WO2025018154A1

WO2025018154A1 - 巻線界磁型回転電機

Info

Publication number: WO2025018154A1
Application number: PCT/JP2024/024095
Authority: WO
Inventors: 雅貴吉村
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2023-07-20
Filing date: 2024-07-03
Publication date: 2025-01-23
Anticipated expiration: 2026-01-20
Also published as: JP2025015045A

Abstract

巻線界磁型回転電機において、ロータ（６０）は、周方向に並ぶ磁極ごとに設けられ径方向に突出する主極部（６２）を有するロータコア（６１）と、主極部に巻回された界磁巻線とを有する。界磁巻線は、第１巻線部（第１コイルモジュール１１１）及び第２巻線部（第２コイルモジュール１１２）の直列接続体を有し、径方向において第１巻線部をステータに近い側、第２巻線部をステータから遠い側にして、これら各巻線部が各主極部に巻回されている。第１巻線部は、コンデンサに直列接続されることにより直列共振回路を構成し、第２巻線部は、コンデンサに並列接続されることにより並列共振回路を構成するものである。第２巻線部は、第１巻線部よりも巻き数が多く、かつ第２巻線部に用いられる導線材は、第１巻線部に用いられる導線材よりも導体断面積が小さい。

Description

巻線界磁型回転電機

関連出願の相互参照

　本出願は、２０２３年７月２０日に出願された日本出願番号２０２３－１１８１２４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　この明細書における開示は、巻線界磁型回転電機に関する。

　この種の巻線界磁型回転電機として、例えば特許文献１に記載の回転電機が知られている。この回転電機では、ロータにおいて、周方向に並ぶ磁極ごとの主極部（磁気突極部）に界磁巻線が巻回されており、ロータに対向配置されたステータの巻線（ステータ巻線）に流れる高調波電流により、界磁巻線に界磁電流が誘起されるものとなっている。また、界磁巻線が、第１巻線部及び第２巻線部の直列接続体を有し、径方向において第１巻線部をステータに近い側、第２巻線部をステータから遠い側にしてこれら各巻線部が主極部に巻回されるとともに、第１巻線部とコンデンサとにより直列共振回路が構成され、第２巻線部とコンデンサとにより並列共振回路が構成されている。この場合、第２巻線部の導線巻き数を、第１巻線部の導線巻き数よりも多くすることが望ましい。

特開２０２０－５４０６４号公報

　上記構成の巻線界磁型回転電機において、第２巻線部の導線巻き数を第１巻線部の導線巻き数よりも多くした場合には、第２巻線部の電流値（電流実効値）が第１巻線部の電流値よりも小さくなる。この場合、第１巻線部及び第２巻線部の導線材として同じ導体断面積のものが用いられている構成では、第２巻線部に流れる電流が相対的に小さいにもかかわらず導体断面積が過分に大きくなっている。そのため、第２巻線部における巻き数が不要に制限され、それに起因する界磁電流の制限が生じることが懸念される。

　本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、界磁巻線に流れる界磁電流の増加を図ることができる巻線界磁型回転電機を提供することを目的とする。

　本開示は、
　ステータ巻線を有するステータと、
　周方向に並ぶ磁極ごとに設けられ径方向に突出する主極部を有するロータコアと、前記主極部に巻回された界磁巻線とを有するロータと、を備え、
　前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高周波電流が前記ステータ巻線に流れる巻線界磁型回転電機であって、
　前記界磁巻線は、第１巻線部及び第２巻線部の直列接続体を有し、径方向において前記第１巻線部を前記ステータに近い側、前記第２巻線部を前記ステータから遠い側にして、これら各巻線部が前記各主極部に巻回されており、
　前記第１巻線部は、コンデンサに直列接続されることにより直列共振回路を構成し、前記第２巻線部は、前記コンデンサに並列接続されることにより並列共振回路を構成するものであり、
　前記第２巻線部は、前記第１巻線部よりも巻き数が多く、かつ前記第２巻線部に用いられる導線材は、前記第１巻線部に用いられる導線材よりも導体断面積が小さい。

　巻線界磁型回転電機のロータにおいて、界磁巻線として第１巻線部及び第２巻線部の直列接続体を有し、これら各巻線部とコンデンサとにより直列共振回路と並列共振回路とを形成するとともに、径方向においてステータから遠い側の第２巻線部の巻き数を、ステータに近い側の第１巻線部の巻き数よりも多くした構成が考えられる。この場合、第２巻線部の巻き数を第１巻線部よりも多くすることで、第２巻線部のインダクタンスが大きくなり界磁電流の増加が可能となる。ここで、第２巻線部の巻き数を第１巻線部よりも多くした構成では、第２巻線部の電流値（電流実効値）が第１巻線部の電流値よりも小さくなり、換言すれば、第２巻線部で通電可能とする電流は第１巻線部よりも小電流であればよいこととなる。

　この点を鑑み、第２巻線部に用いられる導線材の導体断面積を、第１巻線部に用いられる導線材の導体断面積よりも小さくした。これにより、第１巻線部及び第２巻線部において同じ導体断面積の導線材を用いる場合と比べて、第２巻線部における巻き数を増やすことができる。その結果、界磁巻線に流れる界磁電流の増加を図ることができる。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、回転電機の制御システムの全体構成図であり、図２は、インバータ及びその周辺構成を示す図であり、図３は、ロータ及びステータの横断面図であり、図４は、ロータが備える電気回路を示す図であり、図５は、ロータの全体の構成を示す斜視図であり、図６は、ロータの分解斜視図であり、図７は、ロータの縦断面図であり、図８は、ロータ主部において、巻線ユニットを分解して示す斜視図であり、図９は、ロータ主部の横断面図であり、図１０は、第１巻線部及び第２巻線部の各導線材を模式的に示す断面図であり、図１１は、ロータコアの各主極部に巻線部が巻装された状態を示す概略図であり、図１２は、各巻線部におけるコイル体の接続に関する構成を示す斜視図であり、図１３は、ロータの電気回路図であり、図１４は、導線材の断面図であり、図１５は、部品ホルダにおいてコイル体の導線端部どうしが接合された状態を示す縦断面図であり、図１６は、第１巻線部及び第２巻線部の各導線材を模式的に示す断面図である。

　以下、本開示に係る回転電機を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。回転電機は、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車等の電動車両において走行動力源として用いられる。

　まず、図１を用いて、回転電機を備える制御システムについて説明する。制御システムは、直流電源１０、インバータ２０、制御装置３０及び回転電機４０を備えている。回転電機４０は、巻線界磁型の同期機である。例えば、回転電機４０、インバータ２０及び制御装置３０は機電一体型駆動装置として構成されていてもよいし、回転電機４０、インバータ２０及び制御装置３０それぞれが各コンポーネントで構成されていてもよい。

　回転電機４０は、ハウジング４１と、ハウジング４１内に収容されるステータ５０及びロータ６０とを備えている。本実施形態の回転電機４０は、ロータ６０がステータ５０の径方向内側に配置されたインナロータ型の回転電機である。ステータ５０は、ステータコア５１と、ステータ巻線５２とを備えている。ステータ巻線５２は、例えば銅線で構成されており、電気角で互いに１２０°ずれた状態で配置されたＵ，Ｖ，Ｗ相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗを含む。ロータ６０は、ロータコア６１と、界磁巻線７０とを備えている。ロータコア６１の中心孔には、回転軸３２が組み付けられている。回転軸３２は、軸受４２，４３によりハウジング４１に回転可能に支持されている。

　図２に示すように、インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を備えている。各相において上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの接続点には、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの第１端が接続されている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗの第２端は、中性点で接続されている。すなわち、本実施形態において、ステータ巻線５２は星形結線されている。ただし、ステータ巻線５２はΔ結線されていてもよい。本実施形態において、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎは、ＩＧＢＴである。各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎには、フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。

　各相の上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐのコレクタには、直流電源１０の正極端子が接続されている。各相の下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎのエミッタには、直流電源１０の負極端子が接続されている。なお、直流電源１０には、平滑コンデンサ１１が並列接続されている。

　続いて、図３を用いて、ステータ５０及びロータ６０について説明する。

　ステータ５０及びロータ６０は、いずれも回転軸３２と共に同軸上に配置されている。以下の記載では、回転軸３２が延びる方向を軸方向とし、回転軸３２の中心から放射状に延びる方向を径方向とし、回転軸３２を中心として円周状に延びる方向を周方向としている。

　ステータコア５１は、軟磁性体からなる積層鋼板により構成されており、円環状のバックヨーク５１ａと、バックヨーク５１ａから径方向内側に向かって突出する複数のティース５１ｂとを有している。隣り合うティース５１ｂの間に、周方向並ぶ複数のスロット５４が形成されている。これら各スロット５４に各相の相巻線が所定順序で収容されることにより、ステータ巻線５２が構成されている。例えば、ステータ５０において、複数の導体セグメントを用いたセグメントコイル構造が採用されているとよい。ただし、ステータ巻線５２の構造は任意である。

　ロータコア６１は、軟磁性体からなり、例えば積層鋼板により構成されている。ロータコア６１は、円筒状の円筒部６１ａと、円筒部６１ａから径方向外側に向かって突出する複数の主極部６２とを有している。主極部６２には集中巻により界磁巻線７０が巻回されている。本実施形態において、主極部６２は、周方向に等間隔で８個設けられている。

　界磁巻線７０は、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂを備えている。各主極部６２には、径方向外側に第１巻線部７１ａが巻回され、第１巻線部７１ａよりも径方向内側に第２巻線部７１ｂが巻回されている。ステータ５０との関係で言えば、径方向において第１巻線部７１ａはステータ５０に近い側に、第２巻線部７１ｂはステータ５０から遠い側に巻回されている。各主極部６２において、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの巻方向は互いに同じになっている。また、周方向に隣り合う主極部６２のうち、一方に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂの巻方向と、他方に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂの巻方向とは逆になっている。このため、周方向に隣り合う主極部６２どうしで互いに磁化方向が逆になる。ロータ６０では、ロータコア６１における各主極部６２と、その各主極部６２に巻装された界磁巻線７０とにより、周方向に並ぶ複数の磁極（界磁極）が形成されている。

　図４に、主極部６２に巻回された各巻線部７１ａ，７１ｂを備えるロータ６０側の電気回路を示す。第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂは直列接続されており、第２巻線部７１ｂには、複数の第１コンデンサ９１により構成されるコンデンサ部ＣＣが並列接続されている。コンデンサ部ＣＣは、複数の第１コンデンサ９１の並列接続体として構成されている。また、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの直列接続体には、第２コンデンサ９２が並列接続されている。第２コンデンサ９２は、ノイズ抑制用に設けられている。第１コンデンサ９１及び第２コンデンサ９２は、例えば積層セラミックコンデンサであり、互いに同じ構成のものとしている。

　各巻線部７１ａ，７１ｂからなる直列接続体の両端間には整流素子としてのダイオード９３が接続されている。つまり、ダイオード９３のカソードには、第１巻線部７１ａの第１端が接続され、第１巻線部７１ａの第２端には、第２巻線部７１ｂの第１端が接続されている。第２巻線部７１ｂの第２端には、ダイオード９３のアノードが接続されている。

　本実施形態では、第１巻線部７１ａ、第１コンデンサ９１及びダイオード９３により直列共振回路が構成され、第２巻線部７１ｂ及び第１コンデンサ９１により並列共振回路が構成されている。この場合、第１巻線部７１ａは第１コンデンサ９１に直列接続され、第２巻線部７１ｂは第１コンデンサ９１に並列接続されている。直列共振回路の共振周波数である第１共振周波数をｆ１、並列共振回路の共振周波数である第２共振周波数をｆ２とすると、これら各共振周波数ｆ１，ｆ２は、下式（１），（２）で表される。Ｌ１は第１巻線部７１ａのインダクタンスであり、Ｌ２は第２巻線部７１ｂのインダクタンスであり、Ｃは第１コンデンサ９１の静電容量である。
ｆ１＝１／（２π√（Ｌ１×Ｃ））　　…（１）
ｆ２＝１／（２π√（Ｌ２×Ｃ））　　…（２）
　ステータ巻線５２に高周波励磁電流が流れると、ステータコア５１及びロータコア６１を含む磁気回路に主磁束の高周波成分による変動が発生する。主磁束の変動が起きることにより、各巻線部７１ａ，７１ｂにそれぞれ誘起電圧が発生し、各巻線部７１ａ，７１ｂに電流が誘起される。この際、各巻線部７１ａ，７１ｂにそれぞれ極性の同じ誘起電圧が発生する場合、各巻線部７１ａ，７１ｂの誘起電流が相殺されないため、誘起電流が増加する。ダイオード９３により、各巻線部７１ａ，７１ｂに流れる電流が一方向に整流される。これにより、ダイオード９３により整流された方向に界磁巻線７０に界磁電流が流れ、界磁巻線７０が励磁される。

　図２の説明に戻り、制御装置３０は、マイコン（コンピュータに相当）を主体として構成され、マイコンはＣＰＵを備えている。制御装置３０は、インバータ２０を構成する各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成する。詳しくは、制御装置３０は、直流電源１０から出力された直流電力を交流電力に変換してＵ，Ｖ，Ｗ相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗに供給すべく、各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎをオンオフする駆動信号を生成し、生成した駆動信号を各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎのゲートに供給する。

　制御装置３０は、各相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗに基本波電流及び高周波励磁電流の合成電流を流すように各スイッチＳＵｐ～ＳＷｎをオンオフする。基本波電流は、回転電機４０にトルクを発生させることを主とする電流である。高周波励磁電流は、基本波電流よりも周波数の高い高周波電流であり、界磁巻線７０を励磁することを主とする電流である。高周波電流として高調波電流を用いることも可能である。各相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗに流れる相電流は、電気角で１２０°ずつずれている。

　次に、ロータ６０の構成をより詳細に説明する。図５は、ロータ６０の全体の構成を示す斜視図であり、図６は、ロータ６０の分解斜視図であり、図７は、ロータ６０の縦断面図である。

　ロータ６０は大別して、ロータ主部１０１と、ロータ主部１０１の軸方向両側のうち一端側に設けられた回路モジュール１０２と、ロータ主部１０１の軸方向一端側及び他端側に取り付けられた円環部材としてのコイルエンドカバー１０３，１０４とを有している。ロータ主部１０１は、図３で説明したとおりロータコア６１と界磁巻線７０とを備えており、ロータコア６１の中心孔には回転軸３２が組み付けられている。界磁巻線７０は、周方向に並べて配置された複数の巻線ユニット１１０よりなる。

　回路モジュール１０２は、中空部に回転軸３２が挿通された状態で、回転軸３２に固定されている。回路モジュール１０２は、界磁巻線７０のコイルエンド部に軸方向に対向する位置に設けられている。回路モジュール１０２は、図４で説明した各コンデンサ９１，９２、ダイオード９３や、これら各素子を電気的に接続するバスバー等を備える電気回路部である。

　図８は、ロータ主部１０１において、巻線ユニット１１０を分解して示す斜視図であり、図９は、ロータ主部１０１の一部について断面構造を示す横断面図である。ロータ主部１０１は、ロータ６０の磁極ごとに設けられた複数の巻線ユニット１１０を有している。各巻線ユニット１１０は、軸方向を長手方向とする環状に形成され、その中空部分にロータコア６１の主極部６２が挿通された状態でロータコア６１に組み付けられている。

　巻線ユニット１１０は、主極部６２への装着状態で径方向外側となる第１コイルモジュール１１１と、径方向内側となる第２コイルモジュール１１２とを有している。第１コイルモジュール１１１は、第１巻線部７１ａに相当するコイルモジュールであり、第２コイルモジュール１１２は、第２巻線部７１ｂに相当するコイルモジュールである。

　第１コイルモジュール１１１は、平角線からなる導線材がロータ６０の周方向及び径方向に多重に巻回されてなる環状のコイル体１２１と、そのコイル体１２１に一体に設けられた薄板状の絶縁体１２２とを有している。絶縁体１２２は、周方向に延びかつコイル体１２１の径方向外側及び径方向内側を覆う部分と、径方向に延びかつコイル体１２１の中空部を覆う部分とを有している。つまり、コイル体１２１は、径方向内外になる部位と、主極部６２に対向する内周側の部位とが絶縁体１２２により絶縁被覆されている。

　第２コイルモジュール１１２は、平角線からなる導線材がロータ６０の周方向及び径方向に多重に巻回されてなる環状のコイル体１２３と、そのコイル体１２３に一体に設けられた薄板状の絶縁体１２４とを有している。絶縁体１２４は、周方向に延びかつコイル体１２３の径方向外側及び径方向内側を覆う部分と、径方向に延びかつコイル体１２３の中空部を覆う部分とを有している。つまり、コイル体１２３は、径方向内外になる部位と、主極部６２に対向する内周側の部位とが絶縁体１２４により絶縁被覆されている。

　コイル体１２１，１２３は、例えばα巻きコイルとして構成され、周回の重なり方向（ロータ周方向）に多重となり、かつ中空部の延びる方向（ロータ径方向）に２層となるように導線材が巻回された空芯コイルである。本実施形態では、コイル体１２１，１２３の導線材として、導体断面が長辺及び短辺を有する矩形状の平角導線を用いることとしている。コイル体１２１，１２３は、導線材の周回により長辺部が多重に重なる向きで巻回されている。平角線は、アルミニウム等からなる導体と、導体を覆う絶縁層とからなる。

　第１コイルモジュール１１１では、１つのコイル体１２１から軸方向に２本の導線端部１２５が引き出されている。第２コイルモジュール１１２では、径方向に並ぶ３つのコイル体１２３から軸方向に計６本の導線端部１２６が引き出されている。

　図９に示すように、第１コイルモジュール１１１では、導線材が径方向に２層に巻装され、第２コイルモジュール１１２では、導線材が径方向に６層に巻装されている。コイル体１２１，１２３で言えば、第１コイルモジュール１１１では、コイル体１２１が径方向に１つ設けられ、第２コイルモジュール１１２では、コイル体１２３が径方向に３つ並べて設けられている。この場合、各主極部６２における第２巻線部７１ｂの巻き数が、第１巻線部７１ａの巻き数よりも多くなっている。なお、各コイルモジュール１１１，１１２では、周方向の巻き線数（換言すれば周方向の導線材の並び数）が相違しており、径方向外側では径方向内側に比べて巻き線数が多くなっている。これにより、界磁巻線７０における占積率の向上が図られている。

　また、ロータ主部１０１においてロータコア６１の主極部６２どうしの間には、各主極部６２に第１コイルモジュール１１１及び第２コイルモジュール１１２を組み付けた状態で、これら各コイルモジュール１１１，１１２の組み付け状態を保持する保持板１２７，１２８が設けられている。保持板１２７は、第１コイルモジュール１１１の径方向外側に取り付けられ、保持板１２８は、第１コイルモジュール１１１と第２コイルモジュール１１２との間に取り付けられている。

　なお、図６に示すように、ロータ６０は、巻線ユニット１１０の軸方向端部に組み付けられるコイルエンドリング８１を有している。コイルエンドリング８１は、図７に示すように、径方向において第１コイルモジュール１１１のコイルエンド部と第２コイルモジュール１１２のコイルエンド部との間であって、かつ軸方向において保持板１２８とコイルエンドカバー１０３との間に挟まれた状態で設けられている。

　ところで、本実施形態では、巻線界磁型のロータ６０において、界磁巻線７０である各巻線部７１ａ，７１ｂと第１コンデンサ９１とにより直列共振回路と並列共振回路とを形成するとともに、径方向内側の第２巻線部７１ｂの巻き数を、径方向外側の第１巻線部７１ａの巻き数よりも多くした構成としている。この場合、第２巻線部７１ｂの巻き数を第１巻線部７１ａよりも多くすることで、第２巻線部７１ｂのインダクタンスが大きくなり界磁電流の増加が可能となる。ここで、第２巻線部７１ｂの巻き数を第１巻線部７１ａよりも多くした構成では、第２巻線部７１ｂの電流値（電流実効値）が第１巻線部７１ａの電流値よりも小さくなり、換言すれば、第２巻線部７１ｂで通電可能とする電流は第１巻線部７１ａよりも小電流であればよいこととなる。

　この点を鑑み、本実施形態では、第２巻線部７１ｂに用いられる導線材の導体断面積を、第１巻線部７１ａに用いられる導線材の導体断面積よりも小さくしている。以下に、界磁巻線７０の巻線構造に関する特徴点を説明する。

　図１０は、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの各導線材Ｃ１，Ｃ２を模式的に示す断面図である。図１０では、主極部６２に巻回された状態で第１巻線部７１ａのコイル体１２１と第２巻線部７１ｂのコイル体１２３とが１つずつ示されており、図の上下方向が径方向、図の左右方向が周方向である。

　図１０に示すように、コイル体１２１（第１巻線部７１ａ）の導線材Ｃ１と、コイル体１２３（第２巻線部７１ｂ）の導線材Ｃ２とは横断面の面積、すなわち導体断面積が相違しており、導線材Ｃ２では、導線材Ｃ１に比べて導体断面積が小さくなっている。より具体的には、導線材Ｃ１の長辺及び短辺の長さ寸法をＤ１，Ｄ２、導線材Ｃ２の長辺及び短辺の長さ寸法をＤ３，Ｄ４とする場合に、これら各長さ寸法は、Ｄ１＝Ｄ３、Ｄ２＞Ｄ４の関係になっている。つまり、導線材Ｃ２は、導線材Ｃ１と比べて長辺の長さ寸法が同じであり、かつ短辺の長さ寸法が小さいものとなっている。この場合、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂにおいて同じ導体断面積の導線材を用いる場合と比べて、第２巻線部７１ｂにおける巻き数を増やすことが可能になっている。

　また、図９に示すように、ロータコア６１では、周方向に隣り合う主極部６２の間が導線材の巻回スペースとなっており、径方向で見ると、径方向内側では相対的に巻回スペースが狭くなっている。この点、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２の導体断面積が、第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１の導体断面積よりも小さいため、相対的に狭小な巻回スペースであっても導線材Ｃ２の巻き数を確保できるものとなっている。

　図１１は、ロータコア６１の各主極部６２に各巻線部７１ａ，７１ｂが巻装された状態を示す概略図である。図１１では、径方向外側の導体２層分を第１巻線部７１ａとし、その径方向内側の導体４層分を第２巻線部７１ｂとしている。第１巻線部７１ａは、周方向に並ぶ各主極部６２にコイル体１２１が各々組み付けられ、かつそのコイル体１２１が直列接続されることにより構成されている。ここでは、第１巻線部７１ａを構成する各コイル体１２１を、時計回り方向で順にＣ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，…Ｃ１８としており、それら各コイル体Ｃ１１～Ｃ１８が周方向に隣り合うものどうしで直列に接続されることにより、第１巻線部７１ａが構成されている。

　また、第２巻線部７１ｂは、周方向に並ぶ各主極部６２にコイル体１２３が各々２つずつ組み付けられ、かつそのコイル体１２３が直列接続されることにより構成されている。ここでは、第２巻線部７１ｂのうち第１巻線部７１ａの隣の各コイル体１２３を、順にＣ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，…Ｃ２８とし、その径方向内側の各コイル体１２３を、順にＣ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，…Ｃ３８としている。第２巻線部７１ｂは、各コイル体Ｃ２１～Ｃ２８の直列接続体の一端と、各コイル体Ｃ３１～Ｃ３８の直列接続体の一端とが接続されることにより構成されている。図１１では、説明の便宜上、各主極部６２に組み付けられるコイル体１２３を２個ずつとしたが、これを３個以上とする場合も同様である。

　図１２は、ロータ６０において、各巻線部７１ａ，７１ｂにおけるコイル体１２１，１２３の接続に関する構成を示す斜視図である。図１２には、ロータ主部１０１の軸方向片側に回路モジュール１０２が組み付けられた状態が示されている。

　回路モジュール１０２は、上述した各コンデンサ９１，９２やダイオード９３を保持する部品ホルダ１３０を備えている。部品ホルダ１３０は、合成樹脂等の電気的絶縁性を有する材料にて構成されている。部品ホルダ１３０は、円環状をなす本体部１３１と、本体部１３１から径方向外側に向けて放射状に延びる複数の導線固定部１３２とを備えている。図１２では樹脂モールド部１０５により覆われて不図示となっているが、本体部１３１には、回転軸３２を囲む円環状となる位置に、各コンデンサ９１，９２やダイオード９３が並べて設けられている。

　部品ホルダ１３０には、主極部６２と同数（８つ）の導線固定部１３２が設けられている。各導線固定部１３２には、軸方向に貫通する複数の挿通孔１３３が形成されている。これら各挿通孔１３３には、各巻線部７１ａ，７１ｂのコイル体１２１，１２３から延びる導線端部１２５，１２６が挿通され、導線端部１２５，１２６に挿通された導線端部１２５，１２６どうしが溶接等により接合されている。

　８つの導線固定部１３２のうち、図１２に示した３つの導線固定部１３２Ａ，１３２Ｂ，１３２Ｃについて詳しく説明する。

　導線固定部１３２Ａでは、径方向に４列に並ぶ各コイル体１２１，１２３について同列のコイル体どうしが接続されている。具体的には、導線固定部１３２Ａにおいて、接続部Ｘ１では、周方向に隣り合う各コイル体１２１の導線端部１２５が１つずつ挿通孔１３３に挿通され、その導線端部１２５どうしが接続されている。また、接続部Ｘ２～Ｘ４ではそれぞれ、周方向に隣り合う各コイル体１２３の導線端部１２６が１つずつ挿通孔１３３に挿通され、その導線端部１２６どうしが接続されている。接続部Ｘ５では、第１コンデンサ９１との接続のためのバスバー１４１，１４２が接続されている。

　接続部Ｘ１～Ｘ４、すなわち各コイル体１２１，１２３の導線端部１２５どうし又は導線端部１２６どうしが接続される部位では、平角線である導線材の長辺どうしが互いに接合された状態で溶接等により各コイル体１２１，１２３が接続されている。この場合、導線材の短辺どうしが互いに接合される構成に比べて大きい接合面が確保できる。そのため、強度面及び導通性のいずれにおいても適正な接続が可能となっている。

　導線固定部１３２Ａでは、３箇所の接続部Ｘ２～Ｘ４においてコイル体１２３の導線端部１２６どうしが接続されている。つまり、第２巻線部７１ｂでは、周方向に並ぶコイル体１２３と同数の箇所で導線端部１２６どうしが接続されている。ここで、コイル体１２３の導線材Ｃ２の導体断面積をコイル体１２１の導線材Ｃ１よりも小さくする構成として、仮に第２巻線部７１ｂにおいて導線材Ｃ２の径方向の幅寸法を導線材Ｃ１よりも小さくすると、径方向に並ぶコイル体１２３の数が増え、コイル体１２３どうしを接続する接続箇所が増える。この点、本実施形態では、導線材Ｃ２の断面積縮小のための構成として、導線材Ｃ２の周方向の幅寸法を導線材Ｃ１よりも小さくしたため、径方向に並ぶコイル体１２３の数が増えることはない。これにより、コイル体１２３どうしの接続箇所の増えることによる作業性の低下が抑制されている。

　一方、導線固定部１３２Ｂでは、各列のコイル体１２１，１２３において異なる列のものどうしの接続（レーンチェンジ接続）や、バスバーを介しての各コンデンサ９１，９２やダイオード９３との接続が行われている。具体的には、導線固定部１３２Ｂにおいて、接続部Ｙ１では、第１巻線部７１ａのコイル体１２１の導線端部１２５と、第２コンデンサ９２用のバスバー１４３の一方の端部と、ダイオード９３のカソード接続用のバスバー１４４の端部とが接続されている。この接続部Ｙ１の接続は、図１３の回路図において接続点Ａ１の接続に相当する。また、接続部Ｙ２では、第１巻線部７１ａのコイル体１２１の導線端部１２５と、第２巻線部７１ｂのコイル体１２３の導線端部１２６と、第１コンデンサ９１用のバスバー１４２の端部とが接続されている。この接続部Ｙ２の接続は、図１３の回路図において接続点Ａ２の接続に相当する。

　接続部Ｙ２においてコイル体１２１，１２３の導線端部１２５，１２６の接続は、導体断面積が相違する導線材Ｃ１，Ｃ２（図１０参照）が接合された状態で行われる。具体的には、コイル体１２１，１２３の導線材Ｃ１，Ｃ２は、長辺どうしが互いに接合された状態で溶接等により接続されている。この場合、コイル体１２１，１２３の各導線材Ｃ１，Ｃ２は、導体断面積が相違しているものの、コイル体１２３の導線材Ｃ２は、コイル体１２１の導線材Ｃ１と比べて長辺の長さ寸法が同じであるため、互いの接合面が十分に確保できるものとなっている。

　接続部Ｙ３，Ｙ４ではそれぞれ、異なる列の各コイル体１２３の導線端部１２６どうしが接続されている。接続部Ｙ５では、第２コンデンサ９２との接続のためのバスバー１４３，１４５が接続されている。

　また、導線固定部１３２Ｃにおいて、接続部Ｚ１では、第２巻線部７１ｂのコイル体１２３の導線端部１２６と、各コンデンサ９１，９２共通のバスバー１４６の端部と、ダイオード９３のアノード接続用のバスバー１４７の端部とが接続されている。この接続部Ｚ１の接続は、図１３の回路図において接続点Ａ３の接続に相当する。

　第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂの少なくともいずれかの導線材Ｃ１，Ｃ２は、複数の素線を束ねた束線（分割線）であるとよい。

　具体的には、図１４（ａ）に示すように、導線材Ｃ１は、複数の素線１５１とそれら各素線１５１を外周側から覆う外周被覆部１５２とにより構成されている。また、図１４（ｂ）に示すように、導線材Ｃ２は、同じく複数の素線１５１とそれら各素線１５１を外周側から覆う外周被覆部１５２とにより構成されている。導線材Ｃ１，Ｃ２は、いずれも同じ素線１５１を用いて構成されているが、素線１５１の数の違いにより横断面が異なるものとなっている。素線１５１は、導体とその導体を覆う絶縁被膜とを有する被覆導線であるとよい。なお、各導線材Ｃ１，Ｃ２において互いに異なる素線１５１を用いる構成としてもよく、例えば導線材Ｃ１の素線１５１の断面積を、導線材Ｃ２の素線１５１の断面積よりも大きくしてもよい。素線１５１は、横断面が矩形状の角線としているが、丸線であってもよい。導線材Ｃ１，Ｃ２は、複数の素線１５１が撚られている撚り線であってもよい。

　回転電機４０において、ロータ６０の界磁巻線７０には励磁周波数に対応した高周波電流が流れるため、各巻線部７１ａ，７１ｂでは表皮効果の影響を受けることが考えられる。この点、各巻線部７１ａ，７１ｂの導線材Ｃ１，Ｃ２を、複数の素線１５１を束ねた束線、すなわち導体断面を複数に分割した分割線とすることにより、各巻線部７１ａ，７１ｂにおける表皮効果の影響が低減される。

　また、界磁巻線７０では、径方向外側の第１巻線部７１ａがステータ５０に近い側、径方向内側の第２巻線部７１ｂがステータ５０から遠い側となっており、第１巻線部７１ａでは、ステータ５０からの高周波励磁磁束の漏れ磁束が鎖交することで渦電流損が発生することが懸念される。その対策として、第１巻線部７１ａの導体材料の体積抵抗率を、第２巻線部７１ｂの導体材料の体積抵抗率よりも大きくするとよい。

　具体的には、例えば第１巻線部７１ａ（コイル体１２１）の導体材料をアルミニウムとし、第２巻線部７１ｂ（コイル体１２３）の導体材料を銅とする。第１巻線部７１ａの導体材料をＣＮＴ（カーボンナノチューブ）とし、第２巻線部７１ｂの導体材料を銅とすることも可能である。これにより、第１巻線部７１ａにおいて漏れ磁束の影響が軽減され、渦電流損の低減が可能となる。また、各巻線部７１ａ，７１ｂの線材を互いに異なるものとし、漏れ磁束の影響が比較的小さい第２巻線部７１ｂについては電気抵抗の小さい材質にしたため、第２巻線部７１ｂでの電流減少が抑制されるものとなっている。

　第１巻線部７１ａをアルミ線、第２巻線部７１ｂを銅線とする場合、第１巻線部７１ａの導体材料が、第２巻線部７１ｂの導体材料に比べて体積抵抗率が大きくかつ比重が小さいものとなる。これにより、径方向外側（ステータ５０側）の第１巻線部７１ａにおいて、ステータ５０からの漏れ磁束に起因する渦電流損の低減に加え、ロータ回転時の遠心力の低減が可能となっている。

　第１巻線部７１ａと第２巻線部７１ｂとが互いに異なる材料である場合には、その接合部分への水分の付着によりガルバニック腐食が発生することが懸念される。この点を鑑み、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂにおける導線材どうしの接合部分が絶縁材により覆われているとよい。

　図１５は、回路モジュール１０２の部品ホルダ１３０において、コイル体１２１の導線端部１２５とコイル体１２３の導線端部１２６とが接合された状態を示す縦断面図である。図１５では、コイル体１２１，１２３の導線端部１２５，１２６が、部品ホルダ１３０の導線固定部１３２において挿通孔１３３に挿通され、その先端側において溶接等により接合されている。そして、導線端部１２５，１２６の接合部分を覆うようにして、エポキシ樹脂等の樹脂材よりなる樹脂被覆部１６１が形成されている。樹脂被覆部１６１は、導線端部１２５，１２６の接合部分の全体を覆い、かつその一部が導線固定部１３２の挿通孔１３３内に入り込む状態で設けられているとよい。樹脂被覆部１６１により、第１巻線部７１ａと第２巻線部７１ｂとを異なる材料としてもその接合部分のガルバニック腐食が抑制される。

　なお、樹脂被覆部１６１は、コイル体１２１の導線端部１２５とコイル体１２３の導線端部１２６との接合部分だけでなく、他の接合部分、すなわちコイル体１２１の導線端部１２５どうしの接合部分や、コイル体１２３の導線端部１２６どうしの接合部分にも設けられているとよい。

　以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

　界磁巻線７０において、第２巻線部７１ｂに用いられる導線材Ｃ２の導体断面積を、第１巻線部７１ａに用いられる導線材Ｃ１の導体断面積よりも小さくした。これにより、第１巻線部７１ａ及び第２巻線部７１ｂにおいて同じ導体断面積の導線材を用いる場合と比べて、第２巻線部７１ｂにおける巻き数を増やすことができる。その結果、界磁巻線７０に流れる界磁電流の増加を図り、ひいては回転電機４０のトルク向上を図ることができる。

　回転電機４０では、ロータ６０の界磁巻線７０に励磁周波数に対応した高周波電流が流れるため、各巻線部７１ａ，７１ｂにおいて表皮効果の影響を受けることが考えられる。この点、各巻線部７１ａ，７１ｂの導線材として束線を用いることで、各巻線部７１ａ，７１ｂにおける表皮効果の影響を低減することができる。

　第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２の導体断面積を第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１よりも小さくする構成として、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２において長辺の長さ寸法を第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１と同じとし、かつ短辺の長さ寸法を導線材Ｃ１よりも小さくした。これにより、各巻線部７１ａ，７１ｂが長辺どうしで互いに接合される構成において互いの接合面を十分に確保でき、溶接等を適切に行わせることができる。

　第２巻線部７１ｂにおいて径方向に並ぶコイル体１２３の数が増えると、コイル体１２３どうしを接続する接続箇所が増える。この点、上記のとおり、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２の導体断面積を第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１よりも小さくする構成として、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２において径方向の幅寸法を第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１と同じとし、かつ周方向の幅寸法を導線材Ｃ１よりも小さくした。これにより、径方向に並ぶコイル体１２３の増加によりコイル体１２３どうしの接続箇所が増加するといった不都合を抑制しつつ、第２巻線部７１ｂにおける巻き数を増やすことができる。

　（他の実施形態）
　上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

　・各巻線部７１ａ，７１ｂの導線材Ｃ１，Ｃ２は、いずれか一方のみが束線である構成、又は導線材Ｃ１，Ｃ２の両方が束線でない構成であってもよい。

　図１６には、第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１を束線とし、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２を束線でなく単線とした構成を示す。この場合、ステータ５０からの高周波励磁磁束の漏れ磁束を受けやすい第１巻線部７１ａにおいて過電流損の低減効果を高めることができる。一方、束線は単線に比べて外径寸法のばらつきが生じやすく、主極部６２の径方向内側となる部位に巻回される第２巻線部７１ｂを束線にすると、相対的に狭小となるスペースにおいて寸法ばらつきに起因して導線材の巻回に支障が生じることが懸念される。この点、第２巻線部７１ｂを束線とせず単線にすることで、導線材の巻回に支障が生じることを抑制できる。

　・上記実施形態では、第２巻線部７１ｂの導線材Ｃ２の導体断面積を第１巻線部７１ａの導線材Ｃ１の導体断面積よりも小さくする構成として、導線材Ｃ２において導線材Ｃ１と比べて長辺の長さ寸法を同じとし、かつ短辺の長さ寸法を小さくしたが（図１０参照）、これを変更してもよい。例えば、導線材Ｃ２は、導線材Ｃ１と比べて短辺の長さ寸法が同じであり、かつ長辺の長さ寸法が小さい構成であってもよい。又は、導線材Ｃ２は、導線材Ｃ１と比べて長辺及び短辺の長さ寸法が小さい構成であってもよい。

　・上記実施形態では、各巻線部７１ａ，７１ｂの導線材をいずれも平角線としたが、これを変更してもよい。例えば、各巻線部７１ａ，７１ｂのうち一方の導線材を平角線とし、他方の導線材を丸線としてもよい。又は、両方の導線材を丸線とすることも可能である。

　・上記実施形態では、各巻線部７１ａ，７１ｂにおいてコイル体１２１，１２３の導線端部どうしを溶接により接合する構成としたが、これを変更し、導線端部どうしをカシメやボルト締結などにより接合する構成としてもよい。

　・各巻線部７１ａ，７１ｂの導体材料を同じものにすることも可能である。具体的には、各巻線部７１ａ，７１ｂの導体材料を、例えばアルミニウム、銅、ＣＮＴのいずれかにすることが可能である。

　・回転電機は、インナロータ型の回転電機に限らず、アウタロータ型の回転電機であってもよい。アウタロータ型の回転電機では、ステータ５０が径方向内側、ロータ６０が径方向外側に配置される。この場合、主極部６２は、ロータコアの環状ヨーク部から径方向内側に突出している。界磁巻線７０において、第１巻線部７１ａは、径方向内側（ステータ５０側）に配置され、第２巻線部７１ｂは、径方向外側（反ステータ側）に配置されるとよい。

　・ステータ５０において、ステータコアは、ティースが設けられていないティースレスコアであってもよい。

　・回転電機としては、車載主機として用いられる回転電機に限らず、例えば、電動機兼発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）として用いられる回転電機であってもよい。

　・回転電機システムが搭載される移動体としては、車両に限らず、例えば、航空機又は船舶であってもよい。また、回転電機システムは、移動体に搭載されるシステムに限らず、定置式のシステムであってもよい。

　本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　ステータ巻線（５２）を有するステータ（５０）と、
　周方向に並ぶ磁極ごとに設けられ径方向に突出する主極部（６２）を有するロータコア（６１）と、前記主極部に巻回された界磁巻線（７０）とを有するロータ（６０）と、を備え、
　前記界磁巻線に界磁電流を誘起させるための高周波電流が前記ステータ巻線に流れる巻線界磁型回転電機（４０）であって、
　前記界磁巻線は、第１巻線部（７１ａ）及び第２巻線部（７１ｂ）の直列接続体を有し、径方向において前記第１巻線部を前記ステータに近い側、前記第２巻線部を前記ステータから遠い側にして、これら各巻線部が前記各主極部に巻回されており、
　前記第１巻線部は、コンデンサ（９１）に直列接続されることにより直列共振回路を構成し、前記第２巻線部は、前記コンデンサに並列接続されることにより並列共振回路を構成するものであり、
　前記第２巻線部は、前記第１巻線部よりも巻き数が多く、かつ前記第２巻線部に用いられる導線材は、前記第１巻線部に用いられる導線材よりも導体断面積が小さい、巻線界磁型回転電機。
　前記第１巻線部及び前記第２巻線部の少なくともいずれかの導線材は、複数の素線を束ねた束線である、請求項１に記載の巻線界磁型回転電機。
　前記ステータを径方向外側、前記ロータを径方向内側に配置したインナロータ構造の巻線界磁型回転電機であり、
　前記第１巻線部の導線材は、複数の素線を束ねた束線であり、前記第２巻線部の導線材は前記束線でない、請求項１に記載の巻線界磁型回転電機。
　前記第１巻線部及び前記第２巻線部の各導線材は、導体断面が長辺及び短辺を有する矩形状の平角導線であり、それら各導線材の長辺どうしが互いに接合されることで前記各巻線部が直列に接続されており、
　前記第２巻線部の導線材は、前記第１巻線部の導線材と比べて、長辺の長さ寸法が同じであり、かつ短辺の長さ寸法が小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線界磁型回転電機。
　前記第１巻線部及び前記第２巻線部は、前記主極部ごとに導線材が巻回されてなるコイル体（１２１，１２３）を有し、その主極部ごとの各コイル体が直列に接続されることで構成されており、
　前記第２巻線部では、前記主極部に前記コイル体が径方向に複数列に並べて配置され、その各列においてコイル体どうしが接続されており、
　前記第２巻線部の導線材は、前記第１巻線部の導線材と比べて、径方向の幅寸法が同じであり、かつ周方向の幅が小さい、請求項１～３のいずれか１項に記載の巻線界磁型回転電機。