JP6673032B2 - 回転電機用回転子 - Google Patents

Description

本発明は、回転電機に用いられる回転電機用回転子に関する。

従来、車両の電動機や発電機などに用いられる、固定子と回転子とを備える回転電機が知られている（例えば、特許文献１など）。回転電機の回転子としては、特許文献１記載の如く、回転子コアの軸方向端の外周縁部から軸方向に沿って突出する爪状磁極部を有するもの（すなわち、ランデル回転子）がある。爪状磁極部は、周方向に隙間を空けて複数配置されており、周方向において交互に異なる極性（具体的には、Ｎ極及びＳ極）に磁化される。回転子コアに巻かれた界磁コイルに電流が供給されると、その界磁コイルの回りに磁束が発生し、その磁束によって爪状磁極部が周方向に隣接するもの同士で互いに異なる極性に磁化される。かかる爪状磁極部の磁化が行われると、回転電機の回転子が回転制御される。

また、回転電機の回転子としては、特許文献１記載の如く、爪状磁極部の外周を覆う円筒状の外周鉄心部が設けられたものがある。かかる外周鉄心部が設けられた回転子によれば、回転子の外周面が滑らかになるので、外周面の凹凸に起因する風切り音を低減することができる。また、この外周鉄心部により周方向に並んだ複数の爪状磁極部が連結されるので、特に周方向に並んだ２つの爪状磁極部の間に永久磁石（磁極間磁石）が配設されている場合などにおいて回転子の回転時に爪状磁極部の径方向への変形が増大するのを抑制することができる。

特開２００９−１４８０５７号公報

上記特許文献１記載の回転子において、外周鉄心部は、複数枚の軟磁性薄板部材が軸方向に積層された積層体からなるので、外周鉄心部での渦電流損を低減することはできる。一方、外周鉄心部は、磁気短絡を少なくして磁気性能を高めるには径方向厚さが小さいことが好ましい。しかし、外周鉄心部の径方向厚さが小さいほど、外周鉄心部での渦電流損低減効果が小さくなるので、回転子での渦電流損低減効果が不十分となるおそれがある。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、外周鉄心部の径方向厚さを小さいまま維持しても、回転子での渦電流損を有効に低減することが可能な回転電機用回転子を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた請求項１記載の発明は、回転シャフトに嵌合固定された筒状のボス部と、前記ボス部の軸方向端部から径方向外側に向けて広がるディスク部と、それぞれ前記ディスク部の外周端部に連接して軸方向に沿って爪状に突出すると共に、周方向に隙間を空けて配置され、周方向において交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部と、前記爪状磁極部の外周を覆う筒状の外周鉄心部と、前記ボス部と前記爪状磁極部との隙間において前記ボス部の外周に巻装された界磁巻線と、を備える回転電機用回転子であって、前記外周鉄心部は、軸方向に沿って第１間隔を空けて並んで配置された複数の第１電気的絶縁層を有すると共に、前記爪状磁極部は、前記外周鉄心部に接する外周面に設けられ、軸方向に沿って第２間隔を空けて並んで配置された複数の第２電気的絶縁層を有し、前記第１間隔と前記第２間隔とは、互いに不等である回転電機用回転子である。

この構成によれば、外周鉄心部の第１電気的絶縁層によりその外周鉄心部で生じる渦電流が細分化されるので、渦電流損を低減することができる。また、爪状磁極部の外周面に設けられた第２電気的絶縁層により爪状磁極部で生じる渦電流が細分化されるので、渦電流損を低減することができる。この点、回転子での渦電流損の低減効果を確保するうえで、外周鉄心部の径方向厚さを大きくすることは不要である。従って、外周鉄心部の径方向厚さを小さいまま維持しても、回転子での渦電流損を有効に低減することができる。

この構成によれば、回転子での渦電流ループの形状が、第１間隔と第２間隔Ｌ２とが互いに等しい構成に比べてより複雑化するので、回転子での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

尚、本発明は、前記外周鉄心部が、軟磁性の薄板部材が軸方向に複数積層された構造を有し、前記第１電気的絶縁層が、積層方向に隣接する前記薄板部材同士を絶縁する絶縁層を含む回転電機用回転子であってもよい。この構成によれば、外周鉄心部での渦電流損を確実に低減することができる。

また、本発明は、前記第２電気的絶縁層が、前記爪状磁極部の前記外周面に刻まれた溝を含む回転電機用回転子であってもよい。この構成によれば、爪状磁極部の外周面での渦電流損を確実に低減することができる。

また、本発明は、前記外周鉄心部が、周方向において前記爪状磁極部の極性が変わる境界部と固定子との間のエアギャップが前記境界部以外の部位と前記固定子との間のエアギャップに比して大きくなるように形成されている回転電機用回転子であってもよい。

この構成によれば、回転子のｑ軸コアがｄ軸コアを含む他コアに比べて固定子から離れ、回転子と固定子との間の磁路のうちｑ軸上の磁路がｄ軸上の磁路に比べて長くなるので、磁束変動を緩やかにして小さくすることができ、ｑ軸コアから固定子への磁束漏洩を抑制することができ、これにより、回転子での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

また、本発明は、前記外周鉄心部の透磁率が、前記ボス部、前記ディスク部、及び前記爪状磁極部を含むポールコアの透磁率に比して低い回転電機用回転子であってもよい。

この構成によれば、外周鉄心部での磁束変動が爪状磁極部での磁束変動に比べて生じ難くなり、外周鉄心部での磁束変動が緩やかになるので、回転子での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

また、本発明は、前記外周鉄心部の飽和磁束密度が、前記ポールコアの飽和磁束密度以上である回転電機用回転子であってもよい。

この構成によれば、外周鉄心部において磁束変動を抑えつつ、回転子の最大出力が低下するのを抑えることができるので、回転子の最大出力を維持しつつ、回転子での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る回転電機用回転子を備える回転電機の断面図である。 本実施形態の回転電機用回転子の斜視図である。 本実施形態の回転電機用回転子の、外周鉄心部を除いた斜視図である。 本実施形態の回転電機用回転子を径方向外側から見た際の図である。 本実施形態の回転電機用回転子の爪状磁極部における外周面の形状を表した図である。 本実施形態の回転電機用回転子の要部の断面図である。 本実施形態の回転電機用回転子の要部における渦電流ループの一例を表した図である。 本発明の変形例に係る回転電機用回転子を径方向外側から見た際の図である。 図８に示す変形例の回転電機用回転子を直線IX−IXで切断した際の要部断面図である。

以下、本発明に係る回転電機用回転子の具体的な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。まず、図１〜図７を用いて、本実施形態の回転電機用回転子を含む回転電機の構成について説明する。

本実施形態において、回転電機用回転子２０は、図１に示す如く、例えば車両などに搭載される回転電機２２に設けられる回転子である。以下、回転電機用回転子２０を単に回転子２０と称す。回転電機２２は、バッテリなどの電源から電力が供給されることで車両を駆動するための駆動力を発生すると共に、また、車両のエンジンから駆動力が供給されることでバッテリを充電するための電力を発生する装置である。回転電機２２は、回転子２０と、固定子２４と、ハウジング２６と、ブラシ装置２８と、整流装置３０と、電圧調整器３２と、プーリ３４と、を備えている。

回転子２０は、図１、図２、及び図３に示す如く、ボス部４０と、ディスク部４２と、爪状磁極部４４と、外周鉄心部４６と、界磁巻線４８と、永久磁石４９と、を備えている。ボス部４０は、回転シャフト５０が挿入可能な中心軸上に空いたシャフト孔５２を有する筒状部材であって、回転シャフト５０の外周側に嵌合固定される部位である。ディスク部４２は、ボス部４０の軸方向端面側から径方向外側に向けて延びる円盤状部位である。

爪状磁極部４４は、ディスク部４２の外周端に連接すると共に、更にその連接部から軸方向に沿って爪状に突出する部材である。爪状磁極部４４は、ボス部４０の径方向外側に配置されている。ボス部４０とディスク部４２と爪状磁極部４４とは、ポールコア（界磁鉄心）を形成する。爪状磁極部４４は、円弧状に形成された外周面を有している。爪状磁極部４４の外周面は、回転シャフト５０の軸中心近傍（具体的には、回転シャフト５０の軸中心又はその軸中心よりも該爪状磁極部４４に近い側の位置）を中心にした円弧を有している。

爪状磁極部４４は、互いに異なる極性（具体的には、Ｎ極及びＳ極）に磁化される第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとからなる。第１爪状磁極部４４ａ及び第２爪状磁極部４４ｂは、回転シャフト５０の軸回りに複数の同じ数（例えば、８個）ずつ設けられている。第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとは、周方向に隙間５４を空けて交互に配置されている。

第１爪状磁極部４４ａは、ボス部４０の軸方向一端側から径方向外側に広がるディスク部４２の外周端に連接しており、軸方向他端側に向けて突出している。また、第２爪状磁極部４４ｂは、ボス部４０の軸方向他端側から径方向外側に広がるディスク部４２の外周端に連接しており、軸方向一端側に向けて突出している。第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとは、配置位置や突出する軸方向向きを除いて、互いに共通した形状に形成されている。

第１爪状磁極部４４ａ及び第２爪状磁極部４４ｂを含む各爪状磁極部４４は、周方向において所定の幅（すなわち、周方向幅）を有すると共に、径方向において所定の厚さ（すなわち、径方向厚さ）を有するように形成されている。各爪状磁極部４４は、ディスク部４２との連接部近傍の根元側から軸方向先端側にかけて、周方向幅が徐々に小さくなりかつ径方向厚さが徐々に小さくなるように形成されている。すなわち、各爪状磁極部４４は、軸方向先端側ほど周方向及び径方向の双方において細くなるように形成されている。

上記の隙間５４は、互いに周方向に隣接する第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとの間ごとに設けられている。すべての隙間５４の形状は、互いに同じである。各隙間５４は、その周方向の大きさ（すなわち、寸法）が軸方向位置に応じて変化することがほとんど無いようにすなわちその周方向寸法が一定若しくはその一定値を含む極僅かな範囲内に維持されるように設定されている。すなわち、第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとは、隙間５４が何れの軸方向位置においても一定の周方向寸法を有するように形成され、かつ、周方向のすべての隙間５４が互いに同じ形状に形成されるように配置されている。

尚、回転子２０において磁気的なアンバランスが生じるのを回避するため、周方向のすべての隙間５４は同一形状であることが好ましい。しかし、特に片側方向にのみ回転する回転子２０においては、鉄損の低減などのために、爪状磁極部４４の形状を回転シャフト５０の軸中心を中心として（すなわち、軸回り方向において）左右非対称形状として、隙間５４の軸方向位置ごとの周方向寸法を一定でないものとしてもよい。爪状磁極部４４の形状が左右非対称形状であって隙間５４の軸方向位置ごとの周方向寸法が一定でない回転子２０でも、後述する本実施形態の効果と同様の効果を奏することは可能である。

外周鉄心部４６は、爪状磁極部４４（すなわち、第１爪状磁極部４４ａ及び第２爪状磁極部４４ｂ）の外周側に配置されてその爪状磁極部４４の外周を覆う円筒状若しくは円環状の部材である。外周鉄心部４６は、径方向において所定厚さ（例えば、回転子２０での機械強度と磁気性能とを両立させることができる例えば０．６ｍｍ〜１．０ｍｍ程度）を有する薄皮部材である。外周鉄心部４６は、爪状磁極部４４にその外周面側で対向して接すると共に、隙間５４をその径方向外側で閉じて周方向に隣接する爪状磁極部４４同士を連結する。

外周鉄心部４６は、鉄やケイ素鋼からなる電磁鋼板などの軟磁性材により構成されている。外周鉄心部４６は、図４に示す如く、複数枚の軟磁性の薄板部材（例えば電磁鋼板）５６が軸方向に積層された構造を有している。各薄板部材５６はそれぞれ、径方向において所定厚さを有していると共に、積層方向において所定幅を有している。各薄板部材５６はそれぞれ、渦電流損を抑制するために、軸方向に隣接する薄板部材５６に対して層間絶縁されている。外周鉄心部４６は、薄板部材５６同士を電気的に絶縁する絶縁層５８を有している。外周鉄心部４６は、焼き嵌めや圧入，溶接或いはそれらの組み合わせによって爪状磁極部４４に対して固定される。

界磁巻線４８は、ボス部４０と爪状磁極部４４との隙間に配置されて、直流電流の流通により磁束を発生させるコイル部材である。界磁巻線４８は、ボス部４０の外周側において軸回りに巻装されている。界磁巻線４８により発生した磁束は、ボス部４０及びディスク部４２を介して爪状磁極部４４に導かれる。すなわち、ボス部４０及びディスク部４２は、界磁巻線４８にて発生した磁束を爪状磁極部４４に導く磁路部を形成する。界磁巻線４８は、発生磁束により第１爪状磁極部４４ａをＮ極に磁化させかつ第２爪状磁極部４４ｂをＳ極に磁化させる機能を有する。

永久磁石４９は、外周鉄心部４６の内周側に収容されていると共に、周方向に隣接する爪状磁極部４４の間すなわち第１爪状磁極部４４ａと第２爪状磁極部４４ｂとの間にその隙間５４を埋めるように配置されている磁極間磁石である。永久磁石４９は、保持具（図示せず）を介して爪状磁極部４４に保持されており、回転子２０の回転時に作用する遠心力がその保持具を介して爪状磁極部４４に付与されるように配置されている。永久磁石４９は、回転子２０の爪状磁極部４４と固定子２４の固定子鉄心との間の磁束を強化する機能を有している。

永久磁石４９は、周方向に隣接する爪状磁極部４４の間の漏れ磁束を減少させる向きの磁極が形成されるように配置されている。具体的には、永久磁石４９は、Ｎ極に磁化される第１爪状磁極部４４ａに対向する面の磁極がＮ極となり、かつ、Ｓ極に磁化される第２爪状磁極部４４ｂに対向する面の磁極がＳ極となるように設定されている。永久磁石４９は、起磁力が周方向に向くように着磁されている。尚、永久磁石４９は、着磁された後に回転子２０に組み込まれてもよいし、また、回転子２０に組み込まれた後に着磁されてもよい。

固定子２４は、固定子鉄心６０と、固定子巻線６２と、を有している。固定子鉄心６０は、円筒状に形成された部材であって、回転子２０に対して径方向外側に所定のエアギャップを空けて対向配置されている。固定子巻線６２は、その直線部が固定子鉄心６０に形成されたスロットに収容されるように固定子鉄心６０のティースに巻かれたコイル部材である。固定子巻線６２は、多相（例えば三相）に対応している。

固定子２４は、磁路の一部を構成すると共に、回転子２０の回転により回転磁界が付与されることで起電力を発生する部材である。回転子２０は、磁路の一部を構成すると共に、電流が流れることで磁極を形成する部材である。

ハウジング２６は、固定子２４及び回転子２０を収容するケース部材である。ハウジング２６は、回転子２０を回転シャフト５０の軸回りに回転可能に支持すると共に、固定子２４を固定する。

ブラシ装置２８は、スリップリング６４と、ブラシ６６と、を有している。スリップリング６４は、回転シャフト５０の軸方向一端に固定されており、回転子２０の界磁巻線４８に電流を供給する機能を有している。ブラシ６６は、２個一対設けられており、ハウジング２６に取り付け固定されたブラシホルダ６８に保持されている。ブラシ６６は、その径方向内側の先端がスリップリング６４の表面に摺動するように回転シャフト５０側に押圧されつつ配置されている。ブラシ６６は、スリップリング６４を介して界磁巻線４８に電流を流す。

整流装置３０は、固定子２４の固定子巻線６２に電気的に接続されている。整流装置３０は、固定子巻線６２で生じた交流を直流に整流して出力する装置である。電圧調整器３２は、界磁巻線４８に流す界磁電流を制御することにより回転電機２２の出力電圧を調整するためのものであり、電気負荷や発電量に応じて変化する出力電圧を略一定に維持させる機能を有している。プーリ３４は、車両エンジンの回転を回転電機２２の回転子２０に伝達するためのものであり、回転シャフト５０の軸方向他端に締め付け固定されている。

このような構造を有する回転電機２２においては、電源からブラシ装置２８を介して回転子２０の界磁巻線４８に直流電流が供給されると、その電流により界磁巻線４８を貫いてボス部４０、ディスク部４２、及び爪状磁極部４４を流通する磁束が発生する。かかる磁束が第１爪状磁極部４４ａ及び第２爪状磁極部４４ｂに導かれると、第１爪状磁極部４４ａがＮ極に磁化されると共に、第２爪状磁極部４４ｂがＳ極に磁化される。かかる爪状磁極部４４の磁化が行われた状態で、電源から供給される直流が例えば三相交流に変換されて固定子巻線６２に供給されると、回転子２０が固定子２４に対して回転する。従って、回転電機２２を、固定子巻線６２への電力供給により回転駆動させる電動機として機能させることができる。

また、回転電機２２の回転子２０は、車両エンジンの回転トルクがプーリ３４を介して回転シャフト５０に伝達されることにより回転する。かかる回転子２０の回転は、固定子２４の固定子巻線６２に回転磁界を付与することで、固定子巻線６２に交流の起電力を発生させる。固定子巻線６２で発生した交流起電力は、整流装置３０を通って直流に整流された後、バッテリに供給される。従って、回転電機２２を、固定子巻線６２の起電力発生によりバッテリを充電させる発電機として機能させることができる。

次に、本実施形態の回転子２０の特徴部について説明する。

本実施形態において、回転子２０は、爪状磁極部４４の外周を覆う筒状の外周鉄心部４６を備えている。かかる外周鉄心部４６が設けられた回転子２０の構造によれば、外周鉄心部４６が設けられていないものに比べて、回転子２０の外周面を滑らかなものとすることができるので、回転子２０の外周面に形成される凹凸に起因する風切り音を低減することができる。

また、上記の外周鉄心部４６により周方向に並んだ複数の爪状磁極部４４が互いに連結されるので、各爪状磁極部４４の変形（特に径方向での変形）を抑えることができる。特に、本実施形態においては、周方向に隣接する２つの爪状磁極部４４の間には隙間５４を埋めるように永久磁石４９が配置されており、この永久磁石４９に回転子２０の回転時に作用する遠心力は爪状磁極部４４に付与されるので、回転子２０の回転時にこの永久磁石４９の遠心力により爪状磁極部４４の径方向での変形量が大きくなるおそれがあるが、上記の如く外周鉄心部４６が設けられていれば、その永久磁石４９の遠心力が発生しても、各爪状磁極部４４の径方向での変形が増大するのを抑えることができる。

また、外周鉄心部４６は、複数枚の薄板部材５６が軸方向に積層された構造を有していると共に、その積層方向（すなわち、軸方向）に隣接する薄板部材５６同士を電気的に絶縁する絶縁層５８を有している。絶縁層５８は、積層方向に隣接する薄板部材５６の間ごとに設けられており、軸方向に沿って第１間隔Ｌ１で並んで配置されている。この第１間隔Ｌ１は、薄板部材５６の一枚当たりの積層方向における所定幅に一致する値である。尚、絶縁層５８は、外周鉄心部４６の表面に塗装された若しくは被覆された絶縁材（例えば、酸化被膜）からなるものであってよく、また、薄板部材５６間に空けられた微小隙間（すなわち、空気層）であってよい。絶縁層５８は、外周鉄心部４６での渦電流損を低減させることで、鉄損を低減させて出力効率や発電効率を向上させる機能を有する。

また、爪状磁極部４４は、図５及び図６に示す如く、外周鉄心部４６の内周面に接する外周面に刻まれた溝７０を有している。溝７０は、爪状磁極部４４の外周面において凹凸を形成するための凹みであって、軸方向に沿って第２間隔Ｌ２で並んで配置されている。溝７０は、爪状磁極部４４の外周面における外周鉄心部４６が接する接触部７２の間に介在し、その両側の接触部７２同士を電気的に絶縁する絶縁層或いは空気層である。接触部７２は、２つの溝７０の間に形成される突状部位である。溝７０の深さは、爪状磁極部４４自体での磁気性能を損なうことなく接触部７２ごとに渦電流ループを形成可能な程度に設定されている。溝７０と接触部７２とは、爪状磁極部４４の外周面において凹凸を形成する。

爪状磁極部４４の外周面における凹凸は、専用加工機を用いて０．１ｍｍ〜２ｍｍの間隔で溝７０を形成するグルービングにより形成されることとしてもよいし、また、専用加工機を用いることなく任意の柄によって溝７０を形成するローレットにより形成されることとしてもよい。また、溝７０は、爪状磁極部４４の外周面を加工する際に必然的に残る切削痕やツールマークで構成されたものであってもよく、更に、外周鉄心部４６により爪状磁極部４４の外周を覆う際などに必要な接着剤が溜まる接着剤溜まりであってもよい。

また、上記の第２間隔Ｌ２は、上記した第１間隔Ｌ１とは異なる値であればよく、第１間隔Ｌ１と第２間隔Ｌ２とは互いに不等であればよい。また、この第２間隔Ｌ２は、溝７０間のすべてにおいて同じものである必要はなく、第１間隔Ｌ１と同じものを含んでもよいが、この場合は、間隔が一定とならない不等ピッチであればよい。この第２間隔Ｌ２は、例えば５μｍや１０μｍであってよく、また、第１間隔Ｌ１よりも大きなものであってよい。

このように本実施形態の回転子２０において、爪状磁極部４４の外周を覆う外周鉄心部４６は、軸方向に積層された複数枚の薄板部材５６からなり、積層方向に隣接する薄板部材５６同士を電気的に絶縁する絶縁層５８を有している。絶縁層５８は、軸方向に沿って第１間隔Ｌ１を空けて並んで配置される。また、爪状磁極部４４は、外周鉄心部４６に接する外周面に刻まれた溝７０を有している。溝７０は、その両側の接触部７２同士を電気的に絶縁する絶縁層或いは空気層であって、軸方向に沿って第２間隔Ｌ２を空けて並んで配置される。

かかる構造においては、外周鉄心部４６の絶縁層５８と爪状磁極部４４の溝７０とがそれぞれ、固定子２４とディスク部４２及びボス部４０との間の磁束が流れる磁気回路において渦電流損を低減させる電気的絶縁部として機能する。図７に示す如く、絶縁層５８間の薄板部材５６ごとに細分化された渦電流が発生すると共に、溝７０間の接触部７２ごとに細分化された渦電流が発生する。すなわち、薄板部材５６と接触部７２とで別々に渦電流が形成される。これらの両渦電流は互いに混ざり合ってその形状が崩れることで、回転子２０での渦電流ループの形状がより複雑となる。特に、第１間隔Ｌ１と第２間隔Ｌ２とは互いに不等であり、両間隔Ｌ１，Ｌ２は互いに異なるため、上記した渦電流ループの形状が、両間隔Ｌ１，Ｌ２が互いに等しい構成に比べてより複雑化する。

このため、本実施形態の回転子２０によれば、外周鉄心部４６に絶縁層５８が設けられているが爪状磁極部４４の外周面に溝７０が刻まれていない構成や、逆に爪状磁極部４４の外周面に溝７０が刻まれているが外周鉄心部４６に絶縁層５８が設けられていない構成に比べて、回転子２０で発生する渦電流が流れ難くなり、渦電流損の更なる低減を図ることができる。

この点、本実施形態によれば、上記の如く回転子２０で渦電流損の更なる低減を図ることができるので、回転子２０での渦電流損の低減効果を確保するうえで、外周鉄心部４６の径方向厚さを大きくすることは不要である。従って、外周鉄心部４６の径方向厚さを小さいまま維持しても、回転子２０での渦電流損を有効に低減することができる。すなわち、外周鉄心部４６での磁気短絡を少なくしつつ、回転子２０での渦電流損を有効に低減することが可能である。

尚、爪状磁極部４４の外周面に刻まれた溝７０は、渦電流低減効果を、外周鉄心部４６の絶縁層５８によるもののみに比べて向上させるのに必要十分な深さを有するものであればよく、その深さは表面加工時の切削痕程度の小さいものであってよい。この場合は、爪状磁極部４４の表面加工時にその外周面に溝７０を刻むことができるので、その溝７０を刻むのに別段特殊な工程を経ることは不要である。このため、爪状磁極部４４に簡易な手法で渦電流低減効果を持たせることができる。

また、溝７０の深さが上記の如く小さければ、その深さが大きい場合と異なり、その溝７０によって爪状磁極部４４の磁気抵抗が増加することはなく、その増加に伴う磁力低下が生じることはない。従って、本実施形態の構成によれば、爪状磁極部４４での溝７０の形成によって、爪状磁極部４４での磁気抵抗の増加及び磁力低下を抑制しつつ、回転子２０の渦電流低減効果を更に大きくすることができる。

以上、説明したことから明らかなように、回転子２０は、回転シャフト５０に嵌合固定された筒状のボス部４０と、ボス部４０の軸方向端部から径方向外側に向けて広がるディスク部４２と、それぞれディスク部４２の外周端部に連接して軸方向に沿って爪状に突出すると共に、周方向に隙間を空けて配置され、周方向において交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部４４と、爪状磁極部４４の外周を覆う筒状の外周鉄心部４６と、ボス部４０と爪状磁極部４４との隙間においてボス部４０の外周に巻装された界磁巻線４８と、を備えている。そして、外周鉄心部４６は、軸方向に沿って第１間隔Ｌ１を空けて並んで配置された複数の絶縁層５８を有していると共に、爪状磁極部４４は、外周鉄心部４６に接する外周面に設けられ、軸方向に沿って第２間隔Ｌ２を空けて並んで配置された複数の溝７０を有している。

この構成によれば、外周鉄心部４６の絶縁層５８によりその外周鉄心部４６で生じる渦電流が細分化されるので、渦電流損を低減することができる。また、爪状磁極部４４の外周面に刻まれた溝７０により爪状磁極部４４で生じる渦電流が細分化されるので、渦電流損を低減することができる。この点、回転子２０での渦電流損の低減効果を確保するうえで、外周鉄心部４６の径方向厚さを大きくすることは不要である。従って、外周鉄心部４６の径方向厚さを小さいまま維持しても、回転子２０での渦電流損を有効に低減することができる。

また、回転子２０において、第１間隔Ｌ１と第２間隔Ｌ２とは、互いに不等である。この構成によれば、回転子２０での渦電流ループの形状が、両間隔Ｌ１，Ｌ２が互いに等しい構成に比べてより複雑化するので、回転子２０での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

また、回転子２０において、外周鉄心部４６は、軟磁性の薄板部材５６が軸方向に複数積層された構造を有し、絶縁層５８は、積層方向に隣接する薄板部材５６同士を絶縁するものを含む。この構成によれば、外周鉄心部４６での渦電流損を確実に低減することができる。

また、回転子２０において、溝７０は、爪状磁極部４４の外周面に刻まれたものを含む。この構成によれば、爪状磁極部４４の外周面での渦電流損を確実に低減することができる。

ところで、上記の実施形態においては、外周鉄心部４６が、電磁鋼板などの軟磁性の薄板部材５６が軸方向に積層されたものである。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、外周鉄心部４６は、軟磁性の線状部材又は薄板部材が軸回りに螺状巻きされることによって軸方向に積層されたものであってよい。すなわち、外周鉄心部４６は、軸回りに螺状巻きされて軸方向に積層された軟磁性の線状部材又は薄板部材により構成されることとしてもよい。この場合、線状部材や薄板部材は、爪状磁極部４４の外周側において軸回りに螺状巻きされつつ、軸方向に隙間なく或いは僅かな隙間を空けて並ぶように配置される。

かかる変形例によれば、外周鉄心部４６での渦電流損を低減することができる。また、外周鉄心部４６を構成するうえでの廃材を少なくすることができると共に、線状部材や薄板部材を爪状磁極部４４の外周側において巻き付ける製造工程においてその線状部材や薄板部材のテンションを一定に保つことができるので、回転子２０の品質と生産性とを両立させることができる。尚、外周鉄心部４６を構成する線状部材や薄板部材は、強度や磁気性能の観点から断面矩形状の角材であることが好ましいが、丸線或いは角部が湾曲したものであってよい。

また、外周鉄心部４６は、下記の如くエアギャップの関係が成立するように外周面が形成されたものであってよい。すなわち、上記の如く、外周鉄心部４６は、径方向において所定厚さを有する薄皮部材である。この外周鉄心部４６の外周面は、径方向への凹凸の無い、回転シャフト５０の軸中心Ｏから等距離にある位置を集めたものであってもよいが、径方向への凹凸のある、例えば図８及び図９に示す如く、他部位よりも軸中心Ｏ側に凹んだ溝１００を有するものであってもよい。

上記の溝１００は、外周鉄心部４６の、周方向において爪状磁極部４４の極性が変わる境界部に設けられており、周方向に隣接する２つの爪状磁極部４４の間にある隙間５４を閉じる部位すなわちｑ軸が通る部位に設けられている。この溝１００は、ｑ軸を挟んだ周方向において隙間５４に合わせた所定幅を有するように形成されており、隙間５４に沿って延びている。この外周鉄心部４６の溝１００が設けられたｑ軸が通る上記境界部（すなわち、隙間５４を閉じる部位）と固定子２４との間のエアギャップは、外周鉄心部４６の、溝１００が設けられてない部位（すなわち、上記境界部以外の部位である。例えば、爪状磁極部４４の磁極中心点を通るｄ軸が通る部位（すなわち、爪状磁極部４４に接して対向する部位）を含む。）と固定子２４との間のエアギャップに比して大きい。

かかる変形例によれば、回転子２０のｑ軸コアがｄ軸コアを含む他コアに比べて固定子２４から離れ、回転子２０と固定子２４との間の磁路のうちｑ軸上の磁路がｄ軸上の磁路に比べて長くなる。このため、それらの磁路が等しい構成などに比べて、急峻な磁束変動を抑制して、磁束変動を緩やかにして小さくすることができ、ｑ軸コアから固定子２４への磁束漏洩（すなわち、磁力抜け）を抑制することができ、これにより、回転子２０での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

また、外周鉄心部４６は、ボス部４０、ディスク部４２、及び爪状磁極部４４を含むポールコアの透磁率に比して低い透磁率を有するものであってよい。外周鉄心部４６の透磁率が上記ポールコアの透磁率に比して低ければ、外周鉄心部４６での磁束変動が爪状磁極部４４での磁束変動に比べて生じ難くなり、外周鉄心部４６での磁束変動が緩やかになる。このため、かかる変形例によれば、回転子２０での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

また、上記の変形例において、外周鉄心部４６は、上記ポールコアの飽和磁束密度以上の飽和磁束密度を有するものであってもよい。外周鉄心部４６の飽和磁束密度が上記ポールコアの飽和磁束密度以上であれば、外周鉄心部４６において磁束変動を抑えつつ、回転子２０の最大出力が低下するのを抑えることができる。このため、かかる変形例によれば、回転子２０の最大出力を維持しつつ、回転子２０での渦電流損の更なる低減を図ることができる。

上記の変形例において、外周鉄心部４６の材料は、飽和磁束密度が高い軟磁性材料であって、例えば、鉄とコバルトとを混ぜたパーメンジュールなどであってよい。一方、ポールコアの材料は、外周鉄心部４６の材料と比較して透磁率が高くかつ飽和磁束密度が低い軟磁性材料であって、例えば、鉄とニッケルとを混ぜたパーマロイ、ＳＵＹなどの純鉄、ＳＰＣＣやＳＰＣＥなどの冷間圧延鋼板などであってよい。

尚、本発明は、上述した実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。

２０・・・回転電機用回転子、２２・・・回転電機、２４・・・固定子、４０・・・ボス部、４２・・・ディスク部、４４・・・爪状磁極部、４４ａ・・・第１爪状磁極部、４４ｂ・・・第２爪状磁極部、４６・・・外周鉄心部、４８・・・界磁巻線、４９・・・永久磁石、５０・・・回転シャフト、５４・・・隙間、５６・・・薄板部材、５８・・・絶縁層、７０・・・溝、７２・・・接触部。

Claims (6)

1. 回転シャフト（５０）に嵌合固定された筒状のボス部（４０）と、
   前記ボス部の軸方向端部から径方向外側に向けて広がるディスク部（４２）と、
   それぞれ前記ディスク部の外周端部に連接して軸方向に沿って爪状に突出すると共に、周方向に隙間（５４）を空けて配置され、周方向において交互に異なる極性に磁化される複数の爪状磁極部（４４）と、
   前記爪状磁極部の外周を覆う筒状の外周鉄心部（４６）と、
   前記ボス部と前記爪状磁極部との隙間において前記ボス部の外周に巻装された界磁巻線（４８）と、を備える回転電機用回転子（２０）であって、
   前記外周鉄心部は、軸方向に沿って第１間隔（Ｌ１）を空けて並んで配置された複数の第１電気的絶縁層（５８）を有すると共に、
   前記爪状磁極部は、前記外周鉄心部に接する外周面に設けられ、軸方向に沿って第２間隔（Ｌ２）を空けて並んで配置された複数の第２電気的絶縁層（７０）を有し、
   前記第１間隔と前記第２間隔とは、互いに不等である回転電機用回転子。
2. 前記外周鉄心部は、軟磁性の薄板部材が軸方向に複数積層された構造を有し、
   前記第１電気的絶縁層は、積層方向に隣接する前記薄板部材同士を絶縁する絶縁層（５８）を含む請求項１記載の回転電機用回転子。
3. 前記第２電気的絶縁層は、前記爪状磁極部の前記外周面に刻まれた溝（７０）を含む請求項１又は２記載の回転電機用回転子。
4. 前記外周鉄心部は、周方向において前記爪状磁極部の極性が変わる境界部と固定子（２４）との間のエアギャップが前記境界部以外の部位と前記固定子との間のエアギャップに比して大きくなるように形成されている請求項１乃至３の何れか一項記載の回転電機用回転子。
5. 前記外周鉄心部の透磁率が、前記ボス部、前記ディスク部、及び前記爪状磁極部を含むポールコアの透磁率に比して低い請求項１乃至４の何れか一項記載の回転電機用回転子。
6. 前記外周鉄心部の飽和磁束密度が、前記ポールコアの飽和磁束密度以上である請求項５記載の回転電機用回転子。

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