回転電機
【課題】回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化すること。
【解決手段】各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７を形成する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に位置する第１フランジ５３にシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。
【解決手段】各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７を形成する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に位置する第１フランジ５３にシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石をロータに配設した永久磁石同期モータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの様々な分野で駆動源として利用されている。このような永久磁石同期モータにおいて、強め界磁制御を行うことによって大きなトルクを得る一方で、弱め界磁制御を行うことによってステータとロータとの間に生じる磁束量を低減して、最大回転数を向上させることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の回転電動機は、ロータと、界磁ヨーク（界磁極）と、界磁コイルとを備えている。そして、界磁コイルに電流を供給することで、ロータ、ステータ及び界磁ヨークにより環状の磁路が形成される。そして、界磁コイルに供給される電流量を調整して、ロータを通過する磁束量を調整することで、強め界磁制御及び弱め界磁制御を可能とし、大きなトルクを得られるとともに最大回転数を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、界磁コイルは界磁コイル用ボビンに巻装されている。このため、回転電動機においては、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースが必要となる分、回転電動機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格が大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、前記ステータティースが挿入される電機子コイル用ボビンと、前記電機子コイル用ボビンの外周に集中巻きされる電機子コイルと、界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、前記電機子コイル用ボビンは、前記電機子コイルが巻回される筒状のコイル巻回部と、前記電機子コイルにおける前記ステータコアの径方向への移動を規制する一対のフランジとから構成され、各ステータティースに設けられた前記電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに、前記界磁コイルが前記シャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、各電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに界磁コイルがシャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されているため、回転電機において、電機子コイル用ボビンの径方向外側に存在するデッドスペースを有効利用しながら界磁コイルを配置することができ、界磁コイル用ボビンを極力減らすことができる。その結果、回転電機において、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースを極力減らすことができ、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、前記界磁コイルが係合する係合凹部が形成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明によれば、界磁コイルがフランジに巻き付けられる際に、界磁コイルが係合凹部に係合されるため、この界磁コイルと係合凹部との係合により、界磁コイルがフランジに対して位置決めされる。よって、フランジに対する界磁コイルの整列巻きが容易に行える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、径方向外側に突出し、前記シャフトの軸方向において離間する一対の規制用突起が設けられていることを要旨とする。
【００１２】
この発明によれば、一対の規制用突起により、界磁コイルがフランジから外方へ脱落してしまうことを規制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態におけるモータの側断面図。
【図２】モータの縦断面図。
【図３】モータの一部を拡大して示す側断面図。
【図４】（ａ）は電機子コイル用ボビンを一端開口部側から見た斜視図、（ｂ）は電機子コイル用ボビンを他端開口部側から見た斜視図。
【図５】別の実施形態における界磁極を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、モータ１０のハウジング１１は、円筒状のコアバック１２と、コアバック１２の一端（図１の左端）に連結された有底円筒状の第１ハウジング１３と、コアバック１２の他端（図１の右端）に連結された有底円筒状の第２ハウジング１４とからなる。第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４は非磁性材料からなる。コアバック１２は磁性体であるとともに、本実施形態では粉末成形磁性体（ＳＭＣ：Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）から形成されている。第１ハウジング１３の底壁には貫通孔１３ａが形成されている。ハウジング１１内には、主電動機部Ｍが収容されている。
【００１６】
コアバック１２内には主電動機部Ｍの一部を構成するシャフト１５が収容されている。シャフト１５は、軟磁性材料（例えば鉄やケイ素鋼等）から形成されるとともに略円柱状をなしている。シャフト１５は、第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４にベアリング１６，１７を介して回転可能に支持されている。シャフト１５の一端（図１の左端）は貫通孔１３ａを介してハウジング１１外へ突出している。
【００１７】
コアバック１２の内周面には主電動機部Ｍの一部を構成するステータ２０（固定子）が固定されている。ステータ２０は、コアバック１２の内周面に固定された円環状のステータコア２１と、電機子コイル２２とから構成されている。コアバック１２は、ステータコア２１の外周面を全周に亘って覆うとともに、ステータコア２１の外周面とコアバック１２の内周面とは密着されている。このため、ステータコア２１とコアバック１２とは磁気的に接続されている。ステータコア２１は、複数枚の鋼板をシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。
【００１８】
図２に示すように、ステータコア２１には、シャフト１５に向けて突出する複数のステータティース２１ａがステータコア２１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ステータティース２１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ステータティース２１ａには、絶縁性樹脂材料よりなる電機子コイル用ボビン５１が装着されている。そして、電機子コイル２２は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる電機子コイル用導線２２ａが電機子コイル用ボビン５１に集中巻きにて複数回巻回されて形成されている。なお、電機子コイル２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のいずれかとされており、それぞれ位相の異なる電流が供給されることにより、回転磁界を発生させるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、ステータ２０の内側には主電動機部Ｍの一部を構成するロータ３０（回転子）が設けられている。ロータ３０は、シャフト１５に止着されたロータコア３１を有している。ロータコア３１は、シャフト１５の軸線Ｌ周りでシャフト１５と一体的に回転可能になっている。シャフト１５の外周面とロータコア３１の内周面とは密着されている。このため、シャフト１５とロータコア３１とは磁気的に接続されている。ロータコア３１は、軟磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。よって、ロータコア３１内において、磁束が軸線Ｌに沿った方向よりも軸線Ｌに直交するロータコア３１の径方向及び周方向へ流れ易くなっている。
【００２０】
また、ロータコア３１における軸線Ｌに沿った方向の長さは、ステータコア２１における軸線Ｌに沿った方向の長さと同じになっている。よって、軸線Ｌに沿った方向における電機子コイル２２のコイルエンドは、ロータコア３１の両端よりも外側に突出している。
【００２１】
図２に示すように、ロータコア３１は、径方向外側へ向けて突出する凸極部としての複数のロータティース３１ａが、ロータコア３１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ロータティース３１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ロータティース３１ａの先端面とステータティース２１ａの先端面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、ロータティース３１ａとステータティース２１ａとはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２２】
したがって、本実施形態では、シャフト１５、ステータ２０及びロータ３０により主電動機部Ｍが構成されている。
図１に示すように、コアバック１２の一端開口部には、界磁磁束を発生させるための第１界磁極４１が配設されている。第１界磁極４１は、円環状の第１界磁コア４２と界磁コイルとしての第１界磁コイル４３とから構成されている。第１界磁コア４２は、磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。第１界磁コア４２における第１ハウジング１３とは反対側の端面４２ａには第１界磁コイル用ボビン４４が固着されている。そして、第１界磁コイル４３は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第１界磁コイル用導線４３ａが第１界磁コイル用ボビン４４に複数回巻回されて形成されている。
【００２３】
第１界磁コア４２は、第１界磁コア４２の外周部４２ｂがコアバック１２の一端開口部に凹設された凹部１２ａに嵌合され、コアバック１２に固定されている。第１界磁コア４２がコアバック１２に固定された状態において、第１界磁コア４２の外周部４２ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第１界磁コア４２とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第１界磁コア４２の内側にはシャフト１５が挿通されており、第１界磁コア４２の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第１界磁コア４２とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２４】
コアバック１２の他端開口部には、界磁磁束を発生させるための第２界磁極４６が配設されている。第２界磁極４６は、円環状の第２界磁コア４７と界磁コイルとしての第２界磁コイル４８とから構成されている。第２界磁コア４７は、磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。第２界磁コア４７における第２ハウジング１４とは反対側の端面４７ａには第２界磁コイル用ボビン４９が固着されている。そして、第２界磁コイル４８は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第２界磁コイル用導線４８ａが第２界磁コイル用ボビン４９に複数回巻回されて形成されている。
【００２５】
第２界磁コア４７は、第２界磁コア４７の外周部４７ｂがコアバック１２の他端開口部に凹設された凹部１２ｂに嵌合され、コアバック１２に固定されている。第２界磁コア４７がコアバック１２に固定された状態において、第２界磁コア４７の外周部４７ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第２界磁コア４７とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第２界磁コア４７の内側にはシャフト１５が挿通されており、第２界磁コア４７の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第２界磁コア４７とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２６】
次に、電機子コイル用ボビン５１について詳しく説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電機子コイル用ボビン５１は、電機子コイル用導線２２ａが巻回される四角筒状のコイル巻回部５２と、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａの開口縁全周から外方に向けて延びる四角環状の第１フランジ５３と、他端開口部５２ｂの開口縁全周から外方に向けて延びる四角環状の第２フランジ５４とを有している。すなわち、第１フランジ５３及び第２フランジ５４は、コイル巻回部５２の外周面にコイル巻回部５２の軸方向において離間して形成される一対のフランジである。
【００２７】
電機子コイル２２は、コイル巻回部５２の外周面における第１フランジ５３と第２フランジ５４とで挟まれた領域に電機子コイル用導線２２ａが集中巻きにて巻回されることで形成されている。そして、第１フランジ５３及び第２フランジ５４によって、電機子コイル２２におけるコイル巻回部５２の軸方向（電機子コイル２２におけるステータコア２１の径方向）への移動が規制されている。
【００２８】
コイル巻回部５２の内側にはステータティース２１ａがコイル巻回部５２の一端開口部５２ａ側から挿入可能になっている。コイル巻回部５２におけるコイル巻回部５２の軸方向に沿った方向の長さは、ステータティース２１ａの突出方向の長さよりも短くなっており、ステータティース２１ａがコイル巻回部５２の内側に挿入されることで、電機子コイル用ボビン５１がステータティース２１ａに装着される。
【００２９】
電機子コイル用ボビン５１が各ステータティース２１ａに装着された状態において、第１フランジ５３と第２フランジ５４とはシャフト１５の軸線Ｌに沿って互いに平行に延びるように設けられている。第１フランジ５３は、第２フランジ５４よりも径方向外側に位置している。第１フランジ５３のシャフト１５の軸線Ｌに沿った長さは、第２フランジ５４のシャフト１５の軸線Ｌに沿った長さよりも長くなっている。
【００３０】
第１フランジ５３における径方向外側の一端面５３ａであって、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の一端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する一対の規制用突起としての第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２が設けられている。
【００３１】
第１規制用突起６１における第２規制用突起６２とは反対側の面６１ａは、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に延びる第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃ及び第２側縁部５３ｄの一端部同士を繋ぐ第３側縁部５３ｅに連なるように設けられている。また、図３に示すように、第２規制用突起６２における第１規制用突起６１とは反対側の面６２ａは、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａに連なるように設けられている。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、第１フランジ５３の一端面５３ａにおける第１規制用突起６１と第２規制用突起６２とに挟まれた領域には、係合凹部としての複数の第１係合凹部７１がシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に連なるように形成されている。各第１係合凹部７１は、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃと第２側縁部５３ｄとを繋ぐように直線状に延びるように形成されている。また、各第１係合凹部７１は、第１フランジ５３の一端面５３ａから第１フランジ５３におけるコイル巻回部５２側の他端面５３ｂ側に向けて弧状に湾曲するように凹んでいる。
【００３３】
シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第１係合凹部７１のうちの最も一端に位置する第１係合凹部７１は、第１規制用突起６１における第２規制用突起６２と対向する面６１ｂに連続するように設けられている。また、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第１係合凹部７１のうちの最も他端に位置する第１係合凹部７１は、第２規制用突起６２における第１規制用突起６１と対向する面６２ｂに連続するように設けられている。
【００３４】
第１フランジ５３の一端面５３ａであって、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の他端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する一対の規制用突起としての第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７が設けられている。
【００３５】
第３規制用突起６６における第４規制用突起６７とは反対側の面６６ａは、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃ及び第２側縁部５３ｄの他端部同士を繋ぐ第４側縁部５３ｆに連なるように設けられている。また、第４規制用突起６７における第３規制用突起６６とは反対側の面６７ａは、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａに連なるように設けられている。
【００３６】
第１フランジ５３の一端面５３ａにおける第３規制用突起６６と第４規制用突起６７とに挟まれた領域には、係合凹部としての複数の第２係合凹部７２がシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に連なるように形成されている。各第２係合凹部７２は、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃと第２側縁部５３ｄとを繋ぐように直線状に延びるように形成されている。また、各第２係合凹部７２は、第１フランジ５３の一端面５３ａから第１フランジ５３におけるコイル巻回部５２側の他端面５３ｂ側に向けて弧状に湾曲するように凹んでいる。
【００３７】
シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第２係合凹部７２のうちの最も他端に位置する第２係合凹部７２は、第３規制用突起６６における第４規制用突起６７と対向する面６６ｂに連続するように設けられている。また、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第２係合凹部７２のうちの最も一端に位置する第２係合凹部７２は、第４規制用突起６７における第３規制用突起６６と対向する面６７ｂに連続するように設けられている。
【００３８】
図２に示すように、各電機子コイル用ボビン５１は、シャフト１５の軸線Ｌ周りに略同心円上に配置されている。そして、各電機子コイル用ボビン５１の各第１係合凹部７１及び各第２係合凹部７２には、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各第１係合凹部７１及び各第２係合凹部７２に係合されるようにシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。
【００３９】
図３に示すように、第３界磁コイル用導線７６ａは、各第１係合凹部７１に対して巻回されるとともに、続けて、第１係合凹部７１に巻回された第３界磁コイル用導線７６ａ同士の間に形成される各凹部７６１ａを通過するように複数回巻回されている。よって、第１規制用突起６１と第２規制用突起６２との間に第３界磁コイル７６が形成されている。すなわち、第３界磁コイル７６は、電機子コイル２２よりも径方向外側に配置されている。
【００４０】
また、第４界磁コイル用導線７７ａは、各第２係合凹部７２に対して巻回されるとともに、続けて、第２係合凹部７２に巻回された第４界磁コイル用導線７７ａ同士の間に形成される各凹部７７１ａを通過するように複数回巻回されている。よって、第３規制用突起６６と第４規制用突起６７との間に第４界磁コイル７７が形成されている。すなわち、第４界磁コイル７７は、電機子コイル２２よりも径方向外側に配置されている。
【００４１】
次に、本実施形態のモータ１０の作用について、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に電流が供給された際に形成される磁路（界磁磁束の流れ）を中心に説明する。尚、ハウジング１１の外周面には、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に電流を供給するための端子台Ｔ（図１において二点鎖線で示す）が設けられており、各界磁コイル用導線４３ａ，４８ａ，７６ａ，７７ａの始端（図示せず）はハウジング１１外部へ引き出されて端子台Ｔに電気的に接続されている。
【００４２】
図１に示すように、各界磁コイル４３，７６に電流が供給されることにより第１界磁コア４２に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ２に示すようにシャフト１５内を軸線Ｌの方向に流れ、矢印Ｙ３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ４に示すようにコアバック１２を第１界磁極４１へ向かって誘導される。
【００４３】
このようにして、第１界磁コア４２、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０（ステータコア２１）及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第１界磁コア４２は、ロータ３０及びステータ２０（ステータコア２１）と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４４】
同様に、各界磁コイル４８，７７に電流が供給されることにより第２界磁コア４７に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１２に示すようにシャフト１５内を軸線Ｌの方向に流れ、矢印Ｙ１３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１４に示すようにコアバック１２を第２界磁極４６へ向かって誘導される。
【００４５】
このようにして、第２界磁コア４７、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０（ステータコア２１）及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第２界磁コア４７は、ロータ３０及びステータ２０と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４６】
このように、本実施形態のモータ１０では、環状（ループ状）の磁路（界磁磁束の流れ）が形成され、ロータ３０のロータティース３１ａは、界磁磁束によってＮ極の極性を持つことになり、ロータティース３１ａ（界磁磁束）が、永久磁石同期モータにおけるロータに配設された永久磁石と同様の働きを持つことになる。
【００４７】
また、本実施形態のモータ１０では、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に流す電流量を増加させることで界磁磁束を増加させ、より大きなトルクを得ることができる。その一方で、本実施形態のモータ１０では、高速回転時において各界磁コイル４３，４８，７６，７７に流す電流量を減少させることで界磁磁束を減少させ、最大回転数を向上させることができる。すなわち、本実施形態のモータ１０では、強め界磁制御のみによって最大トルク及び最大回転数を向上させることができる。したがって、本実施形態のモータ１０では、ロータ３０に永久磁石を配設した場合に必要な弱め界磁制御が不要となり、その構成を簡略化できる。
【００４８】
また、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に界磁磁束を発生させるために必要な各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７が各電機子コイル用ボビン５１の第１フランジ５３に巻装されている。このため、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に十分な界磁磁束を発生させるために必要である第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａを第１界磁コイル用ボビン４４及び第２界磁コイル用ボビン４９に巻回させる必要が無い。その結果、第１界磁コイル用ボビン４４及び第２界磁コイル用ボビン４９におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の体格が抑えられ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格が抑えられている。
【００４９】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７を形成する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に位置する第１フランジ５３にシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。よって、ハウジング１１内における電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に存在するデッドスペースを有効利用しながら各界磁コイル７６，７７を配置することができ、界磁コイル用ボビンを極力減らすことができる。その結果、ハウジング１１内において、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースを極力減らすことができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格を小型化することができる。
【００５０】
（２）第１フランジ５３には、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが係合する第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２が形成されている。よって、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３に巻き付けられる際に、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２に係合される。このため、この第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａと第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２との係合により、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３に対して位置決めされる。よって、第１フランジ５３に対する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａの整列巻きが容易に行える。
【００５１】
（３）第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の一端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２が設けられている。また、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の他端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７が設けられている。よって、第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２により、第３界磁コイル用導線７６ａが第１フランジ５３から外方へ脱落してしまうことを規制することができ、第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７により、第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３から外方へ脱落してしまうことを規制することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、第１界磁極４１及び第２界磁極４６を図５に示す界磁極９０の構成にしてもよい。図５に示すように、界磁極９０は、磁性体よりなる界磁コア９１と界磁コイル９２とを備えている。界磁コア９１は、円環状に形成されシャフト１５を挿通するための固定部９１ａと、この固定部９１ａから軸線Ｌに直交し、且つ軸線Ｌから外側へ向けて放射状に延びる複数本の腕部９１ｂとを備えている。各腕部９１ｂは等間隔に配置されている。各腕部９１ｂにおいてシャフト１５（固定部９１ａ）側には、それぞれ導線が巻回されて界磁コイル９２が形成されている。これによれば、界磁コイル用ボビンを削除することができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格をさらに小型化することができる。
【００５３】
○ 実施形態において、第１界磁コイル４３及び第２界磁コイル４８を削除してもよい。この場合、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７により、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に十分な界磁磁束を発生させることができる必要がある。これによれば、界磁コイル用ボビンを削除することができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格をさらに小型化することができる。
【００５４】
○ 実施形態において、ロータコア３１は、鋼板（電磁鋼板）を複数枚積層して構成が、これに限らず、ロータコア３１をＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。同様に、各界磁コア４２，４７もＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、各規制用突起６１，６２，６６，６７のいずれか、又は全てを削除してもよい。これにより、ボビンの成形を容易にすることができる。
○ 実施形態において、各係合凹部７１，７２を削除してもよい。
【００５６】
○ 実施形態において、各電機子コイル用ボビン５１は内径側と外径側とで別体としてもよい。これにより、ボビンの成形を容易にすることができる。
○ 実施形態において、ステータ２０のステータティース２１ａの数は適宜変更してもよい。また、ロータ３０のロータティース３１ａの数は適宜変更してもよい。
【００５７】
○ 実施形態において、第１界磁極４１のみ、あるいは、第２界磁極４６のみ設けてもよい。すなわち、軸線Ｌ方向の片側のみに界磁極を設けてもよい。
○ 実施形態において、シャフト１５を介して界磁磁路を形成したが、これに限らず、シャフト１５を介さずに界磁磁路を形成してもよい。シャフト１５に、シャフト１５よりも磁気抵抗の小さい磁性体を設けて界磁磁路としてもよい。磁性体としては例えばＳＭＣなどでもよい。
【００５８】
○ 実施形態において、凸極部としてのロータティース３１ａは形状的に凸形状であったが、この構成に限らず、磁気的に凸極性があればよい。例えば、ロータティースの先端のみが隣接するロータティースと連結されていたり、ロータティース間の凹部が非磁性体で埋められたりして、全体としてロータが円筒状でもよい。
【００５９】
○ 実施形態において、コアバック１２はＳＭＣで形成されていたが、これに限らず、鉄塊などの磁性体であってもよい。
○ 実施形態では回転電機としてモータ１０に具体化したが、これに限ることなく発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０…回転電機としてのモータ、１２…磁路形成部材として機能するコアバック、１５…シャフト、２１…ステータコア、２１ａ…ステータティース、２２…電機子コイル、３０…ロータ、３１ａ…凸極部としてのロータティース、４２…磁路形成部材として機能する第１界磁コア、４３…界磁コイルとしての第１界磁コイル、４７…磁路形成部材として機能する第２界磁コア、４８…界磁コイルとしての第２界磁コイル、５１…電機子コイル用ボビン、５２…コイル巻回部、５３…一対のフランジの一方である第１フランジ、５４…一対のフランジの他方である第２フランジ、６１…一対の規制用突起のうちの一方である第１規制用突起、６２…一対の規制用突起のうちの他方である第２規制用突起、６６…一対の規制用突起のうちの一方である第３規制用突起、６７…一対の規制用突起のうちの他方である第４規制用突起、７１…係合凹部としての第１係合凹部、７２…係合凹部としての第２係合凹部、７６…界磁コイルとしての第３界磁コイル、７７…界磁コイルとしての第４界磁コイル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、永久磁石をロータに配設した永久磁石同期モータは、電気自動車やハイブリッド自動車などの様々な分野で駆動源として利用されている。このような永久磁石同期モータにおいて、強め界磁制御を行うことによって大きなトルクを得る一方で、弱め界磁制御を行うことによってステータとロータとの間に生じる磁束量を低減して、最大回転数を向上させることが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の回転電動機は、ロータと、界磁ヨーク（界磁極）と、界磁コイルとを備えている。そして、界磁コイルに電流を供給することで、ロータ、ステータ及び界磁ヨークにより環状の磁路が形成される。そして、界磁コイルに供給される電流量を調整して、ロータを通過する磁束量を調整することで、強め界磁制御及び弱め界磁制御を可能とし、大きなトルクを得られるとともに最大回転数を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−４３０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、界磁コイルは界磁コイル用ボビンに巻装されている。このため、回転電動機においては、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースが必要となる分、回転電動機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格が大型化してしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、前記ステータティースが挿入される電機子コイル用ボビンと、前記電機子コイル用ボビンの外周に集中巻きされる電機子コイルと、界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、前記電機子コイル用ボビンは、前記電機子コイルが巻回される筒状のコイル巻回部と、前記電機子コイルにおける前記ステータコアの径方向への移動を規制する一対のフランジとから構成され、各ステータティースに設けられた前記電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに、前記界磁コイルが前記シャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されていることを要旨とする。
【０００８】
この発明によれば、各電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに界磁コイルがシャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されているため、回転電機において、電機子コイル用ボビンの径方向外側に存在するデッドスペースを有効利用しながら界磁コイルを配置することができ、界磁コイル用ボビンを極力減らすことができる。その結果、回転電機において、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースを極力減らすことができ、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、前記界磁コイルが係合する係合凹部が形成されていることを要旨とする。
【００１０】
この発明によれば、界磁コイルがフランジに巻き付けられる際に、界磁コイルが係合凹部に係合されるため、この界磁コイルと係合凹部との係合により、界磁コイルがフランジに対して位置決めされる。よって、フランジに対する界磁コイルの整列巻きが容易に行える。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、径方向外側に突出し、前記シャフトの軸方向において離間する一対の規制用突起が設けられていることを要旨とする。
【００１２】
この発明によれば、一対の規制用突起により、界磁コイルがフランジから外方へ脱落してしまうことを規制することができる。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、回転電機におけるシャフトの軸線に沿った方向への体格を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態におけるモータの側断面図。
【図２】モータの縦断面図。
【図３】モータの一部を拡大して示す側断面図。
【図４】（ａ）は電機子コイル用ボビンを一端開口部側から見た斜視図、（ｂ）は電機子コイル用ボビンを他端開口部側から見た斜視図。
【図５】別の実施形態における界磁極を示す斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明を回転電機としてのモータ（回転電動機）に具体化した一実施形態を図１〜図４にしたがって説明する。
図１に示すように、モータ１０のハウジング１１は、円筒状のコアバック１２と、コアバック１２の一端（図１の左端）に連結された有底円筒状の第１ハウジング１３と、コアバック１２の他端（図１の右端）に連結された有底円筒状の第２ハウジング１４とからなる。第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４は非磁性材料からなる。コアバック１２は磁性体であるとともに、本実施形態では粉末成形磁性体（ＳＭＣ：Ｓｏｆｔ Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）から形成されている。第１ハウジング１３の底壁には貫通孔１３ａが形成されている。ハウジング１１内には、主電動機部Ｍが収容されている。
【００１６】
コアバック１２内には主電動機部Ｍの一部を構成するシャフト１５が収容されている。シャフト１５は、軟磁性材料（例えば鉄やケイ素鋼等）から形成されるとともに略円柱状をなしている。シャフト１５は、第１ハウジング１３及び第２ハウジング１４にベアリング１６，１７を介して回転可能に支持されている。シャフト１５の一端（図１の左端）は貫通孔１３ａを介してハウジング１１外へ突出している。
【００１７】
コアバック１２の内周面には主電動機部Ｍの一部を構成するステータ２０（固定子）が固定されている。ステータ２０は、コアバック１２の内周面に固定された円環状のステータコア２１と、電機子コイル２２とから構成されている。コアバック１２は、ステータコア２１の外周面を全周に亘って覆うとともに、ステータコア２１の外周面とコアバック１２の内周面とは密着されている。このため、ステータコア２１とコアバック１２とは磁気的に接続されている。ステータコア２１は、複数枚の鋼板をシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。
【００１８】
図２に示すように、ステータコア２１には、シャフト１５に向けて突出する複数のステータティース２１ａがステータコア２１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ステータティース２１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ステータティース２１ａには、絶縁性樹脂材料よりなる電機子コイル用ボビン５１が装着されている。そして、電機子コイル２２は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる電機子コイル用導線２２ａが電機子コイル用ボビン５１に集中巻きにて複数回巻回されて形成されている。なお、電機子コイル２２は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相のいずれかとされており、それぞれ位相の異なる電流が供給されることにより、回転磁界を発生させるようになっている。
【００１９】
図１に示すように、ステータ２０の内側には主電動機部Ｍの一部を構成するロータ３０（回転子）が設けられている。ロータ３０は、シャフト１５に止着されたロータコア３１を有している。ロータコア３１は、シャフト１５の軸線Ｌ周りでシャフト１５と一体的に回転可能になっている。シャフト１５の外周面とロータコア３１の内周面とは密着されている。このため、シャフト１５とロータコア３１とは磁気的に接続されている。ロータコア３１は、軟磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。よって、ロータコア３１内において、磁束が軸線Ｌに沿った方向よりも軸線Ｌに直交するロータコア３１の径方向及び周方向へ流れ易くなっている。
【００２０】
また、ロータコア３１における軸線Ｌに沿った方向の長さは、ステータコア２１における軸線Ｌに沿った方向の長さと同じになっている。よって、軸線Ｌに沿った方向における電機子コイル２２のコイルエンドは、ロータコア３１の両端よりも外側に突出している。
【００２１】
図２に示すように、ロータコア３１は、径方向外側へ向けて突出する凸極部としての複数のロータティース３１ａが、ロータコア３１の周方向に等間隔おきで設けられている。各ロータティース３１ａの先端面はいずれも同一周面上に位置している。各ロータティース３１ａの先端面とステータティース２１ａの先端面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、ロータティース３１ａとステータティース２１ａとはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２２】
したがって、本実施形態では、シャフト１５、ステータ２０及びロータ３０により主電動機部Ｍが構成されている。
図１に示すように、コアバック１２の一端開口部には、界磁磁束を発生させるための第１界磁極４１が配設されている。第１界磁極４１は、円環状の第１界磁コア４２と界磁コイルとしての第１界磁コイル４３とから構成されている。第１界磁コア４２は、磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。第１界磁コア４２における第１ハウジング１３とは反対側の端面４２ａには第１界磁コイル用ボビン４４が固着されている。そして、第１界磁コイル４３は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第１界磁コイル用導線４３ａが第１界磁コイル用ボビン４４に複数回巻回されて形成されている。
【００２３】
第１界磁コア４２は、第１界磁コア４２の外周部４２ｂがコアバック１２の一端開口部に凹設された凹部１２ａに嵌合され、コアバック１２に固定されている。第１界磁コア４２がコアバック１２に固定された状態において、第１界磁コア４２の外周部４２ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第１界磁コア４２とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第１界磁コア４２の内側にはシャフト１５が挿通されており、第１界磁コア４２の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第１界磁コア４２とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２４】
コアバック１２の他端開口部には、界磁磁束を発生させるための第２界磁極４６が配設されている。第２界磁極４６は、円環状の第２界磁コア４７と界磁コイルとしての第２界磁コイル４８とから構成されている。第２界磁コア４７は、磁性材料からなる複数枚の鋼板を軸線Ｌに沿った方向に積層して構成されている。第２界磁コア４７における第２ハウジング１４とは反対側の端面４７ａには第２界磁コイル用ボビン４９が固着されている。そして、第２界磁コイル４８は、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第２界磁コイル用導線４８ａが第２界磁コイル用ボビン４９に複数回巻回されて形成されている。
【００２５】
第２界磁コア４７は、第２界磁コア４７の外周部４７ｂがコアバック１２の他端開口部に凹設された凹部１２ｂに嵌合され、コアバック１２に固定されている。第２界磁コア４７がコアバック１２に固定された状態において、第２界磁コア４７の外周部４７ｂはコアバック１２に対して密着されている。このため、第２界磁コア４７とコアバック１２とは磁気的に接続されている。また、第２界磁コア４７の内側にはシャフト１５が挿通されており、第２界磁コア４７の内周面とシャフト１５の外周面との間には僅かな隙間が形成されている。そして、第２界磁コア４７とシャフト１５とはこの隙間を介して磁気的に接続されている。
【００２６】
次に、電機子コイル用ボビン５１について詳しく説明する。
図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、電機子コイル用ボビン５１は、電機子コイル用導線２２ａが巻回される四角筒状のコイル巻回部５２と、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａの開口縁全周から外方に向けて延びる四角環状の第１フランジ５３と、他端開口部５２ｂの開口縁全周から外方に向けて延びる四角環状の第２フランジ５４とを有している。すなわち、第１フランジ５３及び第２フランジ５４は、コイル巻回部５２の外周面にコイル巻回部５２の軸方向において離間して形成される一対のフランジである。
【００２７】
電機子コイル２２は、コイル巻回部５２の外周面における第１フランジ５３と第２フランジ５４とで挟まれた領域に電機子コイル用導線２２ａが集中巻きにて巻回されることで形成されている。そして、第１フランジ５３及び第２フランジ５４によって、電機子コイル２２におけるコイル巻回部５２の軸方向（電機子コイル２２におけるステータコア２１の径方向）への移動が規制されている。
【００２８】
コイル巻回部５２の内側にはステータティース２１ａがコイル巻回部５２の一端開口部５２ａ側から挿入可能になっている。コイル巻回部５２におけるコイル巻回部５２の軸方向に沿った方向の長さは、ステータティース２１ａの突出方向の長さよりも短くなっており、ステータティース２１ａがコイル巻回部５２の内側に挿入されることで、電機子コイル用ボビン５１がステータティース２１ａに装着される。
【００２９】
電機子コイル用ボビン５１が各ステータティース２１ａに装着された状態において、第１フランジ５３と第２フランジ５４とはシャフト１５の軸線Ｌに沿って互いに平行に延びるように設けられている。第１フランジ５３は、第２フランジ５４よりも径方向外側に位置している。第１フランジ５３のシャフト１５の軸線Ｌに沿った長さは、第２フランジ５４のシャフト１５の軸線Ｌに沿った長さよりも長くなっている。
【００３０】
第１フランジ５３における径方向外側の一端面５３ａであって、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の一端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する一対の規制用突起としての第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２が設けられている。
【００３１】
第１規制用突起６１における第２規制用突起６２とは反対側の面６１ａは、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に延びる第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃ及び第２側縁部５３ｄの一端部同士を繋ぐ第３側縁部５３ｅに連なるように設けられている。また、図３に示すように、第２規制用突起６２における第１規制用突起６１とは反対側の面６２ａは、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａに連なるように設けられている。
【００３２】
図４（ａ）に示すように、第１フランジ５３の一端面５３ａにおける第１規制用突起６１と第２規制用突起６２とに挟まれた領域には、係合凹部としての複数の第１係合凹部７１がシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に連なるように形成されている。各第１係合凹部７１は、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃと第２側縁部５３ｄとを繋ぐように直線状に延びるように形成されている。また、各第１係合凹部７１は、第１フランジ５３の一端面５３ａから第１フランジ５３におけるコイル巻回部５２側の他端面５３ｂ側に向けて弧状に湾曲するように凹んでいる。
【００３３】
シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第１係合凹部７１のうちの最も一端に位置する第１係合凹部７１は、第１規制用突起６１における第２規制用突起６２と対向する面６１ｂに連続するように設けられている。また、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第１係合凹部７１のうちの最も他端に位置する第１係合凹部７１は、第２規制用突起６２における第１規制用突起６１と対向する面６２ｂに連続するように設けられている。
【００３４】
第１フランジ５３の一端面５３ａであって、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の他端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する一対の規制用突起としての第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７が設けられている。
【００３５】
第３規制用突起６６における第４規制用突起６７とは反対側の面６６ａは、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃ及び第２側縁部５３ｄの他端部同士を繋ぐ第４側縁部５３ｆに連なるように設けられている。また、第４規制用突起６７における第３規制用突起６６とは反対側の面６７ａは、コイル巻回部５２の一端開口部５２ａに連なるように設けられている。
【００３６】
第１フランジ５３の一端面５３ａにおける第３規制用突起６６と第４規制用突起６７とに挟まれた領域には、係合凹部としての複数の第２係合凹部７２がシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向に連なるように形成されている。各第２係合凹部７２は、第１フランジ５３の第１側縁部５３ｃと第２側縁部５３ｄとを繋ぐように直線状に延びるように形成されている。また、各第２係合凹部７２は、第１フランジ５３の一端面５３ａから第１フランジ５３におけるコイル巻回部５２側の他端面５３ｂ側に向けて弧状に湾曲するように凹んでいる。
【００３７】
シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第２係合凹部７２のうちの最も他端に位置する第２係合凹部７２は、第３規制用突起６６における第４規制用突起６７と対向する面６６ｂに連続するように設けられている。また、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において、各第２係合凹部７２のうちの最も一端に位置する第２係合凹部７２は、第４規制用突起６７における第３規制用突起６６と対向する面６７ｂに連続するように設けられている。
【００３８】
図２に示すように、各電機子コイル用ボビン５１は、シャフト１５の軸線Ｌ周りに略同心円上に配置されている。そして、各電機子コイル用ボビン５１の各第１係合凹部７１及び各第２係合凹部７２には、導電性の金属材料（本実施形態では銅）よりなる第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各第１係合凹部７１及び各第２係合凹部７２に係合されるようにシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。
【００３９】
図３に示すように、第３界磁コイル用導線７６ａは、各第１係合凹部７１に対して巻回されるとともに、続けて、第１係合凹部７１に巻回された第３界磁コイル用導線７６ａ同士の間に形成される各凹部７６１ａを通過するように複数回巻回されている。よって、第１規制用突起６１と第２規制用突起６２との間に第３界磁コイル７６が形成されている。すなわち、第３界磁コイル７６は、電機子コイル２２よりも径方向外側に配置されている。
【００４０】
また、第４界磁コイル用導線７７ａは、各第２係合凹部７２に対して巻回されるとともに、続けて、第２係合凹部７２に巻回された第４界磁コイル用導線７７ａ同士の間に形成される各凹部７７１ａを通過するように複数回巻回されている。よって、第３規制用突起６６と第４規制用突起６７との間に第４界磁コイル７７が形成されている。すなわち、第４界磁コイル７７は、電機子コイル２２よりも径方向外側に配置されている。
【００４１】
次に、本実施形態のモータ１０の作用について、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に電流が供給された際に形成される磁路（界磁磁束の流れ）を中心に説明する。尚、ハウジング１１の外周面には、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に電流を供給するための端子台Ｔ（図１において二点鎖線で示す）が設けられており、各界磁コイル用導線４３ａ，４８ａ，７６ａ，７７ａの始端（図示せず）はハウジング１１外部へ引き出されて端子台Ｔに電気的に接続されている。
【００４２】
図１に示すように、各界磁コイル４３，７６に電流が供給されることにより第１界磁コア４２に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ２に示すようにシャフト１５内を軸線Ｌの方向に流れ、矢印Ｙ３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ４に示すようにコアバック１２を第１界磁極４１へ向かって誘導される。
【００４３】
このようにして、第１界磁コア４２、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０（ステータコア２１）及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第１界磁コア４２は、ロータ３０及びステータ２０（ステータコア２１）と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４４】
同様に、各界磁コイル４８，７７に電流が供給されることにより第２界磁コア４７に発生された界磁磁束は、矢印Ｙ１１に示すようにシャフト１５に向かって流れる。そして、界磁磁束は、磁気的空隙（ギャップ）を通してシャフト１５に流れる。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１２に示すようにシャフト１５内を軸線Ｌの方向に流れ、矢印Ｙ１３に示すようにシャフト１５の軸線Ｌに直交する方向へ流れてロータコア３１（ロータティース３１ａ）を外径側に流れてステータコア２１（ステータティース２１ａ）を通過する。さらに、界磁磁束は、矢印Ｙ１４に示すようにコアバック１２を第２界磁極４６へ向かって誘導される。
【００４５】
このようにして、第２界磁コア４７、シャフト１５、ロータ３０、ステータ２０（ステータコア２１）及びコアバック１２による界磁磁路が形成される。よって、本実施形態では、コアバック１２、シャフト１５及び第２界磁コア４７は、ロータ３０及びステータ２０と共に界磁磁路を形成する磁路形成部材として機能する。
【００４６】
このように、本実施形態のモータ１０では、環状（ループ状）の磁路（界磁磁束の流れ）が形成され、ロータ３０のロータティース３１ａは、界磁磁束によってＮ極の極性を持つことになり、ロータティース３１ａ（界磁磁束）が、永久磁石同期モータにおけるロータに配設された永久磁石と同様の働きを持つことになる。
【００４７】
また、本実施形態のモータ１０では、各界磁コイル４３，４８，７６，７７に流す電流量を増加させることで界磁磁束を増加させ、より大きなトルクを得ることができる。その一方で、本実施形態のモータ１０では、高速回転時において各界磁コイル４３，４８，７６，７７に流す電流量を減少させることで界磁磁束を減少させ、最大回転数を向上させることができる。すなわち、本実施形態のモータ１０では、強め界磁制御のみによって最大トルク及び最大回転数を向上させることができる。したがって、本実施形態のモータ１０では、ロータ３０に永久磁石を配設した場合に必要な弱め界磁制御が不要となり、その構成を簡略化できる。
【００４８】
また、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に界磁磁束を発生させるために必要な各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７が各電機子コイル用ボビン５１の第１フランジ５３に巻装されている。このため、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に十分な界磁磁束を発生させるために必要である第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａを第１界磁コイル用ボビン４４及び第２界磁コイル用ボビン４９に巻回させる必要が無い。その結果、第１界磁コイル用ボビン４４及び第２界磁コイル用ボビン４９におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の体格が抑えられ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格が抑えられている。
【００４９】
上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）各界磁コイル４３，４８，７６，７７のうち、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７を形成する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが、各電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に位置する第１フランジ５３にシャフト１５の軸線Ｌ周りに掛装されながら巻回されている。よって、ハウジング１１内における電機子コイル用ボビン５１の径方向外側に存在するデッドスペースを有効利用しながら各界磁コイル７６，７７を配置することができ、界磁コイル用ボビンを極力減らすことができる。その結果、ハウジング１１内において、界磁コイル用ボビンを配置するためのスペースを極力減らすことができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格を小型化することができる。
【００５０】
（２）第１フランジ５３には、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが係合する第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２が形成されている。よって、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３に巻き付けられる際に、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２に係合される。このため、この第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａと第１係合凹部７１及び第２係合凹部７２との係合により、第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３に対して位置決めされる。よって、第１フランジ５３に対する第３界磁コイル用導線７６ａ及び第４界磁コイル用導線７７ａの整列巻きが容易に行える。
【００５１】
（３）第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の一端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２が設けられている。また、第１フランジ５３におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向の他端寄りには、径方向外側に突出し、シャフト１５の軸線Ｌに沿った方向において離間する第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７が設けられている。よって、第１規制用突起６１及び第２規制用突起６２により、第３界磁コイル用導線７６ａが第１フランジ５３から外方へ脱落してしまうことを規制することができ、第３規制用突起６６及び第４規制用突起６７により、第４界磁コイル用導線７７ａが第１フランジ５３から外方へ脱落してしまうことを規制することができる。
【００５２】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、第１界磁極４１及び第２界磁極４６を図５に示す界磁極９０の構成にしてもよい。図５に示すように、界磁極９０は、磁性体よりなる界磁コア９１と界磁コイル９２とを備えている。界磁コア９１は、円環状に形成されシャフト１５を挿通するための固定部９１ａと、この固定部９１ａから軸線Ｌに直交し、且つ軸線Ｌから外側へ向けて放射状に延びる複数本の腕部９１ｂとを備えている。各腕部９１ｂは等間隔に配置されている。各腕部９１ｂにおいてシャフト１５（固定部９１ａ）側には、それぞれ導線が巻回されて界磁コイル９２が形成されている。これによれば、界磁コイル用ボビンを削除することができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格をさらに小型化することができる。
【００５３】
○ 実施形態において、第１界磁コイル４３及び第２界磁コイル４８を削除してもよい。この場合、第３界磁コイル７６及び第４界磁コイル７７により、第１界磁コア４２及び第２界磁コア４７に十分な界磁磁束を発生させることができる必要がある。これによれば、界磁コイル用ボビンを削除することができ、モータ１０におけるシャフト１５の軸線Ｌに沿った方向への体格をさらに小型化することができる。
【００５４】
○ 実施形態において、ロータコア３１は、鋼板（電磁鋼板）を複数枚積層して構成が、これに限らず、ロータコア３１をＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。同様に、各界磁コア４２，４７もＳＭＣや鉄塊などの磁性体で構成してもよい。
【００５５】
○ 実施形態において、各規制用突起６１，６２，６６，６７のいずれか、又は全てを削除してもよい。これにより、ボビンの成形を容易にすることができる。
○ 実施形態において、各係合凹部７１，７２を削除してもよい。
【００５６】
○ 実施形態において、各電機子コイル用ボビン５１は内径側と外径側とで別体としてもよい。これにより、ボビンの成形を容易にすることができる。
○ 実施形態において、ステータ２０のステータティース２１ａの数は適宜変更してもよい。また、ロータ３０のロータティース３１ａの数は適宜変更してもよい。
【００５７】
○ 実施形態において、第１界磁極４１のみ、あるいは、第２界磁極４６のみ設けてもよい。すなわち、軸線Ｌ方向の片側のみに界磁極を設けてもよい。
○ 実施形態において、シャフト１５を介して界磁磁路を形成したが、これに限らず、シャフト１５を介さずに界磁磁路を形成してもよい。シャフト１５に、シャフト１５よりも磁気抵抗の小さい磁性体を設けて界磁磁路としてもよい。磁性体としては例えばＳＭＣなどでもよい。
【００５８】
○ 実施形態において、凸極部としてのロータティース３１ａは形状的に凸形状であったが、この構成に限らず、磁気的に凸極性があればよい。例えば、ロータティースの先端のみが隣接するロータティースと連結されていたり、ロータティース間の凹部が非磁性体で埋められたりして、全体としてロータが円筒状でもよい。
【００５９】
○ 実施形態において、コアバック１２はＳＭＣで形成されていたが、これに限らず、鉄塊などの磁性体であってもよい。
○ 実施形態では回転電機としてモータ１０に具体化したが、これに限ることなく発電機として用いてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１０…回転電機としてのモータ、１２…磁路形成部材として機能するコアバック、１５…シャフト、２１…ステータコア、２１ａ…ステータティース、２２…電機子コイル、３０…ロータ、３１ａ…凸極部としてのロータティース、４２…磁路形成部材として機能する第１界磁コア、４３…界磁コイルとしての第１界磁コイル、４７…磁路形成部材として機能する第２界磁コア、４８…界磁コイルとしての第２界磁コイル、５１…電機子コイル用ボビン、５２…コイル巻回部、５３…一対のフランジの一方である第１フランジ、５４…一対のフランジの他方である第２フランジ、６１…一対の規制用突起のうちの一方である第１規制用突起、６２…一対の規制用突起のうちの他方である第２規制用突起、６６…一対の規制用突起のうちの一方である第３規制用突起、６７…一対の規制用突起のうちの他方である第４規制用突起、７１…係合凹部としての第１係合凹部、７２…係合凹部としての第２係合凹部、７６…界磁コイルとしての第３界磁コイル、７７…界磁コイルとしての第４界磁コイル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、
前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、
前記ステータティースが挿入される電機子コイル用ボビンと、
前記電機子コイル用ボビンの外周に集中巻きされる電機子コイルと、
界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、
前記電機子コイル用ボビンは、前記電機子コイルが巻回される筒状のコイル巻回部と、前記電機子コイルにおける前記ステータコアの径方向への移動を規制する一対のフランジとから構成され、
各ステータティースに設けられた前記電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに、前記界磁コイルが前記シャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、前記界磁コイルが係合する係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、径方向外側に突出し、前記シャフトの軸方向において離間する一対の規制用突起が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【請求項１】
シャフトに回転可能に支持されるとともに磁気的な凸極部を有するロータと、
前記ロータの凸極部の径方向外側に配置され、前記シャフトに向かって突出する複数のステータティースを有するステータコアと、
前記ステータティースが挿入される電機子コイル用ボビンと、
前記電機子コイル用ボビンの外周に集中巻きされる電機子コイルと、
界磁コイルの通電に伴い少なくとも前記ロータと前記ステータコアと共に界磁磁路を形成する磁路形成部材と、を備えた回転電機であって、
前記電機子コイル用ボビンは、前記電機子コイルが巻回される筒状のコイル巻回部と、前記電機子コイルにおける前記ステータコアの径方向への移動を規制する一対のフランジとから構成され、
各ステータティースに設けられた前記電機子コイル用ボビンの径方向外側に位置するフランジに、前記界磁コイルが前記シャフトの軸線周りに掛装されながら巻回されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、前記界磁コイルが係合する係合凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記電機子コイル用ボビンにおける前記界磁コイルが巻回されたフランジには、径方向外側に突出し、前記シャフトの軸方向において離間する一対の規制用突起が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の回転電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１８２９４４（Ｐ２０１２−１８２９４４Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５３１３（Ｐ２０１１−４５３１３）
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２日（２０１１．３．２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（３０４０２１２７７）国立大学法人 名古屋工業大学 (784)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]