JP7144966B2

JP7144966B2 - 回転電機

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Publication number: JP7144966B2
Application number: JP2018087317A
Authority: JP
Inventors: 斉士桂; 太一北村; 公貴植村
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Filing date: 2018-04-27
Publication date: 2022-09-30
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Description

本発明は、動力伝達装置の外周に配置されるブラシレス巻線界磁型回転電機に関する。

従来技術として、図１０Ａ及び図１０Ｂに示す特許文献１のように、回転子１０１に対して静止した界磁コイル１０２から磁束を供給する回転電機が提案されている。固定子１０３は回転子１０１の径方向の外側に配置されている。このような構造により、従来、回転子１０１を磁化するために必要であった電力供給装置、所謂ブラシを用いたスリップリングを廃止することができる。これが、ブラシレス巻線界磁型回転電機１１０である。

回転子１０１は、第１の磁極１３７と第２の磁極１３８とで構成されている。第１の磁極１３７は、固定子１０３に第１エアギャップ１１１を介して対向するクローポール型磁極である。第２の磁極１３８は、固定子１０３に第１エアギャップ１１１を介して対向するとともに第１の磁極１３７と同一円周上に位置するクローポール型磁極である。第１の磁極１３７と第２の磁極１３８とは、非磁性材料で形成されたリングの結合部材１３９で接続されている。

なお、固定子１０３と回転子１０１との間には第１エアギャップ１１１があり、回転軸１０７の軸方向沿いに延在している。また、界磁コイル１０２の界磁コイルコア１０６と回転子１０１の第１の磁極１３７との間には第２エアギャップ１１２があり、回転軸１０７の軸方向沿いに延在している。また、界磁コイル１０２の界磁コイルコア１０６と回転子１０１の第２の磁極１３８との間にも第２エアギャップがあり、回転軸１０７の軸直交方向沿いに延在している。

また、特許文献２のように、動力伝達装置の外周に回転電機を配置する構造が提案されている。このような構造とし、エンジンと回転電機とを連結することでエンジン始動を可能とし、かつ走行中はジェネレータとして機能する事で、従来の自動車で必要であったスタータ及びオルタネータを廃止する事ができる。

特許３４４５４９２号特表２０１０－５１６５５８号公報

これら２つの特許文献を組み合わせて、すなわち、図８の（ｂ）に示すように、動力伝達装置１０４の外周にブラシレス巻線界磁型回転電機１１０を配置しようとした場合、２つの特許文献の構造同士の組み合わせでは、固定ケース１０５の内周側でかつ、動力伝達装置１０４の外周側という狭小なる空間に、固定ケース１０５に固定される固定子１０３と、回転子１０１と、界磁コイル１０２との３つの部材を回転軸１０７の同軸異径上に配置するため、回転電機１１０の占める体積に厳しい制約があり、設計自由度が限られてしまい、回転電機１１０の出力性能が限定されてしまうという課題がある。

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、設計自由度を大きくすることができて、出力性能を向上させることができる回転電機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、エンジンと変速機との間に配置されかつ固定ケースと前記固定ケースの内側で回転する回転部材との間に配置されるブラシレス巻線界磁型回転電機であって、
前記固定ケースに保持され、交流電流により回転磁界を発生する交流コイルを備えた固定子と、
前記固定ケースに保持され、直流電流により磁束を励磁する界磁コイルを備えた界磁コアと、
前記回転部材の外周面に配置され、前記固定子及び前記界磁コイルに対し回転自在に保持される回転子と、
前記回転部材の一部である回転子側コア部と、
前記固定子と前記回転子との間に形成されて前記固定子と前記回転子との間で磁束を受け渡す第１エアギャップと、
前記界磁コアと前記回転子との間に形成されて前記界磁コアと前記回転子との間で磁束を受け渡す第２エアギャップと、
前記界磁コアと前記回転子側コア部との間に形成されて前記界磁コアと前記回転子側コア部との間で磁束を受け渡す第３エアギャップとを備えるとともに、
前記界磁コイルは、前記固定子及び前記回転子よりも前記回転部材の回転軸沿いに、前記固定子の変速機側又はエンジン側にずらせて配置しているとともに、
前記回転子は、
第１円環部から前記回転軸の軸方向に突き出た複数の爪部を持つ第１磁極と、
前記第１磁極の内側に前記第１磁極と部分的に重なるように配置された第２円環部の外周面に径方向に突出しかつ周方向には周方向隙間を有して配置された複数の凸部を持ちかつ前記回転部材の前記外周面に配置した第２磁極と、
前記第１磁極の前記爪部と前記第２磁極の前記凸部とが嵌合固定される嵌合部を有する円環状の磁極保持部材とで構成され、
前記第１磁極と前記第２磁極とは、前記第１磁極の前記爪部が前記第２磁極の前記凸部と前記凸部との間の前記周方向隙間内に挿入されて、前記第１磁極の前記爪部と、前記第２磁極の前記凸部とが周方向に交互に配置され、
前記第１磁極と前記第２磁極とは、お互いに接触することなく、前記磁極保持部材に嵌合固定される、
回転電機を提供する。

本発明の前記態様によれば、固定ケースの内周側でかつ回転部材の外周側という狭小なる空間に、界磁コイル以外に、回転子と固定子とを配置させることにより、回転子と固定子との２つの部材を回転軸の同軸異径上に配置するだけでよいため、設計自由度が大きくなり、回転電機の出力性能を向上させることができる。さらに、回転部材の一部を回転子側コア部として機能させるので、回転子の磁路を形成する部材の径方向の厚みを薄くすることができ、全体として小型軽量化及び構造の簡素化を図ることができる。

本発明の第１実施形態にかかる回転電機の回転軸と垂直な方向沿いに大略切断したときの断面図とエンジン及び変速機との配置関係を示す説明図である。図１の回転電機付近の拡大断面図である。図１の回転電機付近の拡大斜視図である。図２Ｂから固定子を取り除いた状態での回転電機付近の拡大斜視図である。図１の回転電機付近の拡大分解斜視図である。第１実施形態にかかる回転電機の変速機側から見たときの正面図である。第１実施形態にかかる回転電機の斜視図である。第１実施形態にかかる回転電機の回転子の斜視図である。第１実施形態にかかる回転電機の回転子の分解斜視図である。第２実施形態にかかる回転電機の部分正面図である。第１実施形態の構成と従来の文献の組み合わせ例の構成との関係を説明する説明図である。第１実施形態の変形例にかかる回転電機の、図２Ａに相当する、回転電機付近の拡大断面図である。従来の回転電機の概略構成を説明する平面図である。図１０Ａの従来の回転電機の概略構成を説明する縦断面図である。

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態にかかる回転電機は、図１～図２Ｄに示すように、固定ケース５と、固定ケース５の内側で回転する回転部材４との間に配置されるブラシレス巻線界磁型回転電機１０である。この回転電機１０は、少なくとも、固定子３と、界磁コイル２と、回転子１とを備えている。

回転電機１０の配置の一例としては、回転軸７沿いのエンジン８と変速機９との間に配置される。しかしながら、このような配置に限られるものではない。例えば、オルタネータと置換して配置してもよいし、変速機９と車輪との間に配置するなど、任意の位置に配置してもよい。このとき、回転部材４の一例としては、動力伝達装置４の外殻ケース４ａなどの可動ケースで構成されている。

ここで、動力伝達装置とは、トルクコンバータ、摩擦式クラッチ、又は、フライホイールなどを含む。

固定子３は、固定ケース５に回転不可に固定保持され、交流コイル１４を巻回するための複数のスロットを具備する円筒状の部材で構成され、交流コイル１４を備えて、交流コイル１４に流れる交流電流により回転磁界を発生する。

界磁コイル２は、固定子３及び回転子１よりも回転軸７沿いに例えば変速機側にずらせて配置されて、固定子３の変速機９側で固定ケース５に固定保持され、直流電流により磁束を励磁する。

界磁コア６ａは、界磁コイル２を備えている。界磁コイル２は、断面Ｌ字状となっている。

界磁コア６ａは、内側界磁コア部６ｃと外側界磁コア部６ｄとで構成している。すなわち、界磁コア６ａにおいて、界磁コイル２の内側すなわち外殻ケース４ａに近い側には、内側界磁コア部６ｃが固定配置され、界磁コイル２の外側すなわち固定ケース５に近い側には、外側界磁コア部６ｄが固定配置されている。内側界磁コア部６ｃは、外殻ケース４ａの外形に沿って湾曲した凹凸形状となっており、内側界磁コア部６ｃと外殻ケース４ａとの間隔は、複数の狭い部分が形成されており、後述するように、第３エアギャップ１３をまたぐ磁路が形成可能となっている。

なお、界磁コイル２は、固定子３及び回転子１よりも回転軸７沿いに、固定子３の変速機９側ではなく、後述する第２エアギャップ１２を介して固定子３のエンジン側にずらせて配置してもよい（図１の一点鎖線の領域８９を参照）。

回転子１の内周面１ｂは、動力伝達装置４の外周の外殻ケース４ａの外周面４ｂに接触して配置され、回転子１の外周面１ｃが固定子３の内周面３ｃに第１エアギャップ１１をあけて対向している。回転子１の内周面１ｂに近い外殻ケース４ａの部分は、後述するように磁路の一部である回転子側コア部１ｇとして機能する。

また、回転子１の変速機側の端面が、界磁コイル２のエンジン側の端面に対向している。この結果、回転子１は、回転軸７の周りで固定子３及び界磁コイル２に対し、外殻ケース４ａと一体的に回転自在に保持されている。

固定子３と回転子１との間には、第１エアギャップ１１が形成されて、固定子３と回転子１との間で磁束を受け渡している。第１エアギャップ１１は、固定子３の内周面３ｃと回転子１の外周面１ｃとの間で回転軸７の軸方向沿いに延在する隙間である。

界磁コア６ａと回転子１との間には、第２エアギャップ１２が形成されて、界磁コイル２と回転子１との間で磁束を受け渡している。第２エアギャップ１２は、界磁コア６ａと回転子１との間で回転子１の回転軸７の軸方向の変速機側の端部の傾斜面部と界磁コア６ａのエンジン側の端部の傾斜面部において、回転軸７の軸方向に対して傾斜しかつ中心軸Ｘ１方向にエンジン側から変速機側に近づくにつれて径方向外向きに向かうように延在する隙間である。

また、界磁コア６ａと外殻ケース４ａとの間には、第３エアギャップ１３が形成されて、界磁コイル２と外殻ケース４ａとの間で磁束を受け渡している。第３エアギャップ１３は、外殻ケース４ａの形状に沿って湾曲した凹凸形状となっている。第３エアギャップ１３の具体的な例としては、最低限１～２ｍｍとする。その理由は、外殻ケース４ａが回転時に径方向及び軸方向に膨らんだとき又は振れが生じたときに、固定側の界磁コア６ａと接触しないようにするため、最低限１～２ｍｍは確保する必要がある。

よって、界磁コイル２は、回転子１に対して第２エアギャップ１２を介しかつ外殻ケース４ａに対して第３エアギャップ１３を介して回転軸７の軸方向にずらされて並列して配置されている。

一方、図３～図６に示すように、回転子１は、第１磁極２１と、第２磁極２２と、磁極保持部材２３とが組み合わされて構成されている。なお、図３のＡ－Ａ線断面図が図１の中央の回転電機１０と動力伝達装置４などの断面図である。

第１磁極２１は、例えば鉄などの軟磁性体で構成され、第１円環部２１ａから回転軸７の軸方向に突き出た複数の例えば矩形薄板状の爪部２１ｂを有している。爪部２１ｂは、周方向に一定間隔、例えば等間隔に配置され、回転軸７の軸方向の長さはすべて同じである。各爪部２１ｂの外周面は第１円環部２１ａの外周面沿いに配置されている。爪部２１ｂは、第１磁極２１と第２磁極２２とが組み合わされても、第２磁極２２とは非接触であり、径方向には径方向隙間１６が形成されている。

第２磁極２２は、例えば鉄などの軟磁性体で構成され、第１円環部２１ａの内側に径方向隙間１６をあけて配置され、第１円環部２１ａと部分的に重なるように配置された第２円環部２２ａの外周面に径方向に突出しかつ周方向には周方向隙間１７を有して配置された複数の例えば矩形板状の凸部２２ｂを有している。凸部２２ｂも、周方向に一定間隔、例えば等間隔に配置され、径方向の高さはすべて同じである。凸部２２ｂの回転軸７の軸方向の長さはすべて同じであり、爪部２１ｂよりも短くなっている。各凸部２２ｂの外周面は回転子１の回転軸心と同一中心の１つの円上に配置されている。各凸部２２ｂは、第２円環部２２ａのエンジン側の端縁まで延びて第１先端係止部２２ｃを形成する一方、第２円環部２２ａの変速機側には端縁まで延びずに、凸部２２ｂが無く細幅の円環状のはめ込み部２２ｄを形成している。第１磁極２１を第２磁極２２に対して軸方向に移動させて、第１磁極２１の各爪部２１ｂを隣接する凸部２２ｂ間の周方向隙間１７の中間部に挿入して、爪部２１ｂと凸部２２ｂとが周方向に交互に配置されように組み付ける。このとき、はめ込み部２２ｄの外側に、径方向隙間１６を挟んで第１磁極２１の第１円環部２１ａを配置できるようにしている。組み付けた状態では、図５に示すように、爪部２１ｂと第２磁極２２との間には、凸部２２ｂと第１円環部２１ａとの間に軸方向隙間１９があり、周方向に周方向隙間１７があり、かつ、径方向にも径方向隙間１６がある。よって、第１磁極２１と第２磁極２２とは非接触に維持されている。この状態で固定するため、磁極保持部材２３をさらに備えている。

また、回転子１の内部に永久磁石２７を配置している。

より具体的には、第１磁極２１の各爪部２１ｂと周方向の同一位置で、かつ、第１磁極２１の各爪部２１ｂの内径側でかつ第２磁極２２の第２円環部２２ａの外径側に、各爪部２１ｂの内周面と第２円環部２２ａの外周面との間で、例えば矩形板状の永久磁石２７を挟持するように備える。この配置により、図７に示すように、永久磁石２７の磁石磁束２８が第１磁極２１の各爪部２１ｂと第２磁極２２の凸部２２ｂとの間に形成されるようにしている。

永久磁石２７は、ネオジムを主原料とした磁石又はフェライトを主原料とした磁石である。具体的には、永久磁石２７としては、例えば、ＳｍＣｏ磁石、ＡｌＮｉＣｏ磁石、又は、ネオジムボンド磁石など、多様な種類の永久磁石を使用することができる。永久磁石２７は、各爪部２１ｂの内側全面又はその一部に配置している。

このように構成することで、界磁コイル２により回転子１に発生する磁束に加えて永久磁石２７の磁石磁束２８を利用することで、出力性能を向上させることができる。また、永久磁石２７を爪部２１ｂで抑えて保持することにより、永久磁石２７の遠心力に対する強度を補強することができ、遠心力による永久磁石２７の変形を防止でき、高回転時の遠心強度を向上する事ができる。

磁極保持部材２３は、例えばアルミニウム又はオーステナイト系ステンレス鋼などの非磁性体で構成され、円環状の部材であって、第１磁極２１の爪部２１ｂの第１先端係止部２１ｃを嵌合固定するとともに第２磁極２２の凸部２２ｂの第２先端係止部２２ｃを嵌合固定する嵌合部２３ａを例えば外径側に有している。第１先端係止部２１ｃと第２先端係止部２２ｃとが嵌合部２３ａに嵌合され、ボルト止め、焼嵌め、又はロウ付けなどで固定されて、第１磁極２１と第２磁極２２とが非接触となるように磁極保持部材２３で固定保持されている。

第１磁極２１の爪部２１ｂの第１先端係止部２１ｃと第２磁極２２の凸部２２ｂの第２先端係止部２２ｃとは、具体的な例としては、段部で形成されて、当該段部が嵌合部２３ａの係合凹部にそれぞれ嵌合されて、径方向に対して固定的に保持されている。第２先端係止部２２ｃは、一例として凸部２２ｂの先端に配置しているが、第２円環部２２ａの先端に配置してもよい。このように構成すれば、界磁コイル２から磁束を流して第１磁極２１と第２磁極２２とを磁化するとき、磁極保持部材２３を非磁性体として磁気ショートを無くし、効率的に磁化することができるとともに、磁極保持部材２３で第１磁極２１と第２磁極２２とを機械的に保持することができる。また、第１磁極２１の爪部２１ｂの第１先端係止部２１ｃを磁極保持部材２３の嵌合部２３ａで嵌合固定保持する事により、回転遠心力による爪部２１ｂの広がりを抑制し、回転強度を向上する事ができる。

以上のように構成された回転電機１０においては、界磁コイル２が通電されると、界磁コイル磁束１５が発生する。

界磁コイル磁束１５は、以下のような磁路で作用する。すなわち、まず、界磁コア６ａの外側界磁コア部６ｄから、第２エアギャップ１２と、回転子１の第１磁極２１と、第１エアギャップ１１と、固定子３と、第１エアギャップ１１と、回転子１の永久磁石２７と、回転子１の第２磁極２２とを通り、動力伝達装置４の外殻ケース４ａである回転子側コア部１ｇに入る。その後、回転子側コア部１ｇから、第３エアギャップ１３と、界磁コア６ａの内側界磁コア部６ｃに戻ることにより、磁路が構成されている。第３エアギャップ１３では、回転子側コア部１ｇと内側界磁コア部６ｃとの距離が小さい部分の複数箇所で磁路が形成されることになる。

このとき、例えば、直流電流が界磁コイル２に通電されれば、界磁コイル磁束１５を励磁して、第１磁極２１と第２磁極２２とは、それぞれ、例えばＮ極とＳ極とにそれぞれ磁化されている。

なお、磁石２１，２２の配置方向が逆、すなわち第１磁極２１がＳ極となり、第２磁極２２がＮ極となる場合には、界磁コイル２の通電方向も逆となり、磁路の回り方も逆となる。

なお、前記磁路において、外殻ケース４ａである回転子側コア部１ｇに入ることなく、永久磁石２７又は第１磁極２１から内側界磁コア部６ｃに直接向かわないように、永久磁石２７及び第１磁極２１の変速機側の端部と、内側界磁コア部６ｃのエンジン側の端部との間には、前記第１～第３エアギャップ１１，１２，１３よりも大きな間隔のギャップ９０を形成している。第１磁極２１と外殻ケース４ａである回転子側コア部１ｇとは接触しているため、磁束が透過しやすく、第１磁極２１から外殻ケース４ａである回転子側コア部１ｇへの磁路が形成されやすくしている。磁路の磁気抵抗は、磁極部材間ギャップの磁気抵抗より小さくする必要がある。前記第１～第３エアギャップ１１，１２，１３とギャップ９０との間隔の差異については、ギャップ９０以外のエアギャップ、二面間の距離、又は、流す磁束量等で異なるため、好ましくは、ギャップ９０の間隔は、第１～第３エアギャップ１１，１２，１３の２倍以上とする。

このような回転電機１０において、まず、回転電機１０をスタータとして始動機能を発揮させる場合について説明する。エンジン８の始動指令に基づき、図示しないインバータを駆動して固定子３に三相交流電流を流して固定子３を磁化するとともに、界磁コイル２に電流を流す。界磁コイル２に電流を流して、回転子１の第１磁極２１と第２磁極２２とを励磁する。この結果、回転子１が固定子３に対して回転を開始するとともに、固定子３において誘起電圧を有する起電力が発生する。

その後、誘起電圧は回転子１の回転速度に応じて増加し、回転速度がエンジン８のアイドリングに対応するアイドリング回転速度より低い初爆の回転速度に到達し、エンジン８の始動を完了したとき、以後、所定の誘起電圧（要求電圧）を保持するように、自動的に発電モード、すなわち、回転電機１０を発電機として発電機能を発揮させる場合に移行する。

この発電モードでは、界磁コイル２を励磁し続けるときは、誘起電圧が所定の誘起電圧で一定になるように、励磁電流を調整する。励磁電流は、回転速度の上昇にあわせて回転子の磁化力が減じるように調整し、誘起電圧が一定となるようにする。

また、界磁コイル２を励磁しないときは、誘起電圧が所定の誘起電圧で一定になるようにインバータで三相交流電流の進角を調整する。さらに、上記２つの方法を組合わせて調整してもよい。

このように制御することで、回転子１が回転すると、回転電機１０は発電機として機能することになる。

この結果、エンジン８と回転電機１０とを連結することで、エンジン始動を可能とし、かつ走行中はジェネレータ（発電機）として機能する事ができる。すなわち、前記した界磁コイル２とインバータで回転電機１０を制御することにより、回転電機１０をスタータとして及びジェネレータ（発電機）としてそれぞれ機能させることができる。

前記第１実施形態によれば、固定ケース５の内周側でかつトルクコンバータなどの動力伝達装置４の外殻ケース４ａの外周側という狭小なる空間に、界磁コイル２以外に、回転子１と固定子３とを配置させることにより、回転子１と固定子３との２つの部材を回転軸７の同軸異径上に配置するだけでよいため、設計自由度が大きくなり、回転電機１０の出力性能を向上させることができる。

また、第１実施形態によれば、トルクコンバータなどの動力伝達装置４の外殻ケース４ａを回転子側コア部１ｇとして機能させるので、回転子３の磁路形成用の部材、例えば、第１磁極２１及び第２磁極２２の径方向の厚みを薄くすることができ、全体として、小型軽量化及び構造の簡素化を図ることができる。具体的な例としては、外殻ケース４ａの径方向の厚み分程度は、回転子３の直径を小さくすることができる。例えば、外殻ケース４ａの径方向の厚みが４～５ｍｍ程度ならば、８～１０ｍｍ程度、回転子１の直径を小さくすることができる。

また、前記第１実施形態によれば、自動車動力伝達装置４の外周に配置するブラシレス巻線界磁型回転電機１０において、界磁コイル２と回転子１との間の第２エアギャップ１２を回転軸７に傾斜して配置している。特に、回転子１の第１磁極２１を円環状の部材でかつ多数の爪部２１ｂを有する形状とし、第２磁極２２を円環状の部材でかつ多数の凸部２２ｂを有する形状とし、これらの第１及び第２磁極２１,２２を周方向に交互に配置した上で、第１及び第２磁極２１,２２を非磁性体の磁極保持部材２３で保持する構造としている。このような構成によれば、以下のような効果を奏することができる。

まず、第１実施形態に対する比較例であって図８の（ｂ）に従来の特許文献１，２の組み合わせ例として示すように、動力伝達装置１０４の径方向外側に回転電機１１０を配置して、固定ケース１０５と動力伝達装置１０４との間のスペースで径方向の外から内向きに、固定子１０３と、回転子１０１と、界磁コイル１０２との３つの部材を配置する場合、界磁コイル１０２の磁束を大きくしようとしてコイルの巻数が多くすると、径方向の厚みが大きくなり、当該スペースには入らず、磁束を大きくすることができなかった。

これに対して、第１実施形態では、図８の（ａ）に示すように、固定子３及び回転子１に対して界磁コイル２を回転軸７の軸方向にずらせて並列配置するように構成している。このように構成すれば、動力伝達装置４の径方向外側には、固定子３及び回転子１の２つの部材だけとなり、動力伝達装置４の径方向外側に界磁コイル２の配置スペースは不要となる。このため、少なくとも界磁コイル２の配置スペース分だけ、動力伝達装置４の外側の径方向寸法が小さくなる、又は、配置スペース分だけ固定子３又は回転子１の厚みが増加できるなど、有効に活用することができる。また、界磁コイル２を固定子３及び回転子１とは軸方向にずれた位置に配置するため、固定子３及び回転子１のスペースを考慮することなく、界磁コイル２の径方向の厚みを大きくして、界磁コイル２の磁束を大きくすることができる。よって、設計の自由度を大きくすることができる。

また、図８の（ｂ）のように、径方向の外から内向きに固定子１０３、回転子１０１、界磁コイル１０２を配置する場合、回転子１０１と界磁コイル１０２との隙間寸法は、回転子１０１の遠心力による膨らみなどの厚みの変化を考慮して、設計する必要があり、一般的には必要な寸法よりも大きく設計する必要があった。

これに対して、図８の（ａ）のように、固定子３及び回転子１に対して界磁コイル２を軸方向にずらせて配置して、界磁コイル２と回転子１との隙間を径方向に延ばして第２エアギャップ１２とすれば、回転子１の遠心力による膨らみなどの厚みの変化を考慮する必要がなくなり、軸方向沿いの第２エアギャップ１２の間隔寸法だけを調整すればよいので、遠心力による影響を少なくすることができる。

また、図８の（ｂ）のような径方向の配置では、回転側の回転子１０１と固定側の界磁コイル１０２との同心性（同心位置の位置調整）が厳しかったが、図８の（ａ）のように軸方向にずらせて配置すれば、回転側の回転子１と固定側の界磁コイル２との同心性を、図８の（ｂ）の構成ほど厳しく調整する必要がない。

また、図８の（ｂ）の構成では、界磁コイル２を回転子１の軸方向のエンジン側又は変速機側のいずれかのスペースに配置可能とすることにより、当該スペースを有効活用することができる。

また、回転電機１０の回転子１をエンジン８の出力軸（回転軸）７と同期回転する同期回転部材である動力伝達装置４に連結するとともに、エンジン８の出力軸の中心軸を回転子１の回転軸となるように回転電機１０を配置しているので、冷間時でも、回転電機１０の回転駆動力をエンジン８に確実に伝達でき、冷間時にエンジン８を確実に始動させることができる。

なお、本発明は前記第１実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。

例えば、変形例として、図９に示すように、第１実施形態において、例えば動力伝達装置４の例としてトルクコンバータの外殻ケース４ａが回転子側コア部１ｇとして機能するとき、外殻ケース４ａ内で、回転子側コア部１ｇとして機能する外殻ケース４ａの内周部分に、変速機内で発生した鉄粉が集積されてしまい、ロックアップ機構等、トルクコンバータの機能に影響を及ぼす可能性がある。このような不具合に対して、外殻ケース４ａの内周面４ｄに、タービンなどの回転部材と接触しない位置で、かつ、周方向に延在したポケット部９１を設けて、ポケット部９１に鉄粉を回収すればよい。ポケット部９１は金属粉回収部として機能する。ポケット部９１は、軸方向の両端部のいずれかの面に開口９１ａを有し、その開口９１ａから金属粉を内部に捕捉して回収する。一例として、ポケット部９１は、径方向の縦断面逆Ｃ字状を有するが、鉄粉を捕捉できる形状であれば、C字状以外の形状でもよい。

ポケット部９１は、エンジン側に、エンジン側から見て円環状の開口９１ａが形成されており、変速機側は閉じている。逆に、ポケット部９１は、変速機側に、変速機側から見て円環状の開口９１ａを形成して、エンジン側は閉じていてもよい。開口９１ａに回転軸方向沿いに連通して、開口９１ａよりも径方向の内側と外側にそれぞれ広がりかつエンジン側から見て円環状の収納部９１ｂが形成されている。このようなポケット部９１であれば、外殻ケース４ａの内周面４ｄに鉄粉が集積しても、鉄粉が開口９１ａから収納部９１ｂ内に遠心力とオイルの作動力とで入り込んで回収することができる。

なお、このようなポケット部９１は、全周に配置することが好ましいが、周方向に部分的に配置してもよいことはいうまでもない。

また、このようなポケット部９１を配置する代わりに、鉄粉が集まる部分に永久磁石を配置し、磁力で鉄粉を保持するようにしてもよい。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる回転電機は、設計自由度が大きくなり、出力性能を向上させることができて、例えば車両のオルタネータ及びスタータモータの持つ発電機能及びエンジン始動機能を統合する回転電機付き動力伝達装置等の他、車両に限らず、広く一般に発電装置に使用される回転電機として有用である。

１回転子
１ｂ回転子の内周面
１ｃ回転子の外周面
１ｇ回転子側コア部
２界磁コイル
３固定子
３ｃ固定子の内周面
４動力伝達装置
４ａ外殻ケース
４ｂ外殻ケースの外周面
５固定ケース
６ａ界磁コア
６ｃ内側界磁コア部
６ｄ外側界磁コア部
７回転軸
８エンジン
９変速機
１０ブラシレス巻線界磁型回転電機
１１第１エアギャップ
１２第２エアギャップ
１３第３エアギャップ
１４交流コイル
１５界磁コイル磁束
１６径方向隙間
１７周方向隙間
１９軸方向隙間
２１第１磁極
２１ａ第１円環部
２１ｂ爪部
２１ｃ第１先端係止部
２２第２磁極
２２ａ第２円環部
２２ｂ凸部
２２ｃ第２先端係止部
２２ｄはめ込み部
２３磁極保持部材
２３ａ嵌合部
２７永久磁石
２８永久磁石磁束
８９固定子のエンジン側にずらせて配置した界磁コイルの領域
９０ギャップ
９１ポケット部

Claims

エンジンと変速機との間に配置されかつ固定ケースと前記固定ケースの内側で回転する回転部材との間に配置されるブラシレス巻線界磁型回転電機であって、
前記固定ケースに保持され、交流電流により回転磁界を発生する交流コイルを備えた固定子と、
前記固定ケースに保持され、直流電流により磁束を励磁する界磁コイルを備えた界磁コアと、
前記回転部材の外周面に配置され、前記固定子及び前記界磁コイルに対し回転自在に保持される回転子と、
前記回転部材の一部である回転子側コア部と、
前記固定子と前記回転子との間に形成されて前記固定子と前記回転子との間で磁束を受け渡す第１エアギャップと、
前記界磁コアと前記回転子との間に形成されて前記界磁コアと前記回転子との間で磁束を受け渡す第２エアギャップと、
前記界磁コアと前記回転子側コア部との間に形成されて前記界磁コアと前記回転子側コア部との間で磁束を受け渡す第３エアギャップとを備えるとともに、
前記界磁コイルは、前記固定子及び前記回転子よりも前記回転部材の回転軸沿いに、前記固定子の変速機側又はエンジン側にずらせて配置しているとともに、
前記回転子は、
第１円環部から前記回転軸の軸方向に突き出た複数の爪部を持つ第１磁極と、
前記第１磁極の内側に前記第１磁極と部分的に重なるように配置された第２円環部の外周面に径方向に突出しかつ周方向には周方向隙間を有して配置された複数の凸部を持ちかつ前記回転部材の前記外周面に配置した第２磁極と、
前記第１磁極の前記爪部と前記第２磁極の前記凸部とが嵌合固定される嵌合部を有する円環状の磁極保持部材とで構成され、
前記第１磁極と前記第２磁極とは、前記第１磁極の前記爪部が前記第２磁極の前記凸部と前記凸部との間の前記周方向隙間内に挿入されて、前記第１磁極の前記爪部と、前記第２磁極の前記凸部とが周方向に交互に配置され、
前記第１磁極と前記第２磁極とは、お互いに接触することなく、前記磁極保持部材に嵌合固定される、回転電機。
前記界磁コイルの磁束が、前記界磁コアから、前記第２エアギャップと前記回転子と前記第１エアギャップと前記固定子と前記第１エアギャップと前記回転子と前記回転子側コア部と前記第３エアギャップとを介して、前記界磁コアに戻る磁路が形成されるように作用する、請求項１に記載の回転電機。
前記回転部材は、トルクコンバータの外殻ケースである、請求項１又は２に記載の回転電機。
前記回転部材の内周面に、周方向に延在した金属粉回収部を設けて、前記回転部材の内周面側に集積される金属粉を回収する、請求項１～３のいずれか１つに記載の回転電機。
前記回転部材は、摩擦式クラッチの外殻ケースである、請求項１又は２に記載の回転電機。
前記磁束が前記固定子から前記回転子側コア部に向けて前記回転子を通るとき、前記磁束が前記第１磁極から前記第２磁極に向けて通るように構成する、請求項１～５のいずれか１つに記載の回転電機。