JP2014036461A - 回転電機のロータ - Google Patents

Abstract

【課題】回転電機のロータにおいて、ロータ突極に巻装されたロータコイルを保持しながら、ロータ突極間のコイル巻きスペースを広く有効に確保することである。
【解決手段】回転電機のロータ１４は、外周の周方向に沿って配置される複数のロータ突極３２ｎ，３２ｓを有するロータコア１４と、ロータ突極３２ｎ，３２ｓに巻装されるロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓと、ロータ突極３２ｎ，３２ｓ間のスロット３４を閉じるように設けられる保持部材５０とを備える。保持部材５０は、周方向に隣り合う２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓに巻回されたロータコイル間に延びてロータコア２４に固定される脚部５２と、脚部５２の外周端部から周方向両側に延びてスロット３４の外周を閉じる梁部５４とを含む。保持部材５０の脚部５２には、ロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線と係合する凸部５６が周方向に突出して形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、回転電機のロータに係り、特に、ロータコイルが設けられる回転電機のロータに関する。

回転電機において、ロータコイルが設けられたロータを用いる種類の回転電機がある。例えば、特許文献１には、回転電機として、ステータコイルに交流電流を流すことで回転磁界を形成し、その回転磁界の空間高調波成分をロータコイルに鎖交させてロータコイルに誘導電流を発生させることが述べられている。ここでは、ロータコイルは、ロータの各突極にそれぞれ巻装され、各ロータコイルはダイオードを介して短絡されて誘導電流が整流されることで、ロータの各突極が固定された磁化方向を有する磁石として働く。これによって、回転磁界の基本波成分によるトルクに加えて空間高調波成分によるトルクを利用できると述べられている。

特開２００９−１１２０９１号公報

上記特許文献１に記載される回転電機では、ロータが回転するとき、ロータ突極に巻装されているロータコイルに遠心力が作用する。したがって、このような遠心力によってロータコイルがロータ突極から径方向外側へ飛び出さないようにするための保持部材を設けることが好ましい。その場合、この保持部材は、上記遠心力に抗してロータコイルを保持する強度を確保しながら、ロータ突極に巻き回されるロータコイルの巻きスペースを圧迫しないように工夫することが望まれる。

本発明の目的は、ロータ突極に巻装されたロータコイルを保持しながら、ロータ突極間のコイル巻きスペースを圧迫することなく広く確保することができる回転電機のロータを提供することである。

本発明に係る回転電機のロータは、外周の周方向に沿って配置される複数のロータ突極を有するロータコアと、前記ロータ突極に巻装されるロータコイルと、前記ロータ突極間のスロットを閉じるように設けられる保持部材とを備え、前記保持部材は、周方向に隣り合う２つのロータ突極にそれぞれ巻回されているロータコイル間において径方向に延びて径方向内側端部が前記ロータコアに固定される脚部と、該脚部の径方向外側端部から周方向両側にそれぞれ延びて前記スロットの径方向外側を閉じる梁部とを一体的に有し、前記保持部材の脚部には、前記ロータコイルを構成するコイル導線と係合する凸部が周方向に突出して形成されているものである。

本発明に係る回転電機のロータにおいて、前記保持部材の凸部は、前記脚部の周方向両面に径方向の間隔をおいて複数形成されてもよい。

また、本発明に係る回転電機のロータにおいて、前記保持部材の梁部の周方向先端部は前記ロータ突極の外周端部に係止されてもよい。

さらに、本発明に係る回転電機のロータにおいて、前記ロータコイルは、前記各ロータ突極の先端側にそれぞれ巻回されて前記ステータによる回転磁界の磁束が鎖交することで誘導電流を発生させる誘導コイルと、前記誘導コイルに接続されて前記誘導電流の流れ方向を整流する整流部と、前記各ロータ突極の根元側にそれぞれ巻回されて前記誘導コイルに接続され、前記誘導コイルに生じた誘導電流により前記各ロータ突極を周方向に交互に異なる極性に磁化させる共通コイルとを備えてもよい。

この場合、前記スロット内において周方向両側の誘導コイルの間に位置する前記保持部材の脚部の部分に磁性部材が設けられてもよい。

本発明の回転電機のロータによれば、ロータの回転時に遠心力が作用するロータコイルのコイル導線が上記凸部に係合することによって上記遠心力の一部を保持部材の脚部で受け持つことができる。そのため、梁部だけで上記遠心力に対してロータコイルを保持する場合に比べて脚部と梁部との付け根部の肉厚を薄くすることができる。これにより突極部間のコイル巻きスペースを圧迫することなく広く確保することができる。

本発明の実施の形態であるロータを含む回転電機の周方向一部を示す概略断面図である。 図１のロータを拡大して示す図である。 図２中のＡ部を拡大して示す図である。 図２の回転電機において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。 ロータコイルにダイオードを接続して示す、図４に対応する回路実装図である。 図１の回転電機において、ロータの周方向に隣り合う２つのロータ突極に巻装した一対のロータコイルの接続回路の等価回路を示す図である。 保持部材の脚部に凸部が形成されていない比較例を示す、図２に対応する図である。 保持部材の脚部に形成された凸部が三角形状に形成された例を示す、図２に対応する図である。 図８におけるＢ部を拡大して示す図である。 保持部材の脚部に形成された凸部が三角形状に形成された別の例を示す、図２に対応する図である。

以下に、本発明に係る実施の形態（以下、実施形態という）について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

図１〜６は、本発明の一実施形態であるロータを含む回転電機１０を示す図である。図１は、回転電機１０のステータ１２及びロータ１４の周方向一部を示す概略断面図である。図１に示すように、回転電機１０は、電動機または発電機として機能するものであり、図示しないケーシングに固定されたステータ１２と、ステータ１２と所定の空隙をあけて径方向内側に対向配置され、ステータ１２に対し回転可能なロータ１４とを備える。なお、「径方向」とは、特に断らない限り、ロータ１４の回転中心軸に直交する放射方向をいう。また、「周方向」とは、特に断らない限り、ロータ１４の回転中心軸を中心として描かれる円形に沿う方向をいう。また、「軸方向」とは、特に断らない限り、ロータ１４の軸方向をいう。

ステータ１２はステータコア１６を含む。ステータコア１６は、例えば、けい素鋼板等の金属板の積層体または圧粉磁心などの磁性材料により形成される。ステータコア１６の内周面の周方向複数個所には、ロータ１４へ向けて径方向内側に突出する複数のティース１８が周方向に間隔をおいて形成されている。そして、各ティース１８間には、スロット１９がそれぞれ形成されている。

ステータコア１６には、複数相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが巻装されている。各相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、スロット１９を通ってステータコア１６のティース１８に集中巻で巻き回しされている。この場合、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗがそれぞれ巻装された３つのティース１８により１つの極対が構成されている。そして、複数相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに例えば三相交流電流を流すことで、各ティース１８が磁化し、周方向に回転する回転磁界をステータ１２に生成することができる。

ロータ１４は、複数の磁性鋼板の積層体や圧粉磁心等の磁性材により形成される略円柱状のロータコア２４を含む。ロータコア２４の軸方向両側には、２つのエンドプレート（図示せず）を設置することもできる。ロータコア２４の中心部にはシャフト穴２６が軸方向に延伸して形成されている。シャフト穴２６には、図示しないシャフトが挿入されて固定される。このように固定されたシャフトは、ケーシング等において軸受部材によって回転可能に支持されている。これにより、ロータ１４は、ステータ１２に対して回転可能に設けられている。

図２は図１のロータ１４の一部を拡大して示す図である。図３は図２におけるＡ部を更に拡大して示す図である。ロータコア２４は複数のロータ突極３２ｎ，３２ｓを有する。各ロータ突極３２ｎ，３２ｓは、それぞれ径方向外側へ向けて突出するとともに、周方向に間隔をおいて形成されている。ここで、ロータ突極３２ｎは、後述するようにロータコイルによってＮ極に磁化されるＮ極形成突極である。また、ロータ突極３２ｓは、後述するロータコイルによってＳ極に磁化されるＳ極形成突極である。ロータ突極３２ｎとロータ突極３２ｓとは周方向に交互に配置されている。また、各ロータ突極３２ｎ，３２ｓ間には、略台形状の軸方向断面をなす空間からなるスロット３４が形成されている。

周方向に隣り合う２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓには、４種類のロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓが巻装されている。ロータコイル２８ｎは、ロータ突極３２ｎの径方向外方の先端側に集中巻きで巻装されたＮ極誘導コイルである。ロータコイル２８ｓは、ロータ突極３２ｓの径方向外方の先端側に集中巻きで巻装されたＳ極誘導コイルである。ロータコイル３０ｎは、ロータ突極３２ｎの径方向内方の根元側に集中巻きで巻装されたＮ極共通コイルである。ロータコイル３０ｓは、ロータ突極３２ｓの径方向内方の根元側に巻装されたＳ極共通コイルである。これらのロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓは、ロータ突極３２ｎ，３２ｓ間に形成されるスロット３４内に収容されている。また、ロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓは、後述する整流部であるダイオードを介して互いに接続されている。

また、ロータ突極３２ｎ，３２ｓとロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓとの間には、インシュレータ３５が介在されている。これにより、ロータコア２４とロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓとの電気絶縁性が確保されている。また、インシュレータ３５は、ロータコイル２８ｎ，２８ｓとロータコイル３０ｎ，３０ｓとの間に延在する部分を有しており、これにより２種類のロータコイル２８ｎ，２８ｓおよび３０ｎ，３０ｓの間の電気絶縁性の強化が図られている。

本実施形態におけるロータ１４は、保持部材５０をさらに備える。保持部材５０は、ロータ１４におけるスロット３４の径方向外側の開口部を閉じて、ロータコイルがロータコア２４に巻装された状態を保持する機能を有する。保持部材５０は、好ましくは、樹脂等の非磁性材料によって形成される。これにより、保持部材５０がロータコア２４に磁気的に結合されないことで、ロータコア２４中における磁束の流れに悪影響を与えるのを防止できる利点がある。

また、保持部材５０は、図２に示すように、略Ｔ字状の断面形状を有するとともにロータコア２４の軸方向全長に略対応する長さを有している。保持部材５０は、径方向に延伸する脚部５２と、この脚部５２の径方向外側の端部から周方向両側に延伸する一対の梁部５４とを一体的に含む。

保持部材５０の脚部５２における径方向内側の端部５２ａは、ロータコア２４におけるスロット底部に相当するロータヨーク３４ａに固定されている。より具体的には、脚部５２の端部５２ａは、脚部５２のスロット３４内に位置する部分（以下、スロット内部分という）５２ｂよりも周方向の幅が広がるように膨出形成されている。ロータコア２４のロータヨーク３４ａには、上記端部５２ａと対応する形状の係止溝２７が軸方向に延伸して形成されている。この係止溝２７は、ロータコア２４の軸方向端部において開口するため、その開口部から保持部材５０を挿通することにより脚部５２の端部５２ａを係止溝２７に係止することができる。これにより、保持部材５０の脚部５２が係止溝２７に嵌合して固定されている。このように保持部材５０の脚部５２がロータコア２４に固定されることで、保持部材５０の径方向外側への移動が規制され、その結果、ロータ１４の回転時にロータコイルに作用する遠心力に抗する保持力を発揮することが可能になる。

また、保持部材５０の脚部５２のスロット内部分５２ｂは、周方向において両側に位置するロータコイル２８ｎ，３０ｎとロータコイル２８ｓ，３０ｓとの間を径方向に沿って延伸する板状部分として形成されている。そして、この脚部５２のスロット内部分５２ｂの周方向両側の表面には、複数の凸部５６が径方向に間隔をおいて形成されている。

保持部材５０の脚部５２の表面に形成された凸部５６は、対向配置されているロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓのうち共通コイルに相当するロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線４２（図３参照）と係合可能なように周方向に突出して形成されている。より詳しくは、本実施形態では、これらの凸部５６は、スロット３４において径方向内側に配置されたロータコイル３０ｎ，３０ｓのコイル導線４２に対して係合可能になっている。これにより、ロータ回転時にロータコイル３０ｎ，３０ｓに作用する遠心力の一部は、コイル導線４２が凸部５６に係合することによって保持部材５０の脚部５２によって分担して受け持つことができる。

ここで、保持部材５０の脚部５２に対向するロータコイル３０ｎ，３０ｓの表面形状は、上記凸部５６に対応する部分で凹み上記凸部５６の間に対応する部分で突出するように予め形成されていることで、上記凸部５６がコイル導線４２と係合するようにしてもよい。あるいは、ロータコイル３０ｎ，３０ｓの表面形状は予め平坦に形成されており、そこに凸部５６が食い込むようにして保持部材５０が２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓ間に挿入されることにより、上記凸部５６がコイル導線４２と係合するようにしてもよい。

また、本実施形態では各凸部５６が略半円形状の断面を有する例を示しているが、後述するように例えば三角形等の他の断面形状を有して突出するように形成されてもよい。また、凸部５６の径方向における配列間隔および配列数は、ロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線４２の太さや巻き方等に応じて適宜に変更することができる。例えば、少なくとも１つの凸部５６が脚部５２に形成されていればよい。

さらに、図２においては共通コイルであるロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線が誘導コイルを構成するロータコイル２８ｎ，２８ｓを構成するコイル導線よりも大径であるように示されているが、これに限定されるものではなく、同一径のコイル導線が用いられてもよいし、あるいは、ロータコイル２８ｎ，２８ｓのコイル導線の方を比較的大径としてもよい。

保持部材５０の脚部５２の径方向外側端部５２ｃには、磁性部材５８が埋設されている。磁性部材５８は、例えば、けい素鋼板等の金属板で構成される。また、磁性部材５８は、周方向に隣り合って位置するロータコイル２８ｎ，２８ｓの間に対応して配置されている。さらに、磁性部材５８は、ロータコア２４の軸方向長さと同一または略対応する長さを有している。この磁性部材５８の機能については後述する。

図３に示すように、保持部材５０の梁部５４の周方向先端部５４ａは先細りの断面形状を有しており、ロータ突極３２ｎの径方向外側の端部において周方向に凹設された係止凹部３１に嵌り込んで係止されている。これにより、保持部材５０の梁部５４は、その先端部５４ａが係止凹部３１に係止されていることで、ロータ回転時の遠心力に抗してロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓを保持しておくための保持力を有効に発揮することができる。

また、径方向外側への移動が規制される梁部５４の先端部５４ａの係止凹部３１への係止状態は、上述した脚部５２の端部５２ａの場合と同様に、ロータコア２４のスロット３４に対して保持部材５０を軸方向端部から挿入することによって容易に組み付けることができる。

ただし、保持部材５０の脚部５２と片持ち状態の梁部５４とによってロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの飛び出しを防止し得る十分な保持力が得られる場合などには、保持部材５０の梁部５４の周方向先端部５４ａはロータ突極３２ｎ，３２ｓの端部に係止されないものとしてもよい。

図４は、図１の回転電機において、ロータコイルに流れる誘導電流により生成される磁束がロータ中に流れる様子を示す模式図である。図５は、ロータコイルにダイオードを接続して示す、図４に対応する図である。

図４および図５に示すように、ロータ１４の周方向に隣り合う２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓを１組として、ロータ突極３２ｎに巻かれたロータコイル２８ｎの一端と、ロータ突極３２ｓに巻かれたロータコイル２８ｓの一端とを、２つの整流素子である第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０を介して接続している。本実施形態において、ロータ１４の周方向に隣り合う２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓに巻装した複数のロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの接続回路は、図６に示す等価回路として表すことができる。この等価回路に示すように、ロータコイル２８ｎ，２８ｓの各一端は、互いに順方向が逆になる第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０を介して、接続点Ｒで接続されている。

また、各組でロータ突極３２ｎに巻かれたロータコイル３０ｎの一端は、ロータ突極３２ｓに巻かれたロータコイル３０ｓの一端に接続されている。ロータコイル３０ｎ，３０ｓは互いに直列に接続されることで、共通コイル組３６を形成している。一方、ロータコイル３０ｓの他端は接続点Ｒに接続され、ロータコイル３０ｎの他端は、ロータコイル２８ｎ，２８ｓの接続点Ｒとは反対側の各他端に接続点Ｇを介して接続されている。

図４を再び参照すると、ステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに交流電流を流すことによりステータ１２が回転磁界を生成するが、この回転磁界は、基本波成分の磁界だけでなく、基本波よりも高い次数の高調波成分の磁界を含んでいる。より詳しくは、ステータ１２に回転磁界を発生させる起磁力の分布は、各相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの配置や、ティース１８及びスロット１９によるステータコア１６の形状に起因して、基本波のみの正弦波分布にはならず、高調波成分を含むものとなる。

特に、集中巻においては各相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが互いに重なり合わないため、ステータ１２の起磁力分布に生じる高調波成分の振幅レベルが増大する。例えばステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが３相集中巻の場合は、高調波成分として入力電気周波数の時間的３次成分であって空間的な２次成分の振幅レベルが増大する。このようにステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗの配置やステータコア１６の形状に起因して起磁力に生じる高調波成分は空間高調波と呼ばれている。

ステータ１２からロータ１４に、この空間強調波を含む回転磁界が作用すると、空間高調波の磁束変動により、ロータ１４のロータ突極３２ｎ，３２ｓ間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生する。これにより、ロータコイル２８ｎ，２８ｓに誘導起電力が発生する。ロータ突極３２ｎ，３２ｓの先端側にあってステータ１２から近いロータコイル２８ｎ，２８ｓは、ステータ１２から回転磁界の磁束が鎖交して誘導電流を発生させる。

ロータ突極３２ｎ，３２ｓの根元側にあってステータ１２から遠いロータコイル３０ｎ，３０ｓは、主として、ロータ突極３２ｎ，３２ｓを磁化する機能を有する。ロータコイル３０ｎ，３０ｓに流れる電流は、図６から理解されるように、隣り合うロータ突極３２ｎ，３２ｓに巻装されたロータコイル２８ｎ，２８ｓを流れる電流の合計となる。

各ロータコイル２８ｎ，２８ｓに誘導起電力が発生すると、ロータコイル２８ｎ，２８ｓおよびロータコイル３０ｎ，３０ｓに、ダイオード３８，４０の整流方向に応じた誘導電流が流れる。これにより、ロータコイル３０ｎ，３０ｓが巻装されたロータ突極３２ｎ，３２ｓが磁化されて、極性が一定の磁石として機能する。また、各ロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの巻き方向およびダイオード３８，４０の整流作用によって、周方向に隣り合うロータ突極３２ｎ，３２ｓ同士で磁化極性が逆になる。図示の例では、ロータコイル２８ｎ，３０ｎが巻装されたロータ突極３２ｎの先端にＮ極が生成され、ロータコイル２８ｓ，３０ｓが巻装されたロータ突極３２ｓの先端にＳ極が生成される。すなわち、ロータ１４の周方向においてＮ極とＳ極とが交互に配置される。

このような回転電機１０において、３相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに３相の交流電流を流すことでティース１８に形成された回転磁界がロータ１４に作用する。これにより、ロータ１４との間の磁気抵抗が小さくなるようにロータ突極３２ｎ，３２ｓがティース１８の回転磁界に吸引され、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。

また、上述したように回転磁界に含まれる空間高調波の磁束がロータコイル２８ｎ，２８ｓに鎖交して生じる誘導電流がロータコイル３０ｎ，３０ｓに流れることで各ロータ突極３２ｎ，３２ｓが周方向に交互に異なる極性に磁化される。このとき、隣り合うロータ突極３２ｎ，３２ｓ同士の間に、保持部材５０で保持された磁性部材５８が配置されている。そのため、例えば図４の破線矢印α、βで示すように、磁性部材５８によってステータ１２からの空間高調波の磁束がロータ１４側に引き込まれ易くなり、ロータコイル２８ｎ，２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。これにより、各ロータコイル２８ｎ，２８ｓに大きな誘導電流を生じさせることができ、その結果、各ロータ突極３２ｎ，３２ｓについての起磁力を大きくすることができる。

このように周方向に交互にＮ極およびＳ極に磁化されたロータ突極３２ｎ，３２ｓは、ステータ１２による回転磁界と相互作用して吸引及び反発作用が生じる。この吸引及び反発作用によっても、ロータ１４にトルク（磁石トルクに相当するトルク）を作用させることができ、ロータ１４がステータ１２で生成される回転磁界に同期して回転駆動する。このように回転電機１０は、ステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗへの供給電力を利用してロータ１４に動力を発生させるモータとして機能することができる。

なお、上記では周方向に隣り合う２つのロータ突極３２ｎ，３２ｓについて２つのダイオード３８，４０を用いる場合を説明した。この場合、ロータ突極３２ｎ，３２ｓの数の１／２の数のダイオード３８，４０が必要になる。ただし、ロータ１４全体で２つのダイオード３８，４０だけを用いることもできる。すなわち、すべてのロータコイル２８ｎを直列に接続して１つのＮ極の直列接続誘導コイルとして扱い、すべてのロータコイル２８ｓを直列に接続して１つのＳ極の直列接続誘導コイルとして扱い、すべてのロータコイル３０ｎを直列に接続して１つのＮ極の直列接続共通コイルとして扱い、すべてのロータコイル３０ｓを直列に接続して１つのＳ極の直列接続共通コイルとして扱う。その上で、図６の接続関係を用いると、２つのダイオード３８，４０だけで済ませることができる。

上述したように本実施形態の回転電機のロータ１４によれば、隣り合うロータ突極３２ｎ，３２ｓ同士の間に配置される磁性部材５８を含んでいる。このため、ステータ１２で生成される回転磁界に含まれ、ロータコイル２８ｎ，２８ｓに鎖交する高調波成分である空間高調波を、磁性部材５８により有効に増大させることができる。これにより、ロータコイル２８ｎ，２８ｓに鎖交する磁束の磁束密度の変化を大きくし、ロータコイル２８ｎ，２８ｓに誘導される誘導電流を大きくでき、ロータ突極３２ｎ，３２ｓに形成される電磁石である磁極の磁力を強くできる。その結果、ロータ磁力を増加させ、回転電機１０のトルクを向上できる。

また、ロータ１４に設けた保持部材５０の脚部５２の周方向の表面に複数の凸部５６を形成して、隣接するロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線４２と係合するようにしている。これにより、ロータ回転時にロータコイル３０ｎ，３０ｓに作用する遠心力を保持部材５０の脚部５２によって受け持つことができる。したがって、保持部材５０の脚部５２と梁部５４とで分担して上記遠心力に抗する保持力を発揮することができる。その結果、梁部５４だけで上記遠心力に対してロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓを保持する場合に比べて脚部５２と梁部５４との付け根部の肉厚を薄くすることができ、これによりロータ突極３２ｎ，３２ｓ間のコイル巻きスペースを圧迫することなく大きく確保することができる。

これについてより詳しく説明すると、図７に示すように、脚部５２の表面に凸部が設けられていない保持部材５１の場合、ロータ回転時にロータコイルに作用する径方向外側への遠心力は、主として保持部材５１の梁部５４によって支持されることになる。そのため、上記遠心力に抗してロータコイルをロータ突極に巻装された状態に安定して保持するには、保持部材５１において脚部５２に対する梁部５４の付け根部５３を構成する湾曲面の曲率半径を大きく形成して上記付け根５３の肉厚を厚くすることにより強度を確保する必要がある。そうすると、スロット３４内のコイル収容スペース、特にロータ突極３２ｎ，３２ｓの先端側に巻装されるロータコイル２８ｎ，２８ｓの収容スペースが圧迫されることになる。その結果、ロータコイル２８ｎ，２８ｓを構成するコイル導線の線径を細くしたり、あるいは、巻回数を少なくする等の対策が必要になり、誘導電流の効率的な発生に支障を来たすことになる。

これに対し、本実施形態におけるように保持部材５０の脚部５２に、ロータコイル３０ｎ，３０ｓを構成するコイル導線４２と係合する複数の凸部５６を形成して、ロータコイル３０ｎ，３０ｓに作用する遠心力を脚部５２によっても分担して受け持たせるようにしたことで、梁部５４の付け根部５３の肉厚をそれほど厚くしなくても、ロータコイルをロータ突極３２ｎ，３２ｓに巻装された状態を安定して保持することが可能になる。したがって、上記付け根部５３を構成する湾極面の曲率半径をより小さく形成して、コイル導線４２の収容スペースを大きく確保することができるのである。

また、このようにロータコイルに作用する遠心力の一部を保持部材５０の脚部５２で受け持つことができるようにしたことで、保持部材５０の梁部５４に作用するロータコイルの遠心力を低減することができる。これにより、梁部５４の先端部５４ａ（図３参照）が係止されるロータ突極３２ｎ，３２ｓの係止凹部３１およびその近傍に生じる応力を緩和することができ、その結果、ロータ突極３２ｎ，３２ｓの径方向外側端部における磁気飽和の発生を抑制できるという利点もある。

ここで、本実施形態のロータ１４の保持部材５０における付け根部５３の応力分布をシミュレーションモデルにて解析したところ、複数の凸部５６を形成した場合における付け根部５３に作用する応力が、凸部なしの場合の約半分程度に緩和されることを確認することができた。また、このような凸部５６を設けた場合におけるロータ突極３２ｎ，３２ｓの係止凹部３１近傍の応力分布をシミュレーションモデルにて解析したところ、この場合も凸部なしの場合の約半分程度に緩和されることを確認することができた。

次に、図８〜１０を参照して、保持部材５０の脚部５２に形成した凸部５６の変形例について説明する。

保持部材５０の脚部５２に形成される凸部５６は、上記実施形態におけるように略半円形の断面を有するものに限定されるものではなく、図８に示すように、直角または略直角の頂角を有する三角形状の断面を有するものとして形成されてもよい。この場合、図９に示すように、凸部５６に対してロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの遠心力が作用することとなる径方向内側の傾斜面が径方向に直交する方向に対してなす角度θとすると、０°＜θ＜９０°に設定するのが好ましい。このような角度範囲に形成することで、凸部５６に対して矢印Ｆ方向に作用するロータコイル３０ｎ，３０ｓの遠心力を保持部材５０の脚部５２によって効果的に分担して受け持つことができる。

また、図１０に示すように、保持部材５０の脚部５２に形成される凸部５６は、鋭角の頂角を有する三角形状の断面を有するものとして形成されてもよい。この場合にも、凸部５６においてロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの遠心力が作用することとなる径方向内側の傾斜面が径方向に直交する線に対してなす角度θとすると、０°＜θ＜９０°に設定するのが好ましい。

なお、本発明は上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記においては保持部材５０の脚部５２の径方向外側端部に磁性部材５８を埋設するものとして説明したが、これに限定されるものではなく、磁性部材を省略してもよい。これによっても、ロータコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓに作用する遠心力の一部を保持部材の脚部で受け持つ作用効果については何ら変わりなく発揮することが可能である。

また、上記においては、保持部材５０の脚部５２において、共通コイルに相当するロータコイル３０ｎ，３０ｓに対向する表面に複数の凸部５６を形成するものと説明したが、これに限定されるものではない。例えば、保持部材の脚部において誘導コイルに相当するロータコイル２８ｎ，２８ｓに対向する表面にも凸部を形成してもよいし、あるいは、保持部材の脚部においてロータコイル２８ｎ，２８ｓに対向する表面だけに凸部を形成してもよい。

この場合、共通コイルおよび誘導コイルの少なくとも一方のロータコイルと保持部材の脚部との間に樹脂等を充填し、この充填物を介して凸部とロータコイルとの係合状態または固定状態をより確実なものとしてもよい。これにより、凸部以外の脚部の部分でもロータコイルに作用する遠心力の一部を受け持つことが可能になり、保持部材によるロータコイルの保持力をより一層高めることができる。

さらに、上記においてはロータコイルが共通コイルと誘導コイルとに分かれているものとして説明したが、本発明はロータコアのロータ突極に巻装されるロータコイルを有するどのような回転電機用ロータに適用されてもよい。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４ ロータ、１６ ステータコア、１８ ティース、１９，３４ スロット、２０ｕ，２０ｖ，２０ｗ ステータコイル、２４ ロータコア、２６ シャフト穴、２７ 係止溝、２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓ ロータコイル、３１ 係止凹部、３２ｎ，３２ｓ ロータ突極、３４ａ ロータヨーク、３５ インシュレータ、３６ 共通コイル組、３８ 第１ダイオード、４０ 第２ダイオード、４２ コイル導線、５０ 保持部材、５２ 脚部、５２ａ，５２ｃ 端部、５２ｂ スロット内部分、５３ 付け根部、５４ 梁部、５４ａ 周方向先端部、５６ 凸部、５８ 磁性部材。

Claims (5)

1. 外周の周方向に沿って配置される複数のロータ突極を有するロータコアと、
   前記ロータ突極に巻装されるロータコイルと、
   前記ロータ突極間のスロットを閉じるように設けられる保持部材とを備え、
   前記保持部材は、周方向に隣り合う２つのロータ突極にそれぞれ巻回されているロータコイル間において径方向に延びて径方向内側端部が前記ロータコアに固定される脚部と、該脚部の径方向外側端部から周方向両側にそれぞれ延びて前記スロットの径方向外側を閉じる梁部とを一体的に有し、
   前記保持部材の脚部には、前記ロータコイルを構成するコイル導線と係合する凸部が周方向に突出して形成されている、回転電機のロータ。
2. 請求項１に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記保持部材の凸部は、前記脚部の周方向両面に径方向の間隔をおいて複数形成されている、回転電機のロータ。
3. 請求項１または２に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記保持部材の梁部の周方向先端部は前記ロータ突極の外周端部に係止されている、回転電機のロータ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記ロータコイルは、前記各ロータ突極の先端側にそれぞれ巻回されて前記ステータによる回転磁界の磁束が鎖交することで誘導電流を発生させる誘導コイルと、前記誘導コイルに接続されて前記誘導電流の流れ方向を整流する整流部と、前記各ロータ突極の根元側にそれぞれ巻回されて前記誘導コイルに接続され、前記誘導コイルに生じた誘導電流により前記各ロータ突極を周方向に交互に異なる極性に磁化させる共通コイルとを備える、回転電機のロータ。
5. 請求項４に記載の回転電機のロータにおいて、
   前記スロット内において周方向両側の誘導コイルの間に位置する前記保持部材の脚部に磁性部材が設けられている、回転電機のロータ。

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