回転電機用ロータ
【課題】配置スペース及び保持強度を適切に確保しつつ、回転バランスの低下が抑制された形態で整流素子を配置することが可能な回転電機用ロータを実現する。
【解決手段】ロータコア２１は、外周部に形成されて界磁巻線２２が巻装される巻線巻装部６０と、内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成された凹部５０と、を備え、整流素子１００が、凹部５０内において径方向外側Ｒ２から支持されるように配置されている。
【解決手段】ロータコア２１は、外周部に形成されて界磁巻線２２が巻装される巻線巻装部６０と、内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成された凹部５０と、を備え、整流素子１００が、凹部５０内において径方向外側Ｒ２から支持されるように配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のロータコアと、ロータコアに巻装された界磁巻線と、界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような回転電機用ロータの従来技術として、例えば下記の特許文献１に記載された技術がある。以下、この背景技術の説明では、特許文献１の符号又は名称を適宜（）内に記載して引用する。特許文献１には、ステータ（１２）で形成された高調波成分を含む回転磁界の鎖交により界磁巻線（ロータ巻線１８，１８ｎ，１８ｓ）に誘導起電力を発生させ、当該誘導起電力により発生するトルク（磁石トルクに相当するトルク）を利用してロータ（１４）を回転させる構成が記載されている。そして、特許文献１には、上記の誘導起電力を効率的に発生させるべく、界磁巻線を短節巻で巻装すること等が記載されている。
【０００３】
ところで、上記のような回転電機用ロータでは、少なくとも１つの整流素子が必要になるが、このような整流素子はある程度の大きさや重量を有する。そのため、整流素子の配置位置によっては、回転電機用ロータの回転バランスが低下し、当該回転電機用ロータを備える回転電機の性能が低下するおそれがある。また、ローアコアには界磁巻線が巻装されるとともに磁束が通過するため、整流素子の配置スペースには制約がある。更に、回転電機用ロータは回転部材であるため、配置した整流素子が飛散しないような保持強度を適切に確保する必要もある。しかしながら、特許文献１には、整流素子（ダイオード２１，２１ｎ，２１ｓ）の配置位置に言及した記載はなく、上記の回転バランス、配置スペース、及び保持強度の確保の観点から好適な整流素子の配置構成は未だ判明していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、配置スペース及び保持強度を適切に確保しつつ、回転バランスの低下が抑制された形態で整流素子を配置することが可能な回転電機用ロータの実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る円筒状のロータコアと、前記ロータコアに巻装された界磁巻線と、前記界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータの特徴構成は、前記ロータコアは、外周部に形成されて前記界磁巻線が巻装される巻線巻装部と、内周面から径方向外側に窪むように形成された凹部と、を備え、前記整流素子が、前記凹部内において径方向外側から支持されるように配置されている点にある。
【０００７】
本願において、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
【０００８】
上記の特徴構成によれば、整流素子がロータコアの内周部に形成された凹部に配置されるため、整流素子がロータコアの外周部に配置される場合に比べ、整流素子を内径側に位置させて、整流素子を配置することで重量のアンバランスが生じる部位を内径側に位置させることができる。これにより、ロータの回転時に整流素子に発生する遠心力を低く抑えることができ、ロータの回転バランスを適切に確保するのが容易となる。このように、上記の特徴構成によれば、回転バランスの低下を抑制しつつ整流素子を適切に配置することができる。
また、上記の特徴構成によれば、整流素子が凹部内において径方向外側から支持されるように配置される。よって、ロータの回転速度が高く整流素子に発生する遠心力が大きくなった場合でも、整流素子を凹部によって適切に保持することができ、整流素子の保持強度を適切に確保するのが容易となる。
更に、整流素子を配置するための凹部が、巻線巻装部が設けられる外周部とは径方向に離れた内周部に形成されるため、ロータコア内を通過する磁束に与える影響が少ない場所に、整流素子を配置するためのスペースを適切に確保することが可能となっている。
【０００９】
ここで、前記ロータコアの内周面に囲まれた挿通孔に挿通されるロータ軸を更に備え、
前記ロータ軸の外周面は、前記ロータコアの内周面に接して前記凹部の径方向内側の開口部を閉塞し、前記凹部は、前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に開口する端部開口まで前記軸方向に延びるように形成され、前記整流素子と前記界磁巻線とを接続する接続導体が、前記凹部内を前記端部開口まで延びるように配置されていると好適である。
【００１０】
この構成によれば、凹部に整流素子を配置した後にロータ軸をロータコアの挿通孔に挿通することで、径方向内側の開口部が閉塞された凹部に整流素子が配置された構成を実現することができるため、ロータの製造工程の簡素化を図ることができる。
また、整流素子を配置するための凹部を有効に利用して、整流素子と界磁巻線とを接続する接続導体を配置することができるため、ロータコアの構成を簡素なものとして製造工程の簡素化を図ることができる。
【００１１】
また、前記巻線巻装部は、前記ロータコアの外周部において径方向外側に向かって突出するとともに前記界磁巻線が巻かれる径方向突出部を複数備え、複数の前記径方向突出部は、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、前記凹部は、少なくとも前記整流素子の配置位置における径方向外側面が、前記ロータコアの径方向に直交する平面とされ、前記径方向視で、前記径方向外側面の前記周方向の端部が、前記径方向突出部の径方向内側端の前記周方向の幅内に位置するように設定されていると好適である。
【００１２】
この構成によれば、周方向の位置に関して、整流素子の配置位置における凹部の径方向最外側部位（径方向外側面の周方向の端部）が、ロータコアにおける径方向幅が他の部位に比べて大きく形成された径方向突出部と重複する部分に位置するため、磁路幅を適切に確保しつつ凹部を設けることが容易となる。
【００１３】
また、偶数個の前記凹部が、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部のそれぞれに、互いに同じ個数の前記整流素子が配置されていると好適である。
【００１４】
この構成によれば、偶数個の凹部が設けられる場合に、各凹部に対して軸心を挟んで径方向に対向する位置に他の凹部が位置する構成とすることができ、ロータの周方向の重量バランスを良好にして、ロータの回転バランスを適切に確保することができる。
【００１５】
また、前記凹部は、少なくとも前記ロータコアの軸方向中央部に形成され、前記整流素子は、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されていると好適である。
【００１６】
この構成によれば、ロータの軸方向の重量バランスを良好にすることができるため、ロータの回転バランスを適切に確保するのが容易となる。
【００１７】
また、前記凹部における前記ロータコアの軸方向に直交する断面の形状が、前記ロータコアの軸方向全域にわたって同じ形状とされていると好適である。
【００１８】
この構成によれば、ロータコアの製造工程を簡素化することができ、製造コストを抑制することができる。例えば、ロータコアが複数の鋼板を積層してなる積層構造体である場合には、各鋼板を同一形状のものとすることができ、管理手段を共通化して製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の軸方向に沿う断面形状を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る界磁巻線の結線構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るロータの一部の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図５】本発明のその他の実施形態に係るロータの一部の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図６】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図７】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に沿う断面形状を示す模式図である。
【図８】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に沿う断面形状を示す模式図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る回転電機用ロータの実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機用ロータ２（以下、単に「ロータ」という。）は、ラジアルタイプの回転電機１に用いられるロータとされ、図１に示すように、ロータ２はステータ３の径方向内側Ｒ１に配置されている。そして、ロータ２に界磁巻線（ロータコイル）２２が備えられているとともにステータ３に回転磁界を発生させるための電機子巻線（ステータコイル）３２が備えられている。この回転電機１は、界磁巻線２２に鎖交する電機子巻線３２からの回転磁界の高調波成分によって界磁巻線２２に発生する誘導起電力を利用し、当該誘導起電力により界磁巻線２２に流れる電流を一方向に整流することで界磁巻線２２に磁極を発生させる。そして、界磁巻線２２に発生した磁極と回転磁界との吸引反発を利用してロータ２を回転させる。すなわち、この回転電機１は、誘導起電力によって界磁巻線２２を電磁石として機能させる誘導式の同期機（同期回転電機）である。
【００２１】
以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向Ｌ」、「周方向Ｃ」、「径方向Ｒ」は、ロータコア２１の軸心（ロータ軸４１の軸心）を基準として定義している（図１、図２参照）。そして、「径方向内側Ｒ１」はロータコア２１の軸心を基準とした径方向Ｒにおける内側を表し、「径方向外側Ｒ２」はロータコア２１の軸心を基準とした径方向Ｒにおける外側を表す。なお、各部材についての方向は、当該各部材が回転電機１として組み付けられた状態での方向を表す。ここで、各部材についての方向や、２つの部材間の配置方向の関係（例えば、「平行」や「直交」等）は、製造上の誤差に応じたずれを含む概念として用いている。このような製造上の誤差は、例えば、寸法や取り付け位置の公差の範囲内のずれにより生じる。
【００２２】
図１に示すように、ロータ２は、界磁巻線２２に流れる電流を一方向に規制するための整流素子として、ダイオード１００を備えている。そして、このダイオード１００は、ロータコア２１の内周部（内周面を含む部分、以下同じ。）に設けられた凹部５０に配置される。これにより、ロータ２の回転バランスの低下を抑制しつつダイオード１００を配置することや、ダイオード１００の保持強度を適切に確保すること、更には、ロータコア２１内を通過する磁束に与える影響が少ない位置にダイオード１００を配置することが可能となっている。以下、本実施形態に係るロータ２の構成について詳細に説明する。なお、以下の説明で参照する各図面は、本願発明の理解に必要な構成を模式的に示したものであり、一部の構成を適宜省略し、或いは一部の構成を適宜簡略化して示している。
【００２３】
１．回転電機の全体構成
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１は、ロータ２及びステータ３を備えており、回転電機１はケース４の内部に収容されている。この回転電機１は、ステータ３に供給される電力によりロータ２の動力（回転駆動力）を得るモータ（電動機）として機能するとともに、ロータ２の動力によりステータ３に電力を発生させるジェネレータ（発電機）としても機能するように構成されている。このような回転電機１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に車輪の駆動力源として備えられる。
【００２４】
ステータ３は、ケース４の内面に固定されている。本例では、ステータ３は、締結ボルト９４によりケース４の内面に締結固定されている。ステータ３は、ステータコア３１と当該ステータコア３１に巻装された電機子巻線３２とを備え、回転電機１の電機子を構成する。ステータコア３１は、図２に示すように、外周部（外周面を含む部分、以下同じ。）に設けられた取付用突出部３３を除いて全体として円筒状に形成されており、本例では、ステータコア３１は複数枚の電磁鋼板を軸方向Ｌに積層して構成されている。本実施形態では、ステータコア３１には３つの取付用突出部３３が形成されている。そして、これら３つの取付用突出部３３は、ステータコア３１の外周部に周方向Ｃに沿って均等に配置されており、各取付用突出部３３には締結ボルト９４の挿通孔３３ａが形成されている。
【００２５】
ステータコア３１は、内周面側に周方向Ｃに一定間隔で複数のティース３１ａが形成されており、周方向Ｃに隣接するティース３１ａの間にスロット３１ｂが形成されている。そして、電機子巻線３２が、スロット３１ｂ内に収まるように、各ティース３１ａの周囲に巻装されている。
【００２６】
ステータ３の径方向内側Ｒ１には、ロータ２が、ステータ３に対して相対回転可能に配置されている。ロータ２は、ロータコア２１と、当該ロータコア２１に巻装された界磁巻線２２とを備え、回転電機１の界磁を構成する。ロータコア２１は、全体として円筒状に形成されており、本例では、ロータコア２１は複数枚の電磁鋼板を軸方向Ｌに積層して構成されている。なお、ロータ２の構成については、後の「２．ロータの構成」の項で詳しく説明する。
【００２７】
本実施形態では、回転電機１は、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）で駆動されるモータとして機能する。そのため、電機子巻線３２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各相に対応して備えられている。そして、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給することで、ステータ３（電機子巻線３２）は、ロータ２を回転させるための回転磁界を発生させる。また、回転電機１は、回転電機１の外部から伝達される動力によりロータ２を回転させて、ステータ３（電機子巻線３２）に交流電力を発生させることも可能となっている。
【００２８】
詳細は後述するが、この回転電機１は、ロータ２を回転させるためのトルクの少なくとも一部を、ロータコア２１に巻装された界磁巻線２２に発生する誘導起電力を利用して得る構成となっている。そして、この誘導起電力として、回転磁界に含まれる高調波成分が界磁巻線２２に鎖交することで生じる起電力を用いる。そこで、本実施形態では、回転磁界に適度な量の高調波成分が含まれるように、電機子巻線３２は、ステータコア３１に対して集中巻で巻装されている。
【００２９】
具体的には、電機子巻線３２は、各相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の巻線同士が互いに周方向Ｃに重ならないように、各ティース３１ａに対して各相の巻線が集中的に巻回された短節集中巻とされている。従って、ステータ３には、Ｕ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａと、Ｖ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａと、Ｗ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａとが、基本的に、周方向Ｃに沿って順番に現れるように配置されている。この際、各スロット３１ｂには、互いに異なる相の巻線が周方向Ｃに隣接して配置されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、ステータコア３１には１２個のティース３１ａが形成されており、またステータ３に供給される交流電流の相数は「３」であるため、ステータ３の極対数は「４」となっている。
【００３０】
２．ロータの構成
次に、ロータ２の構成について詳細に説明する。上記のように、ロータ２は、ロータコア２１と界磁巻線２２とを備えている。また、ロータ２は、ロータコア２１に固定されて当該ロータコア２１と一体回転するロータ軸４１と、界磁巻線２２に接続されるとともに当該界磁巻線２２に流れる電流を一方向に規制するダイオード１００とを備えている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、ロータコア２１にはロータ軸４１を挿通するための挿通孔２３が形成されている。挿通孔２３は、ロータコア２１の内周面に囲まれた空間として形成されている。そして、ロータ軸４１は、挿通孔２３に挿通された状態でロータコア２１に固定されている。この状態で、ロータ軸４１の外周面が、ロータコア２１の内周面に接して、後述する凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａを閉塞する。なお、ロータ軸４１は、例えば、圧入や焼き嵌め、或いはキー結合等により、ロータコア２１と一体回転するようにロータコア２１に固定される。
【００３２】
図１に示すように、ロータ軸４１は、軸方向Ｌの一方側（図１における右側、以下同様。）で第一支持軸受８１によってケース４に対して回転可能に支持されているとともに、軸方向Ｌの他方側（図１における左側、以下同様。）で第二支持軸受８２によってケース４に対して回転可能に支持されている。すなわち、ロータ２は、軸方向Ｌの両側で支持軸受８１，８２によってケース４に対して回転可能に支持されている。
【００３３】
ロータコア２１の軸方向Ｌの両側には、ロータコア２１を挟持するためのエンドプレート９３が備えられている。そして、本実施形態では、軸方向Ｌの一方側のエンドプレート９３が、ロータ軸４１に形成されたフランジ部により、ロータ軸４１に対して軸方向Ｌに位置決め保持されている。また、軸方向Ｌの他方側のエンドプレート９３が、止めねじ９１によりロータ軸４１に対して軸方向Ｌに位置決め保持されている。これにより、ロータコア２１は、軸方向Ｌの両側からエンドプレート９３により挟持された状態で、ロータ軸４１に対して固定される。なお、本例では、軸方向Ｌの他方側のエンドプレート９３と止めねじ９１との間に、ワッシャ９２が介装されている。
【００３４】
ロータコア２１は、図２及び図３に示すように、巻線巻装部６０と凹部５０とを備えている。巻線巻装部６０は、ロータコア２１の外周部に形成されて、界磁巻線２２が巻装される部分である。また、凹部５０は、ロータコア２１の内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成されて、ダイオード１００が配置される部分である。なお、ダイオード１００の配置構成については、後の「３．ダイオードの配置構成」の項で詳しく説明する。
【００３５】
本実施形態では、図３に示すように、巻線巻装部６０は、ロータコア２１の外周部において径方向外側Ｒ２に向かって突出する径方向突出部６１を備えて構成されている。この径方向突出部６１は、当該径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端面と、ステータコア３１に形成されたティース３１ａの径方向内側Ｒ１の端面（内周対向面）との間に微小な径方向Ｒの間隔が形成されるように設けられている。すなわち、本実施形態では、径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端面が、ステータコア３１に対向する外周対向面とされている。
【００３６】
巻線巻装部６０は、径方向突出部６１を複数備えている。複数の径方向突出部６１は、周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置されている。そして、周方向Ｃに隣接する径方向突出部６１の間にスロット部６２が形成される。本実施形態では、巻線巻装部６０は、８個の径方向突出部６１と８個のスロット部６２とを備えている。
【００３７】
このような径方向突出部６１（突極）をロータコア２１に形成することで、ステータ３からの磁束がロータコア２１を通過する際の磁気抵抗が、周方向Ｃ位置によって変化することになる。具体的には、周方向Ｃにおける径方向突出部６１の配設位置では磁気抵抗が低くなり、周方向Ｃにおけるスロット部６２の配設位置では磁気抵抗が高くなる。これにより、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から回転磁界を発生させると、ロータコア２１を通過する磁束の磁気抵抗が小さくなるように径方向突出部６１が回転磁界に吸引され、ロータ２がステータ３により形成された回転磁界（正確には、回転磁界に含まれる基本波成分）に同期して回転する。すなわち、ロータ２にリラクタンストルクが発生して、ロータ２が回転駆動される。
【００３８】
さらに、このロータ２には、以下に述べるように、上記のリラクタンストルクに加えて磁石トルクに相当するトルクも作用するように構成されている。図２及び図３に示すように、複数の径方向突出部６１のそれぞれには、界磁巻線２２が巻かれている。この界磁巻線２２は、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から回転磁界を発生させた際に、ロータ２に磁石トルクに相当するトルクが作用するように、巻線巻装部６０に巻装されている。
【００３９】
本実施形態では、界磁巻線２２は、ステータ３から発生する回転磁界に含まれる高調波成分が鎖交した際に、周方向Ｃに隣接する径方向突出部６１同士が互いに異なる方向に磁化されるように構成されている。具体的には、界磁巻線２２は、径方向突出部６１に対して短節集中巻で巻回されている。本実施形態では、径方向突出部６１の周方向Ｃの幅が、ロータ２の電気角で１８０度に相当する幅よりも小さく設定（例えば、９０度に相当する角度に設定）されている。界磁巻線２２は、周方向Ｃに隣接する一対のスロット部６２の間に複数回巻回されている。すなわち、各磁極を生成する界磁巻線２２のそれぞれが、互いに周方向Ｃに重ならないように１つの径方向突出部６１の周りに集中的に巻回されている。そして、図３に示すように、各スロット部６２には、互いに異なる方向に径方向突出部６１を磁化させるための巻線が周方向Ｃに隣接して配置されている。また、本実施形態では、界磁巻線２２は、本例では重ね巻により巻回されている。
【００４０】
そして、図３に示すように、互いに同じ方向に磁化される径方向突出部６１に巻回された界磁巻線２２同士が直列に接続されて、２つの界磁巻線部（第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂ）が形成されている。第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂは、互いに電気的に絶縁されているとともに、それぞれが短絡回路を構成している。そして、第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂのそれぞれは、各界磁巻線部に流れる電流を一方向に整流するためのダイオード１００を備えている。すなわち、本実施形態では、ロータ２は、２つのダイオード１００を備えている。各ダイオード１００は、第一界磁巻線部２２ａ或いは第二界磁巻線部２２ｂが形成する短絡回路に、直列に接続されている。
【００４１】
本実施形態では、図３に模式的に示すように、各径方向突出部６１に対する界磁巻線２２の巻回方向は互いに同一とされている。そして、電流の流れる方向を周方向Ｃで見た場合に、第一界磁巻線部２２ａに接続されているダイオード１００と、第二界磁巻線部２２ｂに接続されているダイオード１００とは、互いに逆向きの電流の流れを許容するように配置されている。これにより、第一界磁巻線部２２ａが巻回される径方向突出部６１と、第二界磁巻線部２２ｂが巻回される径方向突出部６１とは、ステータ３から発生する回転磁界に含まれる高調波成分が鎖交した際に、互いに異なる方向に磁化される。具体的には、第一界磁巻線部２２ａが巻回される径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２にＳ極が形成され、第二界磁巻線部２２ｂが巻回される径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２にＮ極が形成される。すなわち、Ｎ極とＳ極とが周方向Ｃに交互に並ぶように、各径方向突出部６１が磁化される。
【００４２】
これにより、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から高調波成分を含む回転磁界を発生させると、各径方向突出部６１がロータ２に固定された磁石として機能して回転磁界との間で吸引力及び反発力が生じ、ロータ２がステータ３により形成された回転磁界（基本波成分）に同期して回転する。すなわち、ロータ２に磁石トルクに相当するトルクが発生して、ロータ２が回転駆動される。このように、本実施形態に係る回転電機１は、磁石トルクに相当するトルク及びリラクタンストルクの双方を利用して、ロータ２を回転駆動することが可能となっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、図２に示すように、径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端部には、周方向Ｃのスロット部６２側に突出する突出部が形成されており、この突出部に保持されるように非磁性体からなる板状部材２４が配置されている。これにより、遠心力が発生するロータ２の回転時においても、界磁巻線２２が径方向外側Ｒ２に外れないように適切に保持することが可能となっている。また、本実施形態では、図３に示すように、８個の径方向突出部６１が設けられており、ロータ２の極対数は「４」となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２の極対数は、ステータ３の極対数と等しくなっている。
【００４４】
３．ダイオードの配置構成
次に、本発明の要部であるダイオード１００の配置構成について説明する。上記のように、ロータコア２１には凹部５０が形成されており、ダイオード１００はこの凹部５０に配置されている。本実施形態では、ダイオード１００が本発明における「整流素子」に相当する。
【００４５】
凹部５０は、図３に示すように、ロータコア２１の内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成されている。本実施形態では、凹部５０は軸方向Ｌに延びる直線状の溝状凹部とされ、軸方向Ｌに直交する断面形状は矩形状とされている。そして、本実施形態では、凹部５０の径方向外側面５２は、径方向Ｒに直交する平面とされている。なお、本実施形態では、図１に示すように、凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａは、軸方向Ｌの全域でロータ軸４１の外周面により閉塞されている。
【００４６】
図１に示すように、凹部５０は、軸方向Ｌの両側に端部開口５１を備えている。端部開口５１は、ロータコア２１の軸方向Ｌ端面に開口する凹部５０の開口部である。そして、凹部５０は、軸方向Ｌ両側の端部開口５１のそれぞれまで軸方向Ｌに延びるように形成されている。すなわち、本実施形態では、凹部５０は、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部を含む、ロータコア２１における軸方向Ｌの全域に形成されている。そして、ダイオード１００と界磁巻線２２とを接続する接続導体１０１が、凹部５０内をダイオード１００から軸方向Ｌの一方側の端部開口５１まで延びるように配置されている。本実施形態では、ダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置されている。なお、接続導体１０１として、例えば、絶縁皮膜により被覆された導体線を用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、凹部５０は、軸方向Ｌに直交する断面の形状が軸方向Ｌ全域にわたって同じ形状とされているとともに、当該断面の周方向Ｃの位置も同じとなっている。そして、軸方向Ｌの全域で、凹部５０の径方向外側面５２が径方向Ｒに直交する平面となっている。すなわち、本実施形態では、凹部５０におけるダイオード１００の配置位置に加えて接続導体１０１の配置位置においても、径方向外側面５２が径方向Ｒに直交する平面とされている。
【００４８】
ダイオード１００は、図２に示すように、凹部５０内において径方向外側Ｒ２から支持されるように配置されている。本実施形態では、ダイオード１００は、凹部５０の径方向外側面５２に固定されることで、径方向外側面５２によって径方向外側Ｒ２から支持される。ダイオード１００は、例えば接着剤や接着シート等を用いて径方向外側面５２に対して固定することができる。なお、ダイオード１００を、径方向外側面５２に固定せずに、ダイオード１００を径方向外側面５２に当接させた状態で、凹部５０の径方向外側面５２以外の面（例えば、周方向Ｃの両側の面）に対してダイオード１００が固定された構成とすることもできる。
【００４９】
本実施形態では、上記のように、ロータ２は２つのダイオード１００を備えている。これに合わせて、本実施形態では、ロータコア２１には２つの凹部５０が形成されている。すなわち、本実施形態では、偶数個の凹部５０が形成されている。そして、これら偶数個の凹部５０は、図３に示すように、周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置されている。言い換えれば、各凹部５０に対して軸心を挟んで径方向Ｒに対向する位置に他の凹部５０が位置する構成となっている。これにより、ロータ２の周方向Ｃの重量バランスを良好にして、ロータ２の回転バランスを適切に確保することが可能となっている。
【００５０】
また、本実施形態では、図１に示すように、凹部５０のそれぞれには、互いに同じ個数（本例では１個）のダイオード１００が配置されている。そして、ダイオード１００は、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に配置されている。これにより、ロータ２の軸方向Ｌの重量バランスを良好にすることができ、ロータ２の回転バランスを適切に確保するのが容易となっている。
【００５１】
さらに、本実施形態では、図４に示すように、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置するように設定されている。なお、ここでいう「周方向の幅」は、厳密には「軸方向視で径方向に直交する方向の幅」を意味する。これにより、凹部５０における最も径方向外側Ｒ２に位置する部分である端部５２ａの周方向Ｃの位置を、ロータコア２１における径方向Ｒの幅の大きい部分に位置させることができ、その結果、ロータコア２１内の磁路幅を適切に確保しつつ凹部５０を設けることが可能となっている。
【００５２】
本実施形態では、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きなものが用いられている。このようなダイオード１００の形状に合わせて、凹部５０の径方向外側面５２の周方向Ｃの幅が、径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きく形成されている。そこで、本実施形態では、径方向外側面５２の周方向Ｃにおける中央位置を、周方向Ｃに隣接する２つの径方向突出部６１から周方向Ｃに均等に離れた位置に設定している。これにより、上記のような構成、すなわち、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置する構成を実現している。
【００５３】
４．その他の実施形態
最後に、本発明に係るその他の実施形態を説明する。なお、以下の各々の実施形態で開示される特徴は、その実施形態でのみ利用できるものではなく、矛盾が生じない限り、別の実施形態にも適用可能である。
【００５４】
（１）上記の実施形態では、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きなものが用いられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも小さなものを用いることも可能である。この場合、図５に示すように、凹部５０の径方向外側面５２の周方向Ｃの幅を、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗよりも小さく形成することができる。この場合には、径方向外側面５２の周方向Ｃにおける中央位置を、径方向Ｒ視で、径方向突出部６１の周方向Ｃにおける中央位置と重なる位置に設定すると好適である。このように設定することで、上記実施形態と同様、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａを、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置させることができる。
【００５５】
（２）上記の実施形態では、ロータ２が、２つのダイオード１００を備えた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータ２に備えられるダイオード１００の個数は、偶数であるか奇数であるかや、単数であるか複数であるかを問わず、適宜変更可能である。例えば、上記実施形態とは異なり、互いに同じ方向に磁化される径方向突出部６１に巻回された界磁巻線２２同士を接続せずに、各径方向突出部６１のそれぞれに専用のダイオード１００を設けて径方向突出部６１毎に短絡回路が形成された構成とすることができる。この場合、上記実施形態のように８個の径方向突出部６１が形成された構成では、８個のダイオード１００が必要となり、例えば図６及び図７に示すように、４個の凹部５０を周方向Ｃに沿って均等な間隔で設けるとともに、各凹部５０に２個のダイオード１００が配置された構成とすることができる。
【００５６】
図７に示す例では、１つの凹部５０に配置されるダイオード１００が偶数個（２つ）であるため、ロータ２の軸方向Ｌの重量バランスを考慮して、２つのダイオード１００を、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に対して軸方向Ｌの両側に分散させて配置している。このように偶数個のダイオード１００が１つの凹部５０に配置される場合には、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に対して軸方向Ｌの両側に、互いに同数のダイオード１００が配置された構成とすると好適である。また、３以上の奇数個のダイオード１００が１つの凹部５０に配置される場合には、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に１つのダイオード１００を配置するとともに、当該中央部に対して軸方向Ｌの両側に互いに同数のダイオード１００が配置された構成とすると好適である。
【００５７】
また、図７に示す例では、１つの凹部５０に配置される複数のダイオード１００について、それぞれの接続導体１０１が互いに軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置された構成を例示しているが、一部のダイオード１００の接続導体１０１について、残りのダイオード１００の接続導体１０１とは反対側の端部開口５１まで延びるように配置された構成とすることもできる。
【００５８】
（３）上記の実施形態では、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、矩形状とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、凹部５０の断面形状は、ダイオード１００の形状等に応じて適宜変更可能である。例えば凹部５０の断面形状を、Ｕ字状やＶ字状等とすることができる。すなわち、凹部５０の径方向外側面５２が平面ではなく曲面（例えば円弧面等）により形成された構成とすることもできる。
【００５９】
（４）上記の実施形態では、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、軸方向Ｌ全域にわたって同じ形状とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、軸方向Ｌに一様ではなく、軸方向Ｌ位置によって断面の形状が異なる構成とすることもできる。このような構成において、少なくともダイオード１００の配置位置における径方向外側面５２を、径方向Ｒに直交する平面とすると好適である。
【００６０】
図８に、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が一様ではない例を示す。この例では、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の断面形状と、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の断面形状とが異なるように、凹部５０が形成されている。具体的には、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の深さ（径方向Ｒの幅）が、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の深さよりも小さくなるように構成されている。なお、図示は省略するが、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の幅（周方向Ｃの幅）を、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の幅よりも小さく形成することも可能である。このように、凹部５０の深さ（径方向Ｒの幅）及び幅（周方向Ｃの幅）の一方或いは双方を、軸方向Ｌ位置によって異ならせる構成とすることができる。
【００６１】
また、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状を軸方向Ｌ位置によって変化させる構成において、形状の特徴（例えば、矩形状、Ｕ字状、或いはＶ字状のいずれであるか等）を維持しつつ互いに異なる大きさの断面形状（例えば相似の関係にある形状）とすることができ、また、形状の特徴が互いに異なる断面形状とすることもできる。
【００６２】
（５）上記の実施形態では、凹部５０が、軸方向Ｌの両側に端部開口５１を備えた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、凹部５０が、軸方向Ｌの一方側にのみ端部開口５１を備えた構成とすることもできる。また、接続導体１０１を凹部５０以外の場所に配置することが可能な構成では、凹部５０が端部開口５１を備えず、凹部５０が軸方向Ｌの両側で閉塞された構成とすることもできる。これらの場合において、上記実施形態とは異なり、凹部５０が、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部分には形成されておらず、当該中央部分から軸方向Ｌにずれた位置にのみ形成された構成とすることも可能である。
【００６３】
（６）上記の実施形態では、ロータコア２１に偶数個の凹部５０が備えられた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１に奇数個の凹部５０が備えられた構成とすることもできる。この場合においても、複数の凹部５０を周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置すると好適である。なお、当然ながら、複数（偶数であるか奇数であるかを問わない。）の凹部５０がロータコア２１に備えられる構成において、複数の凹部５０を周方向Ｃに沿って不均一な間隔で配置することも可能である。また、ロータコア２１に、１つの凹部５０のみが形成された構成とすることも可能である。
【００６４】
（７）上記の実施形態では、同一のダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、上記実施形態のように軸方向Ｌの両側に端部開口５１が形成されている場合には、同一のダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、それぞれ互いに反対側の端部開口５１まで延びるように配置された構成とすることもできる。
【００６５】
（８）上記の実施形態では、凹部５０のそれぞれに、互いに同じ個数（上記実施形態では１つ）のダイオード１００が配置された構成を例として説明したが、凹部５０のそれぞれに配置されるダイオード１００の個数を互いに異ならせることも可能である。
【００６６】
（９）上記の実施形態では、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置するように設定された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ダイオード１００の大きさやロータコア２１の径方向Ｒの幅等によっては、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、ロータコア２１の外周部における径方向突出部６１の形成されていない部分（スロット部６２）の径方向内側端の周方向Ｃの幅内に位置するように設定された構成とすることも可能である。
【００６７】
（１０）上記の実施形態では、界磁巻線２２が、径方向突出部６１に対して短節巻で巻回されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、界磁巻線２２が径方向突出部６１に対して全節巻で巻回されるように、径方向突出部６１の周方向Ｃの幅が、ロータ２の電気角で約１８０度に相当する幅に設定された構成とすることもできる。また、上記の実施形態では、界磁巻線２２が、周方向Ｃに隣接する一対のスロット部６２の間に複数回巻回されている構成を例として説明したが、間に他のスロット部６２を挟んで周方向Ｃに並ぶ一対のスロット部６２の間に、界磁巻線２２が複数回巻回された構成とすることもできる。例えば、間に２つのスロット部６２を挟んで周方向Ｃに並ぶ一対のスロット部６２の間に、界磁巻線２２が複数回巻回された構成とすることができる。
【００６８】
（１１）上記の実施形態では、界磁巻線２２が、各径方向突出部６１に対して集中巻で巻回されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１に対する界磁巻線２２の巻装方法は適宜変更可能である。例えば、界磁巻線２２が、分布巻で巻装された構成とすることができる。また、上記の実施形態では、界磁巻線２２が重ね巻により巻装された構成を例として説明したが、波巻により巻装された構成とすることもできる。
【００６９】
（１２）上記の実施形態では、ロータ２が永久磁石やフラックスバリアを備えない構成を例として説明したが、ロータコア２１に永久磁石が備えられた構成や、ロータコア２１の内部にフラックスバリア（例えば空隙等）が形成された構成とすることもできる。
【００７０】
（１３）上記の実施形態では、凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａが、軸方向Ｌの全域で、ロータ軸４１の外周面により閉塞された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、開口部５０ａの少なくとも一部が閉塞されずに開放されている構成や、開口部５０ａの少なくとも一部がロータ軸４１とは別の部材により閉塞された構成とすることもできる。
【００７１】
（１４）上記の実施形態では、ロータコア２１及びステータコア３１の双方が、複数枚の電磁鋼板の積層体である構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１及びステータコア３１の少なくとも一方が、磁性材料の粉体である磁性粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素として形成された構成とすることもできる。
【００７２】
（１５）上記の実施形態では、ロータ２がステータ３の径方向内側Ｒ１に配置される構成、すなわち、回転電機１がラジアルタイプの回転電機とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明に係る回転電機子用ロータを、アキシャルタイプの回転電機用のロータに適用することも可能である。この場合、ロータがステータに対して軸方向Ｌに並べて配置される構成となる。
【００７３】
（１６）上記の実施形態では、整流素子としてダイオード１００を用いた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、電流を一方向に規制することができるあらゆる素子（モジュールを含む）を用いて、本発明に係る整流素子を構成することも可能である。
【００７４】
（１７）上記の実施形態では、回転電機１が三相交流で駆動される構成を例として説明したが、回転電機１が三相以外の相数（例えば「１」、「２」、「４」等）の交流により駆動される構成とすることもできる。
【００７５】
（１８）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願の特許請求の範囲に記載された構成及びこれと均等な構成を備えている限り、特許請求の範囲に記載されていない構成の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、円筒状のロータコアと、ロータコアに巻装された界磁巻線と、界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
２：ロータ（回転電機用ロータ）
２１：ロータコア
２２：界磁巻線
２３：挿通孔
４１：ロータ軸
５０：凹部
５０ａ：開口部
５１：端部開口
５２：径方向外側面
５２ａ：周方向の端部
６０：巻線巻装部
６１：径方向突出部
６１ａ：径方向内側端
１００：ダイオード（整流素子）
１０１：接続導体
Ｃ：周方向
Ｌ：軸方向
Ｒ：径方向
Ｒ１：径方向内側
Ｒ２：径方向外側
Ｗ：周方向の幅
【技術分野】
【０００１】
本発明は、円筒状のロータコアと、ロータコアに巻装された界磁巻線と、界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のような回転電機用ロータの従来技術として、例えば下記の特許文献１に記載された技術がある。以下、この背景技術の説明では、特許文献１の符号又は名称を適宜（）内に記載して引用する。特許文献１には、ステータ（１２）で形成された高調波成分を含む回転磁界の鎖交により界磁巻線（ロータ巻線１８，１８ｎ，１８ｓ）に誘導起電力を発生させ、当該誘導起電力により発生するトルク（磁石トルクに相当するトルク）を利用してロータ（１４）を回転させる構成が記載されている。そして、特許文献１には、上記の誘導起電力を効率的に発生させるべく、界磁巻線を短節巻で巻装すること等が記載されている。
【０００３】
ところで、上記のような回転電機用ロータでは、少なくとも１つの整流素子が必要になるが、このような整流素子はある程度の大きさや重量を有する。そのため、整流素子の配置位置によっては、回転電機用ロータの回転バランスが低下し、当該回転電機用ロータを備える回転電機の性能が低下するおそれがある。また、ローアコアには界磁巻線が巻装されるとともに磁束が通過するため、整流素子の配置スペースには制約がある。更に、回転電機用ロータは回転部材であるため、配置した整流素子が飛散しないような保持強度を適切に確保する必要もある。しかしながら、特許文献１には、整流素子（ダイオード２１，２１ｎ，２１ｓ）の配置位置に言及した記載はなく、上記の回転バランス、配置スペース、及び保持強度の確保の観点から好適な整流素子の配置構成は未だ判明していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１２０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、配置スペース及び保持強度を適切に確保しつつ、回転バランスの低下が抑制された形態で整流素子を配置することが可能な回転電機用ロータの実現が望まれる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る円筒状のロータコアと、前記ロータコアに巻装された界磁巻線と、前記界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータの特徴構成は、前記ロータコアは、外周部に形成されて前記界磁巻線が巻装される巻線巻装部と、内周面から径方向外側に窪むように形成された凹部と、を備え、前記整流素子が、前記凹部内において径方向外側から支持されるように配置されている点にある。
【０００７】
本願において、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。
【０００８】
上記の特徴構成によれば、整流素子がロータコアの内周部に形成された凹部に配置されるため、整流素子がロータコアの外周部に配置される場合に比べ、整流素子を内径側に位置させて、整流素子を配置することで重量のアンバランスが生じる部位を内径側に位置させることができる。これにより、ロータの回転時に整流素子に発生する遠心力を低く抑えることができ、ロータの回転バランスを適切に確保するのが容易となる。このように、上記の特徴構成によれば、回転バランスの低下を抑制しつつ整流素子を適切に配置することができる。
また、上記の特徴構成によれば、整流素子が凹部内において径方向外側から支持されるように配置される。よって、ロータの回転速度が高く整流素子に発生する遠心力が大きくなった場合でも、整流素子を凹部によって適切に保持することができ、整流素子の保持強度を適切に確保するのが容易となる。
更に、整流素子を配置するための凹部が、巻線巻装部が設けられる外周部とは径方向に離れた内周部に形成されるため、ロータコア内を通過する磁束に与える影響が少ない場所に、整流素子を配置するためのスペースを適切に確保することが可能となっている。
【０００９】
ここで、前記ロータコアの内周面に囲まれた挿通孔に挿通されるロータ軸を更に備え、
前記ロータ軸の外周面は、前記ロータコアの内周面に接して前記凹部の径方向内側の開口部を閉塞し、前記凹部は、前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に開口する端部開口まで前記軸方向に延びるように形成され、前記整流素子と前記界磁巻線とを接続する接続導体が、前記凹部内を前記端部開口まで延びるように配置されていると好適である。
【００１０】
この構成によれば、凹部に整流素子を配置した後にロータ軸をロータコアの挿通孔に挿通することで、径方向内側の開口部が閉塞された凹部に整流素子が配置された構成を実現することができるため、ロータの製造工程の簡素化を図ることができる。
また、整流素子を配置するための凹部を有効に利用して、整流素子と界磁巻線とを接続する接続導体を配置することができるため、ロータコアの構成を簡素なものとして製造工程の簡素化を図ることができる。
【００１１】
また、前記巻線巻装部は、前記ロータコアの外周部において径方向外側に向かって突出するとともに前記界磁巻線が巻かれる径方向突出部を複数備え、複数の前記径方向突出部は、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、前記凹部は、少なくとも前記整流素子の配置位置における径方向外側面が、前記ロータコアの径方向に直交する平面とされ、前記径方向視で、前記径方向外側面の前記周方向の端部が、前記径方向突出部の径方向内側端の前記周方向の幅内に位置するように設定されていると好適である。
【００１２】
この構成によれば、周方向の位置に関して、整流素子の配置位置における凹部の径方向最外側部位（径方向外側面の周方向の端部）が、ロータコアにおける径方向幅が他の部位に比べて大きく形成された径方向突出部と重複する部分に位置するため、磁路幅を適切に確保しつつ凹部を設けることが容易となる。
【００１３】
また、偶数個の前記凹部が、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部のそれぞれに、互いに同じ個数の前記整流素子が配置されていると好適である。
【００１４】
この構成によれば、偶数個の凹部が設けられる場合に、各凹部に対して軸心を挟んで径方向に対向する位置に他の凹部が位置する構成とすることができ、ロータの周方向の重量バランスを良好にして、ロータの回転バランスを適切に確保することができる。
【００１５】
また、前記凹部は、少なくとも前記ロータコアの軸方向中央部に形成され、前記整流素子は、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されていると好適である。
【００１６】
この構成によれば、ロータの軸方向の重量バランスを良好にすることができるため、ロータの回転バランスを適切に確保するのが容易となる。
【００１７】
また、前記凹部における前記ロータコアの軸方向に直交する断面の形状が、前記ロータコアの軸方向全域にわたって同じ形状とされていると好適である。
【００１８】
この構成によれば、ロータコアの製造工程を簡素化することができ、製造コストを抑制することができる。例えば、ロータコアが複数の鋼板を積層してなる積層構造体である場合には、各鋼板を同一形状のものとすることができ、管理手段を共通化して製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機の軸方向に沿う断面形状を示す模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態に係る界磁巻線の結線構成を示す模式図である。
【図４】本発明の実施形態に係るロータの一部の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図５】本発明のその他の実施形態に係るロータの一部の軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図６】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に直交する断面形状を示す模式図である。
【図７】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に沿う断面形状を示す模式図である。
【図８】本発明のその他の実施形態に係るロータの軸方向に沿う断面形状を示す模式図である
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る回転電機用ロータの実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機用ロータ２（以下、単に「ロータ」という。）は、ラジアルタイプの回転電機１に用いられるロータとされ、図１に示すように、ロータ２はステータ３の径方向内側Ｒ１に配置されている。そして、ロータ２に界磁巻線（ロータコイル）２２が備えられているとともにステータ３に回転磁界を発生させるための電機子巻線（ステータコイル）３２が備えられている。この回転電機１は、界磁巻線２２に鎖交する電機子巻線３２からの回転磁界の高調波成分によって界磁巻線２２に発生する誘導起電力を利用し、当該誘導起電力により界磁巻線２２に流れる電流を一方向に整流することで界磁巻線２２に磁極を発生させる。そして、界磁巻線２２に発生した磁極と回転磁界との吸引反発を利用してロータ２を回転させる。すなわち、この回転電機１は、誘導起電力によって界磁巻線２２を電磁石として機能させる誘導式の同期機（同期回転電機）である。
【００２１】
以下の説明では、特に断らない限り、「軸方向Ｌ」、「周方向Ｃ」、「径方向Ｒ」は、ロータコア２１の軸心（ロータ軸４１の軸心）を基準として定義している（図１、図２参照）。そして、「径方向内側Ｒ１」はロータコア２１の軸心を基準とした径方向Ｒにおける内側を表し、「径方向外側Ｒ２」はロータコア２１の軸心を基準とした径方向Ｒにおける外側を表す。なお、各部材についての方向は、当該各部材が回転電機１として組み付けられた状態での方向を表す。ここで、各部材についての方向や、２つの部材間の配置方向の関係（例えば、「平行」や「直交」等）は、製造上の誤差に応じたずれを含む概念として用いている。このような製造上の誤差は、例えば、寸法や取り付け位置の公差の範囲内のずれにより生じる。
【００２２】
図１に示すように、ロータ２は、界磁巻線２２に流れる電流を一方向に規制するための整流素子として、ダイオード１００を備えている。そして、このダイオード１００は、ロータコア２１の内周部（内周面を含む部分、以下同じ。）に設けられた凹部５０に配置される。これにより、ロータ２の回転バランスの低下を抑制しつつダイオード１００を配置することや、ダイオード１００の保持強度を適切に確保すること、更には、ロータコア２１内を通過する磁束に与える影響が少ない位置にダイオード１００を配置することが可能となっている。以下、本実施形態に係るロータ２の構成について詳細に説明する。なお、以下の説明で参照する各図面は、本願発明の理解に必要な構成を模式的に示したものであり、一部の構成を適宜省略し、或いは一部の構成を適宜簡略化して示している。
【００２３】
１．回転電機の全体構成
図１に示すように、本実施形態に係る回転電機１は、ロータ２及びステータ３を備えており、回転電機１はケース４の内部に収容されている。この回転電機１は、ステータ３に供給される電力によりロータ２の動力（回転駆動力）を得るモータ（電動機）として機能するとともに、ロータ２の動力によりステータ３に電力を発生させるジェネレータ（発電機）としても機能するように構成されている。このような回転電機１は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等に車輪の駆動力源として備えられる。
【００２４】
ステータ３は、ケース４の内面に固定されている。本例では、ステータ３は、締結ボルト９４によりケース４の内面に締結固定されている。ステータ３は、ステータコア３１と当該ステータコア３１に巻装された電機子巻線３２とを備え、回転電機１の電機子を構成する。ステータコア３１は、図２に示すように、外周部（外周面を含む部分、以下同じ。）に設けられた取付用突出部３３を除いて全体として円筒状に形成されており、本例では、ステータコア３１は複数枚の電磁鋼板を軸方向Ｌに積層して構成されている。本実施形態では、ステータコア３１には３つの取付用突出部３３が形成されている。そして、これら３つの取付用突出部３３は、ステータコア３１の外周部に周方向Ｃに沿って均等に配置されており、各取付用突出部３３には締結ボルト９４の挿通孔３３ａが形成されている。
【００２５】
ステータコア３１は、内周面側に周方向Ｃに一定間隔で複数のティース３１ａが形成されており、周方向Ｃに隣接するティース３１ａの間にスロット３１ｂが形成されている。そして、電機子巻線３２が、スロット３１ｂ内に収まるように、各ティース３１ａの周囲に巻装されている。
【００２６】
ステータ３の径方向内側Ｒ１には、ロータ２が、ステータ３に対して相対回転可能に配置されている。ロータ２は、ロータコア２１と、当該ロータコア２１に巻装された界磁巻線２２とを備え、回転電機１の界磁を構成する。ロータコア２１は、全体として円筒状に形成されており、本例では、ロータコア２１は複数枚の電磁鋼板を軸方向Ｌに積層して構成されている。なお、ロータ２の構成については、後の「２．ロータの構成」の項で詳しく説明する。
【００２７】
本実施形態では、回転電機１は、三相交流（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）で駆動されるモータとして機能する。そのため、電機子巻線３２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の各相に対応して備えられている。そして、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給することで、ステータ３（電機子巻線３２）は、ロータ２を回転させるための回転磁界を発生させる。また、回転電機１は、回転電機１の外部から伝達される動力によりロータ２を回転させて、ステータ３（電機子巻線３２）に交流電力を発生させることも可能となっている。
【００２８】
詳細は後述するが、この回転電機１は、ロータ２を回転させるためのトルクの少なくとも一部を、ロータコア２１に巻装された界磁巻線２２に発生する誘導起電力を利用して得る構成となっている。そして、この誘導起電力として、回転磁界に含まれる高調波成分が界磁巻線２２に鎖交することで生じる起電力を用いる。そこで、本実施形態では、回転磁界に適度な量の高調波成分が含まれるように、電機子巻線３２は、ステータコア３１に対して集中巻で巻装されている。
【００２９】
具体的には、電機子巻線３２は、各相（Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相）の巻線同士が互いに周方向Ｃに重ならないように、各ティース３１ａに対して各相の巻線が集中的に巻回された短節集中巻とされている。従って、ステータ３には、Ｕ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａと、Ｖ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａと、Ｗ相用の電機子巻線３２が巻回されたティース３１ａとが、基本的に、周方向Ｃに沿って順番に現れるように配置されている。この際、各スロット３１ｂには、互いに異なる相の巻線が周方向Ｃに隣接して配置されている。なお、本実施形態では、図２に示すように、ステータコア３１には１２個のティース３１ａが形成されており、またステータ３に供給される交流電流の相数は「３」であるため、ステータ３の極対数は「４」となっている。
【００３０】
２．ロータの構成
次に、ロータ２の構成について詳細に説明する。上記のように、ロータ２は、ロータコア２１と界磁巻線２２とを備えている。また、ロータ２は、ロータコア２１に固定されて当該ロータコア２１と一体回転するロータ軸４１と、界磁巻線２２に接続されるとともに当該界磁巻線２２に流れる電流を一方向に規制するダイオード１００とを備えている。
【００３１】
図２及び図３に示すように、ロータコア２１にはロータ軸４１を挿通するための挿通孔２３が形成されている。挿通孔２３は、ロータコア２１の内周面に囲まれた空間として形成されている。そして、ロータ軸４１は、挿通孔２３に挿通された状態でロータコア２１に固定されている。この状態で、ロータ軸４１の外周面が、ロータコア２１の内周面に接して、後述する凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａを閉塞する。なお、ロータ軸４１は、例えば、圧入や焼き嵌め、或いはキー結合等により、ロータコア２１と一体回転するようにロータコア２１に固定される。
【００３２】
図１に示すように、ロータ軸４１は、軸方向Ｌの一方側（図１における右側、以下同様。）で第一支持軸受８１によってケース４に対して回転可能に支持されているとともに、軸方向Ｌの他方側（図１における左側、以下同様。）で第二支持軸受８２によってケース４に対して回転可能に支持されている。すなわち、ロータ２は、軸方向Ｌの両側で支持軸受８１，８２によってケース４に対して回転可能に支持されている。
【００３３】
ロータコア２１の軸方向Ｌの両側には、ロータコア２１を挟持するためのエンドプレート９３が備えられている。そして、本実施形態では、軸方向Ｌの一方側のエンドプレート９３が、ロータ軸４１に形成されたフランジ部により、ロータ軸４１に対して軸方向Ｌに位置決め保持されている。また、軸方向Ｌの他方側のエンドプレート９３が、止めねじ９１によりロータ軸４１に対して軸方向Ｌに位置決め保持されている。これにより、ロータコア２１は、軸方向Ｌの両側からエンドプレート９３により挟持された状態で、ロータ軸４１に対して固定される。なお、本例では、軸方向Ｌの他方側のエンドプレート９３と止めねじ９１との間に、ワッシャ９２が介装されている。
【００３４】
ロータコア２１は、図２及び図３に示すように、巻線巻装部６０と凹部５０とを備えている。巻線巻装部６０は、ロータコア２１の外周部に形成されて、界磁巻線２２が巻装される部分である。また、凹部５０は、ロータコア２１の内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成されて、ダイオード１００が配置される部分である。なお、ダイオード１００の配置構成については、後の「３．ダイオードの配置構成」の項で詳しく説明する。
【００３５】
本実施形態では、図３に示すように、巻線巻装部６０は、ロータコア２１の外周部において径方向外側Ｒ２に向かって突出する径方向突出部６１を備えて構成されている。この径方向突出部６１は、当該径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端面と、ステータコア３１に形成されたティース３１ａの径方向内側Ｒ１の端面（内周対向面）との間に微小な径方向Ｒの間隔が形成されるように設けられている。すなわち、本実施形態では、径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端面が、ステータコア３１に対向する外周対向面とされている。
【００３６】
巻線巻装部６０は、径方向突出部６１を複数備えている。複数の径方向突出部６１は、周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置されている。そして、周方向Ｃに隣接する径方向突出部６１の間にスロット部６２が形成される。本実施形態では、巻線巻装部６０は、８個の径方向突出部６１と８個のスロット部６２とを備えている。
【００３７】
このような径方向突出部６１（突極）をロータコア２１に形成することで、ステータ３からの磁束がロータコア２１を通過する際の磁気抵抗が、周方向Ｃ位置によって変化することになる。具体的には、周方向Ｃにおける径方向突出部６１の配設位置では磁気抵抗が低くなり、周方向Ｃにおけるスロット部６２の配設位置では磁気抵抗が高くなる。これにより、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から回転磁界を発生させると、ロータコア２１を通過する磁束の磁気抵抗が小さくなるように径方向突出部６１が回転磁界に吸引され、ロータ２がステータ３により形成された回転磁界（正確には、回転磁界に含まれる基本波成分）に同期して回転する。すなわち、ロータ２にリラクタンストルクが発生して、ロータ２が回転駆動される。
【００３８】
さらに、このロータ２には、以下に述べるように、上記のリラクタンストルクに加えて磁石トルクに相当するトルクも作用するように構成されている。図２及び図３に示すように、複数の径方向突出部６１のそれぞれには、界磁巻線２２が巻かれている。この界磁巻線２２は、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から回転磁界を発生させた際に、ロータ２に磁石トルクに相当するトルクが作用するように、巻線巻装部６０に巻装されている。
【００３９】
本実施形態では、界磁巻線２２は、ステータ３から発生する回転磁界に含まれる高調波成分が鎖交した際に、周方向Ｃに隣接する径方向突出部６１同士が互いに異なる方向に磁化されるように構成されている。具体的には、界磁巻線２２は、径方向突出部６１に対して短節集中巻で巻回されている。本実施形態では、径方向突出部６１の周方向Ｃの幅が、ロータ２の電気角で１８０度に相当する幅よりも小さく設定（例えば、９０度に相当する角度に設定）されている。界磁巻線２２は、周方向Ｃに隣接する一対のスロット部６２の間に複数回巻回されている。すなわち、各磁極を生成する界磁巻線２２のそれぞれが、互いに周方向Ｃに重ならないように１つの径方向突出部６１の周りに集中的に巻回されている。そして、図３に示すように、各スロット部６２には、互いに異なる方向に径方向突出部６１を磁化させるための巻線が周方向Ｃに隣接して配置されている。また、本実施形態では、界磁巻線２２は、本例では重ね巻により巻回されている。
【００４０】
そして、図３に示すように、互いに同じ方向に磁化される径方向突出部６１に巻回された界磁巻線２２同士が直列に接続されて、２つの界磁巻線部（第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂ）が形成されている。第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂは、互いに電気的に絶縁されているとともに、それぞれが短絡回路を構成している。そして、第一界磁巻線部２２ａ及び第二界磁巻線部２２ｂのそれぞれは、各界磁巻線部に流れる電流を一方向に整流するためのダイオード１００を備えている。すなわち、本実施形態では、ロータ２は、２つのダイオード１００を備えている。各ダイオード１００は、第一界磁巻線部２２ａ或いは第二界磁巻線部２２ｂが形成する短絡回路に、直列に接続されている。
【００４１】
本実施形態では、図３に模式的に示すように、各径方向突出部６１に対する界磁巻線２２の巻回方向は互いに同一とされている。そして、電流の流れる方向を周方向Ｃで見た場合に、第一界磁巻線部２２ａに接続されているダイオード１００と、第二界磁巻線部２２ｂに接続されているダイオード１００とは、互いに逆向きの電流の流れを許容するように配置されている。これにより、第一界磁巻線部２２ａが巻回される径方向突出部６１と、第二界磁巻線部２２ｂが巻回される径方向突出部６１とは、ステータ３から発生する回転磁界に含まれる高調波成分が鎖交した際に、互いに異なる方向に磁化される。具体的には、第一界磁巻線部２２ａが巻回される径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２にＳ極が形成され、第二界磁巻線部２２ｂが巻回される径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２にＮ極が形成される。すなわち、Ｎ極とＳ極とが周方向Ｃに交互に並ぶように、各径方向突出部６１が磁化される。
【００４２】
これにより、電機子巻線３２に三相の交流電流を供給してステータ３から高調波成分を含む回転磁界を発生させると、各径方向突出部６１がロータ２に固定された磁石として機能して回転磁界との間で吸引力及び反発力が生じ、ロータ２がステータ３により形成された回転磁界（基本波成分）に同期して回転する。すなわち、ロータ２に磁石トルクに相当するトルクが発生して、ロータ２が回転駆動される。このように、本実施形態に係る回転電機１は、磁石トルクに相当するトルク及びリラクタンストルクの双方を利用して、ロータ２を回転駆動することが可能となっている。
【００４３】
なお、本実施形態では、図２に示すように、径方向突出部６１の径方向外側Ｒ２の端部には、周方向Ｃのスロット部６２側に突出する突出部が形成されており、この突出部に保持されるように非磁性体からなる板状部材２４が配置されている。これにより、遠心力が発生するロータ２の回転時においても、界磁巻線２２が径方向外側Ｒ２に外れないように適切に保持することが可能となっている。また、本実施形態では、図３に示すように、８個の径方向突出部６１が設けられており、ロータ２の極対数は「４」となる。すなわち、本実施形態では、ロータ２の極対数は、ステータ３の極対数と等しくなっている。
【００４４】
３．ダイオードの配置構成
次に、本発明の要部であるダイオード１００の配置構成について説明する。上記のように、ロータコア２１には凹部５０が形成されており、ダイオード１００はこの凹部５０に配置されている。本実施形態では、ダイオード１００が本発明における「整流素子」に相当する。
【００４５】
凹部５０は、図３に示すように、ロータコア２１の内周面から径方向外側Ｒ２に窪むように形成されている。本実施形態では、凹部５０は軸方向Ｌに延びる直線状の溝状凹部とされ、軸方向Ｌに直交する断面形状は矩形状とされている。そして、本実施形態では、凹部５０の径方向外側面５２は、径方向Ｒに直交する平面とされている。なお、本実施形態では、図１に示すように、凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａは、軸方向Ｌの全域でロータ軸４１の外周面により閉塞されている。
【００４６】
図１に示すように、凹部５０は、軸方向Ｌの両側に端部開口５１を備えている。端部開口５１は、ロータコア２１の軸方向Ｌ端面に開口する凹部５０の開口部である。そして、凹部５０は、軸方向Ｌ両側の端部開口５１のそれぞれまで軸方向Ｌに延びるように形成されている。すなわち、本実施形態では、凹部５０は、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部を含む、ロータコア２１における軸方向Ｌの全域に形成されている。そして、ダイオード１００と界磁巻線２２とを接続する接続導体１０１が、凹部５０内をダイオード１００から軸方向Ｌの一方側の端部開口５１まで延びるように配置されている。本実施形態では、ダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置されている。なお、接続導体１０１として、例えば、絶縁皮膜により被覆された導体線を用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態では、凹部５０は、軸方向Ｌに直交する断面の形状が軸方向Ｌ全域にわたって同じ形状とされているとともに、当該断面の周方向Ｃの位置も同じとなっている。そして、軸方向Ｌの全域で、凹部５０の径方向外側面５２が径方向Ｒに直交する平面となっている。すなわち、本実施形態では、凹部５０におけるダイオード１００の配置位置に加えて接続導体１０１の配置位置においても、径方向外側面５２が径方向Ｒに直交する平面とされている。
【００４８】
ダイオード１００は、図２に示すように、凹部５０内において径方向外側Ｒ２から支持されるように配置されている。本実施形態では、ダイオード１００は、凹部５０の径方向外側面５２に固定されることで、径方向外側面５２によって径方向外側Ｒ２から支持される。ダイオード１００は、例えば接着剤や接着シート等を用いて径方向外側面５２に対して固定することができる。なお、ダイオード１００を、径方向外側面５２に固定せずに、ダイオード１００を径方向外側面５２に当接させた状態で、凹部５０の径方向外側面５２以外の面（例えば、周方向Ｃの両側の面）に対してダイオード１００が固定された構成とすることもできる。
【００４９】
本実施形態では、上記のように、ロータ２は２つのダイオード１００を備えている。これに合わせて、本実施形態では、ロータコア２１には２つの凹部５０が形成されている。すなわち、本実施形態では、偶数個の凹部５０が形成されている。そして、これら偶数個の凹部５０は、図３に示すように、周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置されている。言い換えれば、各凹部５０に対して軸心を挟んで径方向Ｒに対向する位置に他の凹部５０が位置する構成となっている。これにより、ロータ２の周方向Ｃの重量バランスを良好にして、ロータ２の回転バランスを適切に確保することが可能となっている。
【００５０】
また、本実施形態では、図１に示すように、凹部５０のそれぞれには、互いに同じ個数（本例では１個）のダイオード１００が配置されている。そして、ダイオード１００は、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に配置されている。これにより、ロータ２の軸方向Ｌの重量バランスを良好にすることができ、ロータ２の回転バランスを適切に確保するのが容易となっている。
【００５１】
さらに、本実施形態では、図４に示すように、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置するように設定されている。なお、ここでいう「周方向の幅」は、厳密には「軸方向視で径方向に直交する方向の幅」を意味する。これにより、凹部５０における最も径方向外側Ｒ２に位置する部分である端部５２ａの周方向Ｃの位置を、ロータコア２１における径方向Ｒの幅の大きい部分に位置させることができ、その結果、ロータコア２１内の磁路幅を適切に確保しつつ凹部５０を設けることが可能となっている。
【００５２】
本実施形態では、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きなものが用いられている。このようなダイオード１００の形状に合わせて、凹部５０の径方向外側面５２の周方向Ｃの幅が、径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きく形成されている。そこで、本実施形態では、径方向外側面５２の周方向Ｃにおける中央位置を、周方向Ｃに隣接する２つの径方向突出部６１から周方向Ｃに均等に離れた位置に設定している。これにより、上記のような構成、すなわち、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置する構成を実現している。
【００５３】
４．その他の実施形態
最後に、本発明に係るその他の実施形態を説明する。なお、以下の各々の実施形態で開示される特徴は、その実施形態でのみ利用できるものではなく、矛盾が生じない限り、別の実施形態にも適用可能である。
【００５４】
（１）上記の実施形態では、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも大きなものが用いられている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ダイオード１００として、その周方向Ｃの幅が径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅よりも小さなものを用いることも可能である。この場合、図５に示すように、凹部５０の径方向外側面５２の周方向Ｃの幅を、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗよりも小さく形成することができる。この場合には、径方向外側面５２の周方向Ｃにおける中央位置を、径方向Ｒ視で、径方向突出部６１の周方向Ｃにおける中央位置と重なる位置に設定すると好適である。このように設定することで、上記実施形態と同様、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａを、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置させることができる。
【００５５】
（２）上記の実施形態では、ロータ２が、２つのダイオード１００を備えた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータ２に備えられるダイオード１００の個数は、偶数であるか奇数であるかや、単数であるか複数であるかを問わず、適宜変更可能である。例えば、上記実施形態とは異なり、互いに同じ方向に磁化される径方向突出部６１に巻回された界磁巻線２２同士を接続せずに、各径方向突出部６１のそれぞれに専用のダイオード１００を設けて径方向突出部６１毎に短絡回路が形成された構成とすることができる。この場合、上記実施形態のように８個の径方向突出部６１が形成された構成では、８個のダイオード１００が必要となり、例えば図６及び図７に示すように、４個の凹部５０を周方向Ｃに沿って均等な間隔で設けるとともに、各凹部５０に２個のダイオード１００が配置された構成とすることができる。
【００５６】
図７に示す例では、１つの凹部５０に配置されるダイオード１００が偶数個（２つ）であるため、ロータ２の軸方向Ｌの重量バランスを考慮して、２つのダイオード１００を、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に対して軸方向Ｌの両側に分散させて配置している。このように偶数個のダイオード１００が１つの凹部５０に配置される場合には、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に対して軸方向Ｌの両側に、互いに同数のダイオード１００が配置された構成とすると好適である。また、３以上の奇数個のダイオード１００が１つの凹部５０に配置される場合には、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部に１つのダイオード１００を配置するとともに、当該中央部に対して軸方向Ｌの両側に互いに同数のダイオード１００が配置された構成とすると好適である。
【００５７】
また、図７に示す例では、１つの凹部５０に配置される複数のダイオード１００について、それぞれの接続導体１０１が互いに軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置された構成を例示しているが、一部のダイオード１００の接続導体１０１について、残りのダイオード１００の接続導体１０１とは反対側の端部開口５１まで延びるように配置された構成とすることもできる。
【００５８】
（３）上記の実施形態では、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、矩形状とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、凹部５０の断面形状は、ダイオード１００の形状等に応じて適宜変更可能である。例えば凹部５０の断面形状を、Ｕ字状やＶ字状等とすることができる。すなわち、凹部５０の径方向外側面５２が平面ではなく曲面（例えば円弧面等）により形成された構成とすることもできる。
【００５９】
（４）上記の実施形態では、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、軸方向Ｌ全域にわたって同じ形状とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が、軸方向Ｌに一様ではなく、軸方向Ｌ位置によって断面の形状が異なる構成とすることもできる。このような構成において、少なくともダイオード１００の配置位置における径方向外側面５２を、径方向Ｒに直交する平面とすると好適である。
【００６０】
図８に、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状が一様ではない例を示す。この例では、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の断面形状と、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の断面形状とが異なるように、凹部５０が形成されている。具体的には、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の深さ（径方向Ｒの幅）が、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の深さよりも小さくなるように構成されている。なお、図示は省略するが、接続導体１０１の配置位置における凹部５０の幅（周方向Ｃの幅）を、ダイオード１００の配置位置における凹部５０の幅よりも小さく形成することも可能である。このように、凹部５０の深さ（径方向Ｒの幅）及び幅（周方向Ｃの幅）の一方或いは双方を、軸方向Ｌ位置によって異ならせる構成とすることができる。
【００６１】
また、凹部５０における軸方向Ｌに直交する断面の形状を軸方向Ｌ位置によって変化させる構成において、形状の特徴（例えば、矩形状、Ｕ字状、或いはＶ字状のいずれであるか等）を維持しつつ互いに異なる大きさの断面形状（例えば相似の関係にある形状）とすることができ、また、形状の特徴が互いに異なる断面形状とすることもできる。
【００６２】
（５）上記の実施形態では、凹部５０が、軸方向Ｌの両側に端部開口５１を備えた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、例えば図８に示すように、凹部５０が、軸方向Ｌの一方側にのみ端部開口５１を備えた構成とすることもできる。また、接続導体１０１を凹部５０以外の場所に配置することが可能な構成では、凹部５０が端部開口５１を備えず、凹部５０が軸方向Ｌの両側で閉塞された構成とすることもできる。これらの場合において、上記実施形態とは異なり、凹部５０が、ロータコア２１における軸方向Ｌの中央部分には形成されておらず、当該中央部分から軸方向Ｌにずれた位置にのみ形成された構成とすることも可能である。
【００６３】
（６）上記の実施形態では、ロータコア２１に偶数個の凹部５０が備えられた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１に奇数個の凹部５０が備えられた構成とすることもできる。この場合においても、複数の凹部５０を周方向Ｃに沿って均等な間隔で配置すると好適である。なお、当然ながら、複数（偶数であるか奇数であるかを問わない。）の凹部５０がロータコア２１に備えられる構成において、複数の凹部５０を周方向Ｃに沿って不均一な間隔で配置することも可能である。また、ロータコア２１に、１つの凹部５０のみが形成された構成とすることも可能である。
【００６４】
（７）上記の実施形態では、同一のダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、軸方向Ｌの同じ側の端部開口５１まで延びるように配置されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、上記実施形態のように軸方向Ｌの両側に端部開口５１が形成されている場合には、同一のダイオード１００に対する電流の流入側と流出側との双方の接続導体１０１が、それぞれ互いに反対側の端部開口５１まで延びるように配置された構成とすることもできる。
【００６５】
（８）上記の実施形態では、凹部５０のそれぞれに、互いに同じ個数（上記実施形態では１つ）のダイオード１００が配置された構成を例として説明したが、凹部５０のそれぞれに配置されるダイオード１００の個数を互いに異ならせることも可能である。
【００６６】
（９）上記の実施形態では、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、径方向突出部６１の径方向内側端６１ａの周方向Ｃの幅Ｗ内に位置するように設定された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ダイオード１００の大きさやロータコア２１の径方向Ｒの幅等によっては、径方向Ｒ視で、径方向外側面５２の周方向Ｃの端部５２ａが、ロータコア２１の外周部における径方向突出部６１の形成されていない部分（スロット部６２）の径方向内側端の周方向Ｃの幅内に位置するように設定された構成とすることも可能である。
【００６７】
（１０）上記の実施形態では、界磁巻線２２が、径方向突出部６１に対して短節巻で巻回されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、界磁巻線２２が径方向突出部６１に対して全節巻で巻回されるように、径方向突出部６１の周方向Ｃの幅が、ロータ２の電気角で約１８０度に相当する幅に設定された構成とすることもできる。また、上記の実施形態では、界磁巻線２２が、周方向Ｃに隣接する一対のスロット部６２の間に複数回巻回されている構成を例として説明したが、間に他のスロット部６２を挟んで周方向Ｃに並ぶ一対のスロット部６２の間に、界磁巻線２２が複数回巻回された構成とすることもできる。例えば、間に２つのスロット部６２を挟んで周方向Ｃに並ぶ一対のスロット部６２の間に、界磁巻線２２が複数回巻回された構成とすることができる。
【００６８】
（１１）上記の実施形態では、界磁巻線２２が、各径方向突出部６１に対して集中巻で巻回されている構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１に対する界磁巻線２２の巻装方法は適宜変更可能である。例えば、界磁巻線２２が、分布巻で巻装された構成とすることができる。また、上記の実施形態では、界磁巻線２２が重ね巻により巻装された構成を例として説明したが、波巻により巻装された構成とすることもできる。
【００６９】
（１２）上記の実施形態では、ロータ２が永久磁石やフラックスバリアを備えない構成を例として説明したが、ロータコア２１に永久磁石が備えられた構成や、ロータコア２１の内部にフラックスバリア（例えば空隙等）が形成された構成とすることもできる。
【００７０】
（１３）上記の実施形態では、凹部５０の径方向内側Ｒ１の開口部５０ａが、軸方向Ｌの全域で、ロータ軸４１の外周面により閉塞された構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、開口部５０ａの少なくとも一部が閉塞されずに開放されている構成や、開口部５０ａの少なくとも一部がロータ軸４１とは別の部材により閉塞された構成とすることもできる。
【００７１】
（１４）上記の実施形態では、ロータコア２１及びステータコア３１の双方が、複数枚の電磁鋼板の積層体である構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、ロータコア２１及びステータコア３１の少なくとも一方が、磁性材料の粉体である磁性粉体を加圧成形してなる圧粉材を主な構成要素として形成された構成とすることもできる。
【００７２】
（１５）上記の実施形態では、ロータ２がステータ３の径方向内側Ｒ１に配置される構成、すなわち、回転電機１がラジアルタイプの回転電機とされた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、本発明に係る回転電機子用ロータを、アキシャルタイプの回転電機用のロータに適用することも可能である。この場合、ロータがステータに対して軸方向Ｌに並べて配置される構成となる。
【００７３】
（１６）上記の実施形態では、整流素子としてダイオード１００を用いた構成を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、電流を一方向に規制することができるあらゆる素子（モジュールを含む）を用いて、本発明に係る整流素子を構成することも可能である。
【００７４】
（１７）上記の実施形態では、回転電機１が三相交流で駆動される構成を例として説明したが、回転電機１が三相以外の相数（例えば「１」、「２」、「４」等）の交流により駆動される構成とすることもできる。
【００７５】
（１８）その他の構成に関しても、本明細書において開示された実施形態は全ての点で例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、本願の特許請求の範囲に記載された構成及びこれと均等な構成を備えている限り、特許請求の範囲に記載されていない構成の一部を適宜改変した構成も、当然に本発明の技術的範囲に属する。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、円筒状のロータコアと、ロータコアに巻装された界磁巻線と、界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータに好適に利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
２：ロータ（回転電機用ロータ）
２１：ロータコア
２２：界磁巻線
２３：挿通孔
４１：ロータ軸
５０：凹部
５０ａ：開口部
５１：端部開口
５２：径方向外側面
５２ａ：周方向の端部
６０：巻線巻装部
６１：径方向突出部
６１ａ：径方向内側端
１００：ダイオード（整流素子）
１０１：接続導体
Ｃ：周方向
Ｌ：軸方向
Ｒ：径方向
Ｒ１：径方向内側
Ｒ２：径方向外側
Ｗ：周方向の幅
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のロータコアと、前記ロータコアに巻装された界磁巻線と、前記界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータであって、
前記ロータコアは、外周部に形成されて前記界磁巻線が巻装される巻線巻装部と、内周面から径方向外側に窪むように形成された凹部と、を備え、
前記整流素子が、前記凹部内において径方向外側から支持されるように配置されている回転電機用ロータ。
【請求項２】
前記ロータコアの内周面に囲まれた挿通孔に挿通されるロータ軸を更に備え、
前記ロータ軸の外周面は、前記ロータコアの内周面に接して前記凹部の径方向内側の開口部を閉塞し、
前記凹部は、前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に開口する端部開口まで前記軸方向に延びるように形成され、
前記整流素子と前記界磁巻線とを接続する接続導体が、前記凹部内を前記端部開口まで延びるように配置されている請求項１に記載の回転電機用ロータ。
【請求項３】
前記巻線巻装部は、前記ロータコアの外周部において径方向外側に向かって突出するとともに前記界磁巻線が巻かれる径方向突出部を複数備え、
複数の前記径方向突出部は、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部は、少なくとも前記整流素子の配置位置における径方向外側面が、前記ロータコアの径方向に直交する平面とされ、
前記径方向視で、前記径方向外側面の前記周方向の端部が、前記径方向突出部の径方向内側端の前記周方向の幅内に位置するように設定されている請求項１又は２に記載の回転電機用ロータ。
【請求項４】
偶数個の前記凹部が、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部のそれぞれに、互いに同じ個数の前記整流素子が配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【請求項５】
前記凹部は、少なくとも前記ロータコアの軸方向中央部に形成され、
前記整流素子は、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【請求項６】
前記凹部における前記ロータコアの軸方向に直交する断面の形状が、前記ロータコアの軸方向全域にわたって同じ形状とされている請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【請求項１】
円筒状のロータコアと、前記ロータコアに巻装された界磁巻線と、前記界磁巻線に接続されるとともに当該界磁巻線に流れる電流を一方向に規制する整流素子と、を備えた回転電機用ロータであって、
前記ロータコアは、外周部に形成されて前記界磁巻線が巻装される巻線巻装部と、内周面から径方向外側に窪むように形成された凹部と、を備え、
前記整流素子が、前記凹部内において径方向外側から支持されるように配置されている回転電機用ロータ。
【請求項２】
前記ロータコアの内周面に囲まれた挿通孔に挿通されるロータ軸を更に備え、
前記ロータ軸の外周面は、前記ロータコアの内周面に接して前記凹部の径方向内側の開口部を閉塞し、
前記凹部は、前記ロータコアの軸方向の少なくとも一方の端部に開口する端部開口まで前記軸方向に延びるように形成され、
前記整流素子と前記界磁巻線とを接続する接続導体が、前記凹部内を前記端部開口まで延びるように配置されている請求項１に記載の回転電機用ロータ。
【請求項３】
前記巻線巻装部は、前記ロータコアの外周部において径方向外側に向かって突出するとともに前記界磁巻線が巻かれる径方向突出部を複数備え、
複数の前記径方向突出部は、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部は、少なくとも前記整流素子の配置位置における径方向外側面が、前記ロータコアの径方向に直交する平面とされ、
前記径方向視で、前記径方向外側面の前記周方向の端部が、前記径方向突出部の径方向内側端の前記周方向の幅内に位置するように設定されている請求項１又は２に記載の回転電機用ロータ。
【請求項４】
偶数個の前記凹部が、前記ロータコアの周方向に沿って均等な間隔で配置され、
前記凹部のそれぞれに、互いに同じ個数の前記整流素子が配置されている請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【請求項５】
前記凹部は、少なくとも前記ロータコアの軸方向中央部に形成され、
前記整流素子は、前記ロータコアの軸方向中央部に配置されている請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【請求項６】
前記凹部における前記ロータコアの軸方向に直交する断面の形状が、前記ロータコアの軸方向全域にわたって同じ形状とされている請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機用ロータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７５８３５（Ｐ２０１２−１７５８３５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６２７５（Ｐ２０１１−３６２７５）
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２２日（２０１１．２．２２）
【出願人】（０００１００７６８）アイシン・エィ・ダブリュ株式会社 (3,717)
【Ｆターム（参考）】
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