JP5641154B2 - 回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、回転磁界を発生させるステータと、コイルが巻装されたロータとを備える回転電機に関する。

従来、実開平５−２９２７５号公報（特許文献１）には、主励磁機の電機子と副励磁機の回転子と整流器とを筒状のホルダに取り付け、このホルダを回転軸に取り付けることにより、電機子と回転子と整流器とを一括して回転軸に取り付けられるようにした励磁機内蔵形のブラシレス発電機が開示されている。

また、特開２０１１−４１４３３号公報（特許文献２）には、ステータ巻線に交流電流が流れることにより回転磁界を発生させるステータと、周方向複数個所に配置されたロータ巻線と、各ロータ巻線に流れる電流を整流するダイオードとを有するロータとを備えた回転電機が記載されている。

実開平５−２９２７５号公報 特開２０１１−４１４３３号公報

特許文献１および２に記載される発電機やモータのような回転電機では、回転子と共に回転することとなるダイオード等の電子機器は通電によって発熱する。そのため、電子機器の性能維持のためには、液体冷媒にて電子機器に取り付けられた電子機器を十分に冷却することが望ましい。

しかしながら、例えば、回転子を取り巻くように外径側に配置された固定子の側から液体冷媒を、回転する回転子上の電子機器に供給した場合、上記電子機器を径方向外側で押さえる部材や回転子の遠心力が障害になって上記電子機器を十分に冷却できないおそれがある。

本発明の目的は、回転子に取り付けられた電子機器を液体冷媒によって十分に冷却できる回転電機を提供することである。

本発明に係る回転電機は、回転磁界を発生させるステータと、前記ステータに対向配置される回転可能なロータと、前記ロータの軸方向端面を構成するエンドプレートに設けられ、前記ロータに巻き回しされたコイルに接続されて前記ロータと共に回転するように設けられた電子機器と、前記電子機器に生じた熱が前記電子機器よりも径方向内側から供給される液体冷媒により前記エンドプレートを介して冷却される冷却構造と、を備える。

本発明に係る回転電機において、前記冷却構造は、前記ロータを回転可能に支持するシャフト内に形成される冷媒流路と、前記冷媒流路を流れる液体冷媒をシャフト外に供給する冷媒供給路とを含んでもよい。

本発明に係る回転電機において、前記電子機器は前記ロータの軸方向端面に周方向に間隔をおいて複数設けられ、前記冷媒供給路の端部が周方向に関して前記電子機器の間に開口してもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記冷媒供給路は前記シャフトに形成された第１冷媒供給路と前記エンドプレートに形成された第２冷媒供給路とによって構成され、前記第２冷媒供給路の端部が前記エンドプレートの表面に開口してもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記冷媒供給路は前記冷媒流路から液体冷媒をシャフト外に供給するように前記シャフトに形成され、前記冷媒供給路の端部は前記シャフトの表面に開口してもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記冷媒供給路から液体冷媒が供給される前記エンドプレートの表面は径方向に対して軸方向外側に傾いていてもよい。

また、本発明に係る回転電機において、前記冷媒供給路は、前記電子機器と前記コイルとの間の位置で前記エンドプレート内の通路を介して前記エンドプレートの外周面につながっていてもよい。

この場合、前記電子機器の背面側の前記通路の内壁面には放熱フィンが形成されていてもよい。

さらに、本発明に係る回転電機において、前記冷媒供給路の端部の開口部は前記エンドプレートの軸方向端面から軸方向内側へ奥まって位置しており、前記エンドプレートの軸方向端面には少なくとも外周部を覆うカバー部材が設けられていてもよい。

この場合、前記カバー部材の外周部には、前記冷媒吐出口から吐出されて径方向外側へ流れきた液体冷媒を溜める冷媒溜まり部の冷媒溜まり量を決める冷媒排出孔が形成されてもよい。

本発明に係る回転電機によれば、電子機器に対して径方向内側から供給される液体冷媒が回転するロータの遠心力等によってエンドプレート上を径方向外側へ流れて電子機器の周囲に供給され、これにより通電により発熱する電子機器をエンドプレートを介して十分に冷却することができる。

本発明の一実施形態である回転電機を示す断面図である。 本実施形態の回転電機において、ロータ及びステータの周方向一部を概略的に示す断面図である。 本実施形態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３に対応する図である。 本実施形態において、ロータの周方向に隣り合う２つの突極に巻装した複数のコイルの接続回路の等価回路を示す図である。 ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした例を示す、図５に対応する図である。 図１に示すロータのＡ−Ａ断面図である。 図７のＢ部拡大図である。 ロータの突極に巻装される各ロータコイルにダイオードをそれぞれ接続した変形例を示す図である。 ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした例を示す、図９に対応する図である。 ロータの軸方向端面を示す図である。 ロータの軸方向端面の別の例を示す図である。 図１１におけるＣ−Ｃ断面図である。 図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。 シャフトに冷媒吐出口を形成した別の例を示す、図１４に対応する図である。 ロータ外に冷媒吐出口を設けた更に別の例を示す、図１４に対応する図である。 エンドプレート内に冷媒通路を形成した更にまた別の例を示す、図１４に対応する図である。 図１７におけるＥ−Ｅ断面図である。 電子機器をモールド樹脂で覆ってその上に冷媒を供給する例を示す、図１３に対応する図である。

以下、本発明の実施形態を、図面を用いて説明する。図１〜５、７、８は、本発明の実施形態を示す図である。図１は、本実施形態に係る回転電機用ロータを含む回転電機の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筒状のステータ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、ロータ１４の回転中心軸に対し直交する放射方向をいう（本明細書全体及び特許請求の範囲で、特に断らない限り「径方向」の意味は同じである。）。

ステータ１２は、磁性材製のステータコア１６と、ステータコア１６に配設された複数相（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相）のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗとを含む。ロータ１４は、磁性材製のロータコア２４と、ロータコア２４の中心部に挿入して嵌合固定されたシャフト２５と、ロータコア２４の軸方向両側に配置された２つのエンドプレート２６ａ，２６ｂとを含む。

また、ロータ１４は、ロータコア２４に配設された複数のロータコイルである、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ、及びＳ極コモンコイル３０ｓと、Ｎ極誘導コイル２８ｎに接続された第１ダイオード３８と、Ｓ極誘導コイル２８ｓに接続された第２ダイオード４０とを含む。

まず、図２〜５を用いて回転電機１０の基本構成を説明し、その後、ロータ１４の詳細構造を説明する。図２は、本実施形態の回転電機において、ロータ及びステータの周方向一部を示す概略断面図である。図３は、本実施形態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４は、ロータコイルにダイオードを接続して示す、図３に対応する図である。

図２に示すように、ステータ１２は、ステータコア１６を含む。ステータコア１６の内周面の周方向複数個所には、径方向内側へ（すなわちロータ１４へ向けて）突出する複数のティース１８が配置されており、各ティース１８間にスロット２２が形成されている。ステータコア１６は、けい素鋼板等の磁性を有する電磁鋼板のような金属板の積層体等の磁性材料により形成される。複数のティース１８は、ロータ１４の回転軸である回転中心軸周りの周方向に沿って互いに間隔をおいて配列されている。なお、「周方向」とは、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（本明細書全体及び特許請求の範囲で、特に断らない限り「周方向」の意味は同じである。）。

各相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、スロット２２を通ってステータコア１６のティース１８に短節集中巻で巻装されている。このように、ティース１８にステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗが巻装されることで磁極が構成される。そして、複数相のステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗに複数相の交流電流を流すことで、周方向に並べられたティース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。

なお、ステータコイル２０ｕ，２０ｖ，２０ｗは、このようにステータ１２のティース１８に巻き回しする構成に限定するものではなく、例えばティース１８から外れたステータコア１６の環状部分の周方向複数個所に複数相のステータコイルを巻き回しするトロイダル巻きとし、ステータ１２に回転磁界を生じさせることもできる。

ティース１８に形成された回転磁界は、その先端面からロータ１４に作用する。図２に示す例では、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。

一方、ロータ１４は、磁性材料製のロータコア２４と、複数のロータコイルである、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、及びＳ極コモンコイル３０ｓとを含む。ロータコア２４は、外周面の周方向複数個所に径方向外側に向けて（すなわちステータ１２に向けて）突出して設けられた複数の磁極部であって主突極であるＮ極形成突極３２ｎおよびＳ極形成突極３２ｓを有する。

Ｎ極形成突極３２ｎとＳ極形成突極３２ｓとは、ロータコア２４の周方向に沿って交互に、かつ、互いに間隔をおいて配置されており、各突極３２ｎ、３２ｓがステータ１２と対向している。ロータコア２４の環状部分であるロータヨーク３３及び複数の突極３２ｎ、３２ｓは、磁性材製の金属板を複数積層した積層体である複数のロータコア要素を環状に連結することにより、一体に構成されている。これについては、後で詳しく説明する。Ｎ極形成突極３２ｎとＳ極形成突極３２ｓとは、互いに同一の形状及び大きさを有する。

より詳しくは、ロータ１４の周方向に関して１つおきのＮ極形成突極３２ｎのそれぞれに、２つのＮ極ロータコイルである、Ｎ極コモンコイル３０ｎおよびＮ極誘導コイル２８ｎがそれぞれ集中巻きで巻き回しされている。また、ロータ１４において、Ｎ極形成突極３２ｎと隣り合う別の突極であり、周方向１つおきのＳ極形成突極３２ｓのそれぞれに、２つのＳ極ロータコイルであるＳ極コモンコイル３０ｓおよびＳ極誘導コイル２８ｓとが集中巻きで巻き回しされている。ロータ１４の径方向に関して、各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは内側コイルであり、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓは外側コイルである。

ロータ１４は、図３に示すように、周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓの間に形成されたスロット３４を有する。すなわち、ロータコア２４には、複数のスロット３４が、ロータ１４の回転軸まわりの周方向に互いに間隔をおいて形成されている。また、ロータコア２４は、回転軸であるシャフト２５（図１参照）の径方向外側に嵌合固定されている。

各Ｎ極誘導コイル２８ｎは、各Ｎ極形成突極３２ｎにおいて、Ｎ極コモンコイル３０ｎよりも先端側、すなわち、ステータ１２に近い側に巻かれている。各Ｓ極誘導コイル２８ｓは、各Ｓ極形成突極３２ｓにおいて、Ｓ極コモンコイル３０ｓよりも先端側、すなわち、ステータ１２に近い側に巻かれている。

なお、図３に示すように、各突極３２ｎ、３２ｓの周囲に巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、それぞれ突極３２ｎ（または３２ｓ）の周囲の長さ方向（図３の上下方向）に沿って設けられたソレノイドが、突極３２ｎ（または３２ｓ）の周方向（図３の左右方向）に複数層整列した整列巻きで配置されることもできる。また、各突極３２ｎ、３２ｓの先端側に巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、突極３２ｎ、３２ｓの周囲に複数回、すなわち複数ターン分、渦巻状に巻いた構成とすることもできる。

図４、図５に示すように、ロータ１４の周方向に隣り合う２個の突極３２ｎ、３２ｓを１組として、各組で１個のＮ極形成突極３２ｎに巻かれたＮ極誘導コイル２８ｎの一端と、別のＳ極形成突極３２ｓに巻かれたＳ極誘導コイル２８ｓの一端とを、２個の電子機器であって整流素子である第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。図５は、本実施形態において、ロータ１４の周方向に隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻装した複数のコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓの接続回路の等価回路を示している。図５に示すように、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＳ極誘導コイル２８ｓの一端は、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。なお、本実施形態では、後述するように第１および第２ダイオード３８，４０が１つの樹脂モールドパッケージにより一体化されたダイオード素子４１とされたものが用いられている。

なお、本実施形態では、ロータコア２４に巻装されたコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓに接続される電子機器がダイオードである場合について説明するが、これに限定されるものではない。上記電子機器は、コイルに流れる電流を整流する機能を有する他の整流器（例えば、サイリスタ、トランジスタ等）が用いられてもよいし、抵抗器、コンデンサ等の電子機器がダイオード等の整流器と併せて用いられてもよい。

図４、図５に示すように、各組でＮ極形成突極３２ｎに巻かれたＮ極コモンコイル３０ｎの一端は、Ｓ極形成突極３２ｓに巻かれたＳ極コモンコイル３０ｓの一端に接続されている。Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓは互いに直列に接続されることで、コモンコイル組３６を形成している。さらに、Ｎ極コモンコイル３０ｎの他端は接続点Ｒに接続され、Ｓ極コモンコイル３０ｓの他端は、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＳ極誘導コイル２８ｓの接続点Ｒとは反対側の他端に接続されている。また、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ，３０ｓの巻回中心軸は、ロータ１４（図２）の径方向と一致している。なお、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、対応する突極３２ｎ（または３２ｓ）に、樹脂等により造られる電気絶縁性を有するインシュレータ（図示せず）等を介して巻装されることもできる。

このような構成では、後述するように、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓに整流された電流が流れることで各突極３２ｎ、３２ｓが磁化し、磁極部として機能する。図３に戻って、ステータコイル２０ｕ、２０ｖ、２０ｗに交流電流を流すことで、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２２（図２）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次成分であり、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、この空間強調波成分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の突極３２ｎ、３２ｓ間の空間に漏れ出す漏れ磁束の変動が発生し、これにより図３に示す各誘導コイル２８ｎ、２８ｓの少なくともいずれかの誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生する。

ステータ１２から近い、突極３２ｎ、３２ｓの先端側の誘導コイル２８ｎ、２８ｓは、主に誘導電流を発生させる機能を有する。これに対し、ステータ１２から遠い、コモンコイル３０ｎ、３０ｓは、主に突極３２ｎ、３２ｓを磁化する機能を有する。また、図５の等価回路から理解されるように、隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ（図２〜図４参照）に巻装された誘導コイル２８ｎ、２８ｓを流れる電流の合計がコモンコイル３０ｎ、３０ｓにそれぞれ流れる電流となる。隣り合うコモンコイル３０ｎ、３０ｓ同士を直列に接続しているので、両方で巻き数を増加させたのと同じ効果を得られ、各突極３２ｎ、３２ｓに流れる磁束を同じとしたままで各コモンコイル３０ｎ、３０ｓに流す電流を低減できる。

各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生すると、Ｎ極誘導コイル２８ｎ、Ｓ極誘導コイル２８ｓ、Ｎ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓにダイオード３８，４０の整流方向に応じた直流電流が流れ、コモンコイル３０ｎ、３０ｓが巻装された突極３２ｎ、３２ｓが磁化することで、この突極３２ｎ、３２ｓが磁極の固定された電磁石である磁極部として機能する。

図４に示すように、周方向に隣り合うＮ極誘導コイル２８ｎ及びＮ極コモンコイル３０ｎと、Ｓ極誘導コイル２８ｓ及びＳ極コモンコイル３０ｓとで巻き方向が逆になっており、周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士で磁化方向が逆になる。図示の例では、Ｎ極誘導コイル２８ｎ及びＮ極コモンコイル３０ｎが巻装された突極３２ｎの先端にＮ極が生成され、Ｓ極誘導コイル２８ｓ及びＳ極コモンコイル３０ｓが巻装された突極３２ｓの先端にＳ極が生成されるようにしている。このため、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。すなわち、ロータ１４は、ステータ１２で生成される磁界に含まれる高調波成分が鎖交することにより、周方向にＮ極及びＳ極が交互に形成されるように構成される。

また、本実施形態では、ロータ１４は、周方向の複数個所に配置された突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面から突出する補助突極４２を含んでいる。補助突極４２は、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向（図３、図４の左右方向）両側面において、軸方向（図３、図４の表裏方向）の複数個所から、周方向に対し傾斜した方向にそれぞれ突出する板状の磁性体である。例えば、図示の例では、補助突極４２は、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面の径方向中間部に、先端に向かうほどロータ１４の径方向外側になるように周方向に対し傾斜している。複数の補助突極４２は、突極３２ｎ、３２ｓの周方向の両側面において、Ｎ極誘導コイル２８ｎとＮ極コモンコイル３０ｎとの間、及び、Ｓ極誘導コイル２８ｓとＳ極コモンコイル３０ｓとの間のそれぞれから突出している。すなわち補助突極４２は、根元部において、対応する突極３２ｎ、３２ｓに磁気的に接続されている。

また、同じスロット３４内に配置され、互いに対向する別の突極３２ｎ、３２ｓから突出する複数の補助突極４２同士は、機械的に連結されていてもよいし、または、機械的に連結されていなくてもよい。図３、図４では、互いに同じスロット３４内に配置されるＮ極形成突極３２ｎの補助突極４２と、Ｓ極形成突極３２ｓの補助突極４２とが、機械的に連結しておらず、そのために互いに磁気的に分断されていることを模式的に示している。このような補助突極４２は、突極３２ｎ、３２ｓを含む補助突極４２と同じ磁性材料により形成されている。

また、各突極３２ｎ（または３２ｓ）に巻かれた誘導コイル２８ｎ（または２８ｓ）とコモンコイル３０ｎ（または３０ｓ）とは、対応するスロット３４内で補助突極４２により仕切られて分離されている。同じ突極３２ｎ、３２ｓに巻かれる誘導コイル２８ｎ、２８ｓとコモンコイル３０ｎ、３０ｓとは、ロータコア２４の軸方向端面よりも外側に設けられる図示しない片側または両側のコイルエンド側等、補助突極４２から外れた部分で互いに接続されている。

なお、後述する図７に示すように、各突極３２ｎ（３２ｓも同様である）の先端部に周方向両側に突出し、誘導コイル２８ｎ、２８ｓの抜け止めを図るための鍔部４４を形成することもできる。ただし、この鍔部４４は省略することもできる。

このようなロータ１４を含む回転電機１０（図２）では、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（図２）に形成された回転磁界（基本波成分）がロータ１４に作用し、これに応じて、ロータ１４の磁気抵抗が小さくなるように、突極３２ｎ、３２ｓがティース１８の回転磁界に吸引される。これによって、ロータ１４にトルク（リラクタンストルク）が作用する。

また、ティース１８に形成された空間高調波成分を含む回転磁界がロータ１４の各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交すると、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓには、空間高調波成分に起因するロータ１４の回転周波数（回転磁界の基本波成分）と異なる周波数の磁束変動によって、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに誘導起電力が発生する。この誘導起電力の発生に伴って各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに流れる電流は、各ダイオード３８，４０により整流されることで一方向（直流）となる。

そして、各ダイオード３８，４０で整流された直流電流が各誘導コイル２８ｎ、２８ｓ及び各コモンコイル３０ｎ、３０ｓに流れるのに応じて各突極３２ｎ、３２ｓが磁化することで、各突極３２ｎ、３２ｓが磁極が（Ｎ極かＳ極のいずれか一方に）固定された磁石として機能する。前述のように、ダイオード３８，４０による誘導コイル２８ｎ、２８ｓの電流の整流方向が互いに逆方向であるため、各突極３２ｎ、３２ｓに生じる磁石は、周方向においてＮ極とＳ極が交互に配置されたものとなる。

しかも、図３に示すように、各突極３２ｎ、３２ｓの周方向両側面に補助突極４２が、先端に向かうほど径方向外側になるように周方向に対し傾斜する方向に形成されている。このため、例えば図３の破線矢印α、βで示す方向に、ステータ１２からロータ１４に、ステータ１２の起磁力として、空間的２次の空間高調波の磁束であるｑ軸磁束が流れる場合を考えると、補助突極４２により誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。すなわち、ステータ１２とロータ１４とのある位相関係で、空間高調波のｑ軸磁束が、ステータ１２の一部のティース１８から一部の補助突極４２を介して、突極３２ｎ、３２ｓの一部へ多く誘導され、突極３２ｎ、３２ｓの一部から別のティース１８へ誘導される場合があり、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに多くの磁束を鎖交させることができる。

また、ｑ軸磁束の向き及び大きさは電気的１周期の中で変化するが、誘導コイル２８ｎ、２８ｓに流れる磁束の最大量が多くなることで、誘導コイル２８ｎ、２８ｓの鎖交磁束の変化を大きくできる。例えば、図３の破線矢印βで示すように、ステータ１２のティース１８からＳ極の補助突極４２を介してＳ極形成突極３２ｓにｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｓ極形成突極３２ｓをＮ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＳ極誘導コイル２８ｓに誘導電流が流れようとし、その流れは第２ダイオード４０（図４参照）で妨げられない。このため、図３に実線矢印で示すように、Ｓ極形成突極３２ｓからロータコア２４のロータヨーク３３を介してＮ極形成突極３２ｎに抜ける方向の磁束である、誘導電流による磁束が流れる。

また、これとは逆、すなわち、図３の破線矢印αと逆方向に、ステータ１２のティース１８からＮ極形成突極３２ｎを介して補助突極４２にｑ軸磁束が流れようとする場合があり、Ｎ極形成突極３２ｎをＳ極とする方向に磁束が流れようとする。この場合、これを妨げる方向にＮ極誘導コイル２８ｎに誘導電流が流れようとし、その流れは第１ダイオード３８（図４参照）で妨げられることなく、Ｎ極形成突極３２ｎをＮ極とする方向に電流を流す。この場合も、Ｓ極形成突極３２ｓからロータヨーク３３を介してＮ極形成突極３２ｎに抜ける方向の、誘導電流による磁束が流れる。この結果、各突極３２ｎ、３２ｓがＮ極またはＳ極に磁化する。

上記のように各突極３２ｎ、３２ｓの両側面から補助突極４２が突出しているので、補助突極４２がない場合、すなわち各スロット３４内で周方向に隣り合う突極３２ｎ、３２ｓ同士の間に空間しかない場合に比べて、各誘導コイル２８ｎ、２８ｓに鎖交する磁束の振幅の最大値を大きくできるので、鎖交磁束の変化を大きくできる。

そして、各突極３２ｎ、３２ｓ（磁極が固定された磁石）の磁界がステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と相互作用して、吸引及び反発作用が生じる。このステータ１２により生成される回転磁界（基本波成分）と突極３２ｎ、３２ｓ（磁石）の磁界との電磁気相互作用（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（基本波成分）に同期して回転駆動する。このようにして回転電機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（機械的動力）を発生させるモータとして機能させることができる。

なお、本実施形態では、隣り合う２つの突極３２ｎ、３２ｓを１組として、各組において、２つの突極３２ｎ、３２ｓに巻かれた誘導コイル２８ｎ、２８ｓ同士を２つのダイオード３８，４０を介して接続する場合を説明した。このため、２つの突極３２ｎ、３２ｓに対して２つのダイオード３８，４０が必要になる。これに対して、ロータ１４の全部の突極３２ｎ、３２ｓに巻かれた全部のコイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓ同士を接続するとともに、ダイオード３８，４０として２つのみを使用することもできる。図６は、ロータコイルに接続するダイオードの数を少なくした変形例を示す、図５に対応する図である。

図６に示す変形例では、上記の図３、図４等に示した構成において、ロータの周方向１つ置きの突極である全部のＮ極形成突極３２ｎ（図３参照）の先端側に巻装した複数のＮ極誘導コイル２８ｎ同士を直列に接続することでＮ極誘導コイル組Ｋｎを形成し、ロータのＮ極形成突極３２ｎと隣り合う全部のＳ極形成突極３２ｓ（図３参照）の先端側に巻装した複数のＳ極誘導コイル２８ｓ同士を直列に接続することでＳ極誘導コイル組Ｋｓを形成している。Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの一端は、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、ロータの周方向に隣り合う２つのＮ極形成突極３２ｎ及びＳ極形成突極３２ｓ（図３参照）を１組とした場合に、各組においてＮ極コモンコイル３０ｎ及びＳ極コモンコイル３０ｓ同士を直列に接続することでコモンコイル組Ｃ１を形成するとともに、全部の突極３２ｎ、３２ｓに関する全部のコモンコイル組Ｃ１同士を直列接続している。さらに、直列接続した複数のコモンコイル組Ｃ１のうち、一端となる１つのコモンコイル組Ｃ１のＮ極コモンコイル３０ｎの一端を接続点Ｒに接続し、他端となる別のコモンコイル組Ｃ１のＳ極コモンコイル３０ｓの一端を、Ｎ極誘導コイル組Ｋｎ及びＳ極誘導コイル組Ｋｓの接続点Ｒとは反対側の他端に接続している。このような構成では、上記の図４、図５に示した構成と異なり、ロータに設けるダイオードの総数を第１ダイオード３８及び第２ダイオード４０の２つに減らすことができ、コスト低減と組付け工数の削減を図れる。

以上が、本実施形態のロータ１４を含む回転電機１０の基本的構成とその作用であるが、本実施形態では、ロータ１４として、周方向複数個所に配置された複数のロータコア要素を含む構成を採用し、さらにステータ１２で発生した磁束の多くが通過する磁気経路での磁気抵抗を減少させ、回転電機１０の性能向上を図るために、次の具体的構成を採用している。図７および図８を用いてロータ１４の具体的構造を説明する。なお、図７および図８において、上記の図１〜６で示した要素と同一または対応する要素には同一の符号を付している。

図７は、図１のロータ１４におけるＡ−Ａ断面図である。図８は、図７のＢ部拡大図である。図７に示すように、本実施形態のロータ１４は、ロータコア２４と、ロータコア２４の中心部に嵌合固定されたシャフト２５とを備える。

シャフト２５は、外周面の周方向複数個所に設けられ、径方向に突出する複数の外側凸部４６を含んでいる。図８に示すように、各外側凸部４６は、全体的に軸方向に対し直交する平面に関する断面形状が同一である軸方向に長い形状である。各外側凸部４６は、周方向幅が小さいシャフト側根元部４８と、シャフト側根元部４８に接続され、シャフト側根元部４８の周方向幅よりも大きくなった周方向幅を有するシャフト側先端部５０とを含む。シャフト側先端部５０は略楕円の断面形状を有する。シャフト側先端部５０は、周方向の幅が最大となる最大幅部分５２を有し、最大幅部分５２の周方向の幅Ｄ１は、シャフト側根元部４８の周方向の最大幅Ｄ２よりも大きくなっている。シャフト２５は、けい素を含まない鉄鋼材料である無垢材等の剛性の高い材料により造られている。

図７に戻って、ロータコア２４は、それぞれ複数ずつのロータコア要素である、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを含む。ロータコア２４は、第１コア要素５４と第２コア要素５６とを周方向に１つずつ交互に配置し、環状に連結することにより形成されている。

各コア要素５４，５６は、けい素鋼板のような電磁鋼板等の磁性を有する金属板を積層して構成されている。また、各コア要素５４，５６は、シャフト２５に対する結合側に設けられるロータ側根元部６２と、ロータ側根元部６２の径方向外側に接続されるロータ側先端部６４とを含む。ロータ側根元部６２は、ロータヨーク３３を形成し、ロータ側先端部６４はＮ極形成突極３２ｎまたはＳ極形成突極３２ｓを形成する。

ロータ側根元部６２には、径方向外側へ向かって凹む内側凹部７０が形成されている。内側凹部７０の内側には、シャフト２５に設けられた外側凸部４６が軸方向に嵌合される。各内側凹部７０は、各コア要素５４，５６の径方向内端に開口するように形成され、奥部に周方向幅が大きくなった幅広部７２を有する。ロータ側根元部６２の周方向両側面は、ロータ１４の放射方向と一致する。ロータ側根元部６２の周方向両側面において、内側凹部７０の周方向幅が最大となる部分よりも径方向内側部分に半円部７４が形成されている。

また、ロータ側先端部６４は周方向両側面から周方向に対し傾斜した方向に突出する傾斜突出部７８とを有する。各傾斜突出部７８は、上記の補助突極４２（図２等）を形成する。各傾斜突出部７８の先端部にピン孔８５が軸方向に貫通して形成されている。ロータ側先端部６４の先端部の周方向両側面に、それぞれ鍔部４４（図８参照）を形成するための周方向突出部８０が形成されている。

各コア要素５４，５６において、傾斜突極部７８の外径側に誘導コイル２８ｎ（または２８ｓ）が巻回されており、傾斜突極部７８の内径側にコモンコイル３０ｎ（または３０ｓ）が巻回されている。各コイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓがコア要素５４，５６同士が連結ピン８６で連結する前にコア要素５４，５６に巻回されてもよいし、あるいは、連結ピン８６で連結された後であってシャフト２５の組み付け前に巻回されてもよい。

図７，８に示す例では、周方向に隣り合う第１および第２コア要素５４，５６の傾斜突出部７８同士が、連結ピン８６によって連結されている。具体的には、第１コア要素５４の傾斜突出部７８と第２コア要素５６の傾斜突出部７８とは軸方向にずれているために各コア要素５４，５６を環状に配列した場合に傾斜突出部７８同士が互いに干渉することなく環状に整列することができる。

したがって、第１コア要素５４の傾斜突出部７８のピン孔８５と、第２コア要素５６の傾斜突出部７８のピン孔８５とを軸方向に沿って一直線状に位置合わせした状態で、連結ピン８６をピン孔８５に挿通または圧入することによって、環状に配列した第１および第２コア要素５４，５６を互いに連結した状態とすることができる。

この場合、傾斜突出部７８によって構成される補助突極４２と連結ピン８６とを介して軸方向経路を含む磁束経路が形成されると磁束漏れによるトルク出力低下を招くことから、第１コア要素５４の補助突極４２（すなわち傾斜突出部７８）と第２コア要素５６の補助突極４２（すなわち傾斜突出部７８）との間に軸方向の隙間を形成すること、および／または、例えばステンレス等の非磁性材料からなる連結ピン８６を用いるのが好ましい。

上記のようにして環状に連結された第１および第２コア要素５４，５６の内側凹部７０にシャフト２５の外側凸部４６がそれぞれ嵌合されるようにして、シャフト２５が軸方向に挿入または圧入されて組み付けられる。そして、図８に示すように、隣り合うコア要素５４，５６のロータ側根元部６２同士を押し広げるように、複数のピン係合部８７に複数のガタ減少ピン８８が軸方向に挿入または圧入される。これにより、周方向に隣り合うコア要素５４，５６同士について、シャフト２５に対する結合側に設けられるロータ側根元部６２で周方向にしっかりと接した状態で隣り合うコア要素５４，５６間の組付けガタを減少できる。

このような本実施形態におけるロータ１４では、周方向複数個所に配置された複数のコア要素５４，５６がロータ側根元部６２において互いに接触して設けられているので、ステータ１２で発生した磁束の多くが通過する磁気経路がシャフト２５を通過しないことにより磁気抵抗の増加を招くことがなく、回転電機１０の性能向上を図れる。

なお、上記においては、Ｎ極形成突極３２ｎおよびＳ極形成突極３２ｓに誘導コイル２８ｎ，２８ｓおよびコモンコイル３０ｎ，３０ｓを巻装し、２つのダイオード３８，４０を介して周方向に隣り合う突極３２ｎ，３２ｓの誘導コイル２８ｎ，２８ｓとコモンコイル３０ｎ，３０ｓとを接続したロータ構成について説明した。しかし、本発明の回転電機は、このような構成に限定されるものではない。例えば、図９に示すロータ１４ａのように、各突極３２ｎ，３２ｓにコイル３０をそれぞれ独立して巻装し、そして、各コイル３０にダイオード３８または４０をそれぞれ直列接続した構成であってもよい。この場合、各突極３２ｎ，３２ｓには、上記のような補助突極４２が設けられていなくてもよい。

また、図１０に示すロータ１４ｂのように、図９に示すロータ構成に比べて、使用するダイオードの数を少なくしてもよい。詳しくは、ロータ１４ｂは、Ｎ極形成突極３２ｎおよびＳ極形成突極３２ｓにコイル３０がそれぞれ独立して巻装されている点で同じであるが、周方向に１つおきのコイル３０を直列接続して１つのダイオード３８に接続する一方、残りのコイル３０を直列接続して上記ダイオード３８とは順方向が逆向きの１つのダイオード４０に接続してもよい。これによりダイオードの使用数を突極３２ｎ，３２ｓに対応した数から２つに減らすことができる。

さらに、図９および図１０に示すロータ１４ａ，１４ｂでは、分割された複数のコア要素５４，５６を周方向に連結するのではなく、環状に打ち抜き加工された電磁鋼板を軸方向に積層してかしめ、溶接等により一体に連結して形成されてもよい。この場合、シャフトに固定されるロータコアは、キー嵌合、圧入、締り嵌め等によって周方向位置が決められることができる。

次に、図１に加えて図１１から図１９を参照して、ダイオードの取付構造と冷却構造について説明する。

図１１は、ロータ１４に設けられるエンドプレート２６ａを軸方向外側から見て示した図である。図１２は冷媒吐出口の数が図１０とは異なる例を示す図である。図１３は図１１におけるＣ−Ｃ断面図であり、図１４は図１１におけるＤ−Ｄ断面図である。なお、以下の説明においてロータコア２４に近い側を「軸方向内側」といい、ロータコア２４から遠い側を「軸方向外側」ということとし、これは本願の明細書および特許請求の範囲の全体についても同様である。

図１に示すように、ロータ１４は、両端側において回転可能に支持されたシャフト２５と、シャフト２５の周囲にかしめ、焼嵌め、圧入等の方法で嵌合固定されたロータコア２４と、ロータコア２４の軸方向両側に配置されたエンドプレート２６ａ，２６ｂとを備える。ロータコア２４には、上述したように誘導コイル２８ｎ，２８ｓおよびコモンコイル３０ｎ，３０ｓが巻装されている。エンドプレート２６ａ，２６ｂは、ロータコア２４の軸方向両端に突き当て設けられており、シャフト２５を除くロータ１４において円筒状をなすロータ１４において軸方向端部を構成している。

また、シャフト２５の内部には冷媒流路８９が軸方向に延伸して形成されている。冷媒流路８９には、液体冷媒の一例である冷却油がオイルポンプおよびオイルクーラ等を介して循環供給されるようになっている。

各エンドプレート２６ａ，２６ｂの軸方向内側には、各コイル２８ｎ、２８ｓ、３０ｎ、３０ｓにおいてロータコア２４の軸方向両端よりも外側に突出して配置されるコイルエンドを避ける内側凹部９０が形成されている。また、各エンドプレート２６ａ，２６ｂの軸方向外側には、略円錐状の空間を内包する外側凹部９１が形成されている。各エンドプレート２６ａ、２６ｂは非磁性材料で形成され、外周端部と内周端部との軸方向内側端部でロータコア２４に突き当てられている。

例えば、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの外周部の軸方向内側端部は、各補助突極４２の連結部の軸方向端部に突き当てられてることもできる。この場合、各エンドプレート２６ａ、２６ｂの外周部の軸方向内側端部に、各連結ピン８６の端部でロータコア２４よりも軸方向に突出した部分を挿入保持する凹部が形成されてもよい。

また、エンドプレート２６ａ，２６ｂは、単にロータコア２４等に接しているだけであってもよいし、軸方向両側からロータコア２４等を挟みこむように押さえ込んでもよいし、或いは、ロータコア２４から軸方向外側に離れて設けられた単なる環状平板からなるプレートであってもよい。

各エンドプレート２６ａ，２６ｂにおいて、内側凹部９０と外側凹部９１とは軸方向に略対向した端壁部９２によって区画されている。端壁部９２は、上述するように径方向外側にいくほど軸方向外側となるように傾いて形成されている。また、端壁部９２の外側表面は、ロータ１４の軸方向端面を構成する。

本実施形態のロータ１４では、２つのエンドプレート２６ａ、２６ｂのうち一方のエンドプレート２６ａに１組の第１および第２ダイオード３８，４０を一体に含むダイオード素子４１（電子機器）が取り付けられている。より詳しくは、エンドプレート２６ａの端壁部９２の外側表面には放射方向に延びて外周部に当接壁部を有する複数の取付溝９４が放射状に且つ周方向に間隔をおいて形成されている。各取付溝９４の内周側には、各コイル２８ｎ，２８ｓ．３０ｎ，３０ｓとダイオード素子４１との電気接続用の開口部９５が形成され、この開口部９５を介して内側凹部９０と外側凹部９１とが連通している。

ダイオード素子４１は、上記取付溝９４内に嵌り込んで配置され、かつ、径方向外側で当接壁部９３に接した状態で例えばねじ留め等の方法で固定されている。本実施形態では、６つの取付溝９４が形成され、その中にダイオード素子４１がそれぞれ配置されている。このようにダイオード素子４１が径方向外側において当接壁部９３に接して設けられることで、ロータ１４の回転時に作用する遠心力に対抗してダイオード素子４１をしっかりと保持または支持することができる。

なお、本実施形態では全てのダイオード素子４１を一方のエンドプレート２６ａに取り付けるものとしたが、これに限定されるものではなく、他方のエンドプレート２６ｂにも分担して取り付けるようにしてもよい。具体的には、図１１に示される６つのダイオード素子４１のうち３つを他方のエンドプレート２６ｂに取り付けてもよい。

また、第１および第２ダイオード３８，４０が個別にパッケージされたものが用いられてもよい。この場合、例えば、第１ダイオード３８を一方のエンドプレート２６ａに取り付け、第２ダイオード４０を他方のエンドプレート２６ｂに取り付けるようにしてもよい。

さらに、第１および第２ダイオード３８，４０をエンドプレート２６ａの端壁部９２の軸方向内側表面上に設けてもよい。この場合、エンドプレート２６ａに開口部９５を形成する必要がなく、エンドプレートの加工が容易となる利点がある。また、この場合、エンドプレート２６ａの端壁部９２を軸方向内側へ傾けて形成することで、冷却油が端壁部９２の内側表面を伝って流れ易くするのが好ましい。さらに、この場合、ロータ回転時の風圧による冷却油のミスト化抑制等のために設けられる後述するカバー部材１００が不要となる利点もある。

さらにまた、エンドプレートをロータコア２４から軸方向外側に離れて設けた単なる環状平板状のプレートで構成した場合には、ロータコアに対向するプレート表面にダイオード素子または整流器を取り付けてもよい。

各ダイオード素子４１は、図１１に示すように、３本の端子を有しており、そのうち外側の２本の端子が誘導コイル２８ｎ，２８ｓの端部にそれぞれ接続され、中央の端子がコモンコイル３０ｎの端部に接続されている（図５参照）。そして、ダイオード素子４１に接続される誘導コイル２８ｎ，２８ｓの各端部およびコモンコイル３０ｎの端部は、図１３に示すように、コモンコイル３０ｎ（３０ｓ）の内周側付近から軸方向外側へ延伸してエンドプレート２６ａの開口部９５から突出し、例えば溶着、かしめ等の方法でダイオード素子４１の端子に連結されている。なお、図１３では１本の端子とコイル端部とが接続された状態だけが示される。

図１１および図１３を参照すると、エンドプレート２６ａの端壁部９２には、複数の冷媒吐出口９８が貫通形成されている。冷媒吐出口９８は、周方向に関してダイオード素子４１の間であって内径寄りの位置に形成されている。このような位置に冷媒吐出口９８を形成することで、後述するように冷媒吐出口９８から吐出された冷却油は、回転するロータ１４の遠心力によって図中点描領域として示すように略扇状に拡がって径方向外側へと流れるが、ダイオード素子４１に直に接触することが抑制される。したがって、遠心力によって高速で径方向外側へ流れる冷却油がダイオード素子４１に接触または衝突することによる磨耗等の不具合が生じることが抑制される。

なお、図１１では各ダイオード素子４１間にそれぞれ１つの冷媒吐出口９８を設けた例について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、各ダイオード素子４１間にそれぞれ２つの冷媒吐出口９８を形成してもよい。このように各ダイオード素子４１間に複数の冷媒吐出口９８を設けることで、冷却油の供給量を増加させて冷却油が流れる端壁部９２上の面積を広げることができ、その結果、冷却油によりエンドプレート２６ａを介してダイオード素子４１を間接的に冷却する冷却性能をより向上させることができる。

図１４に示すように、シャフト２５には複数の冷媒供給路（第１冷媒供給路）９６が径方向に延伸し且つ周方向に間隔をおいて形成されている。冷媒供給路９６は、シャフト内の冷媒流路８９を流れる冷却油をシャフト外に供給するための通路である。冷媒供給路９６の外側端部はシャフト２５の表面において座グリされて広くなっており、これによりエンドプレート２６ａに形成される別の冷媒供給路（第２冷媒供給路）９７との位置合わせが容易になっている。

なお、ここでは第２冷媒供給路がエンドプレートに形成されるものとして説明するが、これに限定されるものではなく、例えば、第２冷媒供給路はエンドプレートとロータコアとの間に形成された空間等によって構成されてもよい。

エンドプレート２６ａには、シャフト２５の冷媒供給路９６に連通する別の冷媒供給路９７が貫通形成されている。そして、冷媒供給路９７は、端壁部９２に開口する冷媒吐出口９８につながっている。換言すれば、端壁部９２に開口する冷媒供給路９７の端部自体が冷媒吐出口９８となっている。

図１３および図１４に示すように、エンドプレート２６ａには、外側凹部９１の少なくとも外周部分を覆うようにしてカバー部材１００が設けられてもよい。このカバー部材１００は、円環状のプレートにより好適に構成されることができる。カバー部材１００の外周部には、冷媒排出孔１０２が形成されている。この冷媒排出孔１０２は、カバー部材１００とエンドプレート２６ａとの間の空間領域であって径方向外側に位置する冷媒溜まり部１０３に溜まる冷却油の量を決める機能を有する。

より詳しくは、冷媒排出孔１０２をより外径側に形成すると、冷媒溜まり部１０３に溜まる油量が少なくなる一方、冷媒排出孔１０２をより内径側に形成するほど冷媒溜まり部１０３に溜まる油量が多くなる。したがって、冷媒吐出口９８から流出して遠心力の作用によって径方向外側に流れてきた冷却油を所望の量として良好な冷却性能が得られるように、冷媒排出孔１０２の形成位置、大きさ、形状等を適宜に設定すればよい。

また、カバー部材１００は、冷媒吐出口９５から流出した冷却油がミスト化するのを抑制する機能も有する。より詳しくは、冷媒吐出口９８は、エンドプレート２６ａの軸方向端面から軸方向内側に奥まった位置（すなわち外側凹部９１の底部またはその付近）に形成されており、カバー部材１００がエンドプレート２６ａの外側凹部９１を略覆って設けられていることで、冷媒吐出口９８がロータ１４の回転によって周囲の空気に高速で晒されるのを抑制することができ、その結果、冷却油をエンドプレート２６ａの端壁部９２の表面に沿って径方向外側へと液体状態のままで確実に流すことが可能になる。

上記のような軸心油冷構造を採用したロータ１４を備える回転電機１０では、ロータ１４に取り付けられたダイオード素子４１に対して径方向内側に位置するシャフト２５内の冷媒流路８９に冷却油が供給され、そこから遠心力によって、または、冷却油が圧送される場合には油圧も相まって、冷却供給通路９６，９７を介してシャフト外に供給された冷却油が冷媒吐出口９８から流れ出る。そして、冷媒吐出口９８から吐出された冷却油は、ダイオード素子４１間に位置する端壁部９２の略扇状の表面領域を伝って周方向に広がりながら径方向外側へと流れる。

一方、第１および第２ダイオード３８，４０を含むダイオード素子４１は、誘導コイル２８ｎ，２８ｓによって生成された誘起電流が流れることによって発熱する。このように生じた熱は、ダイオード素子４１の腹面（すなわち取付溝９４の底面との接触面）からエンドプレート２６ａに伝わり、上記のように端壁部９２の外側表面を流れる冷却油に奪われる。つまり、ダイオード素子４１は、エンドプレート２６ａを介して冷却油により間接的に冷却される。

また、本実施形態におけるエンドプレート２６ａでは、冷媒吐出口９８に連続する端壁部９２の外表面が径方向外側へいくほど軸方向外側の位置となるように径方向に対して傾斜している。これにより、冷媒吐出口９８から流出した冷却油が端壁部９２の外表面に沿って流れるとき、冷却油には回転するロータの遠心力の分力としての上記外表面に対する押さえ付け力が作用することになる。このような押さえ付け力が作用することで、冷却油は、ミスト化することなく液体状態のままで端壁部９２の外表面に沿って径方向外側へと流れることができ、その結果、ダイオード素子４１に対する十分な冷却性能を得ることができる。

端壁部９２の外表面に沿って径方向外側へと流れた冷却油は、冷媒溜まり部１０３において一時的に溜まる。この溜まっている間にも冷却油はエンドプレート２６ａから熱を奪うことによってダイオード素子４１を間接的に冷却する。その後、冷媒溜まり部１０３から溢れた冷却油が冷媒排出孔１０２からロータ１４の外部に排出される。そして、冷却油は、回転電機１０を収容するケースの底部から抜かれて、オイルクーラを通過して放熱および降温した後、オイルポンプ等の作用によってシャフト２５内の冷媒流路８９に循環供給される。

上述したように本実施形態の回転電機１０によれば、エンドプレート２６ａに取り付けられたダイオード素子４１に対して径方向内側あるシャフト２５の冷媒流路８９から冷却油が、回転するロータ１４の遠心力等によって、冷媒供給路９６，９７を介してエンドプレート２６ａの冷媒吐出口９８から吐出され、エンドプレート２６ａの端壁部９２の外表面に沿って径方向外側へ流れて、ダイオード素子４１の周囲に供給される。これにより、通電により発熱するダイオード素子４１が良好な熱伝導性を有するエンドプレート２６ａを介して十分に冷却されることができる。

また、本実施形態では、周方向に関してダイオード素子４１の間に冷却油を供給することとしたので、ダイオード素子４１の内径側に冷媒吐出口９８を形成する場合に比べてダイオード素子４１をより内径側に設けることができる。したがって、ロータ１４の回転によってダイオード素子４１（すなわち第１および第２ダイオード３８，４０）に作用する遠心力を抑制でき、径方向外側位置でダイオードに当接することにより上記遠心力に対抗する支持部（本実施形態における当接壁部９３に相当）の軽量化や電子機器の故障の抑制が達成される。

次に、図１５〜１９を参照して、ロータに設けたダイオード素子を冷却油によって冷却する構造の異なる例について説明する。ここでの説明は、上記実施形態と異なる構成について主に説明することとし、同一の構成には同一の参照符号を付して重複する説明を繰り返さない。

図１５は、シャフトに冷媒吐出口を形成した別の例を示す、図１４に対応する図である。図１５に示す例では、シャフト２５に形成された冷媒供給路９６の形成位置が異なっている。すなわち、冷媒供給路９６の端部である冷媒吐出口９８がシャフト２５の表面に開口形成されている。これにより、冷媒吐出口９６から吐出された冷却油は、エンドプレート２６ａの端壁部９２の外表面に直接に（すなわちエンドプレート内の冷媒供給路を介さずに）供給可能になり、エンドプレートに冷媒供給路および冷媒吐出口を設ける手間および加工コストが省ける利点がある。この場合、シャフト２５上の冷媒吐出口９８から流出した冷却油が飛び散ることなく円滑に流れ出るように、冷媒吐出口９８をエンドプレート２６ａの外側凹部９１の底部と略面一とするのが好ましい。

図１６は、ロータ外に冷媒吐出口を設けた更に別の例を示す、図１４に対応する図である。この例では、ロータ１４の外部から冷却油がエンドプレート２６ａの外側凹部９１内に供給される。具体的には、回転電機１０を収容するケース（図示せず）等の非回転部から延伸する冷媒供給管９９がロータ１４のエンドプレート２６ａに接近して設けられ、冷媒供給管９９の先端部にある冷媒吐出口９８からエンドプレート２６ａの外側凹部９１内に噴出して供給される。この場合におけるエンドプレート２６ａへの冷却油の供給位置は、エンドプレート２６ａに取り付けられたダイオード素子４１よりも内径側とするのがよい。これにより、ロータ外からエンドプレート２６ａに供給された冷却油を遠心力の作用によって径方向外側へと流してエンドプレート２６ａを介するダイオード素子４１の冷却を良好に行うことができる。また、この場合には、シャフト２５から冷却油を供給しなくてもよいので、シャフト２５に冷媒流路、冷媒供給路、冷媒吐出口等を形成する手間および加工コストが省ける利点がある。

図１７は、エンドプレート２６ａ内に冷媒通路を形成した更にまた別の例を示す、図１４に対応する図である。図１８は、図１７におけるＥ−Ｅ断面図である。なお、ここではエンドプレート２６ａの端面にカバー部材が設けられていない。

この例では、エンドプレート２６ａの端壁部９２内に冷媒通路１０４が延伸形成されている。冷媒通路１０４の径方向内側端部は、シャフト２５に形成された冷媒供給路９６に連通している。また、冷媒通路１０４の径方向外側端部は、エンドプレート２６ａに外周面に開口して冷媒吐出口９８を構成している。したがって、エンドプレート２６ａに形成された冷媒通路１０４は、軸方向に関して、端壁部９２の外表面に設けられたダイオード素子４１と、端壁部９２の内表面に対向するコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓとの間に設けられている。

このようにダイオード素子４１とコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓとの間に冷媒通路１０４を設けることで、シャフト２５の冷媒流路８９および冷媒供給路９６から供給されて冷媒通路１０４を流れる冷却油によって、ダイオード素子４１とコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの双方を冷却することができる。

より詳しくは、ダイオード素子４１の発熱量に対してコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの発熱量の方が大きいことが多く、ダイオード素子４１にとっては冷媒通路１０４を通る冷却油による冷却性能が過大となることがある。そのような場合にその余剰な冷却能力によってコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓも冷却できるようにすることで、コイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの冷却性能も担保することができる。

また、この例では、図１８に示すように、冷媒通路１０４の内壁面上であってダイオード素子４１に対応する位置に、放熱フィン１０６を形成してもよい。このようにすれば、ダイオード素子４１から端壁部９２を介して伝わった熱が放熱フィン１０６から効率よく冷媒通路１０４の冷却油に放熱することができ、ダイオード素子４１の冷却性能がより向上する。

なお、上記冷媒通路１０４は、軸方向に関してダイオード素子４１とコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓとの間に冷媒通路１０４が設けられていればよく、軸方向から見たときにダイオード素子４１に対して冷媒通路１０４が周方向にずれた位置に形成されていてもよい。

図１９は、電子機器をモールド樹脂で覆ってその上に冷媒を供給する例を示す、図１３に対応する図である。なお、ここでもカバー部材１００の図示が省略されているが、図１４を参照して説明したような機能を有するカバー部材１００が設けられてもよい。

この例では、エンドプレート２６ａに取り付けられたダイオード素子４１がモールド樹脂部１０８によって覆われている。モールド樹脂部１０８は、ダイオード素子４１の端子とコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの端部との接続部の周囲にも充填されており、これにより溶着、かしめ等によって接続されたタイオード端子とコイル端部とが位置ぶれすることなくしっかりと固定されるので両者が分離して接続不良が発生するのを効果的に抑制することができる。

上記モールド樹脂部１０８は、端壁部９２の外表面全体を覆って設ける必要はなく、少なくともダイオード素子４１が露出しないように形成されていればよく、例えば、ダイオード素子４１を取り付けるための取付溝９４（図１１参照）を覆う程度の幅でよい。

このようにすれば、ダイオード素子４１の径方向内側に位置するシャフト２５上に冷媒吐出口９８を形成しても、この冷媒吐出口９８から吐出される冷却油がダイオード素子４１を覆うモールド樹脂１０８上を流れることで、ダイオード素子４１の冷却を十分に行うことができる。また、冷却油はダイオード素子４１と直に接触しないので、遠心力の作用によって径方向外側へ高速で流れる冷却油がダイオード素子４１に接触または衝突することによる磨耗や劣化といった不具合が発生することがない。さらに、この例においても図１１に示すのと同様に、周方向に関してダイオード素子４１の間に冷媒吐出口９８を形成して冷却油を供給することによって端壁部９２を介してダイオード素子４１を間接的に冷却することができ、より一層の冷却性能の向上が見込める。

なお、上記において本発明の実施形態とその変形例について説明したが、本発明に係る回転電機は上記の構成に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

例えば、ロータコア２４に巻装されたコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓのコイルエンド部をモールド樹脂で覆って、エンドプレート２６ａがロータコア２４に組み付けられたときに上記モールド樹脂がエンドプレート２６ａの内側凹部９０に略充填されたように構成してもよい。このようにすれば、空気よりも熱伝導率が高いモールド樹脂を介してコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓからエンドプレート２６ａへの伝熱が促進され、コイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓの冷却性能も高めることができる。また、この場合、図１９に示すモールド樹脂部１０８の形成と同時に端壁部９２の開口部９５を介して内側凹部９０内にモールド樹脂を充填すれば、モールド工程を減らすことができ工数およびコストの削減を図れる。

また、上記実施形態においてはダイオード素子４１をエンドプレート２６ａに取り付けてシャフト２５の冷媒流路８９から供給された冷却油によりダイオード素子４１を冷却する構成としたが、これに限定されるものではない。例えば、ロータコア２４に巻装されたコイル２８ｎ，２８ｓ，３０ｎ，３０ｓを覆うモールド樹脂部を設け、このモールド樹脂部上または内にダイオード素子を固定し、そして、シャフトまたは非回転部から供給される液体冷媒を上記モールド樹脂部に向けて供給することによりダイオード素子と、必要に応じてコイルとを冷却する構成としてもよい。

また、上記実施形態においては、ダイオード素子４１をエンドプレート２６ａにねじ留め等によって取り付けたが、ダイオード素子または整流器がシャフトまたはロータコアの少なくとも何れかに直に搭載されてもよいし、ロータコア等に対して軸方向に間隔を空けてシャフトに固定されたプレート部材上にダイオード素子または整流器が設けられてもよい。

さらに、上記実施形態においては、ロータコアの端部に設けたエンドプレートに別部材であるダイオード素子または整流器をねじ留め等によって取り付け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、例えば半導体素子からなるダイオード素子をエンドプレートと一体に作り込んだもの又はエンドプレートに内蔵したものを用いてもよい。

１０ 回転電機、１２ ステータ、１４，１４ａ，１４ｂ ロータ、１６ ステータコア、１８ ティース、２０ｕ、２０ｖ、２０ｗ ステータコイル、２２ スロット、２４ ロータコア、２５ シャフト、２６ａ、２６ｂ エンドプレート、２８ｎ Ｎ極誘導コイル、２８ｓ Ｓ極誘導コイル、３０ｎ Ｎ極コモンコイル、３０ｓ Ｓ極コモンコイル、３２ｎ Ｎ極形成突極、３２ｓ Ｓ極形成突極、３３ ロータヨーク、３４ スロット、３６ コモンコイル組、３８ 第１ダイオード、４０ 第２ダイオード、４１ ダイオード素子、４２ 補助突極、４４ 鍔部、４６ 外側凸部、４８ シャフト側根元部、５０ シャフト側先端部、５２ 最大幅部分、５４ 第１コア要素、５６ 第２コア要素、６２ ロータ側根元部、６４ ロータ側先端部、７０ 内側凹部、７２ 幅広部、７４ 半円部、７８ 傾斜突出部、８０ 周方向突出部、８５ ピン孔、８６ 連結ピン、８７ ピン係合部、８８ ガタ減少ピン、８９ 冷媒流路、９０ 内側凹部、９１ 外側凹部、９２ 端壁部、９３ 当接壁部、９４ 取付溝、９５ 開口部、９６，９７ 冷媒供給路、９８ 冷媒吐出口、１００ カバー部材、１０２ 冷媒排出孔、１０３ 冷媒溜まり部、１０４ 冷媒通路、１０６ 放熱フィン。

Claims (10)

1. 回転磁界を発生させるステータと、
   前記ステータに対向配置される回転可能なロータと、
   前記ロータの軸方向端面を構成するエンドプレートに設けられ、前記ロータに巻き回しされたコイルに接続されて前記ロータと共に回転するように設けられた電子機器と、
   前記電子機器に生じた熱が前記電子機器よりも径方向内側から供給される液体冷媒により前記エンドプレートを介して冷却される冷却構造と、を備える、
   回転電機。
2. 請求項１に記載の回転電機において、
   前記冷却構造は、前記ロータを回転可能に支持するシャフト内に形成される冷媒流路と、前記冷媒流路を流れる液体冷媒をシャフト外に供給する冷媒供給路とを含む、回転電機。
3. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記電子機器は前記ロータの軸方向端面に周方向に間隔をおいて複数設けられ、前記冷媒供給路の端部が周方向に関して前記電子機器の間に開口する、回転電機。
4. 請求項３に記載の回転電機において、
   前記冷媒供給路は前記シャフトに形成された第１冷媒供給路と前記エンドプレートに形成された第２冷媒供給路とによって構成され、前記第２冷媒供給路の端部が前記エンドプレートの表面に開口する、回転電機。
5. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記冷媒供給路は前記冷媒流路から液体冷媒をシャフト外に供給するように前記シャフトに形成され、前記冷媒供給路の端部は前記シャフトの表面に開口する、回転電機。
6. 請求項４または５に記載の回転電機において、
   前記冷媒供給路から液体冷媒が供給される前記エンドプレートの表面は径方向に対して軸方向外側に傾いている、回転電機。
7. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記冷媒供給路は、前記電子機器と前記コイルとの間の位置で前記エンドプレート内の通路を介して前記エンドプレートの外周面につながっている、回転電機。
8. 請求項７に記載の回転電機において、
   前記電子機器の背面側の前記通路の内壁面には放熱フィンが形成されている、回転電機。
9. 請求項２に記載の回転電機において、
   前記冷媒供給路の端部の開口部は前記エンドプレートの軸方向端面から軸方向内側へ奥まって位置しており、前記エンドプレートの軸方向端面には少なくとも外周部を覆うカバー部材が設けられている、回転電機。
10. 請求項９に記載の回転電機において、
    前記カバー部材の外周部には、前記冷媒吐出口から吐出されて径方向外側へ流れきた液体冷媒を溜める冷媒溜まり部の冷媒溜まり量を決める冷媒排出孔が形成されている、回転電機。

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