(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路とステータコイルを共有する第１ロータおよび第２ロータを備えた回転電機であって、
前記第１ロータは、２ｋ個（ｋ＝１、２、３、…）の永久磁石を備え、前記２ｋ個の永久磁石は、前記第１ロータの磁極対数がｋとなるよう配置されてあり、前記第２ロータは、２ｍ個（ｍ＝１、２、３、…）の永久磁石と２ｎ個（ｎ＝１、２、３、…）の励磁コイルを備え、前記２ｍ個の永久磁石と２ｎ個の励磁コイルは、前記２ｎ個の励磁コイルを全て非励磁状態としたとき前記第２ロータの磁極対数がｋとなり、かつ、前記２ｎ個の励磁コイルを隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁したとき前記第２ロータの磁極対数が（ｍ＋ｎ）となるよう配置されていることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記ステータコイルに流す交流電流を制御する電流制御手段を備え、
前記電流制御手段は、前記第１ロータと前記第２ロータとを独立に回転させるときに、前記第１ロータの回転位相に同期して設定される交流電流と前記第２ロータの回転位相に同期して設定される交流電流とを複合して得られる複合電流を前記ステータコイルに供給することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記第２ロータの２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する励磁電流制御手段を備え、
前記励磁電流制御手段は、前記第１ロータと前記第２ロータとを同速で回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが全て非励磁状態となるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を全て停止することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第２ロータの２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する励磁電流制御手段を備え、
前記励磁電流制御手段は、前記第１ロータと前記第２ロータとを同速で回転させるとき、前記励磁コイルの一部または全部が隣合う永久磁石と同極に励磁され、そのうちで励磁コイルにのみ隣合っている励磁コイルは近い方の永久磁石と同極に励磁されるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項５】
前記第１ロータと前記第２ロータとの間で伝達すべきトルクの大きさに応じて前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流の大きさを制御することを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記第２ロータの２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する励磁電流制御手段を備え、
前記励磁電流制御手段は、少なくとも一方のロータを停止状態から回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁されるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項７】
前記第２ロータの２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する励磁電流制御手段を備え、
前記励磁電流制御手段は、一方のロータを停止状態とし、他方のロータを回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁されるよう前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御することを特徴とする請求項１に記載の回転電機。
【請求項８】
前記２ｎ個の励磁コイルを全て直列または並列に接続することにより、前記励磁電流制御手段と前記励磁コイルとの間に設けられるスリップリングの極数を２とすることを特徴とする請求項３乃至請求項７の何れかに記載の回転電機。
【請求項９】
磁気回路とステータコイルを共有する２個のロータを備え、前記ステータコイルに流す複合電流を前記ロータの数と同数の回転磁場が発生するように制御する回転電機を用い、
前記２個のロータは磁極を形成する永久磁石を１対１極対数比とし、一方のロータ軸を内燃機関に接続し、他方のロータ軸を負荷装置に接続し、前記内燃機関に接続されたロータをスタータモータとして前記内燃機関を始動し、かつ、前記負荷装置に接続された方のロータ軸の経路に軸を拘束する制動装置を設け、前記内燃機関の始動時には、前記制動装置が作動していなければ始動出来ないように構成したことを特徴とする駆動システム。
【請求項１０】
前記各ロータの回転を停止する際に、二つのロータの磁極がＮ−Ｓで向かい合う状態で停止するように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項９に記載の駆動システム。
【請求項１１】
前記負荷装置に接続されたロータの経路と前記内燃機関の軸との間を直結可能なクラッチを設け、前記各ロータの回転を停止する際に、前記負荷装置に接続されたロータと前記内燃機関の軸とを直結し、二つのロータの磁極がＮ−Ｓで向かい合う状態で停止するように前記内燃機関を制御することを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、２個のロータを備えた複合型の回転電機およびそれを用いた駆動システムに関し、特に一方のロータをジェネレータとして動作させ、他方のロータをモータとして動作させる際に好適な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複合型の回転電機としては、特開平１１−２７５８２６号公報に記載された装置（本願出願人の先願発明）ものがある。この回転電機は、中空円筒状のステータの内側と外側に所定のギャップをおいて中空円筒状の外側ロータと内側ロータとが配置された構造になっている。そして外側ロータ軸と内側ロータ軸は同一軸上に並ぶように配置され、外側ロータと内側ロータは同軸上でそれぞれ独立に回転出来るようになっている（後記図１５で詳細後述）。そして上記ステータに設けたコイルに流す複合電流を前記ロータの数と同数の回転磁場が発生するように制御することにより、２個のロータを独立に制御することが出来る。前記公報においては２個のロータの極対数比が１対１極対数比、３対１極対数比、２対１極対数比の場合における回転電機として成立できる旨が記載されている。なお、極対数比とは一方のロータと他方のロータの磁極対（ＮとＳで１対）の数の比を示す。例えば、１対１極対数比とは一方のロータの磁極対（ＮＳ）の数と他方のロータの磁極対の数とが同じ（ＮＳ１組とＮＳ１組やＮＳ２組とＮＳ２組）の場合、３対１極対数比とは一方のロータがＮＳ３組または６組で他方ロータがＮＳ１組または２組（極対数比は何れも３：１）のような場合を示す。
上記のごとき回転電機においては、一方のロータをジェネレータとして、他方のロータをモータとして運転する場合、いわゆるハイブリッドシステムとして動作させる場合に、発電電力とモータ駆動電力との差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとき回転電機において、１対１極対数比の構成では、磁気カップリング効果が有るので、両方のロータを同速度（回転角速度ω１＝ω２）で回転させる場合には、ステータのコイルに電流を流さないで直結状態で駆動することも出来る（磁気カップリングモード：詳細後述）という利点がある。また、ロータが逆転（二つのロータが相互に逆方向に回る）する逆転モード（詳細後述）もある。しかし、磁気カップリングのために、一方のロータを回転させると他方のロータも回転するので意図しない場合に内燃機関や車両が動き出すおそれがあり、また、逆転モードのために内燃機関や車両の駆動軸が逆転するおそれもあるので、いわゆるハイブリット用モータとして構成しにくいという問題があった。
【０００４】
本発明は上記のごとき問題を解決するためになされたものであり、磁気カップリングで直結状態で駆動できる機能と各ロータを独立に回転制御できる機能とを合わせ持った回転電機および駆動システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明においては特許請求の範囲に記載するように構成している。すなわち、請求項１に記載の発明においては、磁気回路とステータコイルを共有する第１ロータおよび第２ロータを備えた回転電機であって、前記第１ロータは、２ｋ個（ｋ＝１、２、３、…）の永久磁石を備え、前記２ｋ個の永久磁石は、前記第１ロータの磁極対数がｋとなるよう配置されてあり、前記第２ロータは、２ｍ個（ｍ＝１、２、３、…）の永久磁石と２ｎ個（ｎ＝１、２、３、…）の励磁コイルを備え、前記２ｍ個の永久磁石と２ｎ個の励磁コイルは、前記２ｎ個の励磁コイルを全て非励磁状態としたとき前記第２ロータの磁極対数がｋとなり、かつ、前記２ｎ個の励磁コイルを隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁したとき前記第２ロータの磁極対数が（ｍ＋ｎ）となるよう配置されるように構成している。上記のように、全ての励磁コイルが非励磁状態（つまりｎ＝０に相当）では、第１ロータがｋ極対数で第２ロータがｋ極対数となり、ｋ対ｋつまり１対１極対数比となる。
【０００６】
また、請求項２においては、前記ステータコイルに流す交流電流を制御する電流制御手段を備え、前記電流制御手段は、前記第１ロータと前記第２ロータとを独立に回転させるときに、前記第１ロータの回転位相に同期して設定される交流電流と前記第２ロータの回転位相に同期して設定される交流電流とを複合して得られる複合電流を前記ステータコイルに供給するように構成している。
【０００７】
また、請求項３〜請求項７は、前記第２ロータに設けた励磁コイルに流す電流を制御する励磁電流制御手段の種々の構成を示すものであり、請求項３は、前記第１ロータと前記第２ロータとを同速で回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが全て非励磁状態となるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を全て停止することにより、１対１極対数比となるように制御する構成を示す。
【０００８】
請求項４は、前記励磁コイルの一部または全部が隣合う永久磁石と同極に励磁され、そのうちで励磁コイルにのみ隣合っている励磁コイルは近い方の永久磁石と同極に励磁されるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する構成を示す。励磁コイルが隣合う永久磁石と同極になれば、磁極数が増加しないので、極対数比は１対１極対数比となる。
【０００９】
請求項５は、請求項４において、前記第１ロータと前記第２ロータとの間で伝達すべきトルクの大きさに応じて前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流の大きさを制御する構成を示す。
【００１０】
請求項６は、少なくとも一方のロータを停止状態から回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁されるように前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する構成を示す。励磁コイルが隣合う永久磁石と異極に励磁されれば、磁極数が増加するので、極対数比は１対１以外の値になる。
【００１１】
請求項７は、一方のロータを停止状態とし、他方のロータを回転させるとき、前記２ｎ個の励磁コイルが隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁されるよう前記２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御する構成を示す。この場合にも極対数比は１対１以外の値に制御される。
【００１２】
また、請求項８は、前記２ｎ個の励磁コイルを全て直列または並列に接続することにより、前記励磁電流制御手段と前記励磁コイルとの間に設けられるスリップリングの極数を２とした構成を示す。
【００１３】
一方、請求項９に記載の発明は、特別な励磁コイルを持たない基本的な構造の複合型回転電機を用い、２個のロータは磁極を形成する永久磁石を１対１極対数比とし、一方のロータ軸を内燃機関に接続し、他方のロータ軸を負荷装置に接続し、前記内燃機関に接続されたロータをスタータモータとして前記内燃機関を始動し、かつ、前記負荷装置に接続された方のロータ軸の経路に軸を拘束する制動装置を設け、前記内燃機関の始動時には、前記制動装置が作動していなければ始動出来ないように構成した駆動システムである。
【００１４】
請求項１０〜請求項１１は請求項９における種々の形態を示すものであり、請求項１０は各ロータの回転を停止する際に、二つのロータの磁極がＮ−Ｓで向かい合う状態で停止するように内燃機関を制御するもの、請求項１１は負荷装置に接続されたロータの経路と内燃機関の軸との間を直結可能なクラッチを設け、各ロータの回転を停止する際に、負荷装置に接続されたロータと内燃機関の軸とを直結し、二つのロータの磁極がＮ−Ｓで向かい合う状態で停止するように内燃機関を制御するものである。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１、請求項２においては、一方のロータに設けた励磁コイルの電流を制御することにより、ｋ対ｋ極対数（つまり１対１極対数比）と１対１以外の極対数比とに切り換えて動作させることが出来る。そして１対１以外の極対数比の場合には二つのロータを独立して制御することが出来、かつ、磁気カップリングモードや逆転モードはない。また、１対１極対数比の場合には磁気カップリングモードがあるので、例えば一方のロータを駆動装置で駆動して他方のロータを同速で回転させる場合にはステータコイルに電流を流さなくてもよい。したがって、例えば一方のロータ軸を内燃機関に接続し、他方のロータ軸を車軸に接続し、車両の動作状態に応じて両者を適宜切り換え動作させれば、良好な特性のみを利用出来る、という効果が得られる。
【００１６】
また、請求項３においては、励磁コイルに電流を流さずに１対１極対数比に出来るので、効率を向上させることが出来る。
また、請求項４、請求項５においては、励磁コイルの電流を流しながら１対１極対数比にすることでき、かつ、励磁コイルの電流の大きさによって磁気カップリングの強さを変えることが出来る。したがって伝達トルクの大きさに応じて上記の電流を制御すれば、伝達トルクが変化しても磁気カップリングモード（同速回転）を継続することが出来る。
また、請求項６、請求項７においては、磁気カップリングによって停止状態のロータが意図しない場合に回転するというおそれがなくなる。
また、請求項８においては、スリップリングの数を少なく出来るので構成が簡略になる。
【００１７】
また、請求項９〜請求項１１においては、励磁コイルを持たない簡単な構造の１対１極対数比の回転電機を用いても、逆転モードを巧みに利用することによって、一方のロータのみを回転出来るようにしており、請求項１とほぼ同じ効果を得ることが出来る。
【００１８】
【発明の実施の形態】
まず、本発明を適用する回転電機の例として、本出願人が以前に出願した特開平１１−２７５８２６号公報記載の回転電機の構造、およびその駆動回路について説明する。
図１５は、上記公報記載の回転電機の構造を示す図であり、（ａ）は回転電機全体の概略断面図、（ｂ）はロータとステータ部分の断面図〔（ａ）のＡ−Ａ’断面図、ただし軸や外枠部分は除き、ロータとステータのみを示す〕である。なお、図１５は外側ロータの磁極数が４、内側ロータの磁極数が２で、その比である磁極数比が２：１の場合を示している。なお、ロータに設けた磁極の対（ＮとＳで１対）の数である極対数で示せば、外側ロータは極対数が２、内側ロータは極対数が１であり、両者の比である極対数比はやはり２：１となる。
【００１９】
図１５において、中空円筒状のステータ２の外側と内側に所定のギャップをおいて中空円筒状の外側ロータ３と内側ロータ４が配置され、３層構造になっている。また、内側ロータ軸９と外側ロータ軸１０とは同一の軸上に並ぶように設けられ、内側ロータ４と外側ロータ３は同軸上でそれぞれ独立に回転出来るようになっている。なお、軸受等は図示を省略している。
【００２０】
内側ロータ４は半周をＳ極、もう半周をＮ極とした一対の永久磁石で形成され、これに対して、外側ロータ３は内側ロータ４の一極当たり２倍の極数を持つように永久磁石が配置される。つまり、外側ロータ３のＳ極、Ｎ極は各２個であり、９０度毎にＳ極とＮ極が入れ替わるように構成されている。
このように各ロータ３、４の磁極を配置すると、内側ロータ４の磁石は外側ロータ３の磁石により回転力を与えられることがなく、この逆に外側ロータ３の磁石が内側ロータ４の磁石により回転力を与えられることもない。
【００２１】
たとえば、内側ロータ４の磁石が外側ロータ３に及ぼす影響を考えてみる。簡単のため内側ロータ４は固定して考える。まず、内側ロータ４のＳ極とこれに対峙する外側ロータ３の上側磁石ＳＮとの関係において、図示の状態で仮に内側ロータ４のＳ極が出す磁力を受けて、外側ロータの上側磁石ＳＮが時計方向に回転しようとしたとすると、内側ロータ４のＮ極とこれに対峙する外側ロータ３の下側磁石ＳＮとの関係においては、内側ロータ４のＮ極により外側ロータ３の下側磁石ＳＮが反時計方向に回転しようとする。つまり、内側ロータ４のＳ極が外側ロータ３の上側磁石に及ぼす磁力と内側ロータ４のＮ極が外側ロータ３の下側磁石に及ぼす磁力とがちょうど相殺することになり、外側ロータ３は内側ロータ４と関係なく、ステータ２との関係だけで制御可能となるわけである。このことは、後述するようにステータコイルに発生する回転磁場とロータとの間でも同じである。
【００２２】
ステータ２のコイルは、外側ロータ３の１磁極当たり３個のコイル６で構成され、合計１２個（＝３×４）のコイル６が同一の円周上に等分に配置されている。丸で囲んだ数字はそれぞれコイルの巻線を示し、例えば１と１とが１つのコイルを形成し、それぞれ電流の方向が逆なことを示している。すなわち、１は紙面方向へ電流の流れる巻線であり、１はその逆方向に電流の流れる巻線である。この場合の巻線方法は集中巻である。
【００２３】
また、７はコイルが巻回されるコアで、コイル６と同数のコア７が円周上に等分に所定の間隔（ギャップ）８をおいて配列されている。なお、後述するように、１２個のコイルは番号で区別しており、この場合に６番目のコイルという意味でコイル６が出てくる。上記のコイル６という表現と紛らわしいが、意味するところは異なっている。
【００２４】
これら１２個のコイルには次のような複合電流Ｉ１〜Ｉ１２を流す。まず内側ロータ４に対する回転磁場を発生させる電流（三相交流）を流すため、［１，２］＝［７，８］、［３，４］＝［９，１０］、［５，６］＝［１１，１２］の３組のコイルに１２０度ずつ位相のずれた電流Ｉｄ、Ｉｆ、Ｉｅを設定する。
ここで、番号の下に付けたアンダーラインは反対方向に電流を流すことを意味させている。たとえば、１組のコイル［１，２］＝［７，８］に電流Ｉｄを流すとは、コイル１からコイル７に向けてＩｄの半分の電流を、かつコイル２からコイル８に向けてＩｄのもう半分の電流を流すことに相当する。１と２、７と８が円周上でそれぞれ近い位置にあるので、この電流供給により、内側ロータ４の磁極と同数（２極）の回転磁場を生じさせることが可能となる。
【００２５】
次に、外側ロータ３に対する回転磁場を発生させる電流（三相交流）を流すため、［１］＝［４］＝［７］＝［１０］、［２］＝［５］＝［８］＝［１１］、［３］＝［６］＝［９］＝［１２］の３組のコイルに１２０度ずつ位相がずれた電流Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂを設定する。たとえば、１組のコイル［１］＝［４］＝［７］＝［１０］に電流Ｉａを流すとは、コイル１からコイル４にＩａの電流をかつコイル７からコイル１０に向けてもＩａの電流を流すことに相当する。コイル１と７、コイル４と１０がそれぞれ円周上の１８０度ずつ離れた位置にあるため、この電流供給により、外側ロータ３の磁極と同数（４極）の回転磁場を生じさせることができる。この結果、１２個のコイルには次の各複合電流Ｉ１〜Ｉ１２を流せばよいことになる。
I１＝(1/2)Id＋Ia
I２＝(1/2)Id＋Ic
I３＝(1/2)If＋Ib
I４＝(1/2)If＋Ia
I５＝(1/2)Ie＋Ic
I６＝(1/2)Ie＋Ib
I７＝(1/2)Id＋Ia
I８＝(1/2)Id＋Ic
I９＝(1/2)If＋Ib
I１０＝(1/2)If＋Ia
I１１＝(1/2)Ie＋Ic
I１２＝(1/2)Ie＋Ib
ただし、電流記号の下につけたアンダーラインは逆向きの電流であることを表している。
【００２６】
さらに図１６を参照して複合電流の設定を説明すると、図１６は、図１５との比較のため、ステータ２の内周側と外周側に各ロータに対して別々の回転磁場を発生させる専用のコイルを配置したものである。つまり、内周側コイルｄ、ｆ、ｅの配列が内側ロータに対する回転磁場を、また外周側コイルａ、ｃ、ｂの配列が外側ロータに対する回転磁場を発生する。この場合に、２つの専用コイルを共通化して、図１５に示した共通のコイルに再構成するには、内周側コイルのうち、コイルｄに流す電流の半分ずつをコイルｄの近くにあるコイルａとｃに負担させ、同様にして、コイルｆに流す電流の半分ずつをコイルｆの近くにあるコイルｂとａに、またコイルｅに流す電流の半分ずつをコイルｅの近くにあるコイルｃとｂに負担させればよいわけである。上記複合電流Ｉ１〜Ｉ１２の式はこのような考え方を数式に表したものある。なお、電流設定の方法はこれに限られるものでなく、前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載のように、他の電流設定方法でもかまわない。
【００２７】
このように電流設定を行うと、共通のコイルでありながら、内側ロータ４に対する回転磁場と外側ロータ３に対する回転磁場との２つの磁場が同時に発生するが、内側ロータ４の磁石は外側ロータ３に対する回転磁場により回転力を与えられることがなく、また外側ロータ３の磁石が内側ロータ４に対する回転磁場により回転力を与えられることもない。この点は前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載のように、理論解析で証明されている。
上記Ｉｄ、Ｉｆ、Ｉｅの電流設定は内側ロータ４の回転に同期して、また上記Ｉａ、Ｉｃ、Ｉｂの電流設定は外側ロータ３の回転に同期してそれぞれ行う。トルクの方向に対して位相の進み遅れを設定するが、これは同期モータに対する場合と同じである。
【００２８】
図１７は上記回転電機を制御するための回路のブロック図である。上記複合電流Ｉ１〜Ｉ１２をステータコイルに供給するため、バッテリなどの電源１１からの直流電流を交流電流に変換するインバータ１２を備える。瞬時電流の全ての和は０になるためこのインバータ１２は、図１８に詳細を示したように、通常の３相ブリッジ型インバータを１２相にしたものと同じで、２４（＝１２×２）個のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ２４とこのトランジスタと同数のダイオードから構成される。インバータ１２の各ゲート（トランジスタのベース）に与えるＯＮ、ＯＦＦ信号はＰＷＭ信号である。
【００２９】
各ロータ３、４を同期回転させるため、各ロータ３、４の位相を検出する回転角センサ１３、１４が設けられ、これらセンサ１３、１４からの信号が入力される制御回路１５では、外側ロータ３、内側ロータ４に対する必要トルク（正負あり）のデータ（必要トルク指令）に基づいてＰＷＭ信号を発生させる。
【００３０】
このように、前記特開平１１−２７５８２６号公報に記載の回転電機においては、２つのロータ３、４と１つのステータ２を三層構造かつ同一の軸上に構成すると共に、ステータ２に共通のコイル６を形成し、この共通のコイル６にロータの数と同数の回転磁場が発生するように複合電流を流すようにしたことから、ロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合に、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよいので、効率を大幅に向上させることができる。
【００３１】
また、２つのロータに対してインバータが１つでよくなり、さらにロータの一方をモータとして、残りをジェネレータとして運転する場合には、上記のように、モータ駆動電力と発電電力の差の分の電流を共通のコイルに流すだけでよくなることから、インバータの電力スイッチングトランジスタのキャパシタンスを減らすことができ、これによってスイッチング効率が向上し、より全体効率が向上する。
【００３２】
これまでの説明は、極対数比が２：１の場合について主に説明したが、極対数比が１：１の場合、すなわち、外側ロータと内側ロータの極対数が同数の場合には、特殊な動作特性が生じる。以下説明する。前記特開平１１−２７５８２６号公報の（８）式および（９）式は下記のようになる。
f１=-μIm１｛Im２・sin((ω２-ω１)t-α)-(3/2)n・Ic・sin(β)｝           …（８）
f２= μIm２｛Im１・sin((ω１-ω２)t-α)-(3/2)n・Ic・sin((ω１-ω２)t-α-β)｝…（９）
ただし、ｆ１：外側ロータの駆動力
ｆ２：内側ロータの駆動力
Ｉｍ１：外側ロータの磁石の等価直流電流
Ｉｍ２：内側ロータの磁石の等価直流電流
Ｉｃ：ステータコイルの電流
ω１：外側ロータの回転角速度
ω２：内側ロータの回転角速度
α：２つのロータの磁極の位相角
β：電流の位相差
μ：透磁率
ｎ：コイル定数
上記（８）式、（９）式において、まず、ステータコイルに回転磁界を発生する電流Ｉｃを流した場合に、両ロータの駆動力ｆ１とｆ２を考察する。
【００３３】
ステータコイルの電流Ｉｃ・ｓｉｎβによる駆動力ｆ１、ｆ２は外側ロータと内側ロータとの位相角αによって変化するので、以下、α＝０の場合とα＝πの場合とに分けて説明する。なお、α＝０とは図２（ａ）に示すように、二つのロータの磁極が同極（Ｎ−ＮとＳ−Ｓ）で対面している状態であり、α＝πとは図２（ｂ）に示すように、二つのロータの磁極が異極（Ｎ−Ｓ）で対面している状態である。
【００３４】
式を簡単にするために、ω１＝ω２とすれば、（８）式、（９）式から、
f１=-μIm１｛Im２・sin(-α)-(3/2)n・Ic・sin(β)｝      …（数１）式
f２= μIm２｛Im１・sin(-α)-(3/2)n・Ic・sin(-α-β)｝   …（数２）式
α＝０の場合
（数１）式、（数２）式においてα＝０とすれば、下記（数３）式、（数４）式のようになる。
f１=-μIm１｛-(3/2)n・Ic・sin(β)｝ =μIm１・(3/2)n・Ic・sin(β)   …（数３）式
f２= μIm２｛-(3/2)n・Ic・sin(-β)｝=μIm２・(3/2)n・Ic・sin(β)   …（数４）式
よってμIm１＝μIm２とすれば、ｆ１＝ｆ２となる。
上記のように、α＝０の場合にはｆ１＝ｆ２となるので、二つのロータは同じ方向に駆動力を受け、同じ方向に回転する。
【００３５】
α＝πの場合
（数１）式、（数２）式においてα＝πとすれば、下記（数５）式、（数６）式のようになる。
f１=μIm１・(3/2)n・Ic・sinβ                              …（数５）式
f２=μIm２・(3/2)n・Ic・sin(-π-β)=-μIm２・(3/2)n・Ic・sinβ   …（数６）式
よってμIm１＝μIm２とすれば、ｆ１＝−ｆ２となる。
上記のようにα＝πの場合には、ｆ１＝−ｆ２となるので、二つのロータは逆方向に駆動力を受け、相互に逆方向に回転する。これが逆転モードである。
【００３６】
上記のようにステータコイルに電流を流して駆動する場合には、位相角αの値に応じて、正転モードと逆転モードとがある。
【００３７】
次に、ステータコイルに電流を流さない場合、すなわちＩｃ＝０の場合について説明する。Ｉｃ＝０の場合は前記（８）式、（９）式から下記（数７）式、（数８）式のようになる。
f１=-μIm１｛Im２・sin((ω２-ω１)t-α)｝            …（数７）式
f２= μIm２｛Im１・sin((ω１-ω２)t-α)｝            …（数８）式
（数７）式、（数８）式において、ω１＝ω２とすれば、
f１=-μIm１｛Im２・sin(-α)｝            …（数９）式
f２= μIm２｛Im１・sin(-α)｝            …（数１０）式
となり、常にｆ１＝−ｆ２となる。これは一見、逆方向に回転するように見えるが、実際には二つのロータ間に位相角αを与えた場合にα＝０の位置に戻ろうする力を示す。つまり一方のロータに外部から機械的な力を加えると、αが０からずれて、これを修正する力ｆ１が発生し、同様に他方のロータにも修正方向である反対側の力ｆ２が働くということである。したがって一方のロータを外部から機械的に回転させると他方のロータもα＝０を保つように同じ方向に回転することになる。これが磁気カップリングであり、ステータコイルに電流を流さない状態で、例えば外側ロータを内燃機関で駆動すれば、同方向に内側ロータを回転させることが出来る。
【００３８】
上記のように１対１極対数比の場合には、位相角α＝０でステータコイルに電流を流さない状態で一方のロータを外部から機械的に駆動すれば、磁気カップリングモードとなり、ステータのコイルに電流を流さないで、他方のロータを直結状態（同速度）で駆動することが出来る。また、２つのロータの磁石の位相角α＝πの場合は逆転モードとなり、外側ロータと内側ロータとが逆方向に回転することになる。
【００３９】
上記のような複合型の回転電機をハイブリッド車両に搭載し、一方のロータを内燃機関で駆動して発電し、その電力をステータコイルに流して他方のロータを回転させ、それで車両を駆動するシステムにおいて、内燃機関の始動時に、上記の内燃機関に結合されたロータをスタータモータとして始動を行うように構成した場合に、車両も内燃機関も停止している状態で、車両に結合されたロータを回転して車両を駆動すると、内燃機関に結合されたロータも回転してしまうおそれがある。逆に、内燃機関の始動時に内燃機関に結合された方のロータが回転すると、他方の車輪に結合されたロータも回転し、車両が動いてしまうおそれがある等の望ましくない特性がある。本発明は電流を流さないで駆動出来るという磁気カップリングの有利な特性を活かし、かつ、望ましくない特性は押さえるように改良したものである。
【００４０】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に用いる１対１極対数比の回転電機のロータとステータ部分の断面図であり、（ａ）は本発明の構成、（ｂ）は基本構成を示す。なお、回転電機全体の概略断面図は前記図１５（ａ）と同様である。
図１に示した構成は、後記図６〜図１３で詳細を説明する種々の組合せのうちで、図７に示した例を取り上げて詳細説明したものであり、一般的な条件については後記図６〜図１３で説明する。
【００４１】
図１（ｂ）に示すように、１対１極対数比の回転電機の最も基本的な構造は、外側ロータ２１の磁石がＮＳの１極対で、内側ロータ２３も磁石がＮＳの１極対である。そして両ロータの中間にステータ２２が設けられている。ステータ２２に太字で示した１〜６の番号はステータコイルを示し、１〜６のように下線を付したものは電流が逆に流れるコイルを示す。また、各ロータの磁石は、ロータの表面に張られているＳＰＭ型モータを示したが、リラクタンストルクの出し得るＩＰＭ型でも同様である。また、コイルは分布巻きで表示してある。
また、図１では１対１極対数比の基本的な構成である外側ロータと内側ロータが共に１極対（ＮＳ１極のみ）の場合を例示しているが、２極対と２極対、３極対と３極対のように、極対数比が１対１であればよい。
【００４２】
本発明においては、図１（ａ）に示すように、外側ロータ２１にＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（図面では丸で囲んだ符号で表示）の４個の励磁コイルを設けている。コイルは集中巻きでも分布巻きでも全く同様の作用である。この各励磁コイルに励磁電流を流して、本来の磁石による磁極とＮＳが交互になるように、つまり永久磁石による磁極と励磁コイルによる磁極とが異極で隣合うように、コイルＡをＳ極、コイルＢをＮ極、コイルＣをＳ極、コイルＤをＮ極に励磁すれば、コイルによる極対数は２になる。したがって外側ロータ２１は磁石の１極対と合わせて３極対になる。すなわち、この回転電機は３対１極対数比になる。一般的には励磁コイルの数を２ｎとすれば、極対数比は（ｎ＋１）対１になる。なお、図１の例では外側ロータ２１に励磁コイルを設けた例を示したが、内側ロータ２３に設けてもよい。また、上記と逆に、永久磁石による磁極と励磁コイルによる磁極とが同極で隣合うように、コイルＡをＮ極、コイルＢをＳ極、コイルＣをＮ極、コイルＤをＳ極に励磁すれば、外側ロータ２１の上半分が全て一繋がりのＮ極、下半分が全て一繋がりのＳ極になるので、この場合には極対数比は１対１のままである。
【００４３】
上記のように、図１（ａ）の構造によれば、ロータに設けた励磁コイルを励磁しない場合や磁極が繋がるように励磁した場合は図１（ｂ）に示した１対１極対数比の回転電機として動作し、磁極が分割して磁極数が増加するように励磁コイルを励磁すれば３対１極対数比の回転電機として動作する。この３対１極対数比の回転電機の場合は、前記図１５等で詳述した２対１極対数比の場合と同様に、外側ロータと内側ロータとを独立して制御することが出来、かつ、磁気カップリングモードや逆転モードはない。
【００４４】
図２は、１対１極対数比の回転電機の場合に、外側ロータ２１と内側ロータ２３との回転の位相角αを示す図であり、図２（ａ）はα＝０、すなわち二つのロータの磁極が同極（Ｎ−ＮとＳ−Ｓ）で対面している状態であり、図２（ｂ）はα＝π、すなわち、二つのロータの磁極が異極（Ｎ−Ｓ）で対面している状態である。
【００４５】
図３は、全体の概略構成を示すブロック図である。なお、回転電機の部分は前記図１５（ａ）の断面図の上半分のみを示している。図３において、外側ロータ２１の各励磁コイル（図示省略）はスリップリング２４を介して励磁電流が与えられるように構成されている。また、外側ロータ２１の軸２５は内燃機関（図示省略）の出力軸に連結されている。また、内側ロータ２３の軸２６は車両の駆動軸２７に連結されている。
なお、全体の駆動回路は前記図１７と同様であるが、その他に外側ロータ２１に設けた励磁コイルの電流を制御する装置が必要である。
【００４６】
図４は、前記の外側ロータ２１に設けた励磁コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの電流を制御する回路図であり、（ａ）は磁極の極性を切換えられる回路、（ｂ）は（ａ）において磁極の向きとモードとの関係を示す図表、（ｃ）は単純に励磁電流をオン・オフする回路である。
図４（ａ）の回路は、トランジスタＴ１とＴ２およびＴ３とＴ４がそれぞれ直列に結線されたスイッチング回路を用い、４個の励磁コイルＡ、Ｃ、Ｂ、Ｄを直列にした回路の両端を上記スイッチング回路の中点（Ｔ１とＴ２の接続点およびＴ３とＴ４の接続点）に接続したものであり、励磁コイルＡ、Ｃと、励磁コイルＢ、Ｄとは、同じ向きの電流が流れた場合に相互に逆方向の磁極となるように接続している。なお、３１と３２はスリップリングである。
【００４７】
この回路において、トランジスタＴ１とＴ４をオン、トランジスタＴ２とＴ３をオフにすれば、励磁コイルＡ、Ｃ側（図の左側）から電流が流れ、このとき各励磁コイルの極性はＡ：Ｓ、Ｂ：Ｎ、Ｃ：Ｓ、Ｄ：Ｎとなり、図４（ｂ）に示すように３対１極対数比になる。逆に、トランジスタＴ１とＴ４をオフ、トランジスタＴ２とＴ３をオンにすれば、励磁コイルＢ、Ｄ側（図の右側）から電流が流れ、このとき各励磁コイルの極性はＡ：Ｎ、Ｂ：Ｓ、Ｃ：Ｎ、Ｄ：Ｓとなり、図４（ｂ）に示すように１対１極対数比になる。このように励磁電流を流しながら１対１極対数比にする構成では、励磁コイルの電流の大きさによって磁気カップリングの強さを変えることが出来る。また、上記の回路でば、４個の励磁コイルを用いながら２個のスリップリングだけで良いので、構成が簡略になり、安価に実現出来る。なお、全ての励磁コイルを直列または並列に接続すれば励磁コイルの数が幾つであってもスリップリングは２個で済むので、構成が簡略になる。
【００４８】
また、図４（ｃ）の回路においては、トランジスタＴ５がオンになれば、励磁コイルＡ、Ｃ、Ｂ、Ｄに電流が流れて、励磁コイルの極性はＡ：Ｓ、Ｂ：Ｎ、Ｃ：Ｓ、Ｄ：Ｎとなり、３対１極対数比になる。また、トランジスタＴ５がオフになれば、励磁電流がなくなり、磁石だけの基本的な１対１極対数比になる。この回路は磁気カップリングの強さを変えることは出来ないが、構成がさらに簡単になり、かつ、１対１極対数比の場合に励磁コイルに電流を流さないので効率が向上する。
【００４９】
次に作用を説明する。
上記のように、図１（ａ）の構成では、外側ロータ２１に設けた励磁コイルの電流をオンオフするかまたは電流の方向を切り換えことにより、１対１極対数比と３対１極対数比とに切り換えて動作させることが出来る。そして３対１極対数比の場合には外側ロータ２１と内側ロータ２３とを独立して制御することが出来、かつ、磁気カップリングモードや逆転モードはない。また、１対１極対数比の場合には磁気カップリングモードがあるので、外側ロータ２１を内燃機関で駆動して内側ロータ２３を同速で回転させる場合にはステータコイルに電流を流さなくてもよい。したがって、車両の動作状態に応じて１対１極対数比と３対１極対数比とに切り換えて動作させれば、両者の良い点のみを用いることが出来る。
【００５０】
例えば、内燃機関の始動時においては、励磁コイルを３対１極対数モードになるように励磁し、３対１極対数比の回転電機にする。これにより、磁気カップリングモードや逆転モードがなくなるので、車両や内燃機関の停止時に内側ロータ２３を回転させて車両を駆動しても内燃機関が駆動されるおそれがなく、また、外側ロータ２１をスタータモータとして用いて内燃機関を始動しても、車輪に連結されている内側ロータ２３が回転するおそれがない。
【００５１】
また、車両の走行中は、外側ロータ２１を内燃機関で駆動してジェネレータとして動作させ、それで発電した電力で内側ロータ２３駆動することにより、内側ロータ２３の回転速度やトルクを任意に制御することが出来る。例えばステータコイルに流す電流を制御することにより、低速大トルクにも高速低トルクにもできる。損失を０と仮定すれば、出力＝回転数×トルクが一定になるように制御することも出来る。
【００５２】
また、走行中に磁気カップリングモードにしたい場合には、ω１＝ω２となる時に励磁コイルの電流をオフにするか若しくは前記図４（ａ）で説明したように電流の方向を切り換えれば、１対１極対数比の回転電機になり、磁気カップリングモードに入る。この状態では外側ロータ２１を内燃機関で駆動すればステータコイルに電流を流さなくても内側ロータ２３を同速度で駆動することが出来る。また、励磁コイルの電流を流しながら１対１極対数比にした場合には、励磁コイルの電流の大きさによって磁気カップリングの強さを変えることが出来る。したがって伝達トルクの大きさに応じて上記の電流を制御すれば、伝達トルクが変化しても磁気カップリングモード（同速回転）を継続することが出来る。また、３対１極対数比から１対１極対数比に極対数比を切り換える際には前記のように励磁コイルに印加する電圧を反転すればよいが、その際に伝達トルクに応じて励磁コイルに印加する反転電圧を決定するように構成してもよい。
【００５３】
また、少なくとも一つのロータを停止状態から回転させる際には、３対１極対数比となるように励磁コイルを励磁すれば、１対１極対数比の構成における逆転モードがないので、逆回転になるおそれがなく、かつ、他方のロータが意図しないのに動きだすおそれもない。また、一方のロータが停止状態であり、他方のロータが回転状態の場合にも、３対１極対数比となるように励磁コイルを励磁すれば、１対１極対数比の構成における磁気カップリング効果がないので、停止中のロータが意図しない場合に回転するおそれがない。
【００５４】
なお、前記特開平１１−２７５８２６号公報（１６）式、（１７）式に示されるように、ステータコイル電流に変調を加えれば、それぞれのロータの回転からトルク変動を解消することができ、ω１≠ω２の状態に於いても１対１次極対数比のモードで運転することが出来る。
【００５５】
上記の内容をまとめると図５に示すようになる。すなわち、始動時と独立回転時は３対１極対数比にし、カップリング時および独立回転時には１対１極対数比にする。独立回転は３対１極対数比と１対１極対数比の何れでも可能であるから適宜選択する。
【００５６】
次に、これまでの説明では、図１に示した永久磁石と励磁コイルの組み合わせについて説明してきたが、永久磁石と励磁コイルの組み合わせについては、図１に示した組合せ以外にも可能である。以下、種々の組み合わせについて図６〜図１３に基づいて説明する。図６〜図１３において、左欄（ａ）は永久磁石Ｎ、Ｓと励磁コイルｃとの配置を示す図であり、中央欄（ｂ）は励磁コイルｃを全て隣合う永久磁石と異極に励磁した場合を示す図であり、右欄（ｃ）〜（ｆ）は励磁コイルの励磁状態を変えた組合せを示す図である。なお、（Ｎ）、（Ｓ）は励磁コイルによる磁極を示し、（−）は励磁しない励磁コイルを示す。
【００５７】
図６は、外側ロータの永久磁石をＮとＳの一対とし、それに対向する位置に２個の励磁コイルｃを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは２極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、２対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００５８】
次に、図７は、外側ロータの１対の永久磁石Ｎ、Ｓの間に、それぞれ２個の励磁コイルを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは３極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、３対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁し、他の２個を非励磁とすれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。また、（ｅ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。なお、前記図１で説明した例は、図７の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）の組合せを例として説明したものである。
【００５９】
次に、図８は、外側ロータの永久磁石を２対とし、それらの中間位置に２個の励磁コイルｃを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは３極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、３対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合は１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００６０】
次に、図９は、外側ロータの１対の永久磁石Ｎ、Ｓの左側に２個、右側に４個で合計６個の励磁コイルを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、６個の励磁コイルを隣合う永久磁石または励磁コイルと異極になるように励磁すれば、外側ロータは４極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、４対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁し、他の４個を非励磁とすれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。また、（ｅ）に示すように、４個の励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁し、励磁コイルとのみ隣合っている励磁コイルは近い方の永久磁石と同極になるように励磁し、他の２個を非励磁とした場合にも（ｄ）と同様に１極対数比となる。また、（ｆ）に示すように、永久磁石Ｎに近い方の励磁コイルを全てＮ極になるように励磁し、永久磁石Ｓに近い方の励磁コイルを全てＳ極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００６１】
次に、図１０は、外側ロータの永久磁石を２対とし、それらの中間位置に４個の励磁コイルｃを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、２個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは４極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、４対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合は１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００６２】
次に、図１１は、外側ロータの永久磁石を２対とし、それらの中間位置に６個の励磁コイルｃを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、６個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは５極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、５対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、一部の励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁（この図の例では同極の永久磁石に挟まれた励磁コイルのみを励磁）し、他の励磁コイルを非励磁にすれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合は１対１極対数比となる。なお、全ての励磁コイルを非励磁にしても同様である。また、（ｄ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００６３】
次に、図１２は、外側ロータの永久磁石を３対とし、それらの中間位置に４個の励磁コイルｃを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、４個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは５極対数となり、内側ロータが１極対数であるから、５対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁すれば、外側ロータは図の上半分の一部がＮ極で下半分の一部がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合は１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、全ての励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは図の上半分がＮ極で下半分がＳ極となり、１極対数となる。したがってこの場合も１対１極対数比となる。
【００６４】
次に、図１３は、内側ロータが２極対数の場合を示し、外側ロータは２対の永久磁石Ｎ、Ｓの間に８個の励磁コイルを配置した例である。この例では、（ｂ）に示すように、８個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極になるように励磁すれば、外側ロータは６極対数となり、内側ロータが２極対数であるから、６対２＝３対１極対数比となる。また、（ｃ）に示すように、全ての励磁コイルを非励磁にすれば、外側ロータが２極対数、内側ロータが２極対数で、１対１極対数比となる。また、（ｄ）に示すように、４個の励磁コイルを隣合う永久磁石と同極になるように励磁し、他の４個を非励磁とすれば、外側ロータは２極対数となり、この場合にも１対１極対数比となる。また、（ｅ）に示すように、４個の励磁コイルを全て隣合う永久磁石と同極になるように励磁すれば、外側ロータは２極対数となり、この場合にも１対１極対数比となる。
【００６５】
なお、上記の説明においては、外側ロータに励磁コイルを設ける場合を例示したが、内側ロータに設けてもよい。また、外側ロータと内側ロータの永久磁石の数や励磁コイルの数も上記の例に限定されるものではない。
【００６６】
上記の各組合せを纏めて一般的に説明すると、外側ロータと内側ロータの何れか一方を第１ロータ、他方を第２ロータと名付けた場合、第１ロータは、２ｋ個（ｋ＝１、２、３、…）の永久磁石を備え、２ｋ個の永久磁石は、第１ロータの磁極対数がｋとなるよう配置されてあり、第２ロータは、２ｍ個（ｍ＝１、２、３、…）の永久磁石と２ｎ個（ｎ＝１、２、３、…）の励磁コイルを備え、２ｍ個の永久磁石と２ｎ個の励磁コイルは、２ｎ個の励磁コイルを全て非励磁状態としたとき第２ロータの磁極対数がｋとなり、かつ、２ｎ個の励磁コイルを隣合う永久磁石と異極に励磁したとき第２ロータの磁極対数が（ｍ＋ｎ）となるよう配置されているものである。上記のように、全ての励磁コイルが非励磁状態（つまりｎ＝０に相当）では、第１ロータがｋ極対数で第２ロータがｋ極対数となり、ｋ対ｋつまり１対１極対数比となる。この状態は前記図１の例で説明したように、第１ロータと第２ロータとを同速で回転させるときに好適である。
【００６７】
また、励磁コイルの一部または全部が隣合う永久磁石と同極に励磁され、そのうちで励磁コイルにのみ隣合っている励磁コイルは近い方の永久磁石と同極に励磁されるように２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御することにより、励磁コイルが隣合う永久磁石と同極になれば、磁極数が増加しないので、極対数比を１対１極対数比とすることが出来る。そして、この場合には、前記図１の例で説明したのと同様に、２ｎ個の励磁コイルに流す電流の大きさを制御することにより、第１ロータと第２ロータとの間で伝達すべきトルクを制御することが出来る。
【００６８】
また、２ｎ個の励磁コイルが隣合う永久磁石または励磁コイルと異極に励磁されるように２ｎ個の励磁コイルに流す電流を制御すれば、磁極数が増加するので、極対数比は１対１以外の値になる。この状態は前記図１の例で説明したように、各ロータを干渉なしに独立に制御出来るので、少なくとも一方のロータを停止状態から回転させるとき、或いは一方のロータを停止状態とし、他方のロータを回転させるときに好適である。
その他、励磁回路やスリップリング等の構成については、前記図４、図５で説明した内容を適用することが出来る。
【００６９】
（第２の実施の形態）
図１４は、本発明の第２の実施の形態を示す概略図である。この実施の形態では、前記図１（ｂ）に示した通常の１対１極対数比の回転電機を用いる。したがってこの場合にはスリップリングは不要である。
【００７０】
まず、図１４（ａ）においては、外側ロータ２１の軸２５は内燃機関の駆動軸に結合されているが、その部分にワンウエイクラッチ２８が設けられている。このワンウエイクラッチ２８は回転方向が一方向にのみ回転可能なクラッチであり、例えば時計回りは出来るが、反時計回りは抵抗が大きくなって回転出来ない構造になっている。また、内側ロータ２３の軸に結合されている車両の駆動軸２７には、パーキングギアやパーキングブレーキ等の制動装置２９が設けられている。この制動装置２９が作動していないと内燃機関の始動が出来ないように設定されている。
【００７１】
上記のように、外側ロータ２１の軸２５は一定の方向（例えば時計回り）にのみ回転出来るように構成されている。したがって逆転モードを利用して外側ロータ２１と内側ロータ２３とを逆回転させるように駆動すれば、１対１極対数比の回転電機を用いても一方のロータのみを回転出来ることになる。例えば、車両と内燃機関が共に停止している場合に、内側ロータ２３を回転させて車両を駆動する際には、逆転モードを利用し、内側ロータ２３を正常方向（例えば時計回り）に回転（ステータコイルに流す制御電流によって制御可能）させれば、外側ロータ２１は逆方向（例えば反時計回り）に回転しようとするが、この方向はワンウエイクラッチ２８で回転出来ないようになっているので、外側ロータ２１は回転出来ず、結局、内側ロータ２３のみを回転させることが出来る。逆に、車両停止時に外側ロータ２１を回転させて内燃機関を始動させる場合には、外側ロータ２１を正常方向（例えば時計回り）に回転させれば、内側ロータ２３は逆方向（例えば反時計回り）に回転しようとするが、制動装置２９で回転が拘束されているので、結局、外側ロータ２１のみを回転させることが出来る。このように第２の実施の形態においては、逆転モードを巧みに利用することにより、構造の簡単な通常の１対１極対数比の回転電機を用いても一方のロータのみを任意に回転させることが出来る。
【００７２】
ただし、上記のように、逆転モードを有効に利用するためには、ロータの停止時に二つのロータの位相角αを逆転モードになるように停止させておく必要がある。すなわち、前記図２（ａ）に示したように、二つのロータの磁極がＮ−Ｎで向かい合う状態で停止している場合（ロータ間の位相角α＝０の状態）には、二つのロータは同方向に回転するので、上記のような逆転モードを利用することが出来ない。そのため、ロータを停止する際には前記図２（ｂ）に示したように磁極がＮ−Ｓで向かい合う状態で停止するように内燃機関側を制御し、ロータの停止位置をコントロールする。この内燃機関の制御は、従来の燃料制御で停止位置を制御するものと同様であり、現在の内燃機関は駆動軸の回転角を検出して制御しているので、通常の技術で可能である。特に、磁極がＮ−Ｓになるのは、磁石の引き合う力が発生している状態なので特別に難しいことではない。
例えば、点火制御に用いるクランク角信号によってクランク軸の正確な位置（回転角）を検出し、それに接続されているロータ（前記の例では外側ロータ）の磁石位置を車両側に接続されたロータ（前記の例では内側ロータ）の磁石位置に合わせて、二つの磁極がＮ−Ｓとなる手前の位置（０＜α＜π）で燃料カット制御によって燃料を停止すれば、磁気カップリング力によって、α＝π（すなわちＮ−Ｓ）の位置で停止する。
【００７３】
次に、図１４（ｂ）は、車両の駆動軸２７に結合されている内側ロータ２３の軸とエンジンの駆動軸との間に、ロックアップクラッチ３０を設けたものである。このロックアップクラッチ３０は外部からの指示によって接−断が制御出来るものであり、具体的には例えば電磁クラッチがある。このように内燃機関の駆動軸と車両の駆動軸との間を直結可能なロックアップクラッチ３０を設け、前記と同様に内燃機関の駆動軸の停止角度を制御することによっても、二つのロータの磁極をＮ−Ｓの引き合い状態で停止させることが出来る。
【００７４】
なお、これまでの説明は、内側ロータとステータと外側ロータとが三層構造になっている回転電機を用いる場合について説明したが、二つのロータを直列方向に設けて２軸の回転電機とすることも出来る。例えば本出願人の先願（特願平１１−２７３３０３号：未公開）の図３のような構成でもよい。つまり、磁気回路とステータコイルを共有する２個のロータを備え、ステータコイルに流す複合電流を前記ロータの数と同数の回転磁場が発生するように制御する回転電機であれば、本発明を適用出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に用いる１対１極対数比の回転電機のロータとステータ部分の断面図であり、（ａ）は本発明の構成、（ｂ）は基本構成を示す図。
【図２】１対１極対数比の回転電機の場合に、外側ロータ２１と内側ロータ２３との回転の位相角αを示す図。
【図３】第１の実施の形態のおける全体の概略構成を示すブロック図。
【図４】外側ロータ２１に設けた励磁コイルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄの電流を制御する回路図であり、（ａ）は磁極の極性を切換えられる回路、（ｂ）は（ａ）において磁極の向きとモードとの関係を示す図表、（ｃ）は単純に励磁電流をオン・オフする回路。
【図５】３対１極対数比と１対１極対数比とにおける動作可能なモードを示す図表。
【図６】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルの他の組合せを示す断面図。
【図７】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図８】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図９】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図１１】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図１２】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図１３】本発明の第１の実施の形態における回転電機の永久磁石と励磁コイルのさらに他の組合せを示す断面図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態を示す概略図。
【図１５】本発明を適用する回転電機の一例の構造を示す図であり、（ａ）は回転電機全体の概略断面図、（ｂ）はロータとステータ部分の断面図。
【図１６】ステータ２の内周側と外周側に専用コイルを配置した回転電機本体の概略断面図。
【図１７】回転電機を制御するための回路のブロック図。
【図１８】インバータの一例の回路図。
【符号の説明】
２１…外側ロータ                      ２２…ステータ
２３…内側ロータ                      ２４…スリップリング
２５…外側ロータ２１の軸              ２６…内側ロータ２３の軸
２７…車両の駆動軸                    ２８…ワンウエイクラッチ
２９…制動装置                        ３０…ロックアップクラッチ
３１、３２…スリップリング
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５…トランジスタ
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ（図面では丸で囲んだ符号で表示）…外側ロータ２１に設けた励磁コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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