特開 2024-121706 巻線界磁ロータ、巻線界磁ロータの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121706

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】巻線界磁ロータ、巻線界磁ロータの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 3/04 20060101AFI20240830BHJP

   H02K 15/09 20060101ALI20240830BHJP

【ＦＩ】

H02K3/04 Z

H02K15/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028955

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100139480

【弁理士】

【氏名又は名称】日野 京子

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100175134

【弁理士】

【氏名又は名称】北 裕介

(74)【代理人】

【識別番号】100207859

【弁理士】

【氏名又は名称】塩谷 尚人

(72)【発明者】

【氏名】瀬口 正弘

【テーマコード（参考）】

5H603

5H615

【Ｆターム（参考）】

5H603BB09

5H603CA02

5H603CA04

5H603CB02

5H603CC11

5H603CC17

5H603CD02

5H615AA01

5H615BB07

5H615PP02

5H615PP13

5H615QQ05

(57)【要約】

【課題】界磁巻線の占積率を高めることができる巻線界磁ロータ、及び巻線界磁ロータの製造方法を提供する。
【解決手段】
ロータ６０は、導線材が径方向及び周方向に並ぶように各主極部７２に導線材が多重巻きされて構成された界磁巻線８０を備えている。界磁巻線は、主極部７２の径方向側面に沿って軸方向に延びる直線部８１ａ，８２ａ、及び直線部８１ａ，８２ａの端部同士を繋ぐ渡り部を有している。直線部８１ａ，８２ａの横断面は、径方向を長辺とする矩形状をなしている。各主極部７２において周方向及び径方向に並ぶ直線部８１ａ，８２ａのうち、径方向外側の直線部８１ａの横断面における短辺方向寸法よりも、径方向内側の直線部８２ａの横断面における短辺方向寸法が小さくなるように、界磁巻線８０が構成されている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

巻線界磁式の回転電機（４０）に適用される巻線界磁ロータ（６０）において、
周方向に並ぶ磁極ごとに設けられるとともに径方向に突出する主極部（７２）を有するロータコア（７０）と、
導線材（９０）が径方向及び周方向に並ぶように前記各主極部に前記導線材が多重巻きされて構成された界磁巻線（８０）と、
を備え、
前記各主極部に巻回された前記界磁巻線は、
前記主極部の径方向側面に沿って軸方向に延びる直線部（８１ａ，８２ａ，１０１ａ，１０２ａ）と、
前記直線部の端部同士を繋ぐ渡り部（１０１ｂ，１０２ｂ）と、
を有し、
前記直線部の横断面は、径方向を長辺とする矩形状をなしており、
前記各主極部において周方向及び径方向に並ぶ前記直線部のうち、径方向外側の直線部の横断面における短辺方向寸法よりも、径方向内側の直線部の横断面における短辺方向寸法が小さくなるように、前記界磁巻線が構成されている、巻線界磁ロータ。

【請求項2】

前記界磁巻線は、前記主極部ごとに、径方向に２層に前記導線材が巻回されてなるコイル体（１００）を複数個有し、
前記各コイル体は、α巻されている、請求項１に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項3】

前記コイル体を構成する２層の前記直線部のうち、径方向外側の直線部（８１ａ）の横断面における短辺方向寸法よりも、径方向内側の直線部（８２ａ）の横断面における短辺方向寸法が小さくなるように、前記コイル体が構成されている、請求項２に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項4】

前記コイル体のうち少なくとも前記主極部の当接部分に、電気的絶縁性を有する合成樹脂層（１２０）が形成されている、請求項２又は３に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項5】

径方向外側に配置される前記コイル体（８１）を外側コイル体とし、径方向内側に配置される前記コイル体（８２）を内側コイル体とする場合において、
前記内側コイル体を構成する前記直線部（８２ａ）のうち径方向において最も前記外側コイル体側の直線部の周方向の並び数が、前記外側コイル体を構成する前記直線部（８１ａ）のうち径方向において最も前記内側コイル体側の直線部の周方向の並び数と同数又はそれよりも多い、請求項２又は３に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項6】

前記界磁巻線は、前記主極部ごとに、径方向に複数層に前記導線材が巻回されてなるコイル体を複数有し、
前記各コイル体は、α巻されており、
前記各コイル体において、複数層の前記導線材が並列接続されている、請求項１に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項7】

前記界磁巻線は、前記主極部ごとに、径方向に複数層に前記導線材が巻回されてなるコイル体を複数有し、
前記各コイル体は、α巻されており、
前記各コイル体において、複数層の前記導線材が直列接続されている、請求項１に記載の巻線界磁ロータ。

【請求項8】

巻線界磁式の回転電機（４０）に適用される巻線界磁ロータ（６０）の製造方法において、
前記巻線界磁ロータは、
周方向に並ぶ磁極ごとに設けられるとともに径方向に突出する主極部（７２）を有するロータコア（７０）と、
導線材（９０）が径方向及び周方向に並ぶように前記各主極部に前記導線材が多重巻きされて構成された界磁巻線（８０）と、
を備え、
前記各主極部に巻回された前記界磁巻線は、
前記主極部の径方向側面に沿って軸方向に延びる直線部（８１ａ，８２ａ，１０１ａ，１０２ａ）と、
前記直線部の端部同士を繋ぐ渡り部（１０１ｂ，１０２ｂ）と、
を有し、
前記直線部の横断面は、径方向を長辺とする矩形状をなしており、
前記界磁巻線は、前記主極部ごとに、径方向に複数層に前記導線材が巻回されてなるコイル体（１００）を複数個有し、
横断面が円形状の導線材（９０）の中間部（９０ａ）を巻き始め部分として、前記主極部を模擬した型である基本型（２００）に、前記導線材のうち前記巻き始め部分に対して一端側である第１導線部（９１）を第１方向に巻き付け、前記導線材のうち前記巻き始め部分に対して他端側である第２導線部（９２）を、前記第１方向とは逆の第２方向に前記基本型に巻き付けることにより、α巻された前記コイル体を製造する工程と、
前記コイル体のうち前記第１導線部で構成された第１コイル部（１０１）、前記コイル体のうち前記第２導線部で構成された第２コイル部（１０２）との間に配置された中央型（２１０）に前記第１コイル部及び前記第２コイル部を当接させ、かつ、前記第１コイル部のうち前記中央型側とは反対側に配置された第１側面型（２２１）に前記第１コイル部を当接させ、かつ、前記第２コイル部のうち前記中央型側とは反対側に配置された第２側面型（２２２）に前記第２コイル部を当接させた状態において、前記第１コイル部を構成する前記直線部（１０１ａ）に前記基本型の側に向かって主可動型（２３０）を押し当てることにより、前記第１コイル部を構成する前記直線部の横断面を矩形状に圧縮成形し、前記第２コイル部を構成する前記直線部（１０２ａ）に前記基本型の側に向かって前記主可動型を押し当てることにより、前記第２コイル部を構成する前記直線部の横断面を矩形状に圧縮成形するプレス工程と、
を備え、
前記プレス工程において、前記第１コイル部及び前記第２コイル部を構成する前記直線部は、該直線部が延びる方向及び圧縮方向それぞれと直交する方向を長辺とする横断面となるように圧縮成形され、
前記プレス工程において、径方向外側に配置される前記コイル体である外側コイル体（８１）と、前記外側コイル体よりも径方向内側に配置される前記コイル体である内側コイル体（８２）とは、前記外側コイル体を構成する前記直線部（８１ａ）のアスペクト比よりも、前記内側コイル体を構成する前記直線部（８２ａ）のアスペクト比の方が大きくなるように圧縮成形される、巻線界磁ロータの製造方法。

【請求項9】

前記プレス工程において、前記コイル体を構成する２層の前記直線部のうち、径方向外側に配置される直線部の横断面における短辺方向寸法と、径方向内側に配置される直線部の横断面における短辺方向寸法とが異なるように、前記コイル体が圧縮成形される、請求項８に記載の巻線界磁ロータの製造方法。

【請求項10】

前記プレス工程において、前記第１コイル部を構成する前記渡り部（１０１ｂ）に前記基本型の側に向かって副可動型（２３１）を押し当てることにより、前記第１コイル部を構成する前記渡り部の横断面を矩形状に圧縮成形し、前記第２コイル部を構成する前記渡り部（１０２ｂ）に前記基本型の側に向かって前記副可動型を押し当てることにより、前記第２コイル部を構成する前記渡り部の横断面を矩形状に圧縮成形し、
前記プレス工程において、前記直線部のアスペクト比と前記渡り部のアスペクト比とが異なるように圧縮成形される、請求項８又は９に記載の巻線界磁ロータの製造方法。

【請求項11】

前記プレス工程で圧縮成形された前記コイル体において、周方向に並ぶ前記各直線部は、互いの当接面に凹凸を有した状態で互いに密接している、請求項８又は９に記載の巻線界磁ロータの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、巻線界磁ロータ、及び巻線界磁ロータの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

この種の巻線界磁ロータとしては、周方向に並ぶ磁極ごとに設けられるとともに径方向に突出する主極部を有するロータコアと、導線材が径方向及び周方向に並ぶように各主極部に導線材が多重巻きされて構成された界磁巻線とを備えるものが知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００８－１７８２１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

各主極部に巻回された界磁巻線は、主極部の径方向側面に沿って軸方向に延びる直線部と、直線部の端部同士を繋ぐ渡り部とを有している。

【0005】

周方向に隣り合う主極部間の距離は、径方向内側にいくほど小さくなる。このため、周方向に隣り合う主極部のうち、一方に巻回された界磁巻線の径方向内側かつ周方向最外層の直線部と、他方に巻回された界磁巻線の径方向内側かつ周方向最外層の直線部とが干渉し得る。干渉を避けるために、界磁巻線の巻数を減らすことも考えられる。しかしながら、この場合、周方向に隣り合う主極部間のデッドスペースが増加し、界磁巻線の占積率が低下する懸念がある。

【0006】

本開示は、界磁巻線の占積率を高めることができる巻線界磁ロータ、及び巻線界磁ロータの製造方法を提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示は、巻線界磁式の回転電機に適用される巻線界磁ロータにおいて、
周方向に並ぶ磁極ごとに設けられるとともに径方向に突出する主極部を有するロータコアと、
導線材が径方向及び周方向に並ぶように前記各主極部に前記導線材が多重巻きされて構成された界磁巻線と、
を備え、
前記各主極部に巻回された前記界磁巻線は、
前記主極部の径方向側面に沿って軸方向に延びる直線部と、
前記直線部の端部同士を繋ぐ渡り部と、
を有する。

【0008】

本開示において、前記直線部の横断面は、径方向を長辺とする矩形状をなしており、
前記各主極部において周方向及び径方向に並ぶ前記直線部のうち、径方向外側の前記直線部の横断面における短辺方向寸法よりも、径方向内側の前記直線部の横断面における短辺方向寸法が小さくなるように、前記界磁巻線が構成されている。

【0009】

これにより、周方向に隣り合う主極部のうち、一方に巻回された界磁巻線の径方向内側の直線部と、他方に巻回された界磁巻線の径方向内側の直線部との干渉を回避しつつ、主極部の径方向内側における界磁巻線の巻数を増加させることができる。その結果、周方向に隣り合う主極部間のデッドスペースを減少させることができ、界磁巻線の占積率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】一実施形態に係る回転電機の制御システムの全体構成図。

【図2】インバータ及びその周辺構成を示す図。

【図3】ロータの横断面図。

【図4】ロータに備えられる共振回路を示す図。

【図5】コイル体の構成を示す斜視図。

【図6】ロータの製造工程を示すフローチャート。

【図7】基本型への導線材の巻き付け態様を示す斜視図。

【図8】基本型への導線材の巻き付け態様を示す斜視図。

【図9】導線材の巻き付け完了状態を示す斜視図。

【図10】側面型の移動態様を示す斜視図。

【図11】側面型、主可動型及び副可動型の移動態様を示す斜視図。

【図12】導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図13】導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図14】導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図15】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図16】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図17】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図18】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図19】その他の実施形態に係る基本型への導線材の巻き付け態様を示す斜視図。

【図20】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図21】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【図22】その他の実施形態に係るコイル体の構成を示す斜視図。

【図23】その他の実施形態に係るコイル体の構成を示す斜視図。

【図24】その他の実施形態に係るロータの横断面図。

【図25】その他の実施形態に係るロータの横断面図。

【図26】その他の実施形態に係る導線材の圧縮成形態様を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図面を参照しながら、複数の実施形態を説明する。複数の実施形態において、機能的に及び／又は構造的に対応する部分及び／又は関連付けられる部分には同一の参照符号、又は百以上の位が異なる参照符号が付される場合がある。対応する部分及び／又は関連付けられる部分については、他の実施形態の説明を参照することができる。

【0012】

以下、本開示に係る巻線界磁ロータ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。

【0013】

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、制御部３０及び回転電機４０を備えている。回転電機４０は、界磁巻線型の同期機である。本実施形態において、制御部３０は、回転電機４０が、電動機兼発電機であるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）やＭＧ（Motor Generator）として機能するように、回転電機４０を制御する。例えば、回転電機４０、インバータ２０及び制御部３０を備えて機電一体型駆動装置が構成されたり、回転電機４０、インバータ２０及び制御部３０それぞれが各コンポーネントで構成されたりしている。

【0014】

図１を用いて、回転電機４０の概要について説明する。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ものである。

【0015】

ステータ５０は、ステータコア５１と、ステータコア５１に巻回されたステータ巻線５２とを備えている。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と、バックヨークから径方向内側に向かって突出する複数のティースとを有している。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。

【0016】

ロータ６０は、ロータコア７０と、界磁巻線８０とを備えている。ロータコア７０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。界磁巻線８０は、例えば圧縮成形にて構成されている。なお、界磁巻線８０は、例えば、アルミ線又は銅線で構成されていればよい。

【0017】

ロータコア７０の中心孔には、回転軸３２が挿通されている。回転軸３２は、軸受４２を介してハウジング４１に回転可能に支持されている。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。

【0018】

図２に示すように、インバータ２０は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチＳＵｎ，ＳＶｎ，ＳＷｎとの直列接続体を備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチＳＵｐ，ＳＶｐ，ＳＷｐと、Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチ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、Ｕ，Ｖ，Ｗ相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗは星形結線されている。なお、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，ＳＶｐ，ＳＷｐ，ＳＵｎ，ＳＶｎ，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。

【0019】

Ｕ，Ｖ，Ｗ相上アームスイッチ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。Ｕ，Ｖ，Ｗ相下アームスイッチ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。

【0020】

続いて、図３を用いて、ロータ６０について説明する。

【0021】

ロータコア７０は、円筒状をなすヨーク部としての円筒部７１と、円筒部７１ら径方向外側に向けて突出する複数の主極部７２と、主極部７２の先端部から径方向両側に延びる鍔部７４とを有している。本実施形態において、各主極部７２は、周方向において等間隔に設けられている。

【0022】

界磁巻線８０は、第１巻線部８１及び第２巻線部８２を備えている。各主極部７２において、径方向外側に第１巻線部８１が巻回され、第１巻線部８１よりも径方向内側に第２巻線部８２が巻回されている。各主極部７２において、第１巻線部８１及び第２巻線部８２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７２のうち、一方に巻回された各巻線部８１，８２の巻方向と、他方に巻回された各巻線部８１，８２の巻方向とが逆になっている。このため、周方向に隣り合う主極部７２同士で互いに磁化方向が逆になる。

【0023】

図４に、共通の主極部７２に巻回された各巻線部８１，８２を備えるロータ６０側の電気回路を示す。ロータ６０には、整流素子としてのダイオード８３と、コンデンサ８４とが設けられている。ダイオード８３のカソードには、第１巻線部８１の第１端が接続され、第１巻線部８１の第２端には、第２巻線部８２の第１端が接続されている。第２巻線部８２の第２端には、ダイオード８３のアノードが接続されている。第２巻線部８２には、コンデンサ８４が並列接続されている。なお、ダイオード８３のアノードに第１巻線部８１の第１端が接続され、ダイオード８３のカソードに第２巻線部８２の第２端が接続されていてもよい。

【0024】

本実施形態では、第１巻線部８１、コンデンサ８４及びダイオード８３からなる直列共振回路が構成され、第２巻線部８２及びコンデンサ８４からなる並列共振回路が構成されている。

【0025】

図２の説明に戻り、制御部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、制御部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、各アームスイッチ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アームスイッチＳＵｐ～ＳＷｎのゲートに供給する。

【0026】

制御部３０は、各相巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗに基本波電流及び高調波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。高調波電流は、界磁巻線８０を励磁して界磁巻線８０に界磁電流を流すことを主とする電流である。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。

【0027】

なお、制御部３０の各機能の一部又は全部は、例えば、１つ又は複数の集積回路等によりハードウェア的に構成されていてもよい。また、制御部３０の各機能は、例えば、非遷移的実体的記録媒体に記録されたソフトウェア及びそれを実行するコンピュータによって構成されていてもよい。

【0028】

続いて、図３を用いて、界磁巻線８０について説明する。

【0029】

界磁巻線８０を構成する導線材は、横断面が矩形状（具体的には長方形状）をなす平角線である。導線材が、径方向及び周方向に並ぶようにフラットワイズ巻きされて界磁巻線８０が構成されている。導線材は、導体部と、導体部を覆う絶縁層（例えば絶縁被膜）とからなる。

【0030】

界磁巻線８０は、主極部７２の径方向側面を軸方向に沿って延びる直線部と、直線部の端部を繋ぐとともに周方向に延びる渡り部とを備えている。図３において、８１ａは第１巻線部８１の直線部であり、８２ａは第２巻線部８２の直線部である。

【0031】

図３に示す例では、第１巻線部８１の直線部８１ａは、径方向に２列並んでいる。第１巻線部８１において、径方向でステータ５０に最も近い１層目の直線部８１ａは、周方向に６つ並び、２層目の直線部８１ａは周方向に５つ並んでいる。第２巻線部８２の直線部８２ａは、径方向に２列並んでいる。第２巻線部８２において、径方向でステータ５０に最も近い１層目（つまり、界磁巻線８０の３層目）の直線部８２ａは、周方向に５つ並び、２層目（つまり、界磁巻線８０の４層目）の直線部８２ａは周方向に４つ並んでいる。

【0032】

第１，第２巻線部８１，８２において、直線部８１ａ，８２ａの横断面における長辺方向寸法をＫＡとし、直線部８１ａ，８２ａの横断面における短辺方向寸法をＫＢとし、アスペクト比をＫＡ／ＫＢとする。本実施形態では、各主極部７２において周方向及び径方向に並ぶ直線部８１ａ，８２ａにおいて、径方向外側の直線部８１ａのアスペクト比よりも径方向内側の直線部８２ａのアスペクト比が大きくなるように、第１，第２巻線部８１，８２が構成されている。これは、界磁巻線８０の占積率を高めるための構成である。

【0033】

なお、第１巻線部８１を構成する直線部８１ａのアスペクト比は、例えば、１．８～１０、１．８～８、１．９～６、又は２～５であればよい。また、第２巻線部８２を構成する直線部８２ａのアスペクト比は、例えば、第１巻線部８１を構成する直線部８１ａのアスペクト比の１．３～５倍、１．５～５倍、１．８～４倍、又は２～３倍であればよい。

【0034】

ロータ６０の回転軸３２の回転中心軸線Ｏを通るとともに径方向に延びる主極部７２の中心軸線を第１軸線Ｂ１とする。また、周方向に隣り合う第１軸線Ｂ１の周方向における中央位置と回転中心軸線Ｏとを通るとともに、径方向に延びる軸線を第２軸線Ｂ２とする。第１軸線Ｂ１はｄ軸に相当し、第２軸線Ｂ２はｑ軸に相当する。本実施形態の巻線態様によれば、界磁巻線８０の周方向最外層の直線部を第２軸線Ｂ２に近づけることができる。これにより、周方向に隣り合う主極部７２の間のスペースのうち界磁巻線８０が占めるスペースの割合を高めることができ、ロータ６０における界磁巻線８０の占積率を高めることができる。横断面積の大きい平角線を用いて界磁巻線８０の抵抗値を減少でき、界磁巻線８０における損失を低減し、界磁巻線８０の励磁性を高めることができる。

【0035】

なお、図３に示す例では、周方向に隣り合う界磁巻線８０間に隙間がある。ただし、隙間がある構成に限らず、例えば、第２軸線Ｂ２に沿って設けられたシート状の絶縁部材（例えば絶縁紙）に、周方向に隣り合う界磁巻線８０それぞれの外側端部が当接する構成であってもよい。

【0036】

界磁巻線８０は、磁極ごと（主極部７２ごと）に平角線が径方向に多層に巻回されてなる複数のコイル体１００を有し、それら各磁極のコイル体１００が周方向に直列に接続されることで構成されている。図３に示す構成において、各主極部７２の第１巻線部８１が１つのコイル体１００で構成され、各主極部７２の第２巻線部８２が１つのコイル体１００で構成されている。

【0037】

図５（ａ）は、コイル体１００の基本構成を示す斜視図である。図５（ａ）では、Ａ方向が径方向であり、Ｂ方向が軸方向であり、Ｃ方向が周方向である。なお、図５（ａ）の構成では、径方向内外の各層の巻き線数を同一としているが、図３に示したように、径方向内外で巻き線数が異なっていてもよい。

【0038】

コイル体１００は、α巻コイルとして構成された空芯コイルであり、径方向に並ぶ２層分の巻線が一体形成されるものとなっている。つまり、コイル体１００は、主極部７２への装着状態でそれぞれ径方向内側（内層側）、径方向外側（外層側）となる内側コイル部１０１と外側コイル部１０２とを有しており、各コイル部１０１，１０２では、コイル内周側で導線材９０が互いに繋がっている。コイル体１００は、径方向の２層を１つの単位とする単位コイルであるとも言える。また、内側コイル部１０１は、周回部分から軸方向に延びるコイル端部１０３を有し、外側コイル部１０２は、周回部分から軸方向に延びるコイル端部１０４を有している。コイル体１００は、中空部に主極部７２を挿通させることにより、主極部７２に装着されるものとなっている。コイル体１００は、上述したように、直線部及び渡り部を有している。詳しくは、内側コイル部１０１は、直線部１０１ａ及び渡り部１０１ｂを有し、外側コイル部１０２は、直線部１０２ａ及び渡ぶ１０２ｂを有している。

【0039】

界磁巻線８０において、周方向に隣り合う各磁極のコイル体１００は、各コイル体１００のコイル端部１０３，１０４同士が互いに接合されることで直列に接続されるようになっており、その構成の一例を図５（ｂ），（ｃ）を用いて説明する。図５（ｂ）には、コイル端部１０３，１０４の形態が相違する２種類のコイル体１００が示されている。なお、以下の説明では、２種類のコイル体１００のうち一方を「第１コイル体１００Ａ」、他方を「第２コイル体１００Ｂ」とも記載する。また、第１コイル体１００Ａにおけるコイル端部１０３，１０４を「コイル端部１０３ａ，１０４ａ」とし、第２コイル体１００Ｂにおけるコイル端部１０３，１０４を「コイル端部１０３ｂ，１０４ｂ」とする。

【0040】

図５（ｂ）に示すように、第１コイル体１００Ａでは、内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２の各コイル端部１０３ａ，１０４ａのうち、外側コイル部１０２のコイル端部１０４ａの形態が、図５（ａ）に示すコイル端部１０４とは異なっている。具体的には、外側コイル部１０２のコイル端部１０４ａが、図５（ａ）に示す端部位置からそのまま軸方向に延びるのではなく、第１コイル体１００Ａの周回部分の上面に沿って周方向に延伸され、１磁極ピッチ分だけ周方向にずれた位置、すなわち内側コイル部１０１のコイル端部１０３ａと略横並びとなる位置で軸方向に屈曲されている。

【0041】

また、第２コイル体１００Ｂでは、内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２の各コイル端部１０３ｂ，１０４ｂのうち、内側コイル部１０１のコイル端部１０３ｂの形態が、図５（ａ）に示すコイル端部１０３とは異なっている。具体的には、内側コイル部１０１のコイル端部１０３ｂが、図５（ａ）に示す端部位置からそのまま軸方向に延びるのではなく、第２コイル体１００Ｂの周回部分とは逆側に周方向に延伸され、１磁極ピッチ分だけ周方向にずれた位置で軸方向に屈曲されている。

【0042】

要するに、第１コイル体１００Ａ及び第２コイル体１００Ｂは、１種類のコイル体１００（図５（ａ）に示すコイル体１００）を基本としつつ、そのコイル端部１０３，１０４の形態が異なる２種類のコイル体１００となっている。

【0043】

図５（ｃ）は、周方向に並ぶコイル体１００Ａ，１００Ｂを直列に接続した状態を示す図である。なお、図５（ｃ）では、便宜上、各コイル体１００Ａ，１００Ｂを、円弧状でなく直線状に並べた状態が示されている。この場合、径方向内外のうち径方向内側では、各コイル体１００Ａ，１００Ｂのコイル端部１０３ａ，１０３ｂが互いに接合されるとともに、径方向外側では、各コイル体１００Ａ，１００Ｂのコイル端部１０４ａ，１０４ｂが互いに接合されている。各コイル端部１０３，１０４は、例えば溶接により接合される。

【0044】

なお、実際の構成として各コイル体１００Ａ，１００Ｂが円弧状に並べられた状態では、各コイル体１００Ａ，１００Ｂは平面視において一直線上に並ぶのではなく、互いに交差した状態で並ぶ。そのため、互いに接合されるコイル端部１０３ａ，１０３ｂの少なくともいずれかは、延伸方向に対して斜めに交差する線上で軸方向に立ち上げられているとよい。これにより、コイル端部１０３どうしを好適に面接合させることができる。例えば、コイル端部１０３同士の面接合の向きを、ロータ６０の回転中心点から延びる直線に沿う向きとするとよい。コイル端部１０４ａ，１０４ｂについても同様である。

【0045】

続いて、図６を用いて、界磁巻線８０の製造方法について説明する。以下では、界磁巻線８０を構成する第１，第２巻線部８１，８２のうち、第１巻線部８１を主にして説明する。

【0046】

ステップＳ１０では、横断面が円形状の導線材９０（具体的には、丸線）の中間部９０ａを巻き始め部分として、基本型２００に、導線材９０のうち巻き始め部分に対して一端側である第１導線部９１を第１方向に巻き付ける。一方、導線材９０のうち巻き始め部分に対して他端側である第２導線部９２を、第１方向とは逆の第２方向に基本型２００に巻き付ける（図７及び図８参照）。基本型２００は、プレス装置を構成し、主極部７２を模擬した型である。各導線部９１，９２の基本型２００への巻き付けは、巻線装置により実施される。

【0047】

ステップＳ１１では、第１導線部９１と第２導線部９２との間にプレス装置を構成する中央型２１０が配置されるように、中央型２１０を移動させる（図９参照）。本実施形態の中央型２１０は、上下方向に２分割されており、第１中央型２１１及び第２中央型２１２からなる。

【0048】

ステップＳ１２では、中央型２１０が配置された状態で、第１導線部９１及び第２導線部９２を基本型２００に巻線装置により更に巻き付ける。これにより、図９に示すように、α巻されたコイル体１００が製造される。コイル体１００のうち第１導線部９１で構成された部分が内側コイル部１０１（「第１コイル部」に相当）であり、コイル体１００のうち第２導線部９２で構成された部分が外側コイル部１０２（「第２コイル部」に相当）である。中央型２１０の一方の面に内側コイル部１０１が当接し、中央型２１０の他方の面に外側コイル部１０２が当接する。

【0049】

ステップＳ１３では、第１側面型２２１を中央型２１０に向かって移動させることにより（図１０参照）、内側コイル部１０１のうち中央型２１０側との当接部とは反対側に第１側面型２２１を当接させる。また、第２側面型２２２を中央型２１０に向かって移動させることにより、外側コイル部１０２のうち中央型２１０側との当接部とは反対側に第２側面型２２２を当接させる。

【0050】

ステップＳ１４（「プレス工程」に相当）では、中央型２１０及び第１側面型２２１で内側コイル部１０１を挟み込んだ状態で、図１１に示すように、内側コイル部１０１を構成する直線部１０１ａに、基本型２００の側に向かって上下方向から主可動型２３０を押し当てることにより、内側コイル部１０１を構成する直線部１０１ａの横断面を矩形状に圧縮成形する。ここでは、図１２～図１４に示すように、横断面が円形状の直線部１０１ａが段階的に圧縮成形される。圧縮成形に伴い、直線部１０１ａの圧縮方向と直交する方向に直線部１０１ａが延びるため、図１３に示すように、第１側面型２２１の移動が許容されてもよい。

【0051】

また、ステップＳ１４において、中央型２１０及び第２側面型２２２で外側コイル部１０２を挟み込んだ状態で、外側コイル部１０２を構成する直線部１０２ａに、基本型２００の側に向かって上下方向から主可動型２３０を押し当てることにより、内側コイル部１０１と同様に、外側コイル部１０２を構成する直線部１０２ａの横断面を矩形状に圧縮成形する。圧縮成形に伴い、直線部１０２ａの圧縮方向と直交する方向に直線部１０２ａが延びるため、第２側面型２２２の移動が許容されてもよい。

【0052】

主可動型２３０によるプレス工程により、内側コイル部１０１を構成する直線部１０１ａ及び外側コイル部１０２を構成する直線部１０２ａの横断面は、図３に示したように、長方形状となる。内側コイル部１０１を構成する直線部１０１ａは、図３に示す第１巻線部８１のうち周方向に５つ並ぶ直線部８１ａに相当する。外側コイル部１０２を構成する直線部１０２ａは、図３に示す第１巻線部８１のうち周方向に６つ並ぶ直線部８１ａに相当する。

【0053】

ステップＳ１４では、中央型２１０及び第１側面型２２１で内側コイル部１０１を挟み込んだ状態で、図１１に示すように、内側コイル部１０１を構成する渡り部１０１ｂに、基本型２００の側に向かって左右方向から副可動型２３１を押し当てることにより、内側コイル部１０１を構成する渡り部１０１ｂの横断面を矩形状に圧縮成形する。ここでは、直線部１０１ａと同様に、横断面が円形状の渡り部１０１ｂが段階的に圧縮成形される。圧縮成形に伴い、渡り部１０１ｂの圧縮方向と直交する方向に渡り部１０１ｂが延びるため、第１側面型２２１の移動が許容されてもよい。

【0054】

また、ステップＳ１４において、中央型２１０及び第２側面型２２２で外側コイル部１０２を挟み込んだ状態で、外側コイル部１０２を構成する渡り部１０２ｂに、基本型２００の側に向かって左右方向から副可動型２３１を押し当てることにより、内側コイル部１０１と同様に、外側コイル部１０２を構成する渡り部１０２ｂの横断面を矩形状に圧縮成形する。圧縮成形に伴い、渡り部１０２ｂの圧縮方向と直交する方向に渡り部１０２ｂが延びるため、第２側面型２２２の移動が許容されてもよい。

【0055】

副可動型２３１によるプレス工程により、内側コイル部１０１を構成する渡り部１０１ｂ及び外側コイル部１０２を構成する渡り部１０２ｂの横断面は、長方形状となる。

【0056】

ステップＳ１４の後、ステップＳ１５において、圧縮成形されたコイル体１００が基本型２００から取り出される。

【0057】

以上説明したステップＳ１０～Ｓ１５の工程により、第１巻線部８１を構成するコイル体１００を製造する。同様に、ステップＳ１０～Ｓ１５の工程により、第２巻線部８２を構成するコイル体１００を製造する。この場合において、ステップＳ１４では、主極部７２の径方向外側に配置される第１巻線部８１を構成するコイル体１００（「外側コイル体」に相当）のアスペクト比よりも、主極部７２の径方向内側に配置される第２巻線部８２を構成するコイル体１００（「内側コイル体」に相当）のアスペクト比の方が大きくなるように、内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２が圧縮成形される（図３参照）。

【0058】

続くステップＳ１６では、第１巻線部８１を構成するコイル体１００と、第２巻線部８２を構成するコイル体１００とを主極部７２に挿入する。

【0059】

なお、図６で説明したプレス成型装置を構成する中央型２１０、第１側面型２２１、第２側面型２２２、主可動型２３０、副可動型２３１及び巻線装置等、図６の製造工程で必要な各装置は、コントローラにより制御される。

【0060】

以上説明した本実施形態では、各巻線部８１，８２を構成する直線部８１ａ，８２ａの横断面は、径方向を長辺とする矩形状をなしている。第１巻線部８１を構成する直線部８１ａのアスペクト比よりも、第２巻線部８２を構成する直線部８２ａのアスペクト比の方が大きい。これにより、各主極部７２において周方向及び径方向に並ぶ直線部のうち、第１巻線部８１の直線部８１ａの横断面における短辺方向寸法よりも、第２巻線部８２の直線部８２ａの横断面における短辺方向寸法が小さくなる。その結果、周方向に隣り合う主極部７２のうち、一方に巻回された第２巻線部８２の周方向最外層の直線部８２ａと、他方に巻回された第２巻線部８２の周方向最外層の直線部８２ａとの干渉を回避しつつ、主極部７２の径方向内側における界磁巻線８０の巻数を増加させることができる。その結果、周方向に隣り合う主極部７２間のデッドスペースを減少させることができ、界磁巻線８０の占積率を高めることができる。これにより、界磁巻線８０の抵抗値を減少させ、界磁巻線８０の励磁性を高めることができる。

【0061】

また、上述したアスペクト比の設定により、図３に示したように、第２巻線部８２を構成する直線部８２ａのうち径方向において最も第１巻線部８１側の直線部の周方向の並び数（５個）を、第１巻線部８１を構成する直線部８１ａのうち径方向において最も第２巻線部８２側の直線部の周方向の並び数（５個）と同数にできる。なお、第２巻線部８２を構成する直線部８２ａのうち径方向において最も第１巻線部８１側の直線部の周方向の並び数が、第１巻線部８１を構成する直線部８１ａのうち径方向において最も第２巻線部８２側の直線部の周方向の並び数よりも多くてもよい。

【0062】

＜その他の実施形態＞
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

【0063】

・図６のステップＳ１４のプレス工程において、副可動型２３１により渡り部１０１ｂ，１０２ｂが圧縮成形されなくてもよい。この場合、渡り部１０１ｂ，１０２ｂの横断面は円形状となる。

【0064】

・図１５及び図１６に示すように、内側コイル部１０１の直線部１０１ａ及び外側コイル部１０２の直線部１０２ａを主可動型２３０により同時に圧縮成形してもよい。図１５及び図１６には、便宜上、各コイル部１０１，１０２が５つである例を示す。また、同時成形する直線部は、３層以上であってもよい。

【0065】

また、図１７に示すように、第２導線部９２を更に巻き付けることにより、直線部１０２ａの上側に追加の直線部１０２ｃを配置し、図１８に示すように、傾斜面２３２ａが形成された可動型２３２で圧縮成形してもよい。これにより、傾斜部が形成された直線部１０２ｄが形成される。傾斜部を有する直線部は、図３に示す第２軸線Ｂ２に隣り合う直線部である。傾斜部を有する直線部を備える界磁巻線８０によれば、周方向に隣り合う界磁巻線８０間の距離を小さくでき、界磁巻線８０の占積率をいっそう高めることができる。

【0066】

・図６のステップＳ１０の巻き付け工程において、１つの導線材９０ではなく、図１９に示すように、径方向に並べた状態の２つの導線材９０をまとめて基本型２００に巻き付けてもよい。この場合、第１，第２導線部９１，９２で構成された空芯コイルが２つ製造されることとなる。２つの空芯コイルが製造された後、図６のステップＳ１４のプレス工程では、各空芯コイルの第１導線部９１で構成された部分（内側コイル部１０１）及び第２導線部９２で構成された部分（外側コイル部１０２）それぞれについて、主可動型２３０により圧縮成形される。図２０及び図２１には、各空芯コイルの第１導線部９１で構成された部分（内側コイル部１０１）の直線部１０１ａが圧縮成形される例を示す。２つの空芯コイルである内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２の模式図を図２２に示す。その後、内側コイル部１０１において２つの第１導線部９１の先端部９１ａ同士を溶接装置の溶接等により接合するとともに、外側コイル部１０２において２つの第２導線部９２の先端部９２ａ同士を溶接装置の溶接等により接合することにより、第１，第２導線部９１，９２で構成された２つの空芯コイル（内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２）の並列接続体が製造される。

【0067】

アスペクト比を大きくしようとすると、主可動型２３０から導線材９０への圧力を大きくする必要があり、この場合、導線材９０の表面の絶縁被膜へのダメージが懸念される。そこで、図１９に示すように、径方向に並べた状態の２つの導線材９０を用いる。圧縮成形された２つの導線材９０のアスペクト比を、圧縮成形された１つの導線材９０（図１４等参照）のアスペクト比と同等にする場合、主可動型２３０の移動方向における２つの導線材９０の圧縮量を、１つの導線材９０の圧縮量よりも小さくできる。その結果、圧縮成形に要する圧力を低減でき、より大きなアスペクト比の成形巻線が必要な場合であっても、絶縁被膜へのダメージを低減することができる。また、図１９～図２１に示した態様によれば、２つの導線材９０（例えば直線部）の間に絶縁被膜を介在させることができ、１つの導線材９０が用いられる場合と比較して、渦電流の低減効果を得ることができる。

【0068】

また、上述した方法で２つの空芯コイルである内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２を製造した後、図２３に示すように、内側コイル部１０１における２つの第１導線部９１の先端部９１ａのうち外側コイル部１０２側に位置する先端部９１ａと、外側コイル部１０２における２つの第２導線部９２の先端部９２ａのうち内側コイル部１０１側に位置する先端部９２ａとを溶接装置の溶接等により接合することにより、内側コイル部１０１及び外側コイル部１０２の直列接続体が製造されてもよい。

【0069】

ちなみに、２つの導線材９０に限らず、径方向に並べた状態のＮ個（Ｎは３以上の整数）の導線材９０をまとめて基本型２００に巻き付けてもよい。この場合、Ｎ個の第１導線部９１の先端部同士を溶接装置の溶接等により接合するとともに、Ｎ個の第２導線部９２の先端部同士を溶接装置の溶接等により接合することにより、第１，第２導線部９１，９２からなるＮ個の空芯コイルの並列接続体が製造される。Ｎ個の場合、さらに大きなアスペクト比の成形巻線を製造することができる。

【0070】

・図２４に示すように、第１巻線部８１の各層において、直線部８１ａのアスペクト比が異なるように主可動型２３０でプレス成型されてもよい。また、第２巻線部８２の各層において直線部８２ａのアスペクト比が異なるように主可動型２３０でプレス成型されてもよい。図２４に示す例では、各巻線部８１，８２において、径方向外側から順に、７個、６個、６個、５個の直線部が形成される例を示す。α巻の構成を採用することにより、２層単位での集中巻線が可能となり、各巻線部８１，８２において層の途中でアスペクト比を変更するができる。

【0071】

・図２５に示すように、各巻線部８１，８２（コイル体）のうち少なくとも主極部７２の当接部分に、電気的絶縁性を有するモールド樹脂である合成樹脂層１２０が形成されていてもよい。図２５に示す例では、各巻線部８１，８２の全周域にわたって合成樹脂層１２０が形成されている。合成樹脂層１２０の厚さ寸法は、例えば、第２巻線部８２を構成する直線部８２ａの短辺寸法と同等の寸法又はそれよりも小さい寸法であればよい。なお、合成樹脂層１２０を形成する工程は、例えば、図６のステップＳ１５とＳ１６との間に設けられればよい。

【0072】

一般的に、丸線の場合、主極部７２と丸線との当接面積が小さく、丸線の絶縁層（絶縁被膜）に加わる圧力が大きくなる。この場合、界磁巻線８０が巻き回されるボビンが必要となる。これに対し、図２５に示す直線部８１ａ，８２ａは、平角線であり、主極部７２との当接面積が大きい。このため、直線部８１ａ，８２ａの絶縁層に加わる圧力が小さくなり、ボビンが不要となる。その結果、界磁巻線８０の占積率を高めることができる。

【0073】

・図６のステップＳ１４のプレス工程で丸線が圧縮成形される。この場合、各直線部１０１ａ，１０２ａは、図２６に示すように、互いの当接面に凹凸を有するものとなり得る。この場合であっても、圧縮成形されていることにより、各直線部１０１ａ，１０２ａは、互いの当接面に凹凸を有した状態で互いに密接することができ、界磁巻線８０の占積率を高めることができる。ちなみに、この場合、各直線部１０１ａ，１０２ａの凹凸の高さ寸法は、例えば０．１～０．２ｍｍである。また、各直線部１０１ａ，１０２ａの四隅の円弧部（角Ｒ）は、例えば０．２ｍｍ以下である。

【0074】

・各主極部７２において、径方向に２層に導線材が巻回されてなるコイル体が３つ以上設けられていてもよい。

【0075】

・共振回路を構成するコンデンサ８４は、第２巻線部８２ではなく第１巻線部８１に並列接続されていてもよい。また、ダイオード８３の向きはカソードとアノードとが逆向きであってもよい。詳しくは、図４を参照して、ダイオード８３のアノードが第１巻線部８１の一端に接続され、ダイオード８３のカソードが第２巻線部８２の一端に接続されていてもよい。

【0076】

・回転電機としては、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。この場合、主極部は、ロータコアから径方向内側に突出している。

【0077】

・回転電機としては、星形結線された回転電機に限らず、Δ結線された回転電機であってもよい。

【0078】

・ステータコアとしては、ティースが設けられていないステータコアであってもよい。

【0079】

・界磁巻線に界磁電流を流すための構成としては、図４に示した回路に限らず、例えば、界磁巻線に電気的に接続されたブラシと、ブラシに電気的に接続された電源とを備える構成であってもよい。この場合、ステータ巻線に、界磁電流を誘起させるための高調波電圧を印加する必要はない。

【0080】

・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。

【0081】

・制御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、制御システムは、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。

【符号の説明】

【0082】

４０…回転電機、６０…ロータ、７０…ロータコア、７２…主極部、８０…界磁巻線。

【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】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】