JP7166207B2 - 回転電機およびその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、回転電機およびその製造方法に関するものである。

近年、電動機、発電機などの回転電機には、小型高出力化が求められている。そして、ロータに永久磁石を用いることで、小型高出力化が可能となる。さらに、高速回転化することで、更なる小型化が可能となる。しかしながら、永久磁石の磁束を大きくすると、誘起電圧が大きくなるため、電源電圧の制約条件で高速回転化ができなくなるという矛盾が生じる。

これらの課題を解決する手段として、永久磁石形電動機のロータに取り付けられた永久磁石が発生する磁界を弱めるような磁界を発生させる磁界調整コイルを有する構造が示されている（たとえば、特許文献１，２）。

特許文献１に記載の従来の回転電機では、永久磁石が、ロータコア内の外周に沿って等ピッチで形成された磁石用スロットに収納されている。そして、界磁調整用コイルが、ロータコアの磁石用スロットの内側に形成されたコイル用スロットに収納されている。
特許文献２に記載の従来の回転電機では、永久磁石がロータコアの周方向の複数箇所に埋設されている。そして、界磁調整用コイルが、永久磁石の周囲に巻かれている。

特許文献１，２に記載の従来の回転電機おいては、ロータの回転速度の増加に応じて、ステータの回転磁界により界磁調整コイルに誘起される電流が増加する。その増加した電流による磁界により、永久磁石が発生する磁界が弱められる。その結果、ステータ側のコイルに発生する逆起電圧が低減される。そこで、インバータ駆動回路の出力電圧制限によるステータ側のコイルの電流制限がかかるタイミングを遅らせ、回転磁界を発生するための電流を流し続けて、ロータの回転数をさらに上昇させることができる。

特開２０００－１３９０４７号公報 特開２００９－１４２１２０号公報

特許文献１に記載の従来の回転電機では、界磁調整コイルをコイル用スロットに収納するに先立って、界磁調整コイルを矩形コアに巻き付ける工程が必要となり、生産性が低下するという課題があった。

特許文献２に記載の従来の回転電機では、永久磁石周りの空間が軸方向にのみ開口している。そこで、当該空間を利用して永久磁石の周りに界磁調整コイルを巻線することは、甚だ困難な作業となり、生産性が低下する。しかしながら、特許文献２に記載の従来の回転電機には、その界磁調整コイルの巻線方法について具体的に記載されていない。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、生産性に優れる小型高出力の回転電機およびその製造方法を得ることを目的とする。

この発明による回転電機は、固定子と、上記固定子の内径側に同軸に配置された回転子と、を備える。上記回転子は、回転子鉄心と、上記回転子鉄心に埋め込まれて周方向に配列されて磁極を構成する複数の永久磁石と、界磁巻線と、を有する。上記回転子鉄心は、軸心位置に回転軸が固着される基部と、上記複数の永久磁石のそれぞれに対応する周方向の位置に上記基部から径方向外方に突出するように設けられ、上記界磁巻線が巻き付けられた絶縁部材が装着される複数の巻線部と、各極間位置に設けられた複数の極間鉄心部と、周方向に隣り合う巻線部と極間鉄心部とを上記界磁巻線の径方向の外方で連結する複数の連結部と、を有しており、上記回転子鉄心は、少なくとも上記基部および上記複数の巻線部を有する内側鉄心と、少なくとも上記複数の連結部を有する外側鉄心と、に分割されている。

この発明によれば、磁極を構成する永久磁石と界磁巻線とが回転子に設けられているので、回転電機の小型化、高出力化が図られる。
回転子鉄心が巻線部を有する内側鉄心と連結部を有する外側鉄心とに分割されている。そこで、内側鉄心の巻線部への界磁巻線の装着が容易となり、生産性が向上される。

この発明の実施の形態１に係る回転電機を示す縦断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子を軸方向から見た端面図である。 図３のＡ部拡大図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルアッセンブリを示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における分割コアをコイルアッセンブリに装着する前の状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における分割コアをコイルアッセンブリに装着した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における内側固定子鉄心を外側固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子を軸方向から見た端面図である。 図９のＸ－Ｘ矢視断面図である。 図９のＸＩ－ＸＩ矢視断面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心を軸方向から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心の内側鉄心を軸方向から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心の外側鉄心を軸方向から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す側面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す正面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における内側鉄心に１つの絶縁部材を装着した状態を軸方向から見た端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における内側鉄心に１つの絶縁部材を装着した状態を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルが内側鉄心の１つの巻線部に巻き付けられた状態を示す端面図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルを内側鉄心の１つの巻線部に巻き付ける方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルを内側鉄心のすべての巻線部に巻き付ける方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１に係る回転電機における外側鉄心を内側鉄心に装着した状態を示す端面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子鉄心の内側鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 図２９の要部拡大図である。 この発明の実施の形態７に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子鉄心の実施態様を示す端面図である。 この発明の実施の形態９に係る回転電機の回転子鉄心の外側鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１０に係る回転電機の回転子における界磁巻線の装着方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１１に係る回転電機の回転子における界磁巻線の装着方法を説明する模式図である。 この発明の実施の形態１２に係る回転電機における回転子を示す端面図である。 この発明の実施の形態１３に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１３に係る回転電機における回転子鉄心の外側鉄心を構成する連結部を示す端面図である。 この発明の実施の形態１４に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１５に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１５に係る回転電機における回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。 この発明の実施の形態１５に係る回転電機における実施態様１の回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。 この発明の実施の形態１５に係る回転電機における実施態様２の回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。 この発明の実施の形態１５に係る回転電機における実施態様３の回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。 この発明の実施の形態１６に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１７に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。 この発明の実施の形態１７に係る回転電機における回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。

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縦断面図、図２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機の要部を示す斜視図、図３は、この発明の実施の形態１に係る固定子を軸方向から見た端面図、図４は、図３のＡ部拡大図である。なお、縦断面図とは、回転軸の軸心を含む平面における断面を示す図である。また、説明の便宜上、回転軸の軸心と平行な方向を軸方向、回転軸の半径方向を径方向、回転軸の軸心を中心とする回転方向を周方向とする。

図１において、回転電機１００は、円筒部および底部を有するフレーム２およびフレーム２の開口を塞ぐブラケット３を有するハウジング１と、フレーム２の円筒部の内部に収納された固定子１０と、フレーム２の底部およびブラケット３にベアリング４を介して回転可能に支持された回転軸６に固着されて、固定子１０の内径側に同軸に回転可能に設けられた回転子３０と、を備えている。固定子１０と回転子３０との間には、空隙が形成されている。

回転子３０は、軸心位置に挿入された回転軸６に固着された回転子鉄心３１と、回転子鉄心３１の外周部に埋め込まれて周方向に等ピッチで配列され、磁極を構成する永久磁石３２と、を備える。すなわち、回転子３０は、小型高出力化が可能な永久磁石型回転子である。さらに、回転子３０は、界磁巻線３３と、界磁巻線３３に給電するためのコンミテータ３４と、を備えている。界磁巻線３３は、コンミテータ３４を介して給電されることで、径方向の磁束を発生する。そして、永久磁石３２の磁束と同じ向きの磁束を界磁巻線３３により発生させることで、トルクを向上させることができる。また、永久磁石３２の磁束と逆向きの磁束を界磁巻線３３により発生させることで、回転子３０から固定子１０に流れる磁束を低減させる。これにより、高速域における固定子１０の固定子巻線２０に発生する逆起電圧が低減され、高速回転化が図られる。

固定子１０は、図２から図４に示されるように、固定子鉄心１１と、固定子鉄心１１に装着された固定子巻線２０と、固定子鉄心１１と固定子巻線２０とを絶縁するインシュレータ１８と、を備える。

固定子鉄心１１は、円環状の外側固定子鉄心１２と、円環状の内側固定子鉄心１３と、を備える。ボルト９が貫通される取付穴８が穴方向を軸方向として外側固定子鉄心１２に形成されている。内側固定子鉄心１３は、例えば、４８個の分割コア１４を備える。分割コア１４は、円弧状のコアバック部１５と、コアバック部１５の内周壁面から径方向内方に突出する１本のティース１６と、を備える。４８個の分割コア１４は、コアバック部１５の周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列され、圧入、焼き嵌めなどにより外側固定子鉄心１２内に挿入されて保持されている。そして、周方向に隣り合うティース１６間に形成されるスペースがスロット１７となる。固定子巻線２０を構成するコイル２１が、スロット１７に装着されている。インシュレータ１８が、スロット１７の内壁面に沿うように収納され、コイル２１と内側固定子鉄心１３とを電気的に絶縁している。固定子鉄心１１は、取付穴８に通されたボルト９をブラケット３に締着してブラケット３に保持された状態で、フレーム２内に収納される。

外側固定子鉄心１２および分割コア１４は、例えば、電磁鋼板などの磁性薄板から打ち抜かれた磁性片を積層して構成される。なお、外側固定子鉄心１２は、円環状に配列された分割コア１４、すなわち内側固定子鉄心１３を保持できればよく、アルミニウムなどの非磁性金属のリング体で構成されてもよい。

このように構成された回転電機１００は、８極４８スロットの永久磁石式回転電機である。固定子巻線２０が三相巻線とすれば、スロット１７は、毎極毎相あたり２の割合で固定子鉄心１１に形成されている。

つぎに、固定子１０の組み立て方法について説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法におけるコイルアッセンブリを示す斜視図、図６は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における分割コアをコイルアッセンブリに装着する前の状態を示す斜視図、図７は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における分割コアをコイルアッセンブリに装着した状態を示す斜視図、図８は、この発明の実施の形態１に係る固定子の組み立て方法における内側固定子鉄心を外側固定子鉄心に装着した状態を示す斜視図である。

まず、図５に示されるように、４８個のコイル２１を組み合わせて、籠状のコイルアッセンブリ２２を組み立てる。ついで、図６に示されるように、インシュレータ１８が装着された４８個の分割コア１４が、コイルアッセンブリ２２の径方向外側に、ティース１６を径方向内方に向けて、周方向に等角ピッチで配列される。ついで、４８個の分割コア１４を径方向内方に移動させる。これにより、図７に示されるように、分割コア１４がコイルアッセンブリ２２に装着される。４８個の分割コア１４は、コアバック部１５の周方向の側面同士を突き合わせて円環状に配列される。ついで、図８に示されるように、円環状に配列された分割コア１４が、圧入、焼き嵌めなどにより、外側固定子鉄心１２内に挿入され、保持される。

つぎに、回転子３０の構造について図９から図１９にもとづいて説明する。図９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子を軸方向から見た端面図、図１０は、図９のＸ－Ｘ矢視断面図、図１１は、図９のＸＩ－ＸＩ矢視断面図、図１２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心を軸方向から見た端面図、図１３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心の内側鉄心を軸方向から見た端面図、図１４は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における回転子鉄心の外側鉄心を軸方向から見た端面図、図１５は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す側面図、図１６は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す正面図、図１７は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における絶縁部材を示す斜視図、図１８は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における内側鉄心に１つの絶縁部材を装着した状態を軸方向から見た端面図、図１９は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における内側鉄心に１つの絶縁部材を装着した状態を示す斜視図である。

回転子鉄心３１は、図１２示されるように、内側鉄心１０１と、外側鉄心１０２と、を備える。内側鉄心１０１には、図１３に示されるように、基部１０３から径方向外方に突出する巻線部１０４が周方向に等角ピッチで８つ配置されている。巻線部１０４は、周方向に離れて配置されており、互いに平行に軸方向に延びる一対の磁束調整部１０５と、一対の磁束調整部１０５の径方向外方の端部間を連結する連結部１０６と、を備える。基部１０３と、一対の磁束調整部１０５と、連結部１０６とにより囲まれた領域が、磁石挿入穴１０７となる。すなわち、巻線部１０４には、軸方向に貫通する断面矩形の磁石挿入穴１０７が形成されている。嵌合溝１０８は、断面矩形の溝形状であり、溝方向を軸方向として、周方向に隣り合う巻線部１０４間に位置する基部１０３の部位に形成されている。嵌合溝１０８は、図２３に示されるように、磁極間中心であるｑ軸上に位置している。

外側鉄心１０２は、図１４に示されるように、周方向に等角ピッチで配列された８つの極間鉄心部１１１が連結部１１０により連結されて一体の環状体に構成されている。極間鉄心部１１１は、連結部１１０に対して径方向内方に突出している。スリット１１２が、極間鉄心部１１１のそれぞれの外周面に形成されている。外側鉄心１０２の極間鉄心部１１１の径方向内方の端部が、嵌合溝１０８に嵌合可能な断面形状の嵌合突起１０９となる。外側鉄心１０２の嵌合突起１０９は、図１２に示されるように、軸方向から嵌合溝１０８に嵌合される。これにより、外側鉄心１０２は、位置決めされた状態で、巻線部１０４を覆うように内側鉄心１０１に取り付けられる。ここで、嵌合溝１０８が嵌合凹部であり、嵌合突起１０９が嵌合凸部である。

内側鉄心１０１および外側鉄心１０２は、例えば、０．１ｍｍから０．５ｍｍの板厚の電磁鋼板から打ち抜かれた磁性片を積層して作製される。内側鉄心１０１および外側鉄心１０２を構成する磁性片を同一材料から打ち抜くことで、材料歩留まりが向上し、省材料化および低コスト化が図られる。ここでは、内側鉄心１０１および外側鉄心１０２の材料として磁性鋼板を用いているが、他の磁性薄板を用いてもよい。

絶縁部材３５は、絶縁性樹脂からなる樹脂成型体である。絶縁部材３５は、図１５から図１７に示されるように、巻線部１０４に装着可能な矩形の筒状体に構成された巻胴部１１３と、巻胴部１１３の両縁部から巻胴部１１３と直角に、かつ外側に突出する状態で、巻胴部１１３の全周にわたって形成された一対の鍔部１１４と、を備える。絶縁部材３５は、図１８および図１９に示されるように、径方向外方から巻線部１０４のそれぞれに装着される。永久磁石３２は、絶縁部材３５が巻線部１０４に装着される前に、磁石挿入穴１０７に装着される。これにより、磁石挿入穴１０７からの永久磁石３２の軸方向の飛び出しが絶縁部材３５により阻止される。そこで、永久磁石３２の軸方向の飛び出しを阻止する端板などの部品が不要となるので、部品点数が削減され、生産性の向上が図られるとともに、低コスト化、小型化が図られる。

界磁コイル３３ａは、絶縁部材３５の巻胴部１１３に径方向を軸方向として設定された回数だけ導体線を巻き付けて作製される。これにより、界磁コイル３３ａは、巻胴部１１３により内側鉄心１０１との間の電気絶縁性が確保される。また、界磁コイル３３ａの径方向の移動が鍔部１１４により規制され、界磁コイル３３ａの径方向位置が位置決めされる。

界磁巻線３３は、８つの絶縁部材３５に巻き付けられた界磁コイル３３ａにより構成される。８つの界磁コイル３３ａは、１本の導体線を８つの絶縁部材３５に連続して巻き付けて一続きに作製される。８つの界磁コイル３３ａは、図９に示されるように、周方向に直列となるように配列されている。このとき、界磁コイル３３ａは、周方向に隣り合う界磁コイル３３ａの巻胴部１１３への巻き付け方向が交互に変わるよう巻かれている。界磁巻線３３の第１端末が、図９および図１０に示されるように、コンミテータ正極３４ａに接続されている。また、界磁巻線３３の第２端末が、図９および図１１に示されるように、コンミテータ負極３４ｂに接続されている。これにより、コンミテータ正極３４ａからコンミテータ負極３４ｂに電流を流すことで、界磁コイル３３ａのそれぞれは、磁束の向きを径方向とする磁界を形成する。そして、図９に矢印で示されるように、磁束の向きを径方向外方とする磁界を発生する界磁コイル３３ａと、磁束の向きを径方向内方とする磁界を形成する界磁コイル３３ａとが、周方向に交互に配列されている。ここで、便宜的に、コンミテータ３４の正極をコンミテータ正極３４ａとし、負極をコンミテータ負極３４ｂとした。

ここで、磁石挿入穴１０７に挿入された永久磁石３２の着磁工程では、着磁時に増大した磁束量が発生する。そこで、界磁巻線３３の装着後に着磁工程が行われる場合には、増大した磁束量により界磁巻線３３の端子間に電圧が作用する。そのため、界磁巻線３３には、耐圧の設計が必要となる、界磁巻線３３の占積率が低下するという問題が生じる。また、着磁工程において作用する電磁力により界磁巻線３３が振動する現象が発生する。そのため、界磁巻線３３の導体線同士が擦れあい、さらには導体線と絶縁部材３５とが擦れあい、導体線の絶縁被膜が損傷する危険性がある。これらの懸念を払拭するためには、界磁巻線３３の装着工程に先だって、磁石母材を巻線部１０４に装着し、磁石母材を着磁する着磁工程を行うことが望ましい。

つぎに、回転子３０の組み立て方法について説明する。図２０は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルが内側鉄心の１つの巻線部に巻き付けられた状態を示す端面図、図２１は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルを内側鉄心の１つの巻線部に巻き付ける方法を説明する模式図、図２２は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における界磁コイルを内側鉄心のすべての巻線部に巻き付ける方法を説明する模式図、図２３は、この発明の実施の形態１に係る回転電機における外側鉄心を内側鉄心に装着した状態を示す端面図である。

界磁巻線装着工程に先だって、永久磁石３２が内側鉄心１０１の１番目の巻線部１０４の磁石挿入穴１０７に軸方向から挿入される。界磁巻線装着工程では、まず、１番目の絶縁部材３５が１番目の巻線部１０４に径方向外方から装着される。ついで、界磁コイル３３ａを構成する導体線であるマグネットワイヤ１３１が、フライヤ１３５を用いて１番目の巻線部１０４に装着された１番目の絶縁部材３５に巻き付けられる。

フライヤ１３５は、ノズル１３０、フォーマ１３２、第１ガイド１３３、第２ガイド１３４を備える。ノズル１３０から繰り出されたマグネットワイヤ１３１が、図２１に示されるように、径方向を軸方向として１番目の巻線部１０４に装着された１番目の絶縁部材３５に設定された回数巻き付けられる。これにより、図２０に示されるように、界磁コイル３３ａが１番目の絶縁部材３５に装着される。フォーマ１３２は、マグネットワイヤ１３１が巻き付けられる１番目の巻線部１０４と周方向に隣り合う２番目および８番目の巻線部１０４とマグネットワイヤ１３１との干渉を回避する。さらに、フォーマ１３２がマグネットワイヤ１３１をガイドしてマグネットワイヤ１３１を屈曲させることで、マグネットワイヤ１３１が１番目の巻線部１０４に装着された１番目の絶縁部材３５の径方向の内方まで効果的に巻き付けることができる。

ついで、内側鉄心１０１が４５度回転される。そして、永久磁石３２が２番目の巻線部１０４の磁石挿入穴１０７に挿入される。ついで、２番目の絶縁部材３５が２番目の巻線部１０４に径方向外方から装着される。ついで、巻き付け方向を逆方向としてマグネットワイヤ１３１が、２番目の巻線部１０４に装着された２番目の絶縁部材３５に連続して巻き付けられる。この操作を繰り返し、３番目、４番目・・・８番目の巻線部１０４に順次マグネットワイヤ１３１が巻き付けられ、界磁巻線装着工程が終了する。これにより、図２２に示されるように、界磁コイル３３ａが、巻き付け方向を交互に変えて８つの巻線部１０４に装着された絶縁部材３５に連続して巻き付けられる。８つの界磁コイル３３ａは、１本のマグネットワイヤ１３１により一続きに作製され、界磁巻線３３を構成する。

ついで、外側鉄心１０２が、軸方向から内側鉄心１０１に装着される。これにより、図２３に示されるように、回転子３０が組み立てられる。

実施の形態１によれば、回転子鉄心３１が、巻線部１０４を有する内側鉄心１０１と、極間鉄心部１１１が連結部１１０により連結されて一体の環状体に構成された外側鉄心１０２と、に分割構成さている。巻線部１０４が内側鉄心１０１の基部１０３から径方向外方に突出している。外側鉄心１０２は、巻線部１０４を覆うように内側鉄心１０１に装着されている。これにより、外側鉄心１０２が装着されていない状態では、内側鉄心１０１の巻線部１０４に簡易にマグネットワイヤ１３１を巻き付けることができ、生産性が向上される。また、回転子鉄心３１が内側鉄心１０１と外側鉄心１０２とで構成されている。そこで、特許文献１と比較して、回転子鉄心の部品点数が少なく、極数が増えても部品点数が増加しないので、生産性が向上されるとともに、低コスト化が図られる。

また、８つの界磁コイル３３ａは、１本のマグネットワイヤ１３１を周方向に配列されている巻線部１０４に一続きに巻いて構成されている。そして、周方向に隣り合う巻線部１０４に巻かれているマグネットワイヤ１３１の巻き付け方向が逆方向となっている。すなわち、巻線部１０４におけるマグネットワイヤ１３１の巻き付け方向が、界磁コイル３３ａの周方向の並び順に、正方向→逆方向→正方向・・・→逆方向となっている。そして、１番目の界磁コイル３３ａの巻き始めがコンミテータ正極３４ａに接続され、８番目の界磁コイル３３ａの巻き終わりがコンミテータ負極３４ｂに接続されている。これにより、周方向に隣り合う界磁コイル３３ａに逆向きの磁界を発生させることができる。このように、界磁巻線３３を１本のマグネットワイヤ１３１により構成できるので、界磁コイル３３ａ同士を接続する結線板などの部品が不要となる。そのため、部品点数が削減され、生産性が向上されるとともに、低コスト化、小型化が図られる。

特許文献１では、４個の界磁コイルを独立して作製している。そこで、４個の界磁コイルを回転子鉄心に装着した後、界磁コイル同士を結線して界磁巻線を構成するために、界磁コイルの端末を長くする必要がある。実施の形態１では、８個の界磁コイル３３ａが１本のマグネットワイヤ１３１を８個の巻線部１０４に連続して巻き付けて作製されている。そこで、界磁コイル３３ａ間の渡り部の長さを最短にすることができ、省材料化が図られる。

特許文献１では、４個の界磁コイルを独立して作製し、界磁コイルの端末同士を接合して界磁巻線を構成している。実施の形態１では、８個の界磁コイル３３ａを１本のマグネットワイヤ１３１で作製している。これにより、界磁巻線３３を作製するための接合部の個数を低減でき、信頼性および生産性を向上させることができる。

実施の形態１では、界磁コイル３３ａを巻線部１０４に巻き付けた後、外側鉄心１０２を内側鉄心１０１に装着している。嵌合突起１０９が軸方向からの圧入により嵌合溝１０８に挿入されて、外側鉄心１０２が内側鉄心１０１に保持される。そして、圧入時に外側鉄心１０２の全体が変形するので、外側鉄心１０２を内側鉄心１０１に簡易に固定でき、生産性が高められる。

また、外側鉄心１０２の連結部１１０と巻線部１０４の連結部１０６との境界面が、図２３に示されるように、磁極中心であるｄ軸における回転子鉄心３１の径方向の分割面となる。そこで、ｄ軸における回転子鉄心３１の径方向の分割面が、特許文献１では矩形コアの径方向の両面の２つであるのに対し、実施の形態１では１つであるので、ｄ軸における磁気抵抗が小さくなり、高出力化が図られる。また、外側鉄心１０２が内側鉄心１０１に装着される前に、界磁巻線３３が巻線部１０４に巻かれる。そこで、巻線部１０４の周辺部が空きスペースとなり、界磁巻線３３の巻線工程が容易となり、生産性が高められる。

また、巻線部１０４の磁束調整部１０５は、永久磁石３２の周方向の両側部に位置し、界磁巻線３３の界磁により磁気飽和されやすくなっている。これにより、磁束調整部１０５を流れる永久磁石３２の漏れ磁束量を界磁巻線３３の界磁により簡易に制御できる。

また、永久磁石３２に作用する遠心力は、磁束調整部１０５および連結部１０６からなる巻線部１０４により受けられる。そこで、外側鉄心１０２に作用する応力が小さくなり、連結部１１０の厚みを薄くすることができる。これにより、外側鉄心１０２を流れる永久磁石３２の漏れ磁束が低減され、高出力化が図られる。

外側鉄心１０２の極間鉄心部１１１が、磁極間中心であるｑ軸に一致している。これにより、ｑ軸における磁気抵抗が小さくなるので、リラクタンストルクが向上され、高出力化が図られる。極間鉄心部１１１が外側鉄心１０２の一部を構成している。そこで、外側鉄心１０２が内側鉄心１０１に装着される前の段階では、内側鉄心１０１の巻線部１０４周りには大きな空きスペースが確保される。これにより、界磁巻線３３の巻線工程では、マグネットワイヤ１３１が内側鉄心１０１の巻線部１０４の周辺部分に干渉されることなく巻線部１０４に巻き付けられる。そこで、マグネットワイヤ１３１の巻線作業性が高められ、生産性が向上される。

外側鉄心１０２の極間鉄心部１１１の嵌合突起１０９が内側鉄心１０１の嵌合溝１０８に軸方向から嵌合されている。これにより、内側鉄心１０１に対する外側鉄心１０２の周方向位置が高精度に確保され、トルクリップルが低減される。また、外側鉄心１０２に作用する周方向のトルクが嵌合溝１０８で受けられる。これにより、内側鉄心１０１に対する外側鉄心１０２の周方向の位置ずれの発生が防止される。

スリット１１２が外側鉄心１０２の嵌合突起１０９の外周壁面に形成されている。これにより、ｄ軸の磁気抵抗に対してｑ軸の磁気抵抗が小さくなるので、リラクランストルクが大きくなり、高出力化が図られる。

なお、上記実施の形態１では、極間鉄心部１１１が巻線部１０４間に位置する基部１０３の底部に至るように形成されているが、極間鉄心部１１１の径方向長さを短くし、基部１０３の底部を極間鉄心部１１１の短くなった長さだけ径方向外方に突出させてもよい。

実施の形態２．
図２４は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図、図２５は、この発明の実施の形態２に係る回転電機の回転子鉄心の内側鉄心を示す端面図である。

図２４および図２５において、回転子鉄心３１Ａは、内側鉄心１０１Ａと、外側鉄心１０２と、を備える。内側鉄心１０１Ａには、基部１０３から径方向外方に突出する巻線部１０４Ａが周方向に等角ピッチで８つ配置されている。巻線部１０４Ａは、周方向に離れて配置されており、互いに平行に軸方向に延びる一対の磁束調整部１０５を備える。基部１０３と、一対の磁束調整部１０５とにより囲まれた領域が、磁石挿入穴１０７となる。

実施の形態２の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
したがって、実施の形態２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態２では、巻線部１０４Ａは、一対の磁束調整部１０５の径方向外方の端部同士を連結する連結部１０６が省略されている。つまり、巻線部１０４Ａは、径方向外方に開口している。そこで、永久磁石３２に作用する遠心力は、連結部１１０に直接作用するので、磁束調整部１０５に作用する引っ張り応力は生じない。これにより、強度要件の制約条件に左右されずに、磁束調整部１０５の幅を任意に設定できる。そのため、磁束調整部１０５の幅を最適化することができ、小型高出力化が図られる。

また、巻線部１０４Ａが径方向外方に開口しているので、永久磁石３２を径方向外方から巻線部１０４Ａに装着できる。そこで、界磁コイル３３ａが巻線部１０４Ａに巻かれる前に永久磁石３２を巻線部１０４Ａに装着してもよいし、界磁コイル３３ａが巻線部１０４Ａに巻かれた後に永久磁石３２を巻線部１０４Ａに装着してもよい。なお、生産性を向上する観点から、界磁コイル３３ａが巻線部１０４Ａに巻かれた後に永久磁石３２を巻線部１０４Ａに装着することが望ましい。

実施の形態３．
図２６は、この発明の実施の形態３に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。

図２６において、回転子鉄心３１Ｂは、内側鉄心１０１Ｂと、外側鉄心１０２Ｂと、を備える。内側鉄心１０１Ｂの嵌合溝１０８Ａは、あり溝に形成されている。外側鉄心１０２Ｂの極間鉄心部１１１の嵌合突起１０９Ａは、嵌合溝１０８Ａの溝形状に適合した断面形状に形成されている。

実施の形態３の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
したがって、実施の形態３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態３では、嵌合溝１０８Ａと嵌合突起１０９Ａとの嵌合部の結合強度が大きくなる。これにより、嵌合突起１０９Ａの嵌合溝１０８Ａからの径方向の抜けが阻止され、外側鉄心１０２Ｂが内側鉄心１０１Ｂに強固に保持され、信頼性が向上される。
さらに、外側鉄心１０２Ｂが径方向内側の内側鉄心１０１Ｂに強固に保持されるので、回転子鉄心３１Ｂの回転時に外側鉄心１０２Ｂに作用する応力が低減される。これにより、高回転化が可能となり、高出力化が図られる。

実施の形態４．
図２７は、この発明の実施の形態４に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。

図２７において、回転子鉄心３１Ｃは、内側鉄心１０１Ｂと、外側鉄心１０２Ｃと、を備える。第１応力緩和溝１２０が、外側鉄心１０２Ｃの極間鉄心部１１１に、その内径側端面から径方向外方に延びて、軸方向の第１方向から第２方向に至るように形成されている。

実施の形態４の他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態４においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態４では、第１応力緩和溝１２０が、極間鉄心部１１１の嵌合突起１０９Ａに形成されている。そこで、嵌合突起１０９Ａの嵌合溝１０８Ａとの嵌合部における周方向の剛性が小さくなる。そこで、嵌合突起１０９Ａを嵌合溝１０８Ａに軸方向から圧入させた時に、嵌合突起１０９Ａの第１応力緩和溝１２０の周方向両側の部分が第１応力緩和溝１２０側に変位する。これにより、嵌合突起１０９Ａの嵌合溝１０８Ａへの圧入力が小さくなり、圧入時のかじりの発生が抑制され、生産性が向上される。

実施の形態５．
図２８は、この発明の実施の形態５に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。

図２８において、回転子鉄心３１Ｄは、内側鉄心１０１Ｂと、外側鉄心１０２Ｄと、を備える。磁気劣化部であるカシメ部１２１が、外側鉄心１０２Ｄの連結部１１０の極間鉄心部１１１側の端部に形成されている。

実施の形態５の他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態５においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態５では、カシメ部１２１が外側鉄心１０２Ｄの連結部１１０の極間鉄心部１１１側の端部に形成されている。そこで、カシメ部１２１を含む領域の磁気抵抗が大きくなる。これにより、永久磁石３２および界磁巻線３３により発生する磁束が、連結部１１０を通って極間鉄心部１１１に流れ難くなる。その結果、固定子１０に鎖交する磁束量が多くなり、回転電機の高トルク化および高出力化が可能となる。

なお、上記実施の形態５では、カシメ部１２１を連結部１１０の界磁コイル３３ａの径方向外方の部位に設けているが、漏れ磁束の経路の磁気抵抗を大きくする手段は、カシメ部１２１に限定されず、連結部１１０に磁気劣化部を形成させるものであればよい。
また、上記実施の形態５では、実施の形態３における外側鉄心１０２Ｂの連結部１１０の界磁コイル３３ａの径方向外方の部位にカシメ部１２１を設けているが、他の実施の形態における外側鉄心の連結部の界磁コイル３３ａの径方向の外方の部位にカシメ部１２１を設けてもよい。

実施の形態６．
図２９は、この発明の実施の形態６に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図、図３０は、図２９の要部拡大図である。

図２９および図３０において、回転子鉄心３１Ｅは、内側鉄心１０１Ｃと、外側鉄心１０２Ｂと、を備える。第２応力緩和溝１２２が、内側鉄心１０１Ｃの嵌合溝１０８Ａの周方向両側に、径方向の内径側に延びて、軸方向の第１方向から第２方向に至るように形成されている。

実施の形態６の他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態６においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態６では、第２応力緩和溝１２２が、嵌合溝１０８Ａの周方向両側の基部１０３の部位に形成されている。そこで、嵌合溝１０８Ａと第２応力緩和溝１２２との間の基部１０３の部位における周方向の剛性が小さくなる。そこで、嵌合突起１０９Ａを嵌合溝１０８Ａに軸方向から圧入させた時に、嵌合溝１０８Ａの周方向の両側の部位が第２応力緩和溝１２２側に変位する。これにより、嵌合突起１０９Ａの嵌合溝１０８Ａへの圧入力が小さくなり、圧入時のかじりの発生が抑制され、生産性が向上される。

なお、上記実施の形態６では、実施の形態３における内側鉄心１０１Ｂの嵌合溝１０８Ａの周方向両側に第２応力緩和溝１２２を設けているが、他の実施の形態における内側鉄心の嵌合溝の周方向両側に第２応力緩和溝１２２を設けてもよい。

実施の形態７．
図３１は、この発明の実施の形態７に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。

図３１において、回転子鉄心３１Ｆは、内側鉄心１０１Ｄと、外側鉄心１０２Ｅと、を備える。第１嵌合凸部１２３が、内側鉄心１０１Ｄの巻線部１０４の連結部１０６の外周面のｄ軸上の位置に形成されている。第１嵌合凹部１２４が、外側鉄心１０２Ｅの連結部１１０の内周面のｄ軸上の位置に形成されている。第１嵌合凹部１２４は、あり溝に形成されている。第１嵌合凸部１２３は、第１嵌合凹部１２４の溝形状に適合した断面形状に形成されている。

実施の形態７の他の構成は、上記実施の形態３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態７においても、上記実施の形態３と同様の効果が得られる。

実施の形態７では、外側鉄心１０２Ｅの第１嵌合凹部１２４が内側鉄心１０１Ｄの第１嵌合凸部１２３に嵌合されている。これにより、内側鉄心１０１Ｄに対する外側鉄心１０２Ｅの周方向位置が高精度に確保され、トルクリップルが低減される。また、外側鉄心１０２Ｅに作用する周方向のトルクが第１嵌合凸部１２３で受けられる。これにより、内側鉄心１０１Ｄに対する外側鉄心１０２Ｅの周方向の位置ずれの発生が防止される。

第１嵌合凹部１２４があり溝に形成されているので、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合部の結合強度が大きくなる。これにより、第１嵌合凸部１２３の第１嵌合凹部１２４からの径方向の抜けが阻止され、外側鉄心１０２Ｅが内側鉄心１０１Ｄに強固に保持され、信頼性が向上される。そして、外側鉄心１０２Ｅが径方向内側の内側鉄心１０１Ｄに強固に保持されるので、回転子鉄心３１Ｆの回転時に外側鉄心１０２Ｅに作用する応力が低減される。これにより、高回転化が可能となり、高出力化が図られる。

なお、上記実施の形態７では、第１嵌合凸部１２３が内側鉄心１０１Ｄに形成され、第１嵌合凹部１２４が外側鉄心１０２Ｅに形成されているが、第１嵌合凸部１２３が外側鉄心１０２Ｅに形成され、第１嵌合凹部１２４が内側鉄心１０１Ｄに形成されてもよい。
また、上記実施の形態７では、嵌合溝１０８Ａと嵌合突起１０９Ａとの嵌合に加えて、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合により、外側鉄心１０２Ｅを内側鉄心１０１Ｄに固定しているが、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合のみにより、外側鉄心１０２Ｅを内側鉄心１０１Ｄに固定してもよい。

実施の形態８．
図３２は、この発明の実施の形態８に係る回転電機の回転子鉄心を示す端面図である。

図３２において、回転子鉄心３１Ｇは、内側鉄心１０１Ｅと、外側鉄心１０２Ｆと、を備える。第２嵌合凹部１２５が、内側鉄心１０１Ｅの嵌合溝１０８Ａの底面のｑ軸上の位置に形成されている。第２嵌合凸部１２６が、外側鉄心１０２Ｆの嵌合突起１０９Ａの内径側の端面のｑ軸上の位置に形成されている。第２嵌合凹部１２５は、あり溝に形成されている。第２嵌合凸部１２６は、第２嵌合凹部１２５の溝形状に適合した断面形状に形成されている。

実施の形態８の他の構成は、上記実施の形態７と同様に構成されている。
したがって、実施の形態８においても、上記実施の形態７と同様の効果が得られる。

実施の形態８では、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４とが嵌合されているのに加えて、第２嵌合凸部１２６と第２嵌合凹部１２５とが嵌合されている。これにより、外側鉄心１０２Ｆが内側鉄心１０１Ｅにさらに強固に保持される。そして、外側鉄心１０２Ｆが径方向内側の内側鉄心１０１Ｅにさらに強固に保持されるので、回転子鉄心３１Ｇの回転時に外側鉄心１０２Ｆに作用する応力がさらに低減される。これにより、さらなる高回転化が可能となり、高出力化が図られる。

なお、上記実施の形態８では、第２嵌合凹部１２５が内側鉄心１０１Ｅに形成され、第２嵌合凸部１２６が外側鉄心１０２Ｆに形成されているが、第２嵌合凹部１２５が外側鉄心１０２Ｆに形成され、第２嵌合凸部１２６が内側鉄心１０１Ｅに形成されてもよい。

また、上記実施の形態８では、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合部がｄ軸上に設けられ、第２嵌合凸部１２６と第２嵌合凹部１２５との嵌合部がｑ軸上に設けられているが、図３３に示されるように、ｄ軸上に設けられる第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合部を省略してもよい。あり溝などによる空隙が永久磁石３２および界磁巻線による磁束の中央部に生じると、磁束の流れが変化し、磁束の偏りが生じる。この磁束の偏りにより高調波成分が多くなり、トルクリプル、電磁音などが発生する。図３３に示された回転子鉄心３１Ｎでは、外側鉄心１０２Ｎの連結部１１０と内側鉄心１０１Ｎの巻線部１０４との間のｄ軸上に、第１嵌合凸部１２３と第１嵌合凹部１２４との嵌合部による隙間が生じない。そこで、巻線部１０４の連結部１０６と外側鉄心１０２Ｎの連結部１１０との間のｄ軸上に位置し、トルクリプルおよび電磁音に影響度の大きい隙間が小さくなる。これにより、巻線部１０４と連結部１１０との間の空隙における磁束の波形に高調波が少なくなり、トルクリップルおよび電磁音の発生が抑制される。

また、上記実施の形態３－８では、上記実施の形態１による回転電機に適用しているが、上記実施の形態２による回転電機に適用してもよい。

実施の形態９．
図３４は、この発明の実施の形態９に係る回転電機の回転子鉄心の外側鉄心を示す端面図である。

実施の形態９では、電磁鋼板から内側鉄心および外側鉄心１０２を打ち抜いた後に、外側鉄心１０２の内側鉄心に接する面、すなわち図３４中一点鎖線で示される領域をシェービングにより抜き落としている。
なお、実施の形態９の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。

内側鉄心および外側鉄心を同じ材料から打ち抜いた場合、パンチとダイとのクリアランスにより、圧入時の締め代が決定される。パンチとダイとのクリアランスは、電磁鋼板の板厚方向の５％から１０％が最適とされており、外側鉄心を内側鉄心に軸方向から圧入する場合、必要な固定力に対して締め代が過大となる場合がある。実施の形態９では、電磁鋼板から打ち抜かれた外側鉄心１０２の内側鉄心１０１に接する面をシェービングにより抜き落としているので、内側鉄心１０１と外側鉄心との接触面の締め代を自由に設定できる。これにより、軸長が長い回転子においても、外側鉄心１０２を内側鉄心１０１に軸方向から圧入する際の圧入力が過大となることがなく、生産性が向上される。

なお、上記実施の形態９では、外側鉄心１０２を内側鉄心１０１に軸方向から圧入しているが、外側鉄心１０２を内側鉄心１０１に隙間嵌めした後、接着剤で外側鉄心１０２と内側鉄心１０１とを固定してもよい。
また、上記実施の形態９では、実施の形態１における外側鉄心１０２にシェービング工程を行っているが、他の実施の形態における外側鉄心にシェービング工程を行ってもよい。

実施の形態１０．
図３５は、この発明の実施の形態１０に係る回転電機の回転子における界磁巻線の装着方法を説明する模式図である。

実施の形態１０による界磁巻線装着工程では、図３５に示されるように、１番目の絶縁部材３５が治具３６に保持されて径方向の軸Ａ周りに回転される。そして、スピンドル巻線機３７のノズル１３０から繰り出されるマグネットワイヤ１３１が回転する１番目の絶縁部材３５に巻き付けられる。ついで、マグネットワイヤ１３１が巻き付けられた１番目の絶縁部材３５が、径方向外方から内側鉄心１０１の１番目の巻線部１０４に装着される。ついで、２番目の絶縁部材３５が治具３６に保持されて軸Ａ周りに逆方向に回転される。そして、ノズル１３０から繰り出されるマグネットワイヤ１３１が回転する２番目の絶縁部材３５に巻き付けられる。ついで、内側鉄心１０１が４５度回転される。ついで、マグネットワイヤ１３１が巻き付けられた２番目の絶縁部材３５が、径方向外方から内側鉄心１０１の２番目の巻線部１０４に装着される。この操作を繰り返し、同様に、３番目、４番目・・・８番目の巻線部１０４にマグネットワイヤ１３１が巻き付けられた絶縁部材３５が装着される。

実施の形態１０では、巻線部１０４に装着されていない状態の絶縁部材３５にマグネットワイヤ１３１を巻き付けている。これにより、マグネットワイヤ１３１を絶縁部材３５に整列された状態に巻き付けることができるので、コイルの占積率が高められ、高出力化が図られる。さらに、簡素で汎用的な巻線機を用いることができるので、低コスト化が図られる。巻線部１０４に装着された絶縁部材３５にマグネットワイヤ１３１を巻き付ける煩雑な巻線工程が省略されるので、回転子の組立性が向上される。

なお、上記実施の形態１０では、実施の形態１の回転子における界磁巻線の装着方法として説明しているが、他の実施の形態の回転子における界磁巻線の装着に適用してもよい。

実施の形態１１．
図３６は、この発明の実施の形態１１に係る回転電機の回転子における界磁巻線の装着方法を説明する模式図である。

実施の形態１１による界磁巻線装着工程では、図３６に示されるように、１番目の絶縁部材３５が１番目の巻線部１０４に最終的な装着位置から径方向外方にずらした位置に装着される。ついで、フライヤ１３５により、マグネットワイヤ１３１が１番目の絶縁部材３５に巻き付けられる。ついで、マグネットワイヤ１３１が巻き付けられた１番目の絶縁部材３５が径方向内方に押し込まれて１番目の巻線部１０４の最終的な装着位置に装着される。ついで、内側鉄心１０１が４５度回転されて、２番目の絶縁部材３５が２番目の巻線部１０４に最終的な装着位置から径方向外方にずらした位置に装着される。ついで、フライヤ１３５により、マグネットワイヤ１３１が２番目の絶縁部材３５に巻き付けられる。ついで、マグネットワイヤ１３１が巻き付けられた２番目の絶縁部材３５が径方向内方に押し込まれて２番目の巻線部１０４の最終的な装着位置に装着される。この操作を繰り返し、同様に、３番目、４番目・・・８番目の巻線部１０４にマグネットワイヤ１３１が巻き付けられた絶縁部材３５が装着される。

実施の形態１１では、絶縁部材３５が巻線部１０４に最終的な装着位置から径方向外方にずらした位置に装着される。そこで、ノズル１３０から繰り出されたマグネットワイヤ１３１が、周方向に隣り合う巻線部１０４と干渉することなく絶縁部材３５に巻き付けられる。これにより、マグネットワイヤ１３１を絶縁部材３５に整列された状態に巻き付けることができるので、コイルの占積率が高められ、高出力化が図られる。フォーマ１３２を省略することができ、フライヤ１３５の低コスト化が図られる。

なお、上記実施の形態１１では、実施の形態１の回転子における界磁巻線の装着方法として説明しているが、他の実施の形態の回転子における界磁巻線の装着に適用してもよい。

実施の形態１２．
図３７は、この発明の実施の形態１２に係る回転電機における回転子を示す端面図である。なお、図３７では、界磁巻線３３が省略されている。

図３７において、回転子鉄心３１Ｈは、内側鉄心１０１Ｂと、外側鉄心１０２Ｇと、を備える。断面矩形の一対の副永久磁石３８，３９が、外側鉄心１０２Ｇの連結部１１０の極間鉄心部１１１側の端部に軸方向の第１方向から第２方向に至るように設けられている。一対の副永久磁石３８，３９は、その断面矩形の長辺方向が回転子鉄心３１Ｈの軸心と直交する姿勢で、周方向間隔が径方向外方に向かって漸次広くなるように傾斜して相対して設けられている。永久磁石３２および副永久磁石３８，３９は、一対の副永久磁石３８，３９の相対する面および永久磁石３２の径方向外方を向く面が同じ極性となるように着磁されて１磁極を構成する。

実施の形態１２の他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されている。
したがって、実施の形態１２においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態１２による回転子３０Ｈは、一対の副永久磁石３８，３９が、界磁コイル３３ａの径方向外方に界磁コイル３３ａを周方向に挟んでおり、周方向の間隔が径方向外方に向かって漸次広くなる姿勢で外側鉄心１０２Ｇの連結部１１０に配置されている。これにより、ｄ軸とｑ軸との突極比が大きくなり、リラクタンストルクが増加し、高出力化が図られる。

なお、上記実施の形態１２では、実施の形態１における外側鉄心１０２の連結部１１０に一対の副永久磁石３８，３９を設けているが、他の実施の形態における外側鉄心の連結部に一対の副永久磁石３８，３９を設けてもよい。

実施の形態１３．
図３８は、この発明の実施の形態１３に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図、図３９は、この発明の実施の形態１３に係る回転電機における回転子鉄心の外側鉄心を構成する連結部を示す端面図である。

図３８および図３９において、回転子鉄心３１Ｉは、内側鉄心１０１Ｆと、外側鉄心１０２Ｈと、を備える。内側鉄心１０１Ｆは、基部１０３と、基部１０３のｄ軸位置から径方向外方に突出する巻線部１０４と、基部１０３のｑ軸位置から径方向外方に突出して回転子鉄心３１Ｉの外周面に至る極間鉄心部１１１と、備える。外側鉄心１０２Ｈは、巻線部１０４を覆って相対する極間鉄心部１１１間に配置される８つの連結部１１０Ａを備える。第１嵌合凸部１２３が巻線部１０４の連結部１０６の外周面のｄ軸位置に設けられている。あり溝の第１嵌合凹部１２４が連結部１１０Ａの内周面のｄ軸位置に設けられている。連結部１１０Ａは、第１嵌合凹部１２４を軸方向から第１嵌合凸部１２３に嵌合させて、巻線部１０４に固定されている。これにより、連結部１１０Ａは、巻線部１０４を覆って周方向に相対する極間鉄心部１１１の周方向を向く側面に接して設けられている。極間鉄心部１１１および連結部１１０Ａの外周面が周方向に連なって回転子鉄心３１Ｉの外周面を構成している。

実施の形態１３では、回転子鉄心３１Ｉのｄ軸での分割面が１つであり、巻線部１０４が基部１０３から径方向外方に突出している。したがって、実施の形態１３においても、上記実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態１３では、ｄ軸上の磁路が内側鉄心１０１Ｆと外側鉄心１０２Ｈを構成する連結部１１０Ａとに分割されており、ｄ軸上の磁路の磁気抵抗が高くなっている。一方、ｑ軸位置の鉄心部分が基部１０３から一体に延びる極間鉄心部１１１のみにより構成されており、ｑ軸上の磁路の磁気抵抗が低くなっている。これにより、ｄ軸とｑ軸との磁気抵抗差が大きくなり、大きなリラクタンストルクが得られる。
あり溝の第１嵌合凹部１２４と第１嵌合凸部１２３との嵌合により連結部１１０Ａが巻線部１０４に固定されているので、巻線部１０４による連結部１１０Ａの保持の耐遠心力性が確保される。

なお、上記実施の形態１３では、第１嵌合凸部１２３が巻線部１０４の連結部１０６に設けられ、第１嵌合凹部１２４が外側鉄心１０２Ｈの連結部１１０Ａに設けられているが、第１嵌合凸部１２３が外側鉄心１０２Ｈの連結部１１０Ａに設けられ、第１嵌合凹部１２４が巻線部１０４の連結部１０６に設けられてもよい。

実施の形態１４．
図４０は、この発明の実施の形態１４に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。

図４０において、回転子鉄心３１Ｊは、内側鉄心１０１Ｇと、外側鉄心１０２Ｈと、を備える。第３応力緩和溝１２８が、巻線部１０４の連結部１０６に形成された第１嵌合凸部１２３に設けられている。

なお、実施の形態１４の他の構成は、上記実施の形態１３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態１４においても、上記実施の形態１３と同様の効果が得られる。

実施の形態１４では、第３応力緩和溝１２８が巻線部１０４の連結部１０６に形成された第１嵌合凸部１２３に形成されている。そこで、第１嵌合凸部１２３の第１嵌合凹部１２４との嵌合部における周方向の剛性が小さくなる。第１嵌合凹部１２４を軸方向から第１嵌合凸部１２３に嵌合させる際に、第１嵌合凸部１２３の第３応力緩和溝１２８の周方向の両側部が第３応力緩和溝１２８側に変位する。これにより、第１嵌合凹部１２４の第１嵌合凸部１２３への圧入力が小さくなり、圧入時のかじりの発生が抑制され、生産性が向上される。

実施の形態１５．
図４１は、この発明の実施の形態１５に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図、図４２は、この発明の実施の形態１５に係る回転電機における回転子鉄心の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。

図４１および図４２において、回転子鉄心３１Ｋは、内側鉄心１０１Ｈと、外側鉄心１０２Ｉと、を備える。第３嵌合凹部１４０は、あり溝であり、巻線部１０４を挟んで配置されている２つの極間鉄心部１１１の周方向に相対する側面の径方向外側の縁部に溝方向を軸方向として設けられている。第３嵌合凸部１４１は、外側鉄心１０２Ｉを構成する連結部１１０Ａの周方向を向く面に設けられている。連結部１１０Ａは、第１嵌合凹部１２４を軸方向から第１嵌合凸部１２３に嵌合させ、第３嵌合凸部１４１を軸方向から第３嵌合凹部１４０に嵌合させて、内側鉄心１０１Ｈに固定されている。

実施の形態１５の他の構成は、上記実施の形態１３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態１５においても、上記実施の形態１３と同様の効果が得られる。

実施の形態１５では、第１嵌合凹部１２４と第１嵌合凸部１２３とを嵌合させるとともに、第３嵌合凸部１４１と第３嵌合凹部１４０とを嵌合させている。これにより、外側鉄心１０２Ｉの連結部１１０Ａが内側鉄心１０１Ｈに強固に固定され、対遠心力性が向上され、高速回転化が可能となる。
第３嵌合凸部１４１と第３嵌合凹部１４０との嵌合部では、磁気抵抗が大きい。そこで、永久磁石３２および界磁コイル３３ａによる磁束が連結部１１０Ａを介して極間鉄心部１１１に流れ難くなっている。これにより、固定子に鎖交する磁束量が多くなり、回転電機の高トルク化および高出力化が可能となる。

ここで、外側鉄心１０２Ｉの連結部１１０Ａの内側鉄心１０１Ｈへの取付構造の実施態様について説明する。

図４３に示されるように、第３嵌合凸部１４１と第３嵌合凹部１４０とのみを嵌合させて、外側鉄心１０２Ｉの連結部１１０Ａが内側鉄心１０１Ｈに固定してもよい。この場合においても、第３嵌合凸部１４１と第３嵌合凹部１４０との嵌合により、連結部１１０Ａと内側鉄心１０１Ｈとの取付部の対遠心力性が確保される。また、凹部と凸部とによる嵌合部が巻線部１０４と連結部１１０Ａとの間のｄ軸上の位置にないので、巻線部１０４と連結部１１０Ａとの間のｄ軸上における隙間が小さくなる。これにより、巻線部１０４と連結部１１０との間の空隙における磁束の波形に高調波が少なくなり、トルクリップルおよび電磁音の発生が抑制される。

図４４に示されるように、突起部１４２が、巻線部１０４を挟んで配置されている２つの極間鉄心部１１１の周方向に相対する側面の径方向外側の縁部を巻線部１０４側に突出させて形成されている。そして、連結部１１０Ａは、第１嵌合凹部１２４を軸方向から第１嵌合凸部１２３に嵌合させ、周方向の両先端部１４３を軸方向から突起部１４２に嵌合させて、内側鉄心１０１Ｈに固定されている。この場合、第１嵌合凹部１２４と第１嵌合凸部１２３とを嵌合させるとともに、連結部１１０Ａの先端部１４３と突起部１４２とを嵌合させているので、連結部１１０Ａが内側鉄心１０１Ｈに強固に固定され、対遠心力性が向上される。ここで、先端部１４３と突起部１４２との嵌合においては、先端部１４３が嵌合凸部として機能し、突起部１４２により形成される空間が嵌合凹部として機能する。

図４５に示されるように、連結部１１０Ａの先端部１４３と突起部１４２とのみを嵌合させて、連結部１１０Ａを内側鉄心１０１Ｈに固定してもよい。この場合においても、連結部１１０Ａの先端部１４３と突起部１４２との嵌合により、連結部１１０Ａと内側鉄心１０１Ｈとの取付部の対遠心力性が確保される。また、凹部と凸部とによる嵌合部が巻線部１０４と連結部１１０Ａとの間のｄ軸上の位置にないので、巻線部１０４と連結部１１０Ａとの間のｄ軸上における隙間が小さくなる。これにより、巻線部１０４と連結部１１０との間の空隙における磁束の波形に高調波が少なくなり、トルクリップルおよび電磁音の発生が抑制される。

実施の形態１６．
図４６は、この発明の実施の形態１６に係る回転電機における回転子鉄心を示す端面図である。

図４６において、回転子鉄心３１Ｌは、内側鉄心１０１Ｉと、外側鉄心１０２Ｊと、を備える。内側鉄心１０１Ｉは、基部１０３と、巻線部１０４と、極間鉄心部１１１と、を備える。外側鉄心１０２Ｊは、８つの連結部１１０Ｂにより構成されている。第４嵌合凸部１４４が極間鉄心部１１１の外周面のｑ軸の位置に設けられている。あり溝の第４嵌合凹部１４５が連結部１１０Ｂの内周面のｑ軸の位置に設けられている。連結部１１０Ｂは、第４嵌合凹部１４５を軸方向から第４嵌合凸部１４４に嵌合させて、極間鉄心部１１１に固定されている。これにより、連結部１１０Ｂは、極間鉄心部１１１を覆って周方向に隣り合う２つの巻線部１０４の周方向を向く側面に接して設けられている。そして、巻線部１０４および連結部１１０Ｂの外周面が周方向に連なって回転子鉄心３１Ｌの外周面を構成している。

実施の形態１６では、連結部１１０Ｂが極間鉄心部１１１に固定されている点を除いて、上記実施の形態１３と同様に構成されている。
したがって、実施の形態１６においても、上記実施の形態１３と同様の効果が得られる。

実施の形態１６では、第４嵌合凸部１４４と第４嵌合凹部１４５との嵌合により連結部１１０Ｂが極間鉄心部１１１に固定されている。これにより、極間鉄心部１１１に保持された連結部１１０Ｂの対遠心力性が確保される。連結部１１０Ｂと巻線部１０４とが別部材で構成されているので、連結部１１０Ｂと巻線部１０４との連結部での磁気抵抗が高くなる。そこで、巻線部１０４から連結部１１０Ｂを介して極間鉄心部１１１に流れる漏れ磁束量が少なくなる。これにより、固定子に鎖交する磁束量が多くなり、高トルク化が図られる。また、巻線部１０４が回転子鉄心３１Ｌの外周面を構成しているので、ｄ軸上の磁気抵抗が小さくなり、固定子に鎖交する磁束量が多くなり、高トルク化が図られる。

なお、実施の形態１６においても、実施の形態１４と同様に、応力緩和溝を第４嵌合凸部１４４に形成してもよい。
また、実施の形態１６においても、実施の形態１５と同様に、嵌合突起と嵌合凹部との嵌合により、連結部１１０Ｂと巻線部１０４の連結部１０６とを固定してもよい。

実施の形態１７．
図４７は、この発明の実施の形態１７に係る回転電機における回転子を示す端面図、図４８は、この発明の実施の形態１７に係る回転電機における回転子の巻線部周りを示す要部拡大端面図である。

図４７および図４８において、回転子鉄心３１Ｍは、内側鉄心１０１Ｊと、外側鉄心１０２Ｋと、を備える。内側鉄心１０１Ｊは、基部１０３と、巻線部１０４と、基部１０３のｑ軸の位置から径方向外方に突出する極間鉄心部１１１と、を備える。外側鉄心１０２Ｋは、８つの連結部１１０Ｃを周方向に配列して一体の環状体に構成されている。第５嵌合凹部１４６が巻線部１０４の連結部１０６の外周面のｄ軸の位置に設けられている。第５嵌合凸部１４７が連結部１１０Ｃの内周面のｄ軸の位置に設けられている。第５嵌合凹部１４６は、回転軸の軸方向と直交する断面における形状が台形形状である。第５嵌合凹部１４６は、周方向に相対する面の間隔が径方向内方に向かって漸次狭くなる凹形状に形成されている。第５嵌合凸部１４７は、第５嵌合凹部１４６に適合する凸形状に形成されている。すなわち、第５嵌合凹部１４６および第５嵌合凸部１４７の周方向に相対する面間の角度θは一致している。

実施の形態１７では、まず、外側鉄心１０２Ｋが加熱される。これにより、外側鉄心１０２Ｋは、図４８中実線で示される常温での輪郭から二点鎖線で示される輪郭に膨張する。ついで、加熱された外側鉄心１０２Ｋ内に、軸方向から常温の内側鉄心１０１Ｊを挿入する。そして、外側鉄心１０２Ｋの温度が下がると、外側鉄心１０２Ｋは収縮する。そして、第５嵌合凸部１４７は、第５嵌合凹部１４６の相対する２辺に沿って径方向内方に移動し、ついには、第５嵌合凹部１４６に嵌合する。これにより、外側鉄心１０２Ｋと内側鉄心１０１Ｊとが焼き嵌めにより固定される。そして、外側鉄心１０２Ｋの外周面が回転子鉄心３１Ｍの外周面を構成している。

実施の形態１７では、内側鉄心１０１Ｊを外側鉄心１０２Ｋに接触させることなく外側鉄心１０２Ｋ内に挿入できるので、外側鉄心１０２Ｋを内側鉄心１０１Ｊに圧入する際に生じる削りカスがでない。これにより、削りカスに起因する絶縁性の低下がなく、絶縁に対する信頼性が高められる。

第５嵌合凹部１４６が周方向に相対する２面の間隔が径方向内方に向かって漸次狭くなる台形形状に形成されている。そこで、外側鉄心１０２Ｋの径が縮小する過程で、第５嵌合凸部１４７が第５嵌合凹部１４６の相対する２辺の面形状に沿って移動する。その結果、外側鉄心１０２Ｋは、内側鉄心１０１Ｊの設定された位置に固定される。

なお、上記実施の形態１７では、第５嵌合凹部１４６を周方向の位置決め部として機能させたが、組立時に、内側鉄心１０１Ｊに対して外側鉄心１０２Ｋを位置決めできれば、周方向の位置決め部を省略できる。また、第５嵌合凹部１４６の周方向に相対する面間の角度θは、内側鉄心および外側鉄心の材料によって適宜設定される。

１０ 固定子、３０，３０Ｈ 回転子、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ，３１Ｄ，３１Ｅ，３１Ｆ，３１Ｇ，３１Ｈ，３１Ｉ，３１Ｊ，３１Ｋ，３１Ｌ，３１Ｍ，３１Ｎ 回転子鉄心、３２ 永久磁石、３３ 界磁巻線、３３ａ 界磁コイル、３５ 絶縁部材、３８，３９ 副永久磁石、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃ，１０１Ｄ，１０１Ｅ，１０１Ｆ，１０１Ｇ，１０１Ｈ，１０１Ｉ，１０１Ｊ，１０１Ｎ 内側鉄心、１０２，１０２Ｂ，１０２Ｃ，１０２Ｄ，１０２Ｅ，１０２Ｆ，１０２Ｇ，１０２Ｈ，１０２Ｉ，１０２Ｊ，１０２Ｋ，１０２Ｎ 外側鉄心、１０３ 基部、１０４，１０４Ａ 巻線部、１０８，１０８Ａ 嵌合溝（嵌合凹部）、１０９，１０９Ａ 嵌合突起（嵌合凸部）、１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ 連結部、１１１ 極間鉄心部、１２０ 第１応力緩和溝、１２１ カシメ部（磁気劣化部）、１２２ 第２応力緩和溝、１２３ 第１嵌合凸部、１２４ 第１嵌合凹部、１２５ 第２嵌合凹部、１２６ 第２嵌合凸部、１２８ 第３応力緩和溝、１４０ 第３嵌合凹部、１４１ 第３嵌合凸部、１４２ 突起部（嵌合凹部）、１４３ 先端部（嵌合凸部）、１４４ 第４嵌合凸部、１４５ 第４嵌合凹部、１４６ 第５嵌合凹部、１４７ 第５嵌合凸部。

Claims (29)

1. 固定子と、
   上記固定子の内径側に同軸に配置された回転子と、を備え、
   上記回転子は、回転子鉄心と、上記回転子鉄心に埋め込まれて周方向に配列されて磁極を構成する複数の永久磁石と、界磁巻線と、を有し、
   上記回転子鉄心は、軸心位置に回転軸が固着される基部と、上記複数の永久磁石のそれぞれに対応する周方向の位置に上記基部から径方向外方に突出するように設けられ、上記界磁巻線が巻き付けられた絶縁部材が装着される複数の巻線部と、各極間位置に設けられた複数の極間鉄心部と、周方向に隣り合う巻線部と極間鉄心部とを上記界磁巻線の径方向の外方で連結する複数の連結部と、を有しており、
   上記回転子鉄心は、少なくとも上記基部および上記複数の巻線部を有する内側鉄心と、少なくとも上記複数の連結部を有する外側鉄心と、に分割されている回転電機。
2. 上記複数の巻線部のそれぞれは、軸方向に開口する筒状に形成され、
   上記複数の永久磁石が、上記複数の巻線部のそれぞれに収納されている請求項１記載の回転電機。
3. 上記外側鉄心は、上記複数の極間鉄心部が上記複数の連結部により連結されて一体の環状体に構成されており、上記複数の連結部のそれぞれが上記複数の巻線部のそれぞれを覆うように上記内側鉄心に装着されている請求項２記載の回転電機。
4. 上記複数の極間鉄心部と上記基部、および上記複数の連結部と上記複数の巻線部の少なくとも一方が、嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合により固定されている請求項３記載の回転電機。
5. 上記嵌合凹部はあり溝である請求項４記載の回転電機。
6. 上記嵌合凸部と上記嵌合凹部との嵌合部に応力緩和溝が形成されている請求項５記載の回転電機。
7. 上記複数の極間鉄心部が上記基部に一体に形成されており、
   上記複数の連結部のそれぞれが、上記複数の巻線部のそれぞれを覆って周方向に隣り合う極間鉄心部を連結するように上記内側鉄心に装着されている請求項２記載の回転電機。
8. 上記複数の連結部は、上記複数の巻線部および上記周方向に隣り合う極間鉄心部の少なくとも一方に嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合により固定されている請求項７記載の回転電機。
9. 上記嵌合凹部はあり溝である請求項８記載の回転電機。
10. 上記嵌合凸部と上記嵌合凹部との嵌合部に応力緩和溝が形成されている請求項９記載の回転電機。
11. 上記複数の極間鉄心部が上記基部に一体に形成されており、
    上記複数の連結部のそれぞれが、上記複数の極間鉄心部のそれぞれを覆って周方向に隣り合う巻線部を連結するように上記内側鉄心に装着されている請求項２記載の回転電機。
12. 上記複数の連結部と上記複数の極間鉄心部とが嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合により固定されている請求項１１記載の回転電機。
13. 上記嵌合凹部はあり溝である請求項１２記載の回転電機。
14. 上記複数の極間鉄心部が上記基部に一体に形成されており、
    上記外側鉄心は、上記複数の連結部が周方向に配列されて一体の環状体に構成され、上記内側鉄心を覆うように上記内側鉄心に装着されている請求項２記載の回転電機。
15. 上記複数の連結部と上記複数の巻線部とが嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合により固定されている請求項１４記載の回転電機。
16. 上記嵌合凹部は、周方向に相対する面間の間隔が径方向内方に向かって漸次狭くなる凹形状に形成され、上記複数の巻線部の外周面に形成されている請求項１５記載の回転電機。
17. 上記複数の巻線部のそれぞれは、径方向の外方に開口しており、
    上記複数の永久磁石が、上記複数の巻線部のそれぞれに収納されている請求項１記載の回転電機。
18. 上記外側鉄心は、上記複数の極間鉄心部が上記複数の連結部により連結されて一体の環状体に構成されており、上記複数の連結部のそれぞれが上記複数の巻線部のそれぞれを覆うように上記内側鉄心に装着されている請求項１７記載の回転電機。
19. 上記複数の極間鉄心部と上記基部は、嵌合凸部と嵌合凹部との嵌合により固定されている請求項１８記載の回転電機。
20. 上記嵌合凹部はあり溝である請求項１９記載の回転電機。
21. 上記嵌合凸部と上記嵌合凹部との嵌合部に応力緩和溝が形成されている請求項２０記載の回転電機。
22. 上記複数の巻線部に装着された上記界磁巻線は、連続導体線により一続きに構成されている請求項１から請求項２１の何れか１項に記載の回転電機。
23. 磁気劣化部が上記複数の連結部の上記複数の極間鉄心部側の端部に形成されている請求項１から請求項２２の何れか１項に記載の回転電機。
24. 副永久磁石の対が、上記複数の巻線部のそれぞれの径方向の外方に、上記複数の巻線部を周方向に挟んで、周方向の間隔が径方向の外方に向かって漸次広くなるように上記外側鉄心に設けられている請求項１から請求項２３の何れか１項に記載の回転電機。
25. 請求項１から請求項２４の何れか１項に記載の回転電機の製造方法において、
    磁性薄板から上記内側鉄心を打ち抜く打ち抜き工程と、
    上記磁性薄板から上記外側鉄心を打ち抜く打ち抜き工程と、
    上記複数の巻線部に上記界磁巻線を装着する界磁巻線装着工程と、
    上記外側鉄心を上記内側鉄心に装着する工程と、を備える回転電機の製造方法。
26. 上記内側鉄心および上記外側鉄心の打ち抜き工程の後に、上記内側鉄心と上記外側鉄心との接触面の締め代を調整するシェービング工程をさらに備える請求項２５記載の回転電機の製造方法。
27. 上記界磁巻線装着工程に先だって、磁石母材を上記複数の巻線部に装着し、上記磁石母材を着磁する工程をさらに備える請求項２５又は請求項２６記載の回転電機の製造方法。
28. 上記界磁巻線装着工程は、
    上記絶縁部材に上記界磁巻線を巻き付ける工程と、
    上記界磁巻線が巻き付けられた上記絶縁部材を径方向外方から上記複数の巻線部のそれぞれに装着する工程と、を備える請求項２５から請求項２７の何れか１項に記載の回転電機の製造方法。
29. 上記界磁巻線装着工程は、
    上記絶縁部材を上記複数の巻線部の巻線対象のなかの巻線部に上記巻線対象の巻線部から径方向外方に突出するように装着する工程と、
    上記界磁巻線を上記絶縁部材に巻き付ける工程と、
    上記界磁巻線が巻き付けられた上記絶縁部材を径方向内方に移動して上記巻線対象の巻線部に装着する工程と、を備える請求項２５から請求項２７の何れか１項に記載の回転電機の製造方法。

Images