(57)【要約】【課題】鉄損を増大させることなく、また回転子が停止又は極低速で回転しているときでも同期トルクを発生させることができる回転電機及びその制御装置並びに回転電機システムを提供する。【解決手段】固定子に配置され所定の極数の第１コイル群(２１)と、固定子に配置され第１コイル群の極数とは異なる極数の第２コイル群(２２)と、回転子に配置され第１コイル群(２１)の極数と同じ極数の第３コイル群(２３)と、回転子に配置され第２コイル群(２２)の極数と同じ極数であって、各コイルが第３コイル群(２３)の各コイルと接続される第４コイル群(２４)と、を有する。【選択図】図１
2011166999.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に配置され、所定の極数の第１コイル群と、
固定子に配置され、前記第１コイル群の極数とは異なる極数の第２コイル群と、
回転子に配置され、前記第１コイル群の極数と同じ極数の第３コイル群と、
回転子に配置され、前記第２コイル群の極数と同じ極数であって、各コイルが前記第３コイル群の各コイルと接続される第４コイル群と、
を有する回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載の回転電機において、
固定子及び回転子は、ひとつである、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項２に記載の回転電機において、
前記第１コイル群及び前記第２コイル群は、固定子の同一のスロットに配置され、
前記第３コイル群及び前記第４コイル群は、回転子の同一のスロットに配置される、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１に記載の回転電機において、
固定子は、ふたつであり、
回転子は、ひとつである
ことを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機において、
前記第１コイル群及び前記第２コイル群は、異なる固定子に配置され、
前記第３コイル群及び前記第４コイル群は、回転子の異なるスロットに配置される、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項４又は請求項５に記載の回転電機において、
前記固定子は、
前記回転子の外周側に配置される外周側固定子と、
前記回転子の内周側に配置される内周側固定子と、
を含むことを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載の回転電機において、
前記第１コイル群及び前記第２コイル群のうち、極数の多いコイル群が前記外側固定子に配置され、極数の少ないコイル群が前記内側固定子に配置される、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項８】
請求項４又は請求項５に記載の回転電機において、
前記固定子は、
前記回転子に並んで配置される軸前側固定子と、
前記回転子を挟んで軸前側固定子と反対側に配置される軸後側固定子と、
を含むことを特徴とする回転電機。
【請求項９】
請求項４又は請求項５に記載の回転電機において、
前記固定子は、
前記回転子の外周側に配置される外周軸前側固定子と、
前記回転子の外周側であって前記外周軸前側固定子に並んで配置される外周軸後側固定子と、
を含むことを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
請求項１から請求項９までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記第１コイル群及び前記第３コイル群は極数がゼロ、又は、前記第２コイル群及び前記第４コイル群は極数がゼロである、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記第３コイル群の各コイル及び前記第４コイル群の各コイルに対して、直列、並列又はそれらの混合に接続されるコンデンサーをさらに有する、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記回転子は、高電流低磁束部位ではスロット幅が大きく、低電流低磁束部位ではスロット幅が小さい、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の回転電機において、
前記第１コイル群及び前記第２コイル群は、直列、並列又はそれらの混合に接続される、
ことを特徴とする回転電機。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置において、
前記第１コイル群への通電によって発生する回転磁場が前記第３コイルに誘導する電圧の周波数と、前記第２コイル群への通電によって発生する回転磁場が前記第４コイルに誘導する電圧の周波数と、が等しくなるように、前記第１コイル群及び前記第２コイル群に通電する周波数を制御する、
ことを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の回転電機の制御装置において、
所定の運転状態のときには、前記第１コイル群又は前記第２コイル群に通電する周波数をゼロにする、
ことを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項１６】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の回転電機を制御する回転電機の制御装置において、
前記第１コイル群への通電周波数と、前記第２コイル群への通電周波数と、が等しくなるように、前記第１コイル群及び前記第２コイル群に通電する周波数を制御する、
ことを特徴とする回転電機の制御装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の回転電機を用いる回転電機システムにおいて、
前記第１コイル群及び前記第２コイル群への通電に用いる電源を同系統電源又は別系統電源に切り替える切替部を備える、
ことを特徴とする回転電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、回転電機及びその制御装置並びに回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、半速同期電動機を開示する。この電動機は、ブラシを用いない他励界磁型の同期回転電機である。この電動機は、単相交流及び直流電流によって固定子巻線を励磁して、回転子を単相短絡巻線だけを施した構造である。このような構造によって、この電動機は、同期速度の丁度半分の速度で同期トルクを発生する。この電動機は、交流と直流という２つの周波数を用いることで、他励界磁とトルク発生とを両立している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３３６７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した電動機は、同期速度の半分の速度の同期トルクが発生するので、速度を上げるためには交流周波数を高くしなければならない。
【０００５】
しかしながら、交流周波数を高くしては、鉄損が増大してしまうという問題があった。
【０００６】
また、回転子が停止又は極低速で回転しているときには、交流周波数もほぼ直流になるので、誘起電圧が小さくなってしまう。そして回転子の抵抗によって回転子の電流が抑制されてしまうと、同期トルクを発生できないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、鉄損を増大させることなく、また回転子が停止又は極低速で回転しているときでも同期トルクを発生させることができる回転電機及びその制御装置並びに回転電機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。
【０００９】
本発明は、回転電機に関する。そして、固定子に配置され所定の極数の第１コイル群と、固定子に配置され第１コイル群の極数とは異なる極数の第２コイル群と、回転子に配置され第１コイル群の極数と同じ極数の第３コイル群と、回転子に配置され第２コイル群の極数と同じ極数であって、各コイルが第３コイル群の各コイルと接続される第４コイル群と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、第１コイル群及び第２コイル群によって発生する磁場の極数が異なるので、それぞれに通電する周波数の自由度が高まり、結果として、より鉄損の少ない周波数を選択できるようになるのである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による回転電機の第１実施形態を示す断面図であり、全周の１／３(機械角１２０°)を示す。
【図２】固定子に形成されるコイル群の巻線図である。
【図３】回転子に形成されるコイル群の巻線図である。
【図４】各コイル群とインバーターとの結線及び各コイル群間の結線を示す図である。
【図５】回転電機の動作点について説明する図である。
【図６】本実施形態による回転電機の動作点を説明する図である。
【図７】本実施形態の回転電機を用いる回転電機システムについて説明する図である。
【図８】本発明による同期回転電機の第２実施形態による動作点を示す図である。
【図９】本発明による同期回転電機の第３実施形態による動作点を示す図である。
【図１０】本発明による同期回転電機の第４実施形態による動作点を示す図である。
【図１１】本発明による同期回転電機の第５実施形態による結線図である。
【図１２】本発明による同期回転電機の第６実施形態について説明する図である。
【図１３】本発明による回転電機の第７実施形態を示す断面図である。
【図１４】本発明による回転電機の第８実施形態を示す断面図である。
【図１５】本発明による回転電機の第９実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための形態について、さらに詳しく説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明による回転電機の第１実施形態を示す断面図であり、全周の１／３(機械角１２０°)を示す。
【００１３】
回転電機１０は、１ローター１ステーター(１ギャップ)のラジアルギャップ型同期回転電機である。回転電機１０は、外周側に配置された固定子１１と、内周側に配置された回転子１２と、を含む。
【００１４】
固定子１１は、全周で６０スロットである。図１では、全周の１／３(機械角１２０°)が示されているので、２０スロットが示されている。
【００１５】
固定子１１には、第１コイル群２１と、第２コイル群２２と、が形成される。
【００１６】
第１コイル群２１は、Ｕ相コイル線Ｕｏ、Ｖ相コイル線Ｖｏ、Ｗ相コイル線Ｗｏ、Ｒ相コイル線Ｒｏ、Ｓ相コイル線Ｓｏの５相のコイル線によるコイル群である。また本実施形態では、第１コイル群２１は、固定子１１の内周面に開口するスロットに形成される。なお詳細は後述するが、各コイル線は、ピッチが９の短節巻で２層巻ある。このような構造によって第１コイル群２１による極数は６になる。また電流の流れ方向の違いによってプラスマイナスの符号を付した。
【００１７】
第２コイル群２２は、Ｕ相コイル線Ｕｉ、Ｖ相コイル線Ｖｉ、Ｗ相コイル線Ｗｉ、Ｒ相コイル線Ｒｉ、Ｓ相コイル線Ｓｉの５相のコイル線によるコイル群である。また本実施形態では、第２コイル群２２は、第１コイル群２１と同様に、固定子１１の内周面に開口するスロットに形成される。なお詳細は後述するが、各コイル線は、ピッチが５の全節巻で単層巻である。このような構造によって第２コイル群２２による極数は１２になる。
【００１８】
回転子１２は、全周で３６スロットである。図１では、全周の１／３が示されているので、１２スロットが示されている。
【００１９】
回転子１２には、第３コイル群２３と、第４コイル群２４と、が形成される。
【００２０】
第３コイル群２３は、Ｕ相コイル線Ｕｏ、Ｖ相コイル線Ｖｏ、Ｗ相コイル線Ｗｏの３相のコイル線によるコイル群である。また本実施形態では、第３コイル群２３は、回転子１２の外周面に開口するスロットに形成される。なお詳細は後述するが、各コイル線は、ピッチが５の短節巻で２層巻である。このような構造によって第３コイル群２３による極数は６になる。
【００２１】
第４コイル群２４は、Ｕ相コイル線Ｕｉ、Ｖ相コイル線Ｖｉ、Ｗ相コイル線Ｗｉの３相のコイル線によるコイル群である。また本実施形態では、第４コイル群２４は、第３コイル群２３と同様に、回転子１１の内周面に開口するスロットに形成される。なお詳細は後述するが、各コイル線は、ピッチが３の全節巻で単層巻である。このような構造によって第４コイル群２４による極数は１２になる。
【００２２】
図２は、固定子に形成されるコイル群の巻線図であり、図２(Ａ)は第１コイル群の巻線図、図２(Ｂ)は第２コイル群の巻線図である。なお各図においては、煩雑になることを避けるために、Ｕ相コイル線の形成方法を実線で示す。他の相のコイル線も同様に形成する。
【００２３】
最初に図２(Ａ)を参照して第１コイル群の形成方法について説明する。
【００２４】
図中に四角でティースを示す。ティース間がスロットである。図２(Ａ)では、２１個のティースが示されている。
【００２５】
第１コイル群２１は、各コイル線のピッチが９であり層数が２である。
【００２６】
第１コイル群２１のＵ相コイル線Ｕｏの１層目は、一番左のスロット１１０１と左から１０番目のスロット１１１０とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて１層目が形成された後、２層目が形成される。なお図中の矢印は、電流の流れ方向を示す。スロット１１０１では、電流は上方向に流れる。これをＵｏ＋と示した。スロット１１１０では、電流は下方向に流れる。これをＵｏ−と示した。
【００２７】
２層目は、左から２番目スロット１１０２と左から１１番目のスロット１１１１とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて２層目が形成された後、右側も同様に形成される。電流は、スロット１１０２では、上方向に流れる。スロット１１１１では、下方向に流れる。
【００２８】
右側の１層目は、左から１１番目のスロット１１１１と左から２０番目のスロット１１２０とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて１層目が形成された後、２層目が形成される。電流は、スロット１１１１では、下方向に流れる。スロット１１２０では、上方向に流れる。
【００２９】
２層目は、左から１２番目スロット１１１２と左から２１番目のスロット１１２１とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて２層目が形成された後、中性点に繋がれる。電流は、スロット１１１２では、下方向に流れる。スロット１１２１では、上方向に流れる。
【００３０】
Ｕ相コイル線Ｕｏ以外の他の相のコイル線(Ｖ相コイル線Ｖｏ、Ｗ相コイル線Ｗｏ、Ｒ相コイル線Ｒｏ、Ｓ相コイル線Ｓｏ)も同様に形成される。第１コイル群は、このように形成されて極数が６になる。
【００３１】
次に図２(Ｂ)を参照して第２コイル群の形成方法について説明する。
【００３２】
第２コイル群２２は、各コイル線のピッチが５であり層数が１である。
【００３３】
第２コイル群２２のＵ相コイル線Ｕｉは、一番左のスロット１１０１と左から６番目のスロット１１０６とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれた後、右側でも同様に形成される。電流は、スロット１１０１では、上方向に流れる。スロット１１０６では、下方向に流れる。
【００３４】
右側では、左から１１番目のスロット１１１１と左から１６番目のスロット１１１６とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれた後、中性点に繋がれる。電流は、スロット１１１１では、下方向に流れる。スロット１１１６では、上方向に流れる。
【００３５】
Ｕ相コイル線Ｕｉ以外の他の相のコイル線(Ｖ相コイル線Ｖｉ、Ｗ相コイル線Ｗｉ、Ｒ相コイル線Ｒｉ、Ｓ相コイル線Ｓｉ)も同様に形成される。第２コイル群は、このように形成されて極数が１２になる。
【００３６】
図３は、回転子に形成されるコイル群の巻線図であり、図３(Ａ)は第３コイル群の巻線図、図３(Ｂ)は第４コイル群の巻線図である。なお各図においては、煩雑になることを避けるために、Ｕ相コイル線の形成方法を実線で示す。他の相のコイル線も同様に形成する。
【００３７】
最初に図３(Ａ)を参照して第３コイル群の形成方法について説明する。
【００３８】
第３コイル群２３は、各コイル線のピッチが５であり層数が２である。
【００３９】
第３コイル群２３のＵ相コイル線Ｕｏの１層目は、一番左のスロット１２０１と左から６番目のスロット１２０６とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて１層目が形成された後、２層目が形成される。電流は、スロット１２０１では、上方向に流れる。スロット１１１０では、下方向に流れる。
【００４０】
２層目は、左から２番目スロット１２０２と左から７番目のスロット１２０７とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて２層目が形成された後、右側でも同様に形成される。電流は、スロット１２０２では、上方向に流れる。スロット１２０７では、下方向に流れる。
【００４１】
右側の１層目は、左から７番目のスロット１２０７と左から１２番目のスロット１２１２とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて１層目が形成された後、２層目が形成される。電流は、スロット１２０７では、下方向に流れる。スロット１２１２では、上方向に流れる。
【００４２】
２層目は、左から８番目スロット１２０８と左から１３番目のスロット１２１３とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれた後、中性点に繋がれる。電流は、スロット１２０８では、下方向に流れる。スロット１２１３では、上方向に流れる。
【００４３】
Ｕ相コイル線Ｕｏ以外の他の相のコイル線(Ｖ相コイル線Ｖｏ、Ｗ相コイル線Ｗｏ)も同様に形成される。第３コイル群は、このように形成されて極数が６になる。
【００４４】
次に図３(Ｂ)を参照して第４コイル群の形成方法について説明する。
【００４５】
第４コイル群２４は、各コイル線のピッチが５であり層数が１である。
【００４６】
第４コイル群２４のＵ相コイル線Ｕｉは、一番左のスロット１２０１と左から４番目のスロット１２０４とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれて２層目が形成された後、右側でも同様に形成される。電流は、スロット１２０１では、上方向に流れる。スロット１２０４では、下方向に流れる。
【００４７】
右側では、左から７番目のスロット１２０７と左から１０番目のスロット１２１０とを通るように巻かれる。そして所定回数巻かれた後、中性点に繋がれる。電流は、スロット１２０７では、下方向に流れる。スロット１２１０では、上方向に流れる。
【００４８】
Ｕ相コイル線Ｕｉ以外の他の相のコイル線(Ｖ相コイル線Ｖｉ、Ｗ相コイル線Ｗｉ)も同様に形成される。第４コイル群は、このように形成されて極数が１２になる。
【００４９】
図４は、各コイル群とインバーターとの結線及び各コイル群間の結線を示す図である。
【００５０】
回転電機１０は、インバーター５０を介してバッテリー７０に接続される。
【００５１】
インバーター５０は、２つの５相電力変換器、すなわち第１電力変換器５１と、第２電力変換器５２と、を含む。
【００５２】
第１電力変換器５１は、第１コイル群２１に電力を給電するように、第１コイル群２１に接続される。詳細には、第１電力変換器５１のＵ相交流線が第１コイル群２１のＵ相コイル線Ｕｏに接続される。第１電力変換器５１のＶ相交流線が第１コイル群２１のＶ相コイル線Ｖｏに接続される。第１電力変換器５１のＷ相交流線が第１コイル群２１のＷ相コイル線Ｗｏに接続される。第１電力変換器５１のＲ相交流線が第１コイル群２１のＲ相コイル線Ｒｏに接続される。第１電力変換器５１のＳ相交流線が第１コイル群２１のＳ相コイル線Ｓｏに接続される。
【００５３】
第２電力変換器５２は、第２コイル群２２に電力を給電するように、第２コイル群２２に接続される。詳細には、第２電力変換器５２のＵ相交流線が第２コイル群２２のＵ相コイル線Ｕｉに接続される。第２電力変換器５２のＶ相交流線が第２コイル群２２のＶ相コイル線Ｖｉに接続される。第２電力変換器５２のＷ相交流線が第２コイル群２２のＷ相コイル線Ｗｉに接続される。第２電力変換器５２のＲ相交流線が第２コイル群２２のＲ相コイル線Ｒｉに接続される。第２電力変換器５２のＳ相交流線が第２コイル群２２のＳ相コイル線Ｓｉに接続される。
【００５４】
第３コイル群２３のＵ相コイル線Ｕｏが、第４コイル群２４のＵ相コイル線Ｕｉに接続される。第３コイル群２３のＶ相コイル線Ｖｏが、第４コイル群２４のＶ相コイル線Ｖｉに接続される。第３コイル群２３のＷ相コイル線Ｗｏが、第４コイル群２４のＷ相コイル線Ｗｉに接続される。
【００５５】
図５は、回転電機の動作点について説明する図である。
【００５６】
上述のような構造であると、固定子の第１コイル群への通電によって発生する回転磁場によって、回転子の第３コイル群に電流が誘導される。また固定子の第２コイル群への通電によって発生する回転磁場によって、回転子の第４コイル群に電流が誘導される。
【００５７】
横軸に固定子側への通電周波数ｆSTRをとり、縦軸に回転子側の誘導周波数ｆRTRをとると、第１コイル群への通電周波数ｆSTRと第３コイル群の誘導周波数ｆRTRとの相関は、線形になる。また第２コイル群への通電周波数ｆSTRと第４コイル群の誘導周波数ｆRTRとの相関は、線形になる。
【００５８】
これについて説明する。
【００５９】
１秒間に回転電機の空間を周方向に波が何ラジアン進むかという波の速度ｖ[rad/s]は、次式で表される。
【００６０】
【数１】
2011166999.tif 000003
回転子中での波の速度ｖRTRは、式(1)に基づいて次式(2)で表される。
【００６１】
【数２】
2011166999.tif 000004
また固定子中での波の速度ｖSTRは、式(1)に基づいて次式(3)で表される。
【００６２】
【数３】
2011166999.tif 000005
【００６３】
さらに回転子の機械的回転速度ｖMは、式(1)の対極数ｐを１とおいて次式(4)で表される。
【００６４】
【数４】
2011166999.tif 000006
【００６５】
また回転子中での波の速度ｖRTR、固定子中での波の速度ｖSTR、回転子の機械的回転速度ｖM、の間には、次式(5)の関係が成立する。
【００６６】
【数５】
2011166999.tif 000007
【００６７】
以上より次式(6)が成立する。
【００６８】
【数６】
2011166999.tif 000008
【００６９】
したがって、横軸に固定子側への通電周波数ｆSTRをとり、縦軸に回転子側の誘導周波数ｆRTRをとると、図５に示すように、両者の相関は１本の直線で示される。そして極数を変えると、線が移動する。極数が小さい方が原点に近い。
【００７０】
本実施形態の回転電機は、第１コイル群及び第３コイル群が６極(対極数３)であり、第２コイル群及び第４コイル群が１２極(対極数６)である。そのため図６(Ｂ)のように、６極による線Ｌ６と１２極による線Ｌ１２とが存在することとなる。
【００７１】
そして、固定子の第１コイル群への通電によって発生する回転磁場によって、回転子の第３コイル群に誘導される電流の周波数と、固定子の第２コイル群への通電によって発生する回転磁場によって、回転子の第４コイル群に誘導される電流の周波数と、が等しいときに、回転トルクが発生可能になる。図６(Ｂ)では、第３コイル群に誘導される電流の周波数及び第４コイル群に誘導される電流の周波数を−２ｆMにしている。このとき給電する周波数は、第１コイル群でｆMであり、第２コイル群で４ｆMである。通常の同期回転電機や直流回転電機による等鉄損円が、図６(Ｂ)に一点鎖線で示されているが、本実施形態の回転電機の動作点は、この等鉄損円の内側に存在する。したがって、通常の同期回転電機や直流回転電機に比較して鉄損が小さいことが判る。
【００７２】
このように、本実施形態の構成によれば、第１コイル群及び第２コイル群によって発生する磁場の極数が異なるため、それぞれに通電する周波数の自由度が高まり、結果として、より鉄損の少ない周波数を選択できるようになったのである。
【００７３】
また、第１コイル群及び第２コイル群に通電する周波数はそれぞれ選択可能であるので、第３コイル群及び第４コイル群の周波数が常に交流となるよう設定することができるため、極低速時の同期トルクが発生可能になる。
【００７４】
さらに本実施形態では、第１コイル群及び第２コイル群を同じ固定子スロットルに形成している。また第３コイル群及び第４コイル群を同じ回転子スロットルに形成している。このように構成することで、別々の回転子スロットに巻くよりも小形化できる。そして極数の少ないコイル郡(本実施形態では第１スロットル群，第３スロットル群)を、スロットの奥側に配置することで、比較的漏れ磁束を低減することが可能である。
【００７５】
また本実施形態では、ギャップ面が１つなので、２つの回転磁場が重なりあうことになるが、１ロータ１ステータの構成とすることで、さらなる小形化が可能となる。
【００７６】
図７は、本実施形態の回転電機を用いる回転電機システムについて説明する図であり、図７(Ａ)は本実施形態を示し、図７(Ｂ)は比較形態を示す。
【００７７】
また本実施形態の回転電機を使用すれば、図７(Ａ)に示すような回転電機システムを構築することができる。この回転電機システムは、第２コイル群２２と第２電力変換器５２との間に、切替スイッチ９０が設けられる。この切替スイッチ９０は、第２コイル群への通電に用いる電源を、第１コイル群と同系統のバッテリー電源とするか別系統電源かを切り替える。
【００７８】
このような構成にすれば、同系統電源に切り替えると、たとえば１つのバッテリー７０による回転電機の駆動が可能である。また別系統電源に切り替えて、たとえば１つのコイル群(本実施形態では第１コイル群)をバッテリー系統に接続し、もう一つのコイル群(本実施形態では第２コイル群)を電力系統に接続することで、本回転電機を絶縁トランスとした充電システムを構築できる。すなわち図７(Ｂ)の比較形態では、充電用回路が必要であったが、本実施形態によれば不要である。
【００７９】
（第２実施形態）
図８は、本発明による同期回転電機の第２実施形態による動作点を示す図である。
【００８０】
軸方向に複数分割した分割面の間又は軸端部に、極数がゼロとなるリング状の巻線を施すことで、第１コイル群及び第３コイル群の極数、又は、第２コイル群及び第４コイル群の極数をゼロにすることができる。このようにすることで、図８のような動作点にすることもできる。
【００８１】
図８では、第１コイル群及び第３コイル群がゼロ極の場合である。第２コイル群及び第４コイル群が１２極である。そして図８に示すように、第３コイル群の回転子中での波の振動周波数と第４コイル群の回転子中での波の振動周波数とを等しくすることで回転トルクを発生可能になる。図８では振動周波数を−２ｆMにしている。このとき第１コイル群の固定子中での波の振動周波数は−２ｆMであり、第２コイル群の固定子中での波の振動周波数は４ｆMである。そして本実施形態のようにリング状の巻線を施すことは構造が複雑化しない。したがって回転電機の小形化が可能である。
【００８２】
（第３実施形態）
図９は、本発明による同期回転電機の第３実施形態による動作点を示す図である。
【００８３】
第１コイル群又は第２コイル群の通電周波数を、回転電機の運転に応じてゼロに切り替えると、図９のような動作点にすることもできる。
【００８４】
図９では、第１コイル群の通電周波数がゼロの場合である。なお極数は、第１コイル群及び第３コイル群が６極である。第２コイル群及び第４コイル群が１２極である。そして図９に示すように、第３コイル群の回転子中での波の振動周波数と第４コイル群の回転子中での波の振動周波数とを等しくすることで回転トルクを発生可能になる。図９では振動周波数を−３ｆMにしている。このとき第１コイル群の固定子中での波の振動周波数はゼロであり、第２コイル群の固定子中での波の振動周波数は３ｆMである。そして通電周波数をゼロにすることで、インバーター損失を低減することが可能であり、また、別の直流電源を用いれば、やはりインバーター損失を低減することが可能である。
【００８５】
なお通電周波数ゼロのコイル群の代用として、固定子に配置された磁石群を用いてもよい。このようにすれば、直流磁場を形成するのに電源が不要になり、かつ直流電流によって発生する銅損をなくすことが可能となる。
【００８６】
（第４実施形態）
図１０は、本発明による同期回転電機の第４実施形態による動作点を示す図である。
【００８７】
上記の実施形態では、第３コイル群の回転子中での波の振動周波数と第４コイル群の回転子中での波の振動周波数とを等しくすることで回転トルクを発生可能にしていたが、本実施形態では、第１コイル群の通電周波数と第２コイル群の通電周波数とを等しくすることで、回転トルクを発生可能にする。図１０では第１コイル群の通電周波数と第２コイル群の通電周波数とを４ｆMにしている。このとき第３コイル群の回転子中での波の振動周波数は２ｆMであり、第４コイル群の回転子中での波の振動周波数は−２ｆMである。
【００８８】
そして、このようにすれば、１つの電力変換器又は１つの交流電源を、トランスやカップリングコンデンサーなどを介して電力を分割し、分割後の２つの電力を、第１コイル群及び第２コイル群に通電することが可能となる。したがって本実施形態によれば、通常２つ必要な電力変換器又は交流電源が１つですむのである。
【００８９】
また第１コイル群及び第２コイル群を、直列(直巻)、または並列(分巻)、またはその混合(複巻)として接続することで、１つの電力変換器又は１つの交流電源からの電力を、第１コイル群及び第２コイル群にそのまま通電できるので、さらに小型化が可能となる。
【００９０】
（第５実施形態）
図１１は、本発明による同期回転電機の第５実施形態による結線図であり、図１１(Ａ)は各コイル群とインバーターとの結線及び各コイル群間の結線を示し、図１１(Ｂ)は図１１(Ａ)の第３コイル群及び第４コイル群の結線の模式図である。図１１(Ｃ−１)及び図１１(Ｃ−２)は変更形態を例示する図である。
【００９１】
本実施形態のポイントは、第３コイル群及び第４コイル群の間にコンデンサーを介する点である。図１１(Ａ)，図１１(Ｂ)では、コンデンサーＣを直列に接続している。なお変形形態として図１１(Ｃ−１)に示すようにコンデンサーＣを並列に接続したり、図１１(Ｃ−２)に示すようにコンデンサーＣ１及びコンデンサーＣ２を直列及び並列に接続してもよい。
【００９２】
本実施形態のように、コンデンサーＣを介して第３コイル群及び第４コイル群を接続すれば、コイルの自己インダクタンスによるインピーダンスを、コンデンサーによって打ち消したり高めたりすることが可能となり、周波数によってトルクや力率を調整できる。特にコイルに直列接続した場合には、インピーダンスを打ち消すことが可能となるので、トルクアップや力率改善の効果が大きい。
【００９３】
（第６実施形態）
図１２は、本発明による同期回転電機の第６実施形態について説明する図であり、図１２(Ａ)は比較形態の回転子の断面図、図１２(Ｂ)は本実施形態の回転子の断面図である。
【００９４】
本実施形態では、回転子１２のスロットを不等ピッチ、不等スロット幅としている。より詳細には、高電流低磁束部位では、スロット幅を大きくし、逆に、低電流高磁束部位では、スロット幅を狭くしている。
【００９５】
本件発明者の解析によれば、回転子の電流及び磁束の密度に分布があることが知見された。本実施形態のように、高電流低磁束部位では、スロット幅を大きくし、逆に、低電流高磁束部位では、スロット幅を狭くすることで、回転子の電流及び磁束の密度を平均化することができ、局部的に密度の高い部分がなくなることで、鉄損及び銅損を低減することができるのである。
【００９６】
（第７実施形態）
図１３は、本発明による回転電機の第７実施形態を示す断面図である。
【００９７】
本実施形態の回転電機１０は、１ローター２ステーター(２ギャップ)のラジアルギャップ型同期回転電機である。回転電機１０は、回転子１２と、回転子１２の外周側に配置される外周側固定子１１１と、回転子１２の内周側に配置される内周側固定子１１２と、を含む。
【００９８】
外周側固定子１１１は、内周面にスロットが形成され、そのスロットに第１コイル群２１が形成されている。
【００９９】
内周側固定子１１２は、外周面にスロットが形成され、そのスロットに第２コイル群２２が形成されている。
【０１００】
回転子１２は、外周面及び内周面にスロットが形成される。外周面のスロットには第３コイル群２３が形成される。内周面のスロットには第４コイル群２４が形成される。
【０１０１】
本実施形態では、２つの固定子１１１，１１２を回転子１２の外周側、内周側に配置するので、回転電機としての体積効率をアップできる。
【０１０２】
なおこの場合において、図１３とは反対に、極数の少ないコイル群(本実施形態では第１コイル群及び第３コイル群)を内周側に配置することで、内周側と外周側の電気装価、磁気装価のバランスをとりやすくなり、さらなる小型化が可能となる。
【０１０３】
（第８実施形態）
図１４は、本発明による回転電機の第８実施形態を示す断面図である。
【０１０４】
本実施形態の回転電機１０は、回転子１２と、回転子１２に並んで配置される軸前側固定子１１１と、回転子１２を挟んで軸前側固定子１１１と反対側に配置される軸後側固定子１１２と、を含む。
【０１０５】
軸前側固定子１１１は、回転子１２に対向する面にスロットが形成され、そのスロットに第１コイル群２１が形成されている。
【０１０６】
軸後側固定子１１２は、回転子１２に対向する面にスロットが形成され、そのスロットに第２コイル群２２が形成されている。
【０１０７】
回転子１２は、軸前側固定子１１１に対向する面及び軸後側固定子１１２に対向する面にスロットが形成される。そして軸前側固定子１１１に対向する面のスロットには第３コイル群２３が形成される。軸後側固定子１１２に対向する面のスロットには第４コイル群２４が形成される。
【０１０８】
回転電機１０は、このように１ローター２ステーター(２ギャップ)のアキシャルギャップ型同期回転電機であってもよい。このようにしても上記と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
（第９実施形態）
図１５は、本発明による回転電機の第９実施形態を示す図であり、図１５(Ａ)は斜視図、図１５(Ｂ)は図１５(Ａ)のＢ−Ｂ断面図、図１５(Ｃ)は図１５(Ａ)のＣ−Ｃ断面図である。
【０１１０】
本実施形態の回転電機１０は、回転子１２と、回転子１２の外周側に配置される外周軸前側固定子１１１と、回転子１２の外周側であって外周軸前側固定子１１１に並んで配置される外周軸後側定子１１２と、を含む。
【０１１１】
回転子１２は、外周軸前側固定子１１１に対向する外周面及び外周軸後側定子１１２に対向する外周面にスロットが形成される。そして外周軸前側固定子１１１に対向する外周面のスロットには第３コイル群２３が形成される。外周軸後側定子１１２に対向する面のスロットには第４コイル群２４が形成される。
【０１１２】
外周軸前側固定子１１１は、第３コイル群２３に対向する内周面にスロットが形成され、そのスロットに第１コイル群２１が形成されている。
【０１１３】
外周軸後側定子１１２は、第４コイル群２４に対向する内周面にスロットが形成され、そのスロットに第２コイル群２２が形成されている。
【０１１４】
回転電機１０は、このように１ローター２ステーター(２ギャップ)のラジアルギャップ型同期回転電機であってもよい。このようにしても上記と同様の効果を得ることができる。
【０１１５】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【０１１６】
たとえば、極数の条件を満たしさえすれば、相数，スロット数，巻線ピッチ，巻線層数などは適宜設定してよい。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  回転電機
１１，１１１，１１２  固定子
１２  回転子
２１  第１コイル群
２２  第２コイル群
２３  第３コイル群
２４  第４コイル群
【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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