JP6723490B1 - 回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

回転電機の出力の低下を抑制することができる回転電機の回転子を得る。この回転電機の回転子は、巻線部用挿入孔および磁石用挿入孔が形成された回転子鉄心と、巻線部用挿入孔に挿入された回転子巻線部と、磁石用挿入孔に挿入された回転子永久磁石とを備え、回転子巻線部は、非磁石部と、非磁石部に設けられた回転子巻線とを有し、非磁石部は、回転子鉄心に固定されており、回転子巻線は、非磁石部を介して、回転子鉄心に対して固定されている。

Description

この発明は、回転子鉄心に回転子巻線部が設けられた回転電機の回転子に関する。

従来、巻線部用挿入孔が形成された回転子鉄心と、巻線部用挿入孔に挿入された回転子巻線部とを備え、回転子巻線部は、巻線部永久磁石と、巻線部永久磁石に巻かれた回転子巻線とを有している回転電機の回転子が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１６２６１２号公報

しかしながら、回転子巻線に電流が供給されることによって、回転子巻線が発熱する。回転子巻線に発生した熱は、巻線部永久磁石に伝わる。これにより、巻線部永久磁石の温度が上昇する。したがって、巻線部永久磁石の磁力が低下する。その結果、回転電機の出力が低下するという課題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、回転電機の出力の低下を抑制することができる回転電機の回転子を提供するものである。

この発明に係る回転電機の回転子は、磁石用挿入孔が形成された回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられた回転子巻線部と、磁石用挿入孔に挿入された回転子永久磁石とを備え、回転子巻線部は、永久磁石を除く磁性部材または非磁性部材から構成された非磁石部と、非磁石部に設けられた回転子巻線とを有し、回転子巻線部の巻き方向に対して垂直な方向を巻線軸方向としたとき、回転子巻線部は、巻線軸方向が回転子鉄心の径方向と一致するように配置され、非磁石部は、回転子鉄心に固定された固定面を有し、回転子巻線は、非磁石部を介して、回転子鉄心に対して固定されており、回転子鉄心には、巻線部用挿入孔が形成され、回転子巻線部は、巻線部用挿入孔に挿入され、固定面は、巻線部用挿入孔の内面に固定されている。
この発明に係る回転電機の回転子は、回転子鉄心と、回転子鉄心に設けられた回転子巻線部とを備え、回転子巻線部は、永久磁石を除く磁性部材または非磁性部材から構成された非磁石部と、非磁石部に設けられた回転子巻線と、回転子巻線から離れて非磁石部に設けられた巻線部永久磁石とを有し、回転子巻線部の巻き方向に対して垂直な方向を巻線軸方向としたとき、回転子巻線部は、巻線軸方向が回転子鉄心の径方向と一致するように配置され、非磁石部は、回転子鉄心に固定された固定面を有し、回転子巻線は、非磁石部を介して、回転子鉄心に対して固定されている。

この発明に係る回転電機の回転子によれば、回転電機の出力の低下を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す斜視図である。 図１の固定子を示す斜視図である。 図１の回転子を示す斜視図である。 図３の回転子の要部を示す断面図である。 図１の回転電機を示す回路図である。 図２の固定子巻線に発生する誘起電圧を示すグラフである。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 図８の回転子巻線に電流が供給されていない場合に回転子を通る磁束を示す図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 図１０の回転子巻線に電流が供給されていない場合に回転子を通る磁束を示す図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態７に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態９に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１０に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１１に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 この発明の実施の形態１２に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。 図１９の内径側鉄心部を示す斜視図である。 図１９の外径側鉄心部を示す斜視図である。

以下、この発明の各実施の形態に係る回転電機について、図面を用いて説明する。各図には、この発明の各実施の形態に係る回転電機を説明するために必要な要素が示されているが、実際の全要素を示しているとは限らない。この発明の各実施の形態に係る回転電機において、固定方法は、対象物を固定できれば任意である。したがって、固定方法は問わない。また、この発明の各実施の形態に係る回転電機において、寸法について互いに等しいとは、互いにほぼ同一であることを意味している。言い換えれば、寸法公差の範囲内であれば、互いに異なる寸法であっても、互いに等しいとする。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す斜視図である。回転電機１としては、例えば、車両用交流発電電動機が挙げられる。回転電機１は、固定子２と、固定子２に対して回転する回転子３とを備えている。固定子２は、回転子３の外周を囲むように配置されている。固定子２は、図示しないフロントブラケットおよび図示しないリヤブラケットに固定されている。

この例で、回転方向とは、回転子３が回転する方向であり、径方向とは、回転子３についての径方向であり、軸方向とは、回転子３についての軸方向である。

図２は、図１の固定子２を示す斜視図である。固定子２は、固定子鉄心２１と、固定子鉄心２１に設けられた複数の固定子巻線２２とを備えている。固定子鉄心２１は、円環形状に形成されている。複数の固定子巻線２２は、回転子３の周方向について並べて配置されている。

図３は、図１の回転子３を示す斜視図である。回転子３は、シャフト３１と、シャフト３１に設けられた軸受３２と、シャフト３１に設けられたスリップリング３３と、シャフト３１に設けられた回転子鉄心３４とを備えている。シャフト３１は、軸受３２を介して、フロントブラケットおよびリヤブラケットに回転可能に支持されている。スリップリング３３は、軸方向について軸受３２よりも回転子鉄心３４から離れて配置されている。スリップリング３３は、軸方向についてフロントブラケットよりもリヤブラケットの近くに配置されている。また、回転子３は、スリップリング３３に接触する図示しないブラシを備えている。

回転子鉄心３４は、円柱形状に形成されている。回転子鉄心３４の径方向は、回転子３の径方向と一致し、回転子鉄心３４の軸方向は、回転子３の径方向と一致し、回転子鉄心３４の周方向は、回転子３の周方向と一致する。

図４は、図３の回転子３の要部を示す断面図である。回転子鉄心３４には、巻線部用挿入孔３４１と、磁石用挿入孔３４２とが形成されている。図４では、１個の巻線部用挿入孔３４１と１個の磁石用挿入孔３４２とが示されているが、回転子鉄心３４には、複数の巻線部用挿入孔３４１と複数の磁石用挿入孔３４２とが形成されている。複数の巻線部用挿入孔３４１および複数の磁石用挿入孔３４２のそれぞれは、回転子鉄心３４の周方向について等間隔に並べて配置されている。また、巻線部用挿入孔３４１および磁石用挿入孔３４２は、回転子鉄心３４の軸方向について延びて形成されている。巻線部用挿入孔３４１および磁石用挿入孔３４２は、回転子鉄心３４の径方向について並んで配置されている。磁石用挿入孔３４２は、回転子鉄心３４の径方向について巻線部用挿入孔３４１よりも外側に配置されている。

回転子３は、巻線部用挿入孔３４１に挿入された回転子巻線部３５と、磁石用挿入孔３４２に挿入された回転子永久磁石３６とをさらに備えている。回転子巻線部３５は、複数の巻線部用挿入孔３４１のそれぞれに１個ずつ挿入されている。回転子永久磁石３６は、複数の磁石用挿入孔３４２のそれぞれに１個ずつ挿入されている。回転子巻線部３５および回転子永久磁石３６は、回転子鉄心３４の径方向について並んで配置されている。回転子永久磁石３６は、回転子鉄心３４の径方向について回転子巻線部３５よりも外側に配置されている。

回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と、非磁石部３５１に設けられた回転子巻線３５２と、非磁石部３５１に設けられた巻線部永久磁石３５３とを有している。非磁石部３５１は、永久磁石を除く磁性部材または非磁性部材から構成されている。回転子巻線３５２には、ブラシおよびスリップリング３３を介して、電流が供給される。

図３に示すように、回転子３は、回転子永久磁石３６を保持する端板３７をさらに備えている。端板３７によって、回転子永久磁石３６が回転子鉄心３４に対して軸方向に移動することが抑制される。

図４に示すように、巻線部永久磁石３５３は、回転子巻線３５２から離れて非磁石部３５１に設けられている。非磁石部３５１は、回転子鉄心３４に固定されている。非磁石部３５１は、回転子鉄心３４に固定された固定面を有している。非磁石部３５１の固定面は、巻線部用挿入孔３４１の内面に固定されている。回転子巻線３５２は、非磁石部３５１に巻かれている。回転子巻線３５２の巻き方向に対して垂直な方向を巻線軸方向とする。回転子巻線３５２は、巻線軸方向が回転子鉄心３４の径方向と一致するように、配置されている。

巻線部永久磁石３５３は、周方向および軸方向について回転子巻線３５２に囲まれている。言い換えれば、巻線部永久磁石３５３は、周方向および軸方向について回転子巻線３５２の内側に配置されている。径方向についての非磁石部３５１の端部は、回転子鉄心３４に固定されている。回転子巻線３５２は、非磁石部３５１を介して、回転子鉄心３４に対して固定されている。

次に、回転電機１の動作について説明する。まず、回転電機１が電動機として動作する場合について説明する。図５は、図１の回転電機１を示す回路図である。バッテリ１０１から直流電流が電源端子を介してパワー回路部１０２に供給される。制御回路部１０３は、パワー回路部１０２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、パワー回路部１０２は、直流電流を交流電流に変換する。交流電流は、固定子２の固定子巻線２２に供給される。

一方、回転子巻線部３５の回転子巻線３５２には、制御回路部１０３からの指令に基づいて、直流電流が供給される。回転子巻線３５２によって発生した磁束、巻線部永久磁石３５３によって発生した磁束および回転子永久磁石３６によって発生する磁束が、固定子巻線２２に流れる交流電流に鎖交することによって、駆動トルクが発生する。発生した駆動トルクによって、回転子３が固定子２に対して回転する。

次に、回転電機１が発電機として動作する場合について説明する。エンジンが駆動している状態では、エンジンの回転トルクがクランクシャフトから、ベルト、ギヤ等の機械接続部品を介して、シャフト３１に伝達される。これにより、回転子３が固定子２に対して回転する。

回転子巻線部３５の回転子巻線３５２には、制御回路部１０３からの指令に基づいて、直流電流が供給される。回転子巻線３５２によって発生した磁束、巻線部永久磁石３５３によって発生した磁束および回転子永久磁石３６によって発生する磁束が、固定子巻線２２と鎖交することによって、固定子巻線２２に三相交流電圧が誘起される。これにより、パワー回路部１０２に交流電流が供給される。制御回路部１０３は、パワー回路部１０２の各スイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ制御する。これにより、パワー回路部１０２は、交流電流を直流電流に変換する。直流電流は、バッテリ１０１に供給される。これにより、バッテリ１０１が充電される。

なお、回転電機１が電動機および発電機として動作する場合に、回転子巻線３５２には、必ずしも電流が供給される必要はない。回転子永久磁石３６によって発生する磁束のみを利用して、回転電機１が電動機および発電機として動作することができる。

図６は、図２の固定子巻線２２に発生する誘起電圧を示すグラフである。図６では、回転子巻線３５２に電流が供給される場合である通電時と、回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合である無通電時とを示している。通電時に回転子巻線３５２に発生する磁束の方向は、回転子永久磁石３６の磁束を強める方向となる。言い換えれば、通電時に回転子巻線３５２に発生する磁束の方向は、回転子永久磁石３６の磁束の方向と一致する。

回転子巻線３５２に供給される電流は、必ずしもスリップリングおよびブラシを介して供給される必要はない。固定子巻線２２に電流が供給されることによって発生する磁束によって、回転子巻線３５２に誘起される電圧を利用して、回転子巻線３５２に電流が供給される自己励磁式の回転電機１であってもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態１に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線３５２は、非磁石部３５１を介して回転子鉄心３４に対して固定されている。回転子永久磁石３６は、磁石用挿入孔３４２に挿入されている。したがって、回転子永久磁石３６は、回転子巻線３５２から離れて配置される。これにより、回転子巻線３５２に発生した熱が回転子永久磁石３６に伝わることが抑制される。その結果、回転子永久磁石３６の温度の上昇を抑制することができる。したがって、回転子永久磁石３６の耐熱減磁特性を高めることができる。その結果、回転電機１の出力の低下を抑制することができる。

また、回転子巻線部３５は、巻線部用挿入孔３４１に挿入され、非磁石部３５１の固定面は、巻線部用挿入孔３４１の内面に固定されている。これにより、回転子巻線部３５を回転子鉄心３４の内部に容易に配置することができる。

また、巻線部永久磁石３５３は、回転子巻線３５２から離れて非磁石部３５１に設けられている。これにより、回転子巻線３５２に発生した熱が巻線部永久磁石３５３に伝わることが抑制される。その結果、巻線部永久磁石３５３の温度の上昇を抑制することができる。したがって、巻線部永久磁石３５３の耐熱減磁特性を高めることができる。その結果、回転電機１の出力の低下を抑制することができる。

また、回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４に固定されている。これにより、回転子巻線３５２を非磁石部３５１に巻き回した後に、回転子巻線部３５を回転子鉄心３４に固定することができる。その結果、回転子巻線３５２の巻き回しが容易となる。したがって、回転子３の生産性を向上させることができる。

なお、上記実施の形態１では、回転子鉄心３４に巻線部用挿入孔３４１が形成され、巻線部用挿入孔３４１に回転子巻線部３５が挿入される構成について説明した。しかしながら、これに限らず、例えば、回転子鉄心３４が複数の部分に分割され、分割された複数の部分の少なくとも１つの部分に非磁石部３５１の固定面が固定された構成であってもよい。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と、非磁石部３５１に設けられた回転子巻線３５２とを有している。回転子巻線部３５は、実施の形態１と異なり、巻線部永久磁石３５３を有していない。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態２に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線３５２は、非磁石部３５１を介して回転子鉄心３４に対して固定されている。回転子永久磁石３６は、磁石用挿入孔３４２に挿入されている。したがって、回転子永久磁石３６は、回転子巻線３５２から離れて配置される。これにより、回転子巻線３５２に発生した熱が回転子永久磁石３６に伝わることが抑制される。その結果、回転子永久磁石３６の温度の上昇を抑制することができる。したがって、回転子永久磁石３６の耐熱減磁特性を高めることができる。その結果、回転電機１の出力の低下を抑制することができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子鉄心３４には、回転子鉄心３４の周方向について一対の磁石用挿入孔３４２が並べて形成されている。一対の磁石用挿入孔３４２のそれぞれには、一対の回転子永久磁石３６が別々に挿入されている。

回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４の周方向についての一対の回転子永久磁石３６の間の領域の中心に配置されている。一対の回転子永久磁石３６のそれぞれは、回転子巻線部３５側の面の極が同一となるように配置されている。その他の構成は、実施の形態２と同様である。

図９は、図８の回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合に回転子３を通る磁束を示す図である。回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合には、回転子永久磁石３６によって発生する磁束は、回転子永久磁石３６から非磁石部３５１を通って回転子永久磁石３６に戻る磁気回路を通る。言い換えれば、回転子永久磁石３６によって発生する磁束は、回転子３内に閉じられる。これにより、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧が低減される。

一方、回転子巻線３５２に電流が供給されている場合には、回転子永久磁石３６によって発生する磁束の方向と回転子巻線３５２によって発生する磁束の方向が互いに同一となる。これにより、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧が大きくなる。

以上説明したように、この発明の実施の形態３に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４の周方向についての一対の回転子永久磁石３６の間の領域の中心に配置されている。これにより、回転子巻線３５２に電流が供給されている場合には、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧を大きくすることができる。また、回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合には、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧を小さくすることができる。その結果、回転子巻線３５２への電流の供給の有無に応じた回転子鉄心３４から固定子巻線２２を通る磁束量の調整範囲を広くすることができる。したがって、回転電機１の効率を向上させ、回転電機１の出力を増大させることができる。

また、一対の回転子永久磁石３６のそれぞれは、回転子巻線部３５側の面の極が同一となるように配置されている。これにより、一対の回転子永久磁石３６が回転子３における同一の磁極を構成することができる。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４の周方向についての一対の回転子永久磁石３６の間の領域を通り回転子鉄心３４の径方向に延びる直線上に配置されている。また、回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４の径方向についての回転子巻線部３５の中心が回転子鉄心３４の径方向についての回転子永久磁石３６の中心よりも回転子鉄心３４の径方向について内側に存在するように、配置されている。その他の構成は、実施の形態３と同様である。

図１１は、図１０の回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合に回転子３を通る磁束を示す図である。回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合には、回転子永久磁石３６によって発生する磁束は、回転子永久磁石３６から非磁石部３５１を通って回転子永久磁石３６に戻る磁気回路を通る。言い換えれば、回転子永久磁石３６によって発生する磁束は、回転子３内に閉じられる。これにより、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧が低減される。

一方、回転子巻線３５２に電流が供給されている場合には、回転子永久磁石３６によって発生する磁束の方向と回転子巻線３５２によって発生する磁束の方向が互いに同一となる。これにより、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧が大きくなる。

以上説明したように、この発明の実施の形態４に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４の周方向についての一対の回転子永久磁石３６の間の領域を通り回転子鉄心３４の径方向に延びる直線上に配置されている。また、回転子巻線部３５は、回転子鉄心３４径方向についての回転子巻線部３５の中心が回転子鉄心３４の径方向についての回転子永久磁石３６の中心よりも回転子鉄心３４の径方向について内側に存在するように、配置されている。これにより、回転子巻線３５２に電流が供給されている場合には、回転子３が回転することによって固定子巻線２２に誘起される電圧を大きくすることができる。また、回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合には、回転子永久磁石３６によって発生する磁束が非磁石部３５１を通って回転子永久磁石３６に戻る。したがって、回転子巻線３５２に電流が供給されていない場合に、固定子巻線２２に誘起される電圧をさらに小さくすることができる。その結果、回転子巻線３５２への電流の供給の有無に応じた回転子鉄心３４から固定子巻線２２を通る磁束量の調整範囲をさらに広くすることができる。したがって、回転電機１の効率をさらに向上させ、回転電機１の出力をさらに増大させることができる。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子鉄心３４との間に設けられ非磁石部３５１を回転子鉄心３４に対して固定する固定部材３５４を有している。固定部材３５４としては、例えば、接着剤が挙げられる。非磁石部３５１における径方向外側の部分が固定部材３５４を介して回転子鉄心３４に固定されている。言い換えれば、非磁石部３５１における径方向外側を向く面が固定面となっている。その他の構成は、実施の形態４と同様である。なお、非磁石部３５１における径方向内側の部分が固定部材３５４を介して回転子鉄心３４に固定された構成であってもよい。言い換えれば、非磁石部３５１における径方向内側を向く面が固定面となってもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態５に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子鉄心３４との間に設けられ非磁石部３５１を回転子鉄心３４に対して固定する固定部材３５４を有している。これにより、回転子鉄心３４を構成する複数枚の磁性鋼板を積層した後に、回転子巻線部３５を巻線部用挿入孔３４１に挿入することができる。その結果、回転子３の生産性を向上させることができる。また、固定部材３５４を介して、非磁石部３５１が回転子鉄心３４に固定されている。これにより、回転子鉄心３４および回転子巻線部３５の剛性を向上させることができる。その結果、回転子３の耐振動性を向上させることができる。

実施の形態６．
図１３は、この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。非磁石部３５１は、回転子鉄心３４を構成する材料と同一の材料から構成された非磁石部本体３５５と、非磁石部本体３５５と回転子巻線３５２との間の設けられた図示しない絶縁部材とを含んでいる。その他の構成は、実施の形態５と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態６に係る回転電機１の回転子３によれば、非磁石部３５１は、回転子鉄心３４を構成する材料と同一の材料から構成された非磁石部本体３５５を含んでいる。これにより、磁性鋼板を構成する回転子鉄心３４を打ち抜くことによって、非磁石部本体３５５を形成することができる。その結果、磁性鋼板の歩留まりを向上させることができる。

実施の形態７．
図１４は、この発明の実施の形態７に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子鉄心３４には、巻線部用挿入孔３４１が形成されている。巻線部用挿入孔３４１には、回転子巻線部３５が挿入されている。回転子鉄心３４には、実施の形態１と異なり、磁石用挿入孔３４２が形成されていない。したがって、回転子３は、回転子永久磁石３６を備えていない。

回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と、非磁石部３５１に設けられた回転子巻線３５２と、回転子巻線３５２から離れて非磁石部３５１に設けられた巻線部永久磁石３５３とを有している。非磁石部３５１は、回転子鉄心３４に固定されている。回転子巻線３５２は、非磁石部３５１を介して、回転子鉄心３４に対して固定されている。その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態７に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、回転子巻線３５２から離れて非磁石部３５１に設けられた巻線部永久磁石３５３を有している。これにより、回転子巻線３５２に発生した熱が巻線部永久磁石３５３に伝わることが抑制される。その結果、巻線部永久磁石３５３の温度の上昇を抑制することができる。したがって、巻線部永久磁石３５３の耐熱減磁特性を高めることができる。

また、巻線部永久磁石３５３に対して、巻線部永久磁石３５３の磁化方向と反対の方向の磁界が発生した場合に、回転子巻線３５２に電流を供給して、巻線部永久磁石３５３への逆磁界を抑える方向の磁界を発生させることができる。これにより、巻線部永久磁石３５３の減磁特性を抑制することができる。

また、非磁石部３５１は、回転子鉄心３４に固定されており、回転子巻線３５２は、非磁石部３５１を介して、回転子鉄心３４に対して固定されている。これにより、巻線部永久磁石３５３の寸法を変更した場合であっても、非磁石部３５１の形状を変更することによって、回転子鉄心３４を変更せずに用いることができる。したがって、回転子鉄心３４を製造するための金型製作費などを低減させることができる。

実施の形態８．
図１５は、この発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子巻線３５２との間に設けられた絶縁部材３５６を有している。その他の構成は、実施の形態７と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態８に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子巻線３５２との間に設けられた絶縁部材３５６を有している。これにより、回転子巻線３５２と回転子鉄心３４との間の絶縁性を向上させることができる。

実施の形態９．
図１６は、この発明の実施の形態９に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。非磁石部３５１は、回転子鉄心３４を構成する材料と同一の材料から構成された非磁石部本体３５５を含んでいる。この例では、非磁石部３５１は、非磁石部本体３５５と同一である。したがって、非磁石部３５１は、回転子鉄心３４を構成する材料と同一の材料から構成されている。その他の構成は、実施の形態８と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態９に係る回転電機１の回転子３によれば、非磁石部３５１は、回転子鉄心３４を構成すると同一の材料から構成された非磁石部本体３５５を含んでいる。これにより、回転子鉄心３４を構成する磁性鋼板を打ち抜くことによって、非磁石部本体３５５を形成することができる。その結果、磁性鋼板の歩留まりを向上させることができる。

実施の形態１０．
図１７は、この発明の実施の形態１０に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子鉄心３４との間に設けられ非磁石部３５１を回転子鉄心３４に対して固定する固定部材３５４を有している。固定部材３５４としては、例えば、接着剤が挙げられる。非磁石部３５１における径方向外側の部分が固定部材３５４を介して回転子鉄心３４に固定されている。言い換えれば、非磁石部３５１における径方向外側を向く面が固定面となっている。その他の構成は、実施の形態９と同様である。なお、非磁石部３５１における径方向内側の部分が固定部材３５４を介して回転子鉄心３４に固定された構成であってもよい。言い換えれば、非磁石部３５１における径方向内側を向く面が固定面となってもよい。

以上説明したように、この発明の実施の形態１０に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線部３５は、非磁石部３５１と回転子鉄心３４との間に設けられ非磁石部３５１を回転子鉄心３４に対して固定する固定部材３５４を有している。これにより、回転子鉄心３４を構成する複数枚の磁性鋼板を積層した後に、回転子巻線部３５を巻線部用挿入孔３４１に挿入することができる。その結果、回転子３の生産性を向上させることができる。また、固定部材３５４を介して、非磁石部３５１が回転子鉄心３４に固定されている。これにより、回転子鉄心３４および回転子巻線部３５の剛性を向上させることができる。その結果、回転子３の耐振動性を向上させることができる。

実施の形態１１．
図１８は、この発明の実施の形態１１に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子巻線３５２の中心を通り、回転子鉄心３４の周方向に延びる線を中心線Ａとする。巻線部永久磁石３５３の中心を通り、回転子鉄心３４の周方向に延びる線を中心線Ｂとする。回転子巻線３５２および巻線部永久磁石３５３は、中心線Ａと中心線Ｂとが同一線上に存在するように、配置されている。言い換えれば、回転子鉄心３４の径方向についての回転子巻線３５２の中心は、回転子鉄心３４の径方向についての巻線部永久磁石３５３の中心と一致する。また、回転子鉄心３４の周方向についての回転子巻線３５２の中心は、回転子鉄心３４の周方向についての巻線部永久磁石３５３の中心と一致する。その他の構成は、実施の形態１０と同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態１１に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子巻線３５２の中心を通り周方向に延びる中心線Ａと、巻線部永久磁石３５３の中心を通り周方向に延びる中心線Ｂとが同一線上に存在する。これにより、回転子巻線３５２に供給される電流の値を調整することによって、回転子巻線３５２および巻線部永久磁石３５３によって発生する磁束の量を調整することができる。また、巻線部永久磁石３５３によって発生する磁束の量に対して回転子巻線３５２によって発生する磁束の量が変化する場合であっても、回転子巻線３５２および巻線部永久磁石３５３によって発生する磁束の周方向についての対称性が維持される。その結果、回転電機１のトルクリップルを低減させることができ、また、回転電機１の鉄損を低減させることができる。

実施の形態１２．
図１９は、この発明の実施の形態１２に係る回転電機の回転子の要部を示す断面図である。回転子鉄心３４は、内径側鉄心部３４３と外径側鉄心部３４４とに分割されている。言い換えれば、回転子鉄心３４は、内径側鉄心部３４３と外径側鉄心部３４４とを有している。外径側鉄心部３４４は、内径側鉄心部３４３よりも径方向外側に配置されている。図２０は、図１９の内径側鉄心部３４３を示す斜視図である。図２１は、図１９の外径側鉄心部３４４を示す斜視図である。内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４のそれぞれは、軸方向に延びるように形成されている。外径側鉄心部３４４に対して内径側鉄心部３４３を軸方向に移動させることによって、外径側鉄心部３４４が内径側鉄心部３４３に着脱される。内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４は、焼嵌、圧入などによって、互いに固定されている。

図１９に示すように、回転子巻線３５２は、絶縁樹脂から構成された非磁石部３５１を介して内径側鉄心部３４３に固定されている。非磁石部３５１としては、ボビン、絶縁紙などが挙げられる。

回転子巻線３５２よりも径方向外側の領域には、外径側鉄心部３４４が配置されている。外径側鉄心部３４４は、回転子巻線３５２に遠心力が作用した場合に回転子巻線３５２が径方向外側へ移動することを制限する。

内径側鉄心部３４３の材料および外径側鉄心部３４４の材料は、互いに同一となっている。内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４は、金型による共抜成型によって形成されている。これにより、内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４の歩留まりを向上させることができる。

外径側鉄心部３４４には、カシメ部３４５が形成されている。内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４の共抜成型が行われる場合には、カシメ部３４５を用いて、外径側鉄心部３４４を構成する磁性鋼板が軸方向に固定される。その他の構成は、実施の形態７から実施の形態１１までと同様である。

以上説明したように、この発明の実施の形態１２に係る回転電機１の回転子３によれば、回転子鉄心３４が内径側鉄心部３４３および外径側鉄心部３４４を有している。外径側鉄心部３４４は、回転子巻線３５２が径方向外側へ移動することを制限する。これにより、回転子巻線３５２は、内径側鉄心部３４３に対して、径方向外側から径方向内側に向かって取り付けることが可能となる。したがって、内径側鉄心部３４３に巻線部永久磁石３５３を挿入する磁石挿入工程と、内径側鉄心部３４３に回転子巻線３５２を挿入する回転子巻線部挿入工程とを、互いに別工程にすることができる。その結果、着磁器を用いて後着磁を行う必要がなくなる。これにより、着磁器を用いた後着磁による回転子巻線３５２への誘起電圧の発生を抑制することができる。ネオジム磁石のような高保持力磁石が巻線部永久磁石３５３に用いられる場合には、高い起磁力が瞬間的に回転子巻線３５２に影響する。この場合に、回転子巻線３５２に発生する誘起電圧によって回転子巻線３５２に絶縁破壊が発生する可能性がある。一方、実施の形態１２では、着磁器を用いて後着磁を行う必要がないことから、回転子巻線３５２への影響がなくなる。

１ 回転電機、２ 固定子、３ 回転子、２１ 固定子鉄心、２２ 固定子巻線、３１ シャフト、３２ 軸受、３３ スリップリング、３４ 回転子鉄心、３５ 回転子巻線部、３６ 回転子永久磁石、３７ 端板、１０１ バッテリ、１０２ パワー回路部、１０３ 制御回路部、３４１ 巻線部用挿入孔、３４２ 磁石用挿入孔、３４３ 内径側鉄心部、３４４ 外径側鉄心部、３４５ カシメ部、３５１ 非磁石部、３５２ 回転子巻線、３５３ 巻線部永久磁石、３５４ 固定部材、３５５ 非磁石部本体、３５６ 絶縁部材。

Claims (16)

1. 磁石用挿入孔が形成された回転子鉄心と、
   前記回転子鉄心に設けられた回転子巻線部と、
   前記磁石用挿入孔に挿入された回転子永久磁石と
   を備え、
   前記回転子巻線部は、
   永久磁石を除く磁性部材または非磁性部材から構成された非磁石部と、
   前記非磁石部に設けられた回転子巻線と
   を有し、
   前記回転子巻線部の巻き方向に対して垂直な方向を巻線軸方向としたとき、前記回転子巻線部は、前記巻線軸方向が前記回転子鉄心の径方向と一致するように配置され、
   前記非磁石部は、前記回転子鉄心に固定された固定面を有し、
   前記回転子巻線は、前記非磁石部を介して、前記回転子鉄心に対して固定されており、
   前記回転子鉄心には、巻線部用挿入孔が形成され、
   前記回転子巻線部は、前記巻線部用挿入孔に挿入され、
   前記固定面は、前記巻線部用挿入孔の内面に固定されている回転電機の回転子。
2. 前記非磁石部は、前記巻線軸方向を向いた前記固定面を有している請求項１に記載の回転電機の回転子。
3. 前記巻線部用挿入孔は、分割されていない前記回転子鉄心に形成されている請求項１または請求項２に記載の回転電機の回転子。
4. 前記回転子巻線部は、前記回転子巻線から離れて前記非磁石部に設けられた巻線部永久磁石をさらに有している請求項１から請求項３までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
5. 前記回転子鉄心には、前記回転子鉄心の周方向について一対の前記磁石用挿入孔が並べて形成されており、
   一対の前記磁石用挿入孔のそれぞれには、一対の前記回転子永久磁石が別々に挿入されており、
   前記回転子巻線部は、前記周方向についての一対の前記回転子永久磁石の間の領域の中心に配置されている請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
6. 一対の前記回転子永久磁石のそれぞれは、前記回転子巻線部側の面の極が同一となるように配置されている請求項５に記載の回転電機の回転子。
7. 前記回転子鉄心には、前記回転子鉄心の周方向について一対の前記磁石用挿入孔が並べて形成されており、
   一対の前記磁石用挿入孔のそれぞれには、一対の前記回転子永久磁石が別々に挿入されており、
   前記回転子巻線部は、前記周方向についての一対の前記回転子永久磁石の間の領域を通り前記回転子鉄心の径方向に延びる直線上に配置され、
   前記回転子巻線部は、前記径方向についての前記回転子巻線部の中心が前記径方向についての前記回転子永久磁石の中心よりも前記径方向について内側に存在するように、配置されている請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
8. 前記回転子巻線部は、前記非磁石部と前記回転子鉄心との間に設けられ前記非磁石部を前記回転子鉄心に対して固定する固定部材をさらに有している請求項１から請求項７までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
9. 前記非磁石部は、前記回転子鉄心を構成する材料と同一の材料から構成された非磁石部本体を含んでいる請求項１から請求項８までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
10. 回転子鉄心と、
    前記回転子鉄心に設けられた回転子巻線部と
    を備え、
    前記回転子巻線部は、
    永久磁石を除く磁性部材または非磁性部材から構成された非磁石部と、
    前記非磁石部に設けられた回転子巻線と、
    前記回転子巻線から離れて前記非磁石部に設けられた巻線部永久磁石と
    を有し、
    前記回転子巻線部の巻き方向に対して垂直な方向を巻線軸方向としたとき、前記回転子巻線部は、前記巻線軸方向が前記回転子鉄心の径方向と一致するように配置され、
    前記非磁石部は、前記回転子鉄心に固定された固定面を有し、
    前記回転子巻線は、前記非磁石部を介して、前記回転子鉄心に対して固定されている回転電機の回転子。
11. 前記回転子鉄心には、前記回転子巻線部が径方向外側から挿入可能であり、
    前記回転子鉄心は、
    前記巻線部永久磁石が挿入される磁石挿入孔が内部に形成された内径側鉄心部と、
    前記内径側鉄心部よりも径方向外側に設けられた外径側鉄心部と
    を有し、
    前記外径側鉄心部は、前記回転子巻線部が前記内径側鉄心部から径方向外側に移動することを制限する請求項１０に記載の回転電機の回転子。
12. 前記回転子鉄心には、巻線部用挿入孔が形成され、
    前記回転子巻線部は、前記巻線部用挿入孔に挿入され、
    前記固定面は、前記巻線部用挿入孔の内面に固定されている請求項１０に記載の回転電機の回転子。
13. 前記回転子巻線部は、前記回転子巻線を支持する絶縁部材をさらに有している請求項１０から請求項１２までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
14. 前記非磁石部は、前記回転子鉄心を構成する材料と同一の材料から構成された非磁石部本体を含んでいる請求項１０から請求項１３までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
15. 前記回転子巻線部は、前記非磁石部と前記回転子鉄心との間に設けられ前記非磁石部を前記回転子鉄心に対して固定する固定部材をさらに有している請求項１０から請求項１４までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。
16. 前記回転子巻線および前記巻線部永久磁石は、前記回転子巻線の中心を通り前記回転子鉄心の周方向に延びる中心線と、前記巻線部永久磁石の中心を通り前記周方向に延びる中心線とが同一線上に存在するように、配置されている請求項１０から請求項１５までの何れか一項に記載の回転電機の回転子。

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