイオードブリッジ回路で直流に変換されてロータの界磁巻線に界磁電流として供与されることで、ロータにＮ極、Ｓ極の磁極を発生させている。

下記特許文献３においては、上記のロータの界磁補助巻線を省略し、全節巻きされたロータの界磁巻線をダイオードを介して短絡している。特許文献３において、ロータが回転を始めると、回転子鉄心の残留磁界によりステータの主発電巻線に起電力が誘起され、この起電力により主発電巻線及びリアクトルからなる閉回路にリアクトル励磁電流が電機子電流として流れて電機子反作用磁界が生じる。そして、この電機子反作用磁界の奇数次の空間高調波成分と磁気的に結合するロータの界磁巻線に起電力が誘導し、ダイオードで整流された界磁電流が界磁巻線に流れることで、ロータにＮ極、Ｓ極の磁極を発生させている。さらに、下記特許文献４においては、上記の全節巻きされたロータの界磁巻線を並列接続することで、界磁巻線に流れる界磁電流の増大を図っている。

特開昭６２−２３３４８号公報 特開平４−２８５４５４号公報 特開平８−６５９７６号公報 特開平１１−２２０８５７号公報

ロータに巻線が巻装された回転電機においては、ロータの回転に伴って巻線に遠心力が作用するため、遠心力により巻線がロータから外れるのを防止する必要がある。ただし、ロータ巻線を保持するために、ロータ巻線が巻装されるロータティースの先端部分にティースかさを設けたり、ロータティース間のスロットにくさびを設けたりすると、ロータコアの断面形状（磁路）の変更によりトルクが減少したり、くさび部分での渦電流損による損失が増加して、回転電機の効率が低下する。そのため、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線の保持力を向上させることが要求される。なお、このような課題は、特許文献１〜４の回転電機に限らず、巻線形同期機や巻線形誘導機等においても生じ、ロータに巻線が巻装された回転電機において生じる。

本発明は、ロータに巻線が巻装された回転電機において、磁気的な影響を抑えつつ遠心力に対するロータ巻線の保持力を向上させることを目的とする。

本発明に係る回転電機は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機は、ステータとロータとがロータ回転軸と直交する径方向に対向配置された回転電機であって、ロータは、ステータへ突出する複数のロータティースがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、該ロータティース間のスロットを通って該ロータティースに巻装されたロータ巻線と、を有し、ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータ巻線と、を有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで生じる起磁力の前記周方向に関する変動周期がステータ全周の１／ｎ（ｎは２以上の整数）であり、ロータ巻線は、前記周方向に関する内幅が該周方向に関するロータティースの幅と前記起磁力の変動周期のｍ倍（ｍはｍ＜ｎを満たす１以上の整数）との和に略等しい巻線部分を含むことを要旨とする。

本発明の一態様では、ステータは、ステータコアに集中巻で巻装されたステータ巻線に交流電流が流れることで高調波成分を含む回転磁界を形成し、ロータ巻線は、ステータで形成された高調波成分を含む回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生し、ロータは、該誘導起電力の発生に伴ってロータ巻線に流れる電流を整流する整流素子をさらに有し、ロータティースは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能することが好適である。

本発明の一態様では、前記周方向に隣接するロータティースに巻装されたロータ巻線が互いに電気的に分断されており、整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられ、各整流素子は、前記周方向に隣接するロータティースに巻装されたロータ巻線に流れる電流を、該隣接するロータティースの磁極を互いに異ならせる方向に整流することが好適である。

また、本発明に係る回転電機は、ステータとロータとがロータ回転軸と直交する径方向に対向配置された回転電機であって、ロータは、ステータへ突出する複数のロータティースがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、該ロータティース間のスロットを通って該ロータティースに巻装されたロータ巻線と、を有し、ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータ巻線と、を有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで生じる起磁力の前記周方向に関する変動周期がステータ全周の１／ｎ（ｎは２以上の整数）であり、ロータ巻線は、前記周方向に関する間隔が前記起磁力の変動周期の（ｍ＋０．５）倍（ｍはｍ＜ｎを満たす１以上の整数）に略等しいスロットを通ってロータティースに巻装された巻線部分を含むことを要旨とする。

本発明によれば、周方向に関するロータ巻線の巻幅をステータの起磁力の変動周期単位で広げることで、磁気的な影響を抑えつつ遠心力に対するロータ巻線の保持力を向上させることができる。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜３は、本発明の実施形態に係る回転電機１０の概略構成を示す図である。図１はロータ回転軸２２と平行方向から見たステータ１２及びロータ１４の構成の概略を示し、図２はステータ１２の構成の概略を示し、図３はロータ１４の構成の概略を示す。本実施形態に係る回転電機１０は、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と所定の空隙を空けて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。図１〜３は、ステータ１２とロータ１４とが回転軸２２と直交する径方向（以下単に径方向とする）において対向配置されたラジアル型の回転電機を示しており、ロータ１４がステータ１２の径方向内側に配置されている。

ステータ１２は、ステータコア２６と、ステータコア２６に配設された複数相（より具体的には奇数相で例えば３相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗと、を含む。ステータコア２６には、径方向内側へ（ロータ１４へ向けて）突出した複数のステータティース３０が回転軸２２まわりの周方向（以下単に周方向とする）に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ステータティース３０間にスロット３１が形成されている。つまり、ステータコア２６には、複数のスロット３１が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、ステータティース３０間のスロット３１を通ってステータティース３０に巻装されている。図１，２は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがステータティース３０に短節集中巻で巻装された例を示している。複数相（３相もしくは奇数相）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに複数相（３相もしくは奇数相）の交流電流を流すことで、周方向に並べられたステータティース３０が順次磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に形成することができる。ステータ１２に形成された回転磁界はロータ１４に作用する。

ステータ１２においては、１組のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがステータティース３０に巻装されることで２極（１極対）分の磁極が構成され（回転磁界が形成され）、ｎ組（ｎは２以上の整数）のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがステータティース３０に巻装されることで２ｎ極（ｎ極対）分の磁極が構成される（回転磁界が形成される）。図１，２に示す例では、４組のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗがステータティース３０に巻装されることで、８極（４極対）分の磁極が構成され、８極（４極対）分の回転磁界が形成される。ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに交流電流が流れることで生じる起磁力は、周方向に関して変動する分布を有する。１組のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流れる交流電流による起磁力は、周方向に関して１周期分の変動分布を有し、周方向に関して起磁力分布の変動が繰り返される回数は、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの組数ｎ（図１，２に示す例では４回）に等しい。つまり、周方向に関する起磁力の変動周期がステータ全周の１／ｎ（図１，２に示す例ではステータ１／４周）である。図２に示すように、周方向に関する起磁力変動の１周期分に相当する角度を電気角３６０°とすると、（電気角＝機械角×極対数）の関係が成立する。

ロータ１４は、ロータコア１６と、ロータコア１６に配設された複数のロータ巻線１８ｎ，１８ｓと、を含む。ロータコア１６には、径方向外側へ（ステータ１２へ向けて）突出した複数のロータティース（突極）１９が周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されており、各ロータティース１９間にスロット５１が形成されている。つまり、ロータコア１６には、複数のスロット５１が周方向に互いに間隔をおいて形成されている。各ロータティース１９は、ステータ１２（ステータティース３０）と対向している。ロータ１４においては、このロータティース（突極）１９により、ステータ１２からの磁束が通る場合の磁気抵抗が回転方向に応じて変化し、ロータティース１９の位置で磁気抵抗が低くなり、ロータティース１９間の位置で磁気抵抗が高くなる。周方向に関して隣接するロータティース１９同士の間隔（スロット５１同士の間隔）は、前述の起磁力の周方向に関する変動周期（電気角３６０°）の１／ｋ（ｋは正の偶数）に等しい（あるいはほぼ等しい）。図１〜３に示す例では、周方向に関して隣接するロータティース１９同士の間隔（スロット５１同士の間隔）が、起磁力の変動周期の１／２（電気角１８０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）。そのため、複数のロータティース１９には、周方向に関する間隔が起磁力の変動周期（電気角３６０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）ロータティース１９の組が含まれる。

ロータ巻線１８ｎ，１８ｓは、互いに電気的に接続されておらず分断（絶縁）されており、ロータティース１９間のスロット５１を通ってロータティース１９に巻装されている。そして、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓには、ダイオード２１ｎ，２１ｓ（整流素子）がそれぞれ接続されている。ロータ巻線１８ｎがダイオード２１ｎを介して短絡されていることで、ロータ巻線１８ｎに流れる電流の方向がダイオード２１ｎにより一方向に整流され、ロータ巻線１８ｓがダイオード２１ｓを介して短絡されていることで、ロータ巻線１８ｓに流れる電流の方向がダイオード２１ｓにより一方向に整流される。ここでは、ロータ巻線１８ｎとロータ巻線１８ｓとで流れる電流の向き（ダイオード２１ｎ，２１ｓによる整流方向）が互いに逆になるように、ダイオード２１ｎ，２１ｓが互いに逆向きでロータ巻線１８ｎ，１８ｓにそれぞれ接続される。

図４に示すように、ロータ巻線１８ｎにおいては、回転軸２２まわりの周方向に関する内幅（巻線の内周面間の幅、図のα°）が、周方向に関するロータティース１９の幅（図のα０°）と周方向に関する起磁力の変動周期（電気角３６０°）のｍ倍（ｍはｍ＜ｎを満たす１以上の整数）との和に等しい（あるいはほぼ等しい）。すなわち、α＝α０＋３６０×ｍ（α，α０の単位は電気角）が成立する（あるいはほぼ成立する）。同様に、ロータ巻線１８ｓにおいても、周方向に関する内幅が、周方向に関するロータティース１９の幅と周方向に関する起磁力の変動周期のｍ倍との和に等しい（あるいはほぼ等しい）。周方向に隣接するロータティース１９同士の間隔（スロット５１同士の間隔）が起磁力の変動周期の１／２（電気角１８０°）であるため、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓが通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔は、起磁力の変動周期の（ｍ＋０．５）倍に等しい（あるいはほぼ等しい）。図４に示す例では、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）が、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と周方向に関する起磁力の変動周期（電気角３６０°）との和（α＝α０＋３６０）に等しい（あるいはほぼ等しい）。そして、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓが通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔が、起磁力の変動周期の１．５倍（電気角５４０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）。

ロータ巻線１８ｓの図示を省略しロータ巻線１８ｎのみを図示したものを図５に示し、ロータ巻線１８ｎの図示を省略しロータ巻線１８ｓのみを図示したものを図６に示す。図５に示すように、ロータ巻線１８ｎは、周方向に関して１つおき毎にロータティース１９に巻装される。そして、図６に示すように、ロータ巻線１８ｓは、ロータ巻線１８ｎが巻装されないロータティース１９に巻装され、周方向に関して１つおき毎にロータティース１９に巻装される。つまり、ロータ巻線１８ｎが巻装されたロータティース１９とロータ巻線１８ｓが巻装されたロータティース１９とが周方向において隣接し且つ交互に並ぶように、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓがロータティース１９に巻装される。

ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の周方向に関する分布は、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置や、ステータティース３０及びスロット３１によるステータコア２６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、各相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ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。そして、例えばステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ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３次成分の振幅レベルが増大する。以下の説明では、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの配置やステータコア２６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分を空間高調波とする。

３相のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに３相の交流電流を流すことでステータ１２に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用するのに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、ロータティース１９がステータ１２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）が作用して、ロータ１４がステータ１２で形成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。

さらに、ステータ１２に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ１４のロータ巻線１８ｎ，１８ｓに鎖交すると、各ロータ巻線１８ｎ，１８ｓには、空間高調波成分によりロータ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が生じる。この磁束変動によって、各ロータ巻線１８ｎ，１８ｓ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ロータ巻線１８ｎ，１８ｓに流れる電流は、各ダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流されることで一方向（直流）となる。そして、各ダイオード２１ｎ，２１ｓで整流された直流電流が各ロータ巻線１８ｎ，１８ｓに流れるのに応じて各ロータティース１９が磁化することで、磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石が各ロータティース１９に生じる。周方向に隣接するロータティース１９に巻装されたロータ巻線１８ｎとロータ巻線１８ｓとで、ダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流された直流電流の方向が互いに逆方向であるため、周方向に隣接するロータティース１９同士で磁化方向が互いに逆方向となって異なる磁極の磁石が形成され、周方向においてロータティース１９の磁極が交互する。ここでは、ロータ巻線１８ｎが巻装されたロータティース１９にＮ極が形成され、ロータ巻線１８ｓが巻装されたロータティース１９にＳ極が形成されるように、ダイオード２１ｎ，２１ｓによるロータ巻線１８ｎ，１８ｓの電流の整流方向をそれぞれ設定する。これによって、各ロータティース１９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り、周方向に隣接する２つのロータティース１９（Ｎ極及びＳ極）により、１つの極対が構成される。図３に示す例では、８極の磁極が形成され、ロータ１４の極対数が４極対である。そして、各ロータティース１９（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２の回転磁界（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の回転磁界（基本波成分）とロータティース１９（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で形成される回転磁界（基本波成分）に同期して回転駆動する。このように、本実施形態に係る回転電機１０を、ステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力（機械的動力）を発生させる電動機として機能させることができる。一方、本実施形態に係る回転電機１０を、ロータ１４の動力を利用してステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに電力を発生させる発電機として機能させることもできる。

ロータ１４の回転時には、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓに遠心力が作用する。図７に示すように、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓをロータティース１９に短節巻で巻装した場合は、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓにかかる遠心力Ｆ０のうちロータ巻線１８ｎ，１８ｓの張力Ｆ２になる成分の割合が小さく、遠心力Ｆ０によりロータ巻線１８ｎ，１８ｓを飛散させようとする力Ｆ１が大きくなる。そのため、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓがロータティース１９から外れやすくなる。ロータ巻線１８ｎ，１８ｓを保持するために、図８に示すようにロータティース１９の先端部分にティースかさ１９ａを設けたり、図９に示すようにロータティース１９間のスロット５１にくさび１９ｂを設けたりすると、ロータティース１９の断面形状（磁路）の変更によりトルクが減少したり、くさび１９ｂでの渦電流損による損失が増加する等、磁気的な影響が無視できなくなる。

これに対して本実施形態では、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）を、短節巻の場合（図７に示す場合）よりも起磁力の変動周期（電気角３６０°）のｍ倍（図３〜６に示す例では１倍、ｍ＝１）分広げている。これによって、図１０に示すように、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓにかかる遠心力Ｆ０のうち、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの張力Ｆ２になる成分の割合が増加し、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓを飛散させようとする力Ｆ１が軽減される。さらに、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓを飛散させようとする力Ｆ１をロータティース１９の側面で受けることができる。したがって、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力を向上させることができ、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓが遠心力によりロータティース１９から外れるのを確実に防止することができる。

さらに、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）を起磁力の変動周期（電気角３６０°）単位で広げているため、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの鎖交磁束の変動は、巻幅を広げる前（短節巻の場合）と比較してほとんど変化しない（電気角３６０°分の鎖交磁束は全体では常に０）。さらに、各ロータティース１９に形成される磁極（Ｎ極、Ｓ極）の配置も巻幅を広げる前（短節巻の場合）と比較して変化しない。そのため、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの巻幅を広げることによる磁気的な影響は少なく、巻幅を広げる前と比較してトルク特性はほとんど変化しない。したがって、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力を向上させることができる。なお、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの巻幅を増加した分、巻線抵抗は増加するが、巻線１ターンのうち、コイルエンド部分が増加するだけであるため、巻線抵抗の増加分は軽微である。

次に、本実施形態に係る回転電機１０の他の構成例について説明する。

図１１は、ロータ１４に１２極の磁極（ロータティース１９）が形成され、ロータ１４の極対数が６極対である例を示している。ロータ巻線１８ｎ，１８ｓが通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔は、起磁力の変動周期の１．５倍（電気角５４０°）に等しく、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）は、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と起磁力の変動周期（電気角３６０°）との和に等しい。この例においても、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力を向上させることができる。

また、本実施形態では、例えば図１２に示すように、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）を、短節巻の場合よりも起磁力の変動周期（電気角３６０°）の２倍以上分広げることもできる。図１２に示す例では、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓが通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔は、起磁力の変動周期の２．５倍（電気角９００°）に等しく、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）は、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と起磁力の変動周期（電気角３６０°）の２倍との和に等しい。ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの巻幅をさらに広げることで、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓにかかる遠心力Ｆ０のうち、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの張力Ｆ２になる成分の割合がさらに増加し、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓを飛散させようとする力Ｆ１がさらに軽減される。

また、本実施形態では、例えば図１３，１４に示すように、ロータ巻線１８ｎは、周方向に関する内幅（α°）が周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と起磁力の変動周期（電気角３６０°）のｍ倍との和に等しい（あるいはほぼ等しい）巻線部分１８ｎ−１と、短節巻でロータティース１９に巻装された巻線部分１８ｎ−２と、を含むこともできる。同様に、ロータ巻線１８ｓも、周方向に関する内幅（α°）が周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と起磁力の変動周期（電気角３６０°）のｍ倍との和に等しい（あるいはほぼ等しい）巻線部分１８ｓ−１と、短節巻でロータティース１９に巻装された巻線部分１８ｓ−２と、を含むこともできる。巻線部分１８ｎ−１，１８ｓ−１が通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔は、起磁力の変動周期の（ｍ＋０．５）倍に等しく（あるいはほぼ等しく）、周方向に関する巻線部分１８ｎ−２，１８ｓ−２の内幅は、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）。図１３，１４に示す例では、周方向に関する巻線部分１８ｎ−１，１８ｓ−１の内幅（α°）が、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と周方向に関する起磁力の変動周期（電気角３６０°）との和に等しい（あるいはほぼ等しい）。そして、巻線部分１８ｎ−１，１８ｓ−１が通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔が、起磁力の変動周期の１．５倍（電気角５４０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）。このように、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの一部の巻幅を起磁力の変動周期（電気角３６０°）単位で広げることによっても、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力を向上させることができる。

以上の実施形態の説明では、ステータ１２に形成された回転磁界の空間高調波成分を利用してロータ巻線１８ｎ，１８ｓに流す電流をダイオード２１ｎ，２１ｓにより整流することで、ロータティース１９を磁化させて磁極が固定された磁石として機能させるものとした。ただし、本実施形態では、回転電機１０は、ダイオード２１ｎ，２１ｓが省略された巻線形同期機であってもよい。その場合は、例えばスリップリング等を介してロータ巻線１８ｎ，１８ｓに直流電流を流すことで、ロータティース１９を磁化させて磁極が固定された磁石として機能させることができる。その際には、ロータ巻線１８ｎが巻装されたロータティース１９とロータ巻線１８ｓが巻装されたロータティース１９とで磁化方向が互いに逆方向となって異なる磁極の磁石が形成されるように、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓに流す直流電流の向きを決定する。

また、図１５，１６は、回転電機１０がバーニアモータである例を示している。図１５に示す例では、９個のステータ巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗに流れる交流電流による起磁力が周方向に関して１周期分の変動分布を有し、周方向に関する起磁力の変動周期（電気角３６０°）がステータ全周の１／２である。周方向に関して隣接するロータティース１９同士の間隔（スロット５１同士の間隔）は、起磁力の変動周期（電気角３６０°）の１／８に等しい。ロータ巻線１８ｎ，１８ｓには、例えばスリップリング等を介して直流電流を流すことで、ロータティース１９が磁化して磁極が固定された磁石として機能する。図１６に示す例では、周方向に関するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの内幅（α°）は、周方向に関するロータティース１９の幅（α０°）と起磁力の変動周期（電気角３６０°）との和に等しい。この例においても、ロータ巻線１８ｎ，１８ｓの巻幅を起磁力の変動周期（電気角３６０°）単位で広げることで、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力を向上させることができる。

また、図１７，１８は、回転電機１０が巻線形誘導機である例を示している。図１７，１８に示す例では、周方向に関するステータ１２の起磁力の変動周期（電気角３６０°）がステータ全周の１／８であり、周方向に関して隣接するロータティース１９同士の間隔（スロット５１同士の間隔）が起磁力の変動周期（電気角３６０°）の１／６に等しい。ステータ１２に形成された回転磁界が複数相（例えば３相）のロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに鎖交すると、各ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗに誘導起電力が発生して誘導電流が流れる。各ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、周方向に関する間隔が起磁力の変動周期（電気角３６０°）の（ｍ＋０．５）倍に等しい（あるいはほぼ等しい）２つのスロット５１を通ってロータティース１９に巻装されている。図１７，１８に示す例では、ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが通る２つのスロット５１同士の周方向に関する間隔が、起磁力の変動周期の１．５倍（電気角５４０°）に等しい（あるいはほぼ等しい）。このように、ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの巻幅を、電気角１８０°（全節巻）の場合よりも起磁力の変動周期（電気角３６０°）単位で広げることで、磁気的な影響を抑えつつ、遠心力に対するロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの保持力を向上させることができる。なお、各ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、周方向に関する間隔が起磁力の変動周期（電気角３６０°）の（ｍ＋０．５）倍に等しいスロット５１を通ってロータティース１９に巻装された巻線部分と、電気角１８０°（全節巻）でロータティース１９に巻装された巻線部分と、を含むこともでき、ロータ巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの一部の巻幅を起磁力の変動周期（電気角３６０°）単位で広げることもできる。

本実施形態では、ロータティース１９の形状は、必ずしも径方向に垂直な断面積が一定となるストレートな形状である必要はない。また、ロータティース１９の先端部分にティースかさ１９ａを設けたり、ロータティース１９間のスロット５１にくさび１９ｂを設けたりすることで、遠心力に対するロータ巻線１８ｎ，１８ｓの保持力をさらに向上させることができる。

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等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。

本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の概略構成を示す図である。 ロータ巻線をロータティースに短節巻で巻装した場合の構成例を示す図である。 ロータティースの先端部分にティースかさを設けた場合の構成例を示す図である。 ロータティース間のスロットにくさびを設けた場合の構成例を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機においてロータ巻線にかかる力を説明する図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機の他の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ロータコア、１８ｎ，１８ｓ，１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ ロータ巻線、１９ ロータティース、２１ｎ，２１ｓ ダイオード、２２ 回転軸、２６ ステータコア、２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ ステータ巻線、３０ ステータティース、３１，５１ スロット。

Claims (4)

1. ステータとロータとがロータ回転軸と直交する径方向に対向配置された回転電機であって、
   ロータは、ステータへ突出する複数のロータティースがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、該ロータティース間のスロットを通って該ロータティースに巻装されたロータ巻線と、を有し、
   ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータ巻線と、を有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで生じる起磁力の前記周方向に関する変動周期がステータ全周の１／ｎ（ｎは２以上の整数）であり、
   ロータ巻線は、前記周方向に関する内幅が該周方向に関するロータティースの幅と前記起磁力の変動周期のｍ倍（ｍはｍ＜ｎを満たす１以上の整数）との和に略等しい巻線部分を含む、回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機であって、
   ステータは、ステータコアに集中巻で巻装されたステータ巻線に交流電流が流れることで高調波成分を含む回転磁界を形成し、
   ロータ巻線は、ステータで形成された高調波成分を含む回転磁界が鎖交することで誘導起電力が発生し、
   ロータは、該誘導起電力の発生に伴ってロータ巻線に流れる電流を整流する整流素子をさらに有し、
   ロータティースは、整流素子で整流された電流がロータ巻線に流れるのに応じて磁化することで磁極が固定された磁石として機能する、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機であって、
   前記周方向に隣接するロータティースに巻装されたロータ巻線が互いに電気的に分断されており、
   整流素子は、該電気的に分断されたロータ巻線毎に設けられ、
   各整流素子は、前記周方向に隣接するロータティースに巻装されたロータ巻線に流れる電流を、該隣接するロータティースの磁極を互いに異ならせる方向に整流する、回転電機。
4. ステータとロータとがロータ回転軸と直交する径方向に対向配置された回転電機であって、
   ロータは、ステータへ突出する複数のロータティースがロータ回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されたロータコアと、該ロータティース間のスロットを通って該ロータティースに巻装されたロータ巻線と、を有し、
   ステータは、ステータコアと、該ステータコアに巻装されたステータ巻線と、を有し、該ステータ巻線に交流電流が流れることで生じる起磁力の前記周方向に関する変動周期がステータ全周の１／ｎ（ｎは２以上の整数）であり、
   ロータ巻線は、前記周方向に関する間隔が前記起磁力の変動周期の（ｍ＋０．５）倍（ｍはｍ＜ｎを満たす１以上の整数）に略等しいスロットを通ってロータティースに巻装された巻線部分を含む、回転電機。

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