特許 6787460 ロータ、及び回転機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6787460

(24)【登録日】2020年11月2日

(45)【発行日】2020年11月18日

(54)【発明の名称】ロータ、及び回転機

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/26 20060101AFI20201109BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20201109BHJP

   H02K 1/27 20060101ALI20201109BHJP

   H02K 3/44 20060101ALI20201109BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/26 Z

   H02K1/22 A

   H02K1/27 501Z

   H02K3/44 B

【請求項の数】8

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2019-170825(P2019-170825)

(22)【出願日】2019年9月19日

【審査請求日】2020年7月21日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100116001

【弁理士】

【氏名又は名称】森 俊秀

(72)【発明者】

【氏名】沖津 隆志

【審査官】 小林 紀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１９２９０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２０３９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０２９１５１５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２６

Ｈ０２Ｋ １／２２

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ ３／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸線を中心に回転するロータコアと、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線とを備えるロータであって、
鉄心と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体とを有する巻線ユニットを複数備え、
前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部を備え、
複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、且つ回転軸線を中心にした周方向に並ぶ、ロータ。

【請求項2】

複数の前記ユニット収容部のそれぞれにおける回転軸線方向の端の開口を塞ぐ閉塞部材を備える、
請求項１に記載のロータ。

【請求項3】

複数の永久磁石を備え、
前記ロータコアが、複数の前記永久磁石のそれぞれを個別に収容する複数の磁石収容部を備え、
複数の前記磁石収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、且つ回転軸線を中心にした周方向に並び、
複数の前記巻線ユニットのそれぞれにおける前記界磁巻線の両端が、ダイオードを介して電気接続される、
請求項１又は２に記載のロータ。

【請求項4】

複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向に沿わせる姿勢で配置され、
複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、横断面の長手方向を前記径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容され、
複数の前記磁石収容部のそれぞれが、開口の長手方向を前記ロータコアの外周に対する接線と平行な方向に沿わせる形態で配置され、
複数の前記永久磁石のそれぞれが、横断面の長手方向を前記接線と平行な方向に沿わせる姿勢で前記磁石収容部内に収容される、
請求項３に記載のロータ。

【請求項5】

複数の前記磁石収容部として、一対の前記磁石収容部からなる磁石収容部対を複数備え、
複数の前記永久磁石として、一対の前記永久磁石からなる磁石対を複数備え、
複数の前記磁石収容部対のそれぞれにおける一対の前記磁石収容部が、互いの開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、
複数の前記磁石対のそれぞれにおける一対の前記永久磁石が、互いの横断面の長手方向を前記Ｖ字に沿わせる姿勢で前記磁石収容部内に収容され、
複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、互いの開口の長手方向を前記径方向に沿わせる形態で配置され、
複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、互いの横断面を前記径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容される、
請求項３に記載のロータ。

【請求項6】

複数の前記ユニット収容部として、一対の前記ユニット収容部からなるユニット収容部対を複数備え、
複数の前記巻線ユニットとして、一対の前記巻線ユニットからなるユニット対を複数備え、
複数の前記ユニット収容部対のそれぞれにおける一対の前記ユニット収容部が、互いの開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、
複数の前記ユニット対のそれぞれにおける一対の前記巻線ユニットが、互いの横断面の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容される、
請求項３に記載のロータ。

【請求項7】

複数の前記磁石収容部として、一対の前記磁石収容部からなる磁石収容対を複数備え、
複数の前記永久磁石として、一対の前記永久磁石からなる磁石対を複数備え、
複数の前記磁石収容部対のそれぞれにおける一対の前記磁石収容部が、互いの開口の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、
複数の前記磁石対のそれぞれにおける一対の前記永久磁石が、互いの横断面の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢で前記磁石収容部内に収容される、
請求項６に記載のロータ。

【請求項8】

回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフトと、回転軸線を中心にした周方向に前記ロータを囲むステータとを備える回転機であって、
前記ロータが、請求項１乃至７の何れか１項に記載のロータである、回転機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータ、及び回転機に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、回転軸線を中心に回転するロータコアと、ロータコアに保持される複数の界磁巻線とを備えるロータが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１に記載のロータは、回転軸線を中心に回転する円筒状のロータコアと、ロータコアに保持される８つのロータ巻線とを備える。このロータにおけるロータコアは、周方向に等間隔で並ぶ８つの突極を外周面に備える。８つの突極のそれぞれは、ロータコアの外周面から、回転軸線を中心とする径方向の外側に向けて突出する。界磁巻線としてのロータ巻線は、突極の外周面に巻き付けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−７７８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

このロータにおいては、突極に対するロータ巻線の巻き付けを巻線機によって自動化する場合、高性能の巻線機を用いる必要があるため、コスト高になってしまうという課題がある。より詳しくは、例えば第１の突極に対するロータ巻線の巻き付けが終了した後、隣に存在する第２の突極に対するロータ巻線の巻き付けが行われるときに、第１の突極に巻き付けられたロータ巻線の束が、第２の突極に対するロータ巻線の巻き付け操作の邪魔になる。このため、第１の突極に巻き付けられたロータ巻線の束と、第２の突極への巻き付けの進行に伴って第２の突極の周囲において徐々に太っていくロータ巻線の束との間の僅かな隙間でも巻き付け操作を行うことができる高性能の巻線機を用いる必要があるのである。

【0006】

また、特許文献１に記載のロータにおいては、回転時の遠心力によるロータ巻線の束の崩れを防止するためには、ロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドする必要があるため、コスト高になってしまうという課題もある。

【0007】

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避することができるロータ、及び回転機を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様は、回転軸線を中心に回転するロータコアと、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線とを備えるロータであって、鉄心と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体とを有する巻線ユニットを複数備え、前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部を備え、複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、且つ回転軸線を中心にした周方向に並ぶ、ロータである。

【0009】

また、本発明の別の一態様は、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフトと、回転軸線を中心にした周方向に前記ロータを囲むステータとを備える回転機であって、前記ロータが、本発明の一態様のロータである、回転機である。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避することができるという優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るモータを示す分解斜視図である。

【図2】同モータのロータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。

【図3】同モータのステータの回転軸線方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。

【図4】同ステータ、及び同ステータの中空内に収容される同ロータの横断面を示す断面図である。

【図5】同ロータの巻線ユニットを示す斜視図である。

【図6】ケース内を封止樹脂で埋められる前の状態の同巻線ユニットを示す斜視図である。

【図7】同ロータを示す分解斜視図である。

【図8】第１実施例に係るモータのロータの横断面を示す断面図である。

【図9】同モータのステータ、及び同ロータの横断面を示す断面図である。

【図10】同ロータにおけるケース内を封止樹脂で埋められる前の状態の巻線ユニットを示す斜視図である。

【図11】第２実施例に係るモータのロータの横断面を示す断面図である。

【図12】第３実施例に係るモータのロータの横断面を示す断面図である。

【図13】第４実施例に係るモータのロータの横断面を示す断面図である。

【図14】第５実施例に係るモータのロータを示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、各図を用いて、本発明を適用した回転機としてのモータの一実施形態について説明する。
図１は、実施形態に係るモータ１を示す分解斜視図である。モータ１は、円筒状のハウジング２、フロントカバー３、リアカバー４、シャフト５、スリップリング（ブラシ）６、整流子７、ロータ（回転子）１０、及びステータ（固定子）３０を備える。

【0013】

軸状のシャフト５は、円柱状の整流子７と、円柱状のロータ１０とを回転軸線Ａ方向に貫通し、整流子７及びロータ１０の回転軸線Ａ上に位置する。シャフト５は、整流子７及びロータ１０とともに回転軸線Ａを中心にして回転駆動する。円筒状のハウジング２は、ヨークの役割を果たし、内周面で円筒状のステータ３０を保持する。ハウジング２は、回転軸線Ａ方向の両端に開口を有する。ロータ１０は、ハウジング２の内周面に保持されているステータ３０の中空内に収容される。有底円筒状のフロントカバー３は、底部をフロント側に向けた状態で、ハウジング２のフロント側に接続される。この接続により、フロントカバー３は、底部に設けられたシャフト穴３ｃにシャフト５のフロント側を貫通させ、且つハウジング２のフロント側の開口を塞いだ状態で、内部に整流子７及びスリップリング６を収容する。

【0014】

スリップリング６は、絶縁性のベース６ａ、金属製の正極端子６ｂ、導電性の正極接触子６ｃ、金属製の負極端子６ｄ、及び導電性の負極接触子６ｅを備える。正極端子６ｂと負極端子６ｄとは、互いの絶縁を維持する状態で、絶縁性のベース６ａに固定される。正極接触子６ｃは、正極端子６ｂの後端部に固定される。また、負極接触子６ｅは、負極端子６ｄの後端部に固定される。スリップリング６は、正極接触子６ｃ及び負極接触子６ｅを整流子７の外周面に接触させる状態で、フロントカバー３に保持される。整流子７は、回転軸線Ａを中心にした周方向に等間隔に並ぶ８個の接点部を備える。個々の接点部は、互いに絶縁された状態である。

【0015】

リアカバー４は、ハウジング２のリア側の開口を塞ぐように、ハウジング２に固定される。

【0016】

図２は、ロータ１０の回転軸線Ａ方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。ロータ１０は、円筒状のロータコア１１と、８つの巻線ユニット１２とを備える。８つの巻線ユニット１２のそれぞれは、鉄心１３と、鉄心１３に巻き付けられた界磁巻線１４とを備え、回転軸線Ａを中心にした周方向において、等間隔で並ぶようにロータコア１１に保持される。ロータコア１１は、金属板を打ち抜き加工して得られた、中央部にシャフト穴１１ｂを備える金属板片を、回転軸線Ａ方向に複数枚積層して円柱状に成形されたものである。ロータコア１１を構成する個々の金属板片の間には、絶縁性接着剤が介在しており、個々の金属版は互いに絶縁状態にある。ロータコア１１の中央のシャフト穴１１ｂには、シャフト（図１の５）が貫通する。

【0017】

図３は、ステータ３０の回転軸線Ａ方向に直交する方向の横断面を示す断面図である。円筒状のステータ３０は、内周面において回転軸線Ａを中心にして周方向に等間隔で並ぶ複数のティース（歯）３１を備える。複数のティース３１のそれぞれは、円筒状のステータ３０の内周面から回転軸線Ａに向けて突出する。

【0018】

図４は、ステータ３０、及びステータ３０の中空内に収容されるロータ１０の横断面を示す断面図である。ステータ３０の複数のティース３１は、ロータ１０の外周面を囲む。ロータ１０においては、８つの巻線ユニット１２が、ロータコア１１における回転軸線Ａを中心にした径方向の外側端部で周方向に並ぶ。巻線ユニット１２の界磁巻線に電流が流れると、巻線ユニット１２の周囲に磁束が発生して、巻線ユニット１２が複数のティース３１のうち、径方向に対向していないティース３１の磁力に引かれる。これにより、ロータ１０に周方向のトルクが発生して、ロータ１０がシャフト（図１の５）及び整流子（図１の７）とともに回転する。

【0019】

図５は、巻線ユニット１２を示す斜視図である。巻線ユニット１２は、蓋のない箱状の形状をした樹脂製のケース１５と、封止のためにケース１５の内部に埋められた絶縁性の封止樹脂１６とを備える。

【0020】

図６は、ケース１５内を封止樹脂（図５の１６）で埋められる前の状態の巻線ユニット１２を示す斜視図である。封止樹脂で埋められる前のケース１５内には、鉄心１３と、鉄心１３の外周面に巻き付けられた界磁巻線１４とが収容される。界磁巻線１４の線両端のそれぞれには被覆電線１７が接続され、ケース１５の外部に延ばされる。図６に示されるケース１５内に、封止体としての封止樹脂が流し込まれて硬化することで、鉄心１３及び界磁巻線１４が封止樹脂によってケース１５内に封止される。被覆電線１７は、整流子（図１の７）の接点部に接続される。

【0021】

図７は、ロータ１０を示す分解斜視図である。ロータ１０のロータコア１１は、８つの巻線ユニット１２のそれぞれを個別に収容するユニット収容部として、８つのユニット用貫通口１１ａを備える。８つのユニット用貫通口１１ａのそれぞれは、回転軸線Ａ方向に延在し、且つ回転軸線Ａを中心にした周方向に等間隔で並ぶ。８つのユニット用貫通口１１ａのそれぞれには、巻線ユニット１２が回転軸線Ａ方向に挿入されて収容され、回転軸線Ａ方向に延在する。

【0022】

８つのユニット用貫通口１１ａのそれぞれは、回転軸線Ａ方向の両端に開口を備える。巻線ユニット１２を収容したユニット用貫通口１１ａの両端の開口のそれぞれは、閉塞部材２０の嵌め込みによって閉塞される。開口に嵌め込まれた閉塞部材２０は、ユニット用貫通口１１ａ内に収容される巻線ユニット１２をユニット用貫通口１１ａの回転軸線Ａ方向の中央に向けて押さえ付ける。この押さえ付けにより、ユニット用貫通口１１ａ内において、巻線ユニット１２が回転軸線Ａ方向の所定の位置に係止される。

【0023】

図６に示される界磁巻線１４は、ケース１５に収容される前に巻線機によって鉄心１３に巻き付けられ、鉄心１３とともにケース１５内に収容される。界磁巻線１４を鉄心１３に巻き付けるときには、鉄心１３、界磁巻線１４の何れの周囲においても、巻線機による巻き付け操作を邪魔するものが存在しない。このため、ごく僅かな隙間での巻線を行うことが可能な高性能の巻線機を用いる必要がなく、一般的な巻線機を用いることが可能である。従って、実施形態に係るモータ１によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高を回避することができる。

【0024】

また、実施形態に係るモータ１においては、巻線ユニット１２内において、界磁巻線１４を封止樹脂（図５の１６）によって封止していることから、回転時の遠心力が作用しても、界磁巻線１４の束を崩すことがない。このため、大掛かりなモールド設備を用いてロータ１０全体を樹脂等の絶縁体でモールドしなくても、界磁巻線１４の束の崩れを防止することが可能である。よって、実施形態に係るモータ１によれば、ロータ１０全体を樹脂等の絶縁体でモールドすることによるコスト高を回避しつつ、回転時の遠心力が作用することによる界磁巻線１４の束の崩れを防止することができる。

【0025】

また、実施形態に係るモータ１においては、界磁巻線１４を容易に鉄心１３に巻き付けることが可能であることから、高密度の巻き付けを行うことができる。電線として丸線を鉄心１３に高密度に巻き付けることが可能であることに加えて、電線として平角線を鉄心１３に高密度に巻き付けることも可能である。丸線を用いる場合、界磁巻線１４の束内に多くの空隙ができることから、単位体積あたりにおける電線の占有率は６０〔％〕弱に留まるのに対し、平角線を用いる場合、電線の占有率を６０〔％〕以上にすることができる。電線の占有率を高めることで、モータ１のトルクを高めることが可能になる。

【0026】

なお、ユニット収容部として、ユニット用貫通口１１ａをロータコア１１に設けた例について説明したが、ユニット用貫通口１１ａの代わりに、回転軸線Ａ方向に延びるユニット用凹部をユニット収容部として設けてもよい。ユニット用凹部は、回転軸線Ａ方向の両端のうち、一端だけに開口を備えるため、一端の開口だけを閉塞部材２０で塞げばよい。この場合、ロータ１０における回転軸線Ａ方向の両端部のそれぞれで重量のバランスをとるために、閉塞部材２０として金属製のものを用いることが望ましい。ユニット収容部としてユニット用凹部をロータコア１１に設ける構成では、閉塞部材２０の数を減らして低コスト化を図ることができるとともに、閉塞部材２０を開口に嵌め込む工程の工数を減らして生産性を向上させることができる。

【0027】

ロータ１０に対して界磁を８極設けた構成のモータ１の例について説明したが、界磁の極数は、８極に限られるものではない。

【0028】

回転機としてのモータ１に本発明を適用した例について説明したが、回転機としての発電機（ダイナモ）に本発明を適用することも可能である。

【0029】

次に、実施形態に係るモータ１に、より特徴的な構成を付加した各実施例について説明する。なお、以下に特筆しない限り、各実施例に係るモータ１の構成は、実施形態と同様である。

【0030】

〔第１実施例〕
図８は、第１実施例に係るモータ１のロータ１０の横断面を示す断面図である。図９は、第１実施例に係るモータ１のステータ３０、及びステータ３０の中空内に収容されるロータ１０の横断面を示す断面図である。第１実施例に係るモータ１のロータ１０は、周方向に等間隔で並ぶ８つのユニット用貫通口１１ａが、開口の長手方向を径方向に沿わせる姿勢で配置される。８つの巻線ユニット１２のそれぞれは、横断面の長手方向を径方向に沿わせ、且つ回転軸線Ａを中心とする放射状の姿勢でユニット用貫通孔１１ａ内に収容される。

【0031】

ロータコア１１の横断面における外縁部には、８つの磁石用貫通口１１ｃが設けられる。８つの磁石用貫通口１１ｃのそれぞれは、回転軸線Ａ方向に延び、且つ周方向において互いに隣り合う２つの巻線ユニット１２の間に配置される。また、８つの磁石用貫通口１１ｃのそれぞれは、開口の長手方向を、ロータコア１１の外周に対する接線と平行な方向に沿わせる姿勢で配置される。

【0032】

ロータコア１１において、回転軸線Ａを中心とする径方向における回転軸線Ａ側の領域には、８つの空洞２３が設けられる。８つの空洞２３のそれぞれは、互いに隣り合う２つの巻線ユニット１２の間に配置され、巻線ユニット１２から延びる磁束をシャフト（図１の５）に回り込ませることを抑制する役割を担う。

【0033】

第１実施例に係るモータ１のロータ１０においては、永久磁石２２から発せられる磁力を回転トルクとして利用することで、高トルク化、及び高回転化を図ることができる。

【0034】

図９において、ステータ３０は、周方向に並ぶ４８個のティース３１を備える。４８個のティース３１のそれぞれは、三相交流電源におけるＵ相用のティース３１、Ｖ相用のティース３１、Ｗ相用のティース３１の何れかに分類される。図９では、便宜上、図示が省略されているが、Ｕ相用のティース３１には、Ｕ相用のコイルが巻き付けられ、Ｕ相用のコイルには、三相電源におけるＵ相の電圧が印加される。また、Ｖ相用のティース３１には、Ｖ相用のコイルが巻き付けられ、Ｖ相用のコイルには、三相電源におけるＶ相の電圧が印加される。また、Ｗ相用のティースには、Ｗ相用のティース３１が巻き付けられ、Ｗ相用のティースには、三相電源におけるＷ相の電圧が印加される。４８個のティース３１は、周方向の時計回りにおいて、Ｕ相用のティース３１、Ｖ相用のティース３１、Ｗ相用のティース３１という順で繰り返し配置される。なお、各相のティース３１の並び順は、前述した並び順に限定されない。各相が所定の順序で繰り返し並ぶ態様であれば、どのような順序であってもよい。

【0035】

図１０は、第１実施例に係るモータ１のロータ１０におけるケース１５内を封止樹脂（図５の１６）で埋められる前の状態の巻線ユニット１２を示す斜視図である。鉄心１３に巻き付けられた界磁巻線１４の線両端は、ダイオード２４を介して接続される。

【0036】

図９において、８つの巻線ユニット１２のうち、互いに隣り合う巻線ユニット１２の対は、互いの内部のダイオード（図１０の２４）の向きを逆方向にする姿勢で配置される。ロータ１０とステータ３０との間の空間には、空間高調波が発生する。この空間高調波と、ステータ３０のティース３１に巻かれたコイルに流れる高調波とが重畳されると、図１０に示される界磁巻線１４に、一方向の誘導電流が発生する。つまり、第１実施例に係るモータ１においては、ロータ１０の界磁巻線１４に対して外部電源を電気接続しなくても、界磁巻線１４に電流を流して巻線ユニット１２の周囲に磁束を発生させることが可能である。よって、第１実施例に係るモータ１においては、界磁巻線１４に対して外部電源を電気接続するためのスリップリング（図１の６）、及び整流子（図１の７）を設けていない。

【0037】

従って、第１実施例に係るモータ１によれば、スリップリング及び整流子の摩耗によるモータ１の寿命低下を回避することができる。なお、特許文献１に記載のモータにおいては、ロータの突極に巻き付けたロータ巻線にダイオードを接続する必要があり、ロータの形状が複雑であることから、ダイオードの接続操作に手間を要するという不具合がある。これに対し、第１実施例に係るモータ１によれば、鉄心、及び鉄心に巻き付けられた界磁巻線という単純な構造物に対してダイオードを接続することが可能であるので、ダイオードの接続操作を容易にして生産性を高めることができる。

【0038】

また、第１実施例に係るモータ１では、高速回転時に端子間電圧が増大することから、ロータ１０の磁束量を抑える弱め界磁制御を行う場合には、ロータ１０の界磁巻線に重畳する高周波をなくすことで、ロータ１０に鎖交する磁束量を減少させることが可能である。よって、第１実施例に係るモータ１によれば、弱め界磁制御に必要な無効電流を低減することができる。

【0039】

後述する第２実施例、第３実施例、及び第４実施例に係るモータ１においても、界磁巻線１４の両端を、ダイオード２４を介して接続しており、第１実施例に係るモータ１と同様の効果を奏することができる。

【0040】

〔第２実施例〕
図１１は、第２実施例に係るモータ１のロータ１０の横断面を示す断面図である。第２実施例に係るモータ１のロータ１０は、複数の磁石用貫通口１１ｃとして、一対の磁石用貫通口１１ｃからなる磁石用貫通口対１１ｄを８対備える。磁石収容部対たる８対の磁石用貫通口対１１ｄのそれぞれにおける一対の磁石用貫通口１１ｃは、互いの開口の長手方向を、回転軸線Ａを中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置される。

【0041】

ロータ１０は、複数の永久磁石２２として、一対の永久磁石２２からなる磁石対２５を８対備える。８対の磁石対２５のそれぞれにおける一対の永久磁石２２は、互いの横断面の長手方向をＶ字に沿わせる姿勢で磁石用貫通口１１ｃに収容される。

【0042】

８つのユニット用貫通口１１ａのそれぞれは、互いの開口の長手方向を径方向に沿わせる形態で配置される。８つの巻線ユニット１２のそれぞれは、互いの横断面を径方向に沿わせる姿勢でユニット用貫通口１１ａ内に収容される。

【0043】

かかる構成のモータ１においては、磁石対２５の一対の永久磁石２２が前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第１実施例に係るモータ１に比べて、永久磁石２２から延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。一方、第１実施例に係るモータ１においては、第２実施例に係るモータ１に比べて、永久磁石２２の数を減らす（半減）ことで、永久磁石２２を磁石用貫通口１１ｃ内に挿入する工程の工数を減らして、低コスト化を図ることができる。

【0044】

〔第３実施例〕
図１２は、第３実施例に係るモータ１のロータ１０の横断面を示す断面図である。第３実施例に係るモータ１のロータ１０は、複数のユニット用貫通口１１ａとして、一対のユニット用貫通口１１ａからなるユニット用貫通口対１１ｅを８対備える。また、ロータ１０は、複数の巻線ユニット１２として、一対の巻線ユニット１２からなるユニット対２６を８対備える。

【0045】

ユニット収容部対たる８対のユニット用貫通口対１１ｅのそれぞれにおける一対のユニット用貫通口１１ａは、互いの開口の長手方向を、回転軸線Ａを中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置される。８対のユニット対２６のそれぞれにおける一対の巻線ユニット１２は、互いの横断面の長手方向を径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢でユニット用貫通口１１ａ内に収容される。

【0046】

かかる構成のモータ１においては、ユニット対２６の一対の巻線ユニット１２が前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第１実施例に係るモータ１に比べて、巻線ユニット１２から延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。一方、第１実施例に係るモータ１においては、第３実施例に係るモータ１に比べて、巻線ユニット１２の数を減らす（半減）ことで、巻線ユニット１２をユニット用貫通口１１ａ内に挿入する工程の工数を減らして、低コスト化を図ることができる。

【0047】

〔第４実施例〕
第４実施例に係るモータ１は、以下に説明する点の他が、第３実施例に係るモータ１と同様の構成になっている。

【0048】

図１３は、第４実施例に係るモータ１のロータ１０の横断面を示す断面図である。第４実施例に係るモータ１のロータ１０は、複数の磁石用貫通口１１ｃとして、一対の磁石用貫通口１１ｃからなる磁石用貫通口対１１ｄを８対備える。また、ロータ１０は、複数の永久磁石２２として、一対の永久磁石２２からなる磁石対２５を８対備える。

【0049】

８対の磁石用貫通口対１１ｄのそれぞれにおける一対の磁石用貫通口１１ｃは、互いの開口の長手方向を径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置される。８対の磁石対２５のそれぞれにおける一対の永久磁石２２は、互いの横断面の長手方向を径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢で磁石用貫通口１１ｃ内に収容される。

【0050】

かかる構成のモータ１においては、磁石対２５の一対の永久磁石２２が前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第３実施例に係るモータ１に比べて、永久磁石２２から延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。一方、第３実施例に係るモータ１においては、第４実施例に係るモータ１に比べて、永久磁石２２の数を減らす（半減）ことで、永久磁石２２を磁石用貫通口１１ｃ内に挿入する工程の工数を減らして、低コスト化を図ることができる。

【0051】

〔第５実施例〕
図１４は、第５実施例に係るモータ１のロータ１０を示す分解斜視図である。このロータ１０において、８つの巻線ユニット１２のそれぞれにおける回転軸線Ａ方向の長さは、ロータコア１１における回転軸線Ａ方向の長さと同じである。ロータコア１１の回転軸線Ａ方向における一方側（紙面左側）の端面に設けられた、８つのユニット用貫通口１１ａの開口は、閉塞部材としての閉塞プレート２１によって共通して塞がれる。即ち、閉塞プレート２１は、８つのユニット用貫通口１１ａの開口を一体で塞ぐ。閉塞プレート２１の直径は、ロータコア１１の直径と同じであるか、あるいは、ロータコア１１の直径よりも僅かに小さい。閉塞プレート２１の径方向の中心部には、シャフト（図１の５）を貫通させるためのシャフト穴が設けられる。閉塞プレート２１は、シャフトに設けられた溝に嵌め込まれるＣリング１９によって、ロータコア１１の回転軸線Ａ方向の一端面に向けて押さえつけられる。ロータコア１１の回転軸線Ａ方向の他方側に設けられた、８つのユニット用貫通口１１ａの開口も、回転軸線Ａ方向の一方側と同様にして、閉塞プレート２１によって共通して塞がれる。

【0052】

かかる構成においては、８つのユニット用貫通口１１ａのそれぞれの開口を塞ぐ工程が１つの工程で済むので、それぞれの開口を個別に塞ぐ態様に比べて、工数を減らして生産性を高めることができる。

【0053】

本発明は上述の実施形態、各実施例に限られず、本発明の構成を適用し得る範囲内で、実施形態、各実施例とは異なる構成を採用することもできる。本発明は、以下に説明する態様毎に特有の作用効果を奏する。

【0054】

〔第１態様〕
第１態様は、回転軸線（例えば回転軸線Ａ）を中心に回転するロータコア（例えばロータコア１１）と、前記ロータコアに保持される複数の界磁巻線（例えば界磁巻線１４）とを備えるロータ（例えばロータ１０）であって、鉄心（例えば鉄心１３）と、前記鉄心に巻かれた前記界磁巻線と、前記鉄心及び前記界磁巻線を封止する絶縁性の封止体（例えば封止樹脂１６）とを有する巻線ユニット（例えば巻線ユニット１２）を複数備え、前記ロータコアが、複数の前記巻線ユニットのそれぞれを個別に収容する複数のユニット収容部（例えばユニット用貫通口１１ａ）を備え、
前記複数のユニット収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、且つ回転軸線を中心にした周方向に並ぶ、ロータである。

【0055】

かかる構成において、ロータコアとは別体の巻線ユニットを製造するために、鉄心に対して界磁巻線を巻き付けるときには、鉄心、界磁巻線の何れの周囲においても、巻線機による巻き付け操作を邪魔するものが存在しない。このため、ごく僅かな隙間での巻線を行うことが可能な高性能の巻線機を用いる必要がなく、一般的な巻線機を用いることが可能である。よって、第１態様によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高を回避することができる。

【0056】

また、第１態様の巻線ユニットにおいては、界磁巻線を絶縁性の封止体によって封止していることから、回転時の遠心力が作用しても、界磁巻線の束を崩すことがない。このため、大掛かりなモールド設備を用いてロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドしなくても、界磁巻線の束の崩れを防止することが可能である。よって、第１態様によれば、ロータ全体を樹脂等の絶縁体でモールドすることによるコスト高を回避しつつ、回転時の遠心力が作用することによる界磁巻線の束の崩れを防止することができる。

【0057】

また、第１態様においては、界磁巻線を容易に鉄心に巻き付けることが可能であることから、高密度の巻き付けを行うことができる。例えば、電線として丸線を鉄心に高密度に巻き付けることが可能であることに加えて、電線として平角線を鉄心に高密度に巻き付けることも可能である。よって、モータのトルクを高めることができる。

【0058】

〔第２態様〕
第２態様は、第１態様の構成を備え、且つ、複数の前記ユニット収容部のそれぞれにおける回転軸線方向の端の開口を塞ぐ閉塞部材（例えば閉塞部材２０）を備える、ロータである。

【0059】

かかる構成によれば、ユニット収容部内において、巻線ユニットを回転軸線方向の所定の位置に係止することができる。

【0060】

〔第３態様〕
第３態様は、第１態様又は第２態様の構成と、複数の永久磁石（例えば永久磁石２２）とを備え、前記ロータコアが、複数の前記永久磁石のそれぞれを個別に収容する複数の磁石収容部（例えば磁石用貫通口１１ｃ）を備え、複数の前記磁石収容部のそれぞれが、回転軸線方向に延在し、且つ回転軸線を中心にした周方向に並び、複数の前記巻線ユニットのそれぞれにおける前記界磁巻線の両端が、ダイオード（例えばダイオード２４）を介して電気接続される、ロータである。

【0061】

かかる構成では、ロータの界磁巻線に対して外部電源を電気接続しなくても、界磁巻線に電流を流して巻線ユニットの周囲に磁束を形成することが可能であるため、界磁巻線１４に対して外部電源を電気接続するためのスリップリング、及び整流子が不要である。よって、第３態様によれば、スリップリング及び整流子の摩耗によるモータ１の寿命低下を回避することができる。

【0062】

〔第４態様〕
第４態様は、第３態様の構成を備え、複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向に沿わせる姿勢で配置され、複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、横断面の長手方向を前記径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容され、複数の前記磁石収容部のそれぞれが、開口の長手方向を前記ロータコアの外周に対する接線と平行な方向に沿わせる形態で配置され、複数の前記永久磁石のそれぞれが、横断面の長手方向を前記接線と平行な方向に沿わせる姿勢で前記磁石収容部に収容される、ロータである。

【0063】

かかる構成によれば、永久磁石から発せられる磁力を回転トルクとして利用することで、高トルク化、及び高回転化を図ることができる。また、第４態様によれば、ロータの極数が同数であれば、後述の第５態様に比べて、永久磁石の数を減らすことで、永久磁石を磁石収容部内に挿入する工程の工数を減らして、低コスト化を図ることができる。

【0064】

〔第５態様〕
第５態様は、第３態様の構成を備え、複数の前記磁石収容部として、一対の前記磁石収容部からなる磁石収容部対（例えば磁石用貫通口対１１ｄ）を複数備え、複数の前記永久磁石として、一対の前記永久磁石からなる磁石対（例えば磁石対２５）を複数備え、複数の前記磁石収容部対のそれぞれにおける一対の前記磁石収容部が、互いの開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、複数の前記磁石対のそれぞれにおける一対の前記永久磁石が、互いの横断面の長手方向を前記Ｖ字に沿わせる姿勢で前記磁石収容部内に収容され、複数の前記ユニット収容部のそれぞれが、互いの開口の長手方向を前記径方向に沿わせる形態で配置され、複数の前記巻線ユニットのそれぞれが、互いの横断面を前記径方向に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容される、ロータである。

【0065】

かかる構成によれば、磁石対の一対の永久磁石が前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第４態様に比べて、永久磁石から延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。

【0066】

〔第６態様〕
第６態様は、第３態様の構成を備え、複数の前記ユニット収容部として、一対の前記ユニット収容部からなるユニット収容部対（例えばユニット用貫通口対１１ｅ）を複数備え、複数の前記巻線ユニットとして、一対の前記巻線ユニットからなるユニット対（例えばユニット対２６）を複数備え、複数の前記ユニット収容部対のそれぞれにおける一対の前記ユニット収容部が、互いの開口の長手方向を、回転軸線を中心にした径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、複数の前記ユニット対のそれぞれにおける一対の前記巻線ユニットが、互いの横断面の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢で前記ユニット収容部内に収容される、ロータである。

【0067】

かかる構成によれば、ユニット対の一対の巻線ユニットが前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第４態様に比べて、巻線ユニットから延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。

【0068】

〔第７態様〕
第７態様は、第６態様の構成を備え、複数の前記磁石収容部として、一対の前記磁石収容部からなる磁石収容部対を複数備え、複数の前記永久磁石として、一対の前記永久磁石からなる磁石対を複数備え、複数の前記磁石収容部対のそれぞれにおける一対の前記磁石収容部が、互いの開口の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる形態で配置され、複数の前記磁石対のそれぞれにおける一対の前記永久磁石が、互いの横断面の長手方向を前記径方向の外側に向けて開くＶ字に沿わせる姿勢で前記磁石収容部内に収容される、ロータである。

【0069】

かかる構成によれば、磁石対の一対の永久磁石が前述のようなＶ字に沿わせる姿勢で配置されることで、第６態様に比べて、永久磁石から延びる磁束の密度を高めて、より高いトルクを発揮することができる。

【0070】

〔第８態様〕
第８態様は、第１〜７の何れかの態様を備え、回転軸線を中心にして回転するロータと、前記ロータの中心を貫通するシャフト（例えばシャフト５）と、回転軸線を中心にした周方向に前記ロータを囲むステータ（例えばステータ３０）とを備える回転機であって、前記ロータが、第１態様〜第７態様の何れかのロータである、回転機である。

【0071】

かかる構成によれば、高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避することができる。

【産業上の利用可能性】

【0072】

本発明は、モータ、発電機等の回転機に適用が可能である。

【符号の説明】

【0073】

Ａ：回転軸線、 １：モータ（回転機） 、２：ハウジング、 ３：フロントカバー、 ４：リアカバー、 ５：シャフト、 ６：スリップリング、 ７：整流子、 １０：ロータ、 １１：ロータコア、 １１ａ：ユニット用貫通口、 １１ｂ：シャフト穴、 １１ｃ：磁石用貫通口、 １１ｄ：磁石用貫通口対、 １１ｅ：ユニット用貫通口対、 １２：巻線ユニット、 １３：鉄心、 １４：界磁巻線、 １５：ケース、 １６：封止樹脂（封止体）、 ２０：閉塞部材、 ２４：ダイオード、 ２５：磁石対、 ２６：ユニット対、３０：ステータ、 ３１：ティース

【要約】      （修正有）

【課題】高性能の巻線機を用いることによるコスト高と、ロータ全体を絶縁体でモールドすることによるコスト高とを回避することができるロータ、及びこれを備える回転機を提供する。
【解決手段】ロータ１０は、回転軸線Ａを中心に回転するロータコア１１を備える。ロータコア１１は、複数の巻線ユニット１２のそれぞれを個別に収容する複数のユニット用貫通口１１ａを備える。複数の巻線ユニット１２のそれぞれは、鉄心と、鉄心に巻かれた界磁巻線と、鉄心及び界磁巻線を封止する絶縁性の封止樹脂とを有し、ユニット用貫通口１１ａ内に、回転軸線Ａ方向に延在する姿勢で収容される。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】