(57)【要約】【課題】出力範囲を拡大することができるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を得る。【解決手段】ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機では、回転子が第１の固定子および第２の固定子の間に設けられている。第１の固定子は、界磁巻線と、回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有している。複数の界磁極形成部のそれぞれは、永久磁石と、界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有している。複数の界磁極形成部のそれぞれでは、極ティースの磁極が回転子と対向し、かつ永久磁石の磁極が極ティースの位置から外れた位置で回転子と対向している。複数の界磁極形成部のそれぞれには、極ティースの磁極と、永久磁石の磁極とによって界磁極が形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の固定子と、
前記第１の固定子と対向している第２の固定子と、
前記第１の固定子および前記第２の固定子の間に設けられている回転子とを備え、
前記第１の固定子は、界磁巻線と、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有し、
前記第２の固定子は、電機子巻線を有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれは、永久磁石と、前記界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有し、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれでは、前記極ティースの磁極が前記回転子と対向し、かつ前記永久磁石の磁極が前記極ティースの位置から外れた位置で前記回転子と対向しており、
前記複数の界磁極形成部のそれぞれには、前記極ティースの磁極と、前記永久磁石の磁極とによって界磁極が形成されるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【請求項２】
前記回転子は、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の突極を有し、
前記第２の固定子には、前記回転子の周方向へ並ぶ複数の電機子磁極が前記電機子巻線への通電によって形成され、
前記突極の数をＰｒとし、前記電機子磁極の極対数をＰａとし、前記界磁極の極対数をＰｆとすると、Ｐｒ＝｜Ｐａ±Ｐｆ｜の関係を満たす請求項１に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【請求項３】
前記第１の固定子は、各前記極ティースに個別に設けられた複数の前記界磁巻線を有している請求項１または２に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【請求項４】
前記第１の固定子は、１つの前記界磁巻線を有し、
各前記極ティースには、前記１つの界磁巻線への通電によって磁極がそれぞれ形成される請求項１または２に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【請求項５】
前記第１の固定子および前記第２の固定子のそれぞれは、前記回転子の軸方向について前記回転子と対向している請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【請求項６】
前記第１の固定子および前記第２の固定子のそれぞれは、前記回転子の径方向について前記回転子と対向している請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、第１の固定子と第２の固定子との間に回転子が設けられているハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、界磁巻線および永久磁石を有する第１の固定子と、三相の電機子巻線を有する第２の固定子との間に回転子が設けられたハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機が知られている。第１の固定子では、１つの環状の界磁巻線の内側および外側のそれぞれに、界磁巻線に沿った２つの環状の永久磁石が配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−８９５８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された従来のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機では、界磁巻線が作る磁束の経路上に永久磁石が配置されていることから、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とが磁気回路において直列となっている。このように、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とが直列となっている場合、永久磁石の透磁率が低いため、界磁巻線の電流を調整しても、界磁巻線と永久磁石とによって作られる界磁磁束の増減範囲を拡大することが困難である。その結果、同期機を電動機として使用した場合の定出力運転において、出力範囲が制限されるという課題があった。また、同期機を発電機として使用した場合の定電圧運転において、出力範囲が制限されるという課題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、出力範囲を拡大することができるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機は、第１の固定子と、第１の固定子と対向している第２の固定子と、第１の固定子および第２の固定子の間に設けられている回転子とを備えている。第１の固定子は、界磁巻線と、回転子の周方向へ並ぶ複数の界磁極形成部とを有している。第２の固定子は、電機子巻線を有している。複数の界磁極形成部のそれぞれは、永久磁石と、界磁巻線への通電によって磁極が形成される極ティースとを有している。複数の界磁極形成部のそれぞれでは、極ティースの磁極が回転子と対向し、かつ永久磁石の磁極が極ティースの位置から外れた位置で回転子と対向している。複数の界磁極形成部のそれぞれには、極ティースの磁極と、永久磁石の磁極とによって界磁極が形成されている。
【発明の効果】
【０００７】
この発明のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、界磁巻線による磁束と、永久磁石の磁束とは、別々の磁路を通る。そのため、界磁巻線の起磁力と永久磁石の起磁力とを磁気回路において並列にすることができ、永久磁石の透磁率に関係なく界磁巻線の起磁力を増減することができる。これにより、第１の固定子の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の出力範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明を実施するための実施の形態１によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。
【図２】図１のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。
【図３】図２の第１の固定子を示す斜視図である。
【図４】図１のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に電力を供給する駆動回路を含めた全体システムを示す図である。
【図５】図１の第１の固定子における磁気回路を示す部分回路図である。
【図６】この発明を実施するための実施の形態２によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。
【図７】図６のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。
【図８】図７の第１の固定子を示す斜視図である。
【図９】この発明を実施するための実施の形態３によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。
【図１０】図９の第１の固定子を示す斜視図である。
【図１１】図９の第２の固定子を示す斜視図である。
【図１２】図９の回転子を示す斜視図である。
【図１３】この発明を実施するための実施の形態４によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の第１の固定子を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。図２は、図１のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。図３は、図２の第１の固定子を示す斜視図である。
【００１１】
ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１は、第１の固定子１０と、第２の固定子２０と、回転子３０とを備えている。第２の固定子２０は、回転子３０の軸方向について、第１の固定子１０と対向している。回転子３０は、第１の固定子１０および第２の固定子２０の間に設けられている。これにより、回転子３０は、回転子３０の軸方向について、第１の固定子１０および第２の固定子２０のそれぞれと対向している。第１の固定子１０、第２の固定子２０および回転子３０のそれぞれの形状は、円筒形状である。また、第１の固定子１０および回転子３０の間には、ギャップが設けられている。回転子３０および第２の固定子２０の間には、ギャップが設けられている。これにより、実施の形態１によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１は、アキシャルギャップ型の同期機となっている。回転子３０は、図示しない回転軸に固定されている。回転軸は、図示しないハウジングに回転可能に支持されている。回転子３０は、回転軸と同軸に配置されている。
【００１２】
第１の固定子１０は、第１固定子コア１００と、複数の界磁巻線１２０と、複数の永久磁石１３０と、第１固定子端板１４０とを有している。第１固定子コア１００は、複数の電磁鋼板によって構成されている。第１固定子コア１００を構成する複数の電磁鋼板は、回転子３０の径方向に積層されている。第１固定子端板１４０は、第１固定子コア１００と一体になっている。また、第１固定子端板１４０は、第１固定子コア１００の回転子３０側とは反対側に配置されている。
【００１３】
第１固定子コア１００は、第１固定子コアベース１１０と、複数の第１ティース１１１と、複数の第２ティース１１２とを有している。第１固定子コアベース１１０の形状は、円盤形状である。この例では、第１固定子コアベース１１０、各第１ティース１１１および各第２ティース１１２は、回転子３０の径方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。しかし、第１固定子コアベース１１０は、回転子３０の軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されていてもよい。
【００１４】
各第１ティース１１１は、回転子３０の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第１ティース１１１は、第１固定子コアベース１１０から回転子３０の軸方向に、回転子３０に向かって突出している。この例では、１２個の第１ティース１１１が第１固定子コアベース１１０から突出している。各第１ティース１１１は、極ティースを構成する。
【００１５】
各第２ティース１１２は、各第１ティース１１１の位置に合わせて、回転子３０の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第２ティース１１２は、各第１ティース１１１よりも回転子３０の径方向内側にそれぞれ配置されている。各第１ティース１１１および各第２ティース１１２の間には、隙間が設けられている。各第２ティース１１２は、第１固定子コアベース１１０から回転子３０の軸方向に、回転子３０に向かって突出している。
【００１６】
各界磁巻線１２０は、各第１ティース１１１に個別に巻かれている。各界磁巻線１２０は、回転子３０の軸方向を巻線の軸方向として巻かれている。回転子３０から見た場合の各界磁巻線１２０の巻線方向は、時計回り方向および反時計回り方向の順で回転子３０の周方向へ交互になっている。
【００１７】
各永久磁石１３０は、各第２ティース１１２の回転子３０側の面上に、それぞれ配置されている。これにより、各永久磁石１３０は、回転子３０と対向してそれぞれ配置されている。各永久磁石１３０は、ネオジム磁石である。この例では、１２個の永久磁石１３０が第１固定子コア１００に設けられている。各永久磁石１３０の磁極は、各第１ティース１１１の位置から外れた位置で回転子３０と対向している。回転子３０に対向する各永久磁石１３０の磁極の極性は、Ｎ極およびＳ極の順で回転子３０の周方向へ交互になっている。各永久磁石１３０は、フェライト磁石、アルニコ磁石など、その他の材質の磁石が用いられてもよい。
【００１８】
回転子３０に対向して回転子３０の周方向について位置が合わされている第１ティース１１１および永久磁石１３０は、界磁極形成部１９０をそれぞれ形成している。したがって、第１の固定子１０では、第１ティース１１１および永久磁石１３０をそれぞれ有する複数の界磁極形成部１９０が回転子３０の周方向へ並んでいる。この例では、１２個の界磁極形成部１９０が回転子３０の周方向へ並んでいる。
【００１９】
第２の固定子２０は、第２固定子コア２００と、複数の電機子巻線２２０と、第２固定子端板２４０とを有している。第２固定子コア２００は、複数の電磁鋼板によって構成されている。第２固定子コア２００を構成する複数の電磁鋼板は、回転子３０の径方向に積層されている。第２固定子端板２４０は、第２固定子コア２００と一体になっている。また、第２固定子端板２４０は、第２固定子コア２００の回転子３０側とは反対側に配置されている。
【００２０】
第２固定子コア２００は、第２固定子コアベース２１０と、複数の第３ティース２１１とを有している。第２固定子コアベース２１０の形状は、円盤形状である。各第３ティース２１１は、回転子３０の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第３ティース２１１は、第２固定子コアベース２１０から回転子３０の軸方向について、回転子３０に向かって突出している。この例では、１２個の第３ティース２１１が第２固定子コアベース２１０から突出している。この例では、第２固定子コアベース２１０および各第３ティース２１１は、回転子３０の径方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。しかし、第２固定子コアベース２１０は、回転子３０の軸方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されていてもよい。
【００２１】
各電機子巻線２２０は、各第３ティース２１１に個別に巻かれている。各電機子巻線２２０は、回転子３０の軸方向を巻線の軸方向として巻かれている。電機子巻線２２０は、三相電機子巻線となっている。したがって、各電機子巻線２２０は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の順で回転子３０の周方向へ繰り返し配置されている。この例では、巻治具を用いて導線を巻くことによって各電機子巻線２２０の形状を完成させた後に、各電機子巻線２２０が各第３ティース２１１にそれぞれ装着されている。なお、導線を第３ティース２１１に直接巻くことにより、各電機子巻線２２０を各第３ティース２１１に設けてもよい。例えば、第３ティース２１１の先端部の断面積が、第３ティースの先端部以外の部分の断面積より大きい場合、導線を第３ティース２１１に直接巻いて電機子巻線２２０を第３ティース２１１に設けることができる。
【００２２】
回転子３０の形状は、平板形状である。回転子３０は、円環状の回転子基部３１０と、複数の突極３１１とを有している。各突極３１１は、回転子基部３１０から回転子３０の径方向外側に向かって突出している。各突極３１１は、回転子３０の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各突極３１１は、回転子３０の周方向へ等間隔に並べられている。この例では、各突極３１１は、回転子３０の径方向に積層された複数の電磁鋼板で構成されている。
【００２３】
図４は、図１のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機に電力を供給する駆動回路を含めた全体システムを示す図である。界磁巻線１２０には、直流電源４００から界磁電流Ｉｆが供給される。第２の固定子２０では、各相の電機子巻線２２０がＹ結線で接続されている。電機子巻線２２０には、インバータ回路４１０から電機子電流が供給される。インバータ回路４１０には、インバータ回路４１０へパワーを供給する三相交流電源４２０が接続されている。なお、インバータ回路４１０へのパワーは、直流電源であるバッテリから供給されてもよい。
【００２４】
次に、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の動作について説明する。ここでは、電動機を例にして、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の動作を説明する。各第１ティース１１１には、各界磁巻線１２０への通電によって、回転子３０と対向する磁極が個別に形成される。各第１ティース１１１への各界磁巻線１２０の巻き方向は、回転子３０の周方向へ交互になっている。このため、回転子３０に対向する各第１ティース１１１の磁極の極性は、Ｎ極およびＳ極の順で回転子３０の周方向へ交互になる。したがって、各界磁極形成部１９０のそれぞれには、第１ティース１１１の磁極と、永久磁石１３０の磁極とによって界磁極が形成される。この例では、１２極の界磁極が第１の固定子１０に形成される。
【００２５】
各第１ティース１１１は、各永久磁石１３０と異なる位置で回転子３０と対向している。したがって、各界磁巻線１２０への通電によって第１ティース１１１に生じる磁束は、各永久磁石１３０の位置を避けた磁路を通る。これにより、各界磁巻線１２０による起磁力および各永久磁石１３０の起磁力は、磁気回路において並列となる。第１の固定子１０では、各界磁極形成部１９０の界磁極の極性がＮ極およびＳ極の順で回転子３０の周方向へ交互になるように、各第１ティース１１１の起磁力および各永久磁石１３０の起磁力が設定されている。
【００２６】
第１の固定子１０に形成される１２極の界磁極は、回転子３０の１０極の突極３１１によって変調される。これにより、回転子３０には、８極の磁極が形成される。一方、第２の固定子２０には、インバータ回路４１０から各電機子巻線２２０への電機子電流の供給によって回転磁界が発生する。これにより、回転子３０は、回転する。また、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１に、同期機としてのトルクが発生する。
【００２７】
ここで、各界磁極形成部１９０によって第１の固定子１０に形成される界磁極の極数２Ｐｆは、１２である。すなわち、第１の固定子１０の界磁極の極対数Ｐｆは、６である。電機子巻線２２０によって第２の固定子２０に発生する電機子磁極の極数２Ｐａは、８である。すなわち、電機子磁極の極対数Ｐａは４である。また、回転子３０の突極の数Ｐｒは、１０である。したがって、この例では、Ｐｒ＝Ｐａ＋Ｐｆの関係を満たしている。このような関係を満たしている場合、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１のトルクを高めることができる。
【００２８】
共通の界磁極形成部１９０において第１ティース１１１の磁極の極性が永久磁石１３０の磁極の極性と同じになる界磁電流Ｉｆの方向をプラス方向とする。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の回転速度が低速域で大トルクが必要な場合、Ｎ極の各永久磁石１３０の外側にある各第１ティース１１１にＮ極が発生するように、各界磁巻線１２０にプラス方向の界磁電流Ｉｆを流す。Ｎ極の各永久磁石１３０の起磁力およびＮ極の各第１ティース１１１の起磁力が並列に配置されているため、これらによって形成される各界磁極形成部１９０におけるＮ極の起磁力は増加する。また、Ｎ極の各永久磁石１３０について回転子３０の周方向に隣接するＳ極の各永久磁石１３０の外側にある各第１ティース１１１には、Ｓ極が発生する。Ｓ極の各永久磁石１３０の起磁力およびＳ極の各第１ティース１１１の起磁力が並列に配置されているため、これらによって形成される各界磁極形成部１９０におけるＳ極の起磁力は増加する。このように、各界磁巻線１２０にプラス方向の界磁電流Ｉｆを流すことにより、各第１ティース１１１の起磁力が増加し、各界磁極形成部１９０による界磁磁束を増加することができる。
【００２９】
一方、回転子３０が回転すると、各電機子巻線２２０に逆起電力が生じる。各電機子巻線２２０に生じる逆起電力は、回転子３０の回転速度が高速になるほど大きくなる。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の回転速度が高速域にある場合、各電機子巻線２２０に生じる逆起電力がハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１への印加電圧と等しくなるまで回転子３０の回転速度が上昇すると、各電機子巻線２２０に電流を流すことができなくなる。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の回転速度をさらに高速にすることができなくなってしまう。これを解消する手段としては、各第１ティース１１１に各永久磁石１３０と逆向きの磁極を発生させ、各界磁極形成部１９０による界磁磁束を弱める手段がある。
【００３０】
この場合、Ｎ極の各永久磁石１３０の外側にある各第１ティース１１１にＳ極が発生するように、各界磁巻線１２０にマイナス方向の界磁電流Ｉｆを流す。Ｓ極の各永久磁石１３０の外側にある各第１ティース１１１には、Ｎ極が発生する。これにより、各界磁極形成部１９０による起磁力は減少する。このように、各界磁極形成部１９０の起磁力は、各界磁巻線１２０に流す界磁電流Ｉｆによって自由に調節することができる。各界磁極形成部１９０は、各第１ティース１１１の起磁力の増減によって、界磁磁束を広く増減することができる。
【００３１】
図５は、図１の第１の固定子における磁気回路を示す部分回路図である。第１の固定子１０における磁気回路では、各第１ティース１１１の起磁力Ｆ１および各永久磁石１３０の起磁力Ｆ２が並列に接続されている。各第１ティース１１１を通る磁束を磁束Φ１とし、各永久磁石１３０を通る磁束を磁束Φ２とする。この場合、各第１ティース１１１および各永久磁石１３０が並列となっている部分以外での磁束Φ０は、Φ０＝Φ１＋Φ２となっている。
【００３２】
したがって、各第１ティース１１１の磁極の極性を反転させる、すなわちΦ１＜０とすることにより、磁束Φ０を磁束Φ２より減少させることができる。この場合、各永久磁石１３０から出た磁束Φ２の全部または一部は、各第１ティース１１１へ向かうため、第２の固定子２０の電機子巻線２２０が形成する磁束には鎖交しない。さらに、Φ１＝−Φ２にして、磁束Φ０＝０にすることにより、各界磁極形成部１９０の起磁力を０とすることもできる。
【００３３】
各永久磁石１３０の透磁率は、各第１ティース１１１の透磁率より小さい。そのため、各界磁巻線１２０によって発生する磁束のほとんどは、各第１ティース１１１を通る。また、各永久磁石１３０は、各第１ティース１１１の位置から外れた位置で回転子３０と対向しているので、各第１ティース１１１を通る磁束Φ１は、各永久磁石１３０を通らない。各磁束Φ１は、各永久磁石１３０の厚さ分の磁気ギャップの影響を受けない。これにより、各界磁巻線１２０は、第１ティース１１１を通る磁束Φ１を効率的に発生させることができる。
【００３４】
このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１によれば、複数の界磁極形成部１９０のそれぞれにおいて、第１ティース１１１の磁極が回転子３０と対向し、かつ永久磁石１３０の磁極が第１ティース１１１の位置から外れた位置で回転子３０と対向している。また、複数の界磁極形成部１９０のそれぞれには、第１ティース１１１の磁極と、永久磁石１３０の磁極とによって界磁極が形成される。
【００３５】
そのため、界磁巻線１２０による磁束と、永久磁石１３０の磁束とを別々の磁路に通すことができる。すなわち、界磁巻線１２０の起磁力および永久磁石１３０の起磁力を磁気回路において並列にすることができる。これにより、永久磁石１３０の位置を避けて界磁巻線１２０による磁束を通すことができ、界磁巻線１２０による起磁力を増減させることによって、界磁磁束を広く増減することができる。したがって、第１の固定子１０の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の出力範囲を拡大することができる。
【００３６】
また、Ｐｒ＝Ｐａ＋Ｐｆの関係を満たしている。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１のトルクを高めることができる。
【００３７】
また、各界磁巻線１２０は、各第１ティース１１１に個別に巻かれている。これにより、各第１ティース１１１の磁束を効率的に発生させることができる。
【００３８】
また、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１によれば、第１の固定子１０および第２の固定子２０のそれぞれは、回転子３０の軸方向について、回転子３０と対向している。これにより、各第１ティース１１１に各界磁巻線１２０を直接巻く作業が容易に行える。または、各界磁巻線１２０をコイルとして形成した後に、各第１ティース１１１にはめ込むことが容易に行える。さらに、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１の形状として、扁平形状のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を作製することができる。
【００３９】
各第１ティース１１１および各永久磁石１３０が磁気回路において直列になっている場合、次の問題が発生する。各界磁巻線１２０によって界磁極の磁束を減らす場合、各界磁巻線１２０による磁束は、各永久磁石１３０を、各永久磁石１３０の磁極と逆方向に通過する。そのため、各永久磁石１３０が永久減磁されるリスクは高くなる。ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１によれば、各第１ティース１１１および各永久磁石１３０が磁気回路において並列になっている。そのため、各界磁巻線１２０による逆方向の磁束は、各永久磁石１３０を通過しない。これにより、各永久磁石１３０が永久減磁されるリスクは低くなる。
【００４０】
なお、上記の例では、Ｐｒ＝Ｐａ＋Ｐｆの関係を満たしている。しかし、Ｐｒ＝｜Ｐａ−Ｐｆ｜の関係を満たしている場合においても、同様にハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機１のトルクを高めることができる。
【００４１】
なお、上記の例では、第１固定子コア１００および第２固定子コア２００がそれぞれ積層鉄心により形成されている。しかし、第１固定子コア１００および第２固定子コア２００を圧粉磁心によって形成してもよい。この場合には、第１固定子端板１４０および第２固定子端板２４０は必要としない。また、回転子３０を圧粉磁心によって形成してもよい。
【００４２】
また、上記の例では、各界磁巻線１２０が巻かれた各第１ティース１１１が各永久磁石１３０および各第２ティース１１２よりも回転子３０の径方向外側に配置されている。しかし、各永久磁石１３０および各第２ティース１１２を各界磁巻線１２０および各第１ティース１１１よりも径方向外側に配置してもよい。また、各第１ティース１１１の側面と各第２ティース１１２の側面とを接触させ、各第１ティース１１１および各第２ティース１１２を一体として、各界磁巻線１２０を巻いてもよい。これにより、各界磁巻線１２０によって各第２ティース１１２に発生した磁束を各第１ティース１１１に流入させることができる。
【００４３】
また、上記の例では、各界磁巻線１２０および各電機子巻線２２０がそれぞれ集中巻きである場合について説明した。しかし、これらの各巻線は、それぞれ分布巻きでもよい。また、これらの各巻線は、それぞれ集中巻きと分布巻きとの組み合わせであってもよい。また、界磁巻線１２０および電機子巻線２２０のうち、一方が他方よりも回転子３０の径方向について内側の位置に配置されていてもよい。
【００４４】
また、上記の例では、回転子３０において（Ｐａ＋Ｐｆ）個の突極３１１が円環状の回転子基部３１０から径方向外側へ突出している構成について説明した。しかし、回転子３０は、（Ｐａ＋Ｐｆ）個の突極を磁気的に有していればよい。すなわち、回転子３０の形態は、リラクタンス形回転子であればどのような形態であってもよい。例えば、円筒形の回転子に（Ｐａ＋Ｐｆ）組のフラックスバリアを設けてもよい。
【００４５】
さらに、上記の例では、２Ｐａが８、２Ｐｆが１２、Ｐａ＋Ｐｆが１０となっている。しかし、ＰａおよびＰｆは、Ｐａ≠Ｐｆ、かつ、｜Ｐａ−Ｐｆ｜≠１であれば、どのような組み合わせでもよい。Ｐａ≠Ｐｆとする理由は、界磁巻線１２０および電機子巻線２２０が変圧器結合しないようにするためである。また、｜Ｐａ−Ｐｆ｜≠１とする理由は、第１の固定子１０と回転子３０との間に働く磁気吸引力、および第２の固定子２０と回転子３０との間に働く磁気吸引力をそれぞれ平衡させ、回転軸に対して異常な振動または騒音を発生させないようにするためである。ただし、これらの影響により、特性が低下しても問題がない用途であれば、｜Ｐａ−Ｐｆ｜≠１でなくてもよい。
【００４６】
また、上記の例では、第２の固定子２０における毎極毎相のスロット数は１／２である。しかし、第２の固定子２０は、どのようなスロットコンビを用いてもよい。
【００４７】
実施の形態２．
次に、実施の形態２におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図６から図８を用いて説明する。実施の形態２では、第１の固定子において、界磁巻線の数および各永久磁石の配置が実施の形態１と異なっている。図６は、この発明を実施するための実施の形態２によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。図７は、図６のハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す分解斜視図である。また、図８は、図７の第１の固定子を示す斜視図である。
【００４８】
ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２は、第１の固定子１１と、第２の固定子２０と、回転子３０とを備えている。第２の固定子２０は、回転子３０の軸方向について、第１の固定子１１と対向している。回転子３０は、第１の固定子１１および第２の固定子２０の間に設けられている。これにより、実施の形態２によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２は、アキシャルギャップ型の同期機となっている。
【００４９】
第１の固定子１１は、第１固定子コア１００と、１つの界磁巻線１２１と、複数の永久磁石１３１と、複数の永久磁石１３２と、第１固定子端板１４０とを有している。第１固定子コア１００は、第１固定子コアベース１１０と、複数の第１ティース１１１と、複数の第２ティース１１２とを有している。
【００５０】
各永久磁石１３１は、各第１ティース１１１上に、回転子３０の周方向へ一つ飛ばしでそれぞれ配置されている。また、各永久磁石１３２は、各第２ティース１１２上に、回転子３０の周方向へ一つ飛ばしでそれぞれ配置されている。この場合、永久磁石１３１が配置されている各第１ティース１１１について、回転子３０の径方向内側にある各第２ティース１１２には、永久磁石１３２は配置されていない。すなわち、各永久磁石１３２は、各永久磁石１３１に対して、回転子３０の周方向へ、第１ティース１１１または第２ティース１１２の１個分ずれて配置されている。また、回転子３０に対向する各永久磁石１３１の磁極の極性は、それぞれＮ極である。回転子３０に対向する各永久磁石１３２の磁極の極性は、それぞれＳ極である。すなわち、回転子３０に対向する各永久磁石１３１の磁極の極性および回転子３０に対向する各永久磁石１３２の磁極の極性は、Ｎ極およびＳ極の順で回転子３０の周方向へ交互に配置されている。各永久磁石１３１の配置および各永久磁石１３２の配置が同じで、回転子３０に対向する各永久磁石１３１の磁極の極性がＳ極であり、かつ、回転子３０に対向する各永久磁石１３２の磁極の極性がＮ極であってもよい。
【００５１】
各永久磁石１３１が配置されている各第１ティース１１１の高さは、永久磁石１３１が配置されていない第１ティース１１１の高さよりも各永久磁石１３１の厚さの分だけ低い。また、各永久磁石１３２が配置されている各第２ティース１１２の高さは、永久磁石１３２が配置されていない第２ティース１１２の高さよりも各永久磁石１３２の厚さの分だけ低い。そのため、各永久磁石１３１、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１、各永久磁石１３２および永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２の高さはすべて等しい。これにより、各永久磁石１３１と回転子３０とのギャップ、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１と回転子３０とのギャップ、各永久磁石１３２と回転子３０とのギャップ、および永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２と回転子３０とのギャップは、すべて等しい。
【００５２】
界磁巻線１２１は、各第１ティース１１１よりも回転子３０の径方向内側に配置されている。また、界磁巻線１２１は、各第２ティース１１２よりも回転子３０の径方向外側に配置されている。これにより、界磁巻線１２１は、各第１ティース１１１および各第２ティース１１２の間に配置されている。また、界磁巻線１２１は、第１の固定子１０の軸線を中心とした環状に配置されている。界磁巻線１２１は、各第１ティース１１１間を通らない。そのため、実施の形態１と比較して、各第１ティース１１１同士の間隔を詰めることができる。回転子３０から見た場合の各第１ティース１１１の断面積を大きく取ることができる。これにより、各第１ティース１１１による磁束の発生範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２の出力範囲をさらに広げることができる。
【００５３】
界磁巻線１２１に界磁電流Ｉｆを流す場合、界磁巻線１２１の回りに磁束が発生する。各永久磁石１３１の透磁率および各永久磁石１３２の透磁率は１．０５程度であり、各第１ティース１１１の透磁率および各第２ティース１１２の透磁率と比較して小さい。そのため、界磁巻線１２１による磁束は、各永久磁石１３１が配置された各第１ティース１１１よりも、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１を優先的に通過する。界磁巻線１２１による磁束は、各永久磁石１３２が配置された各第２ティース１１２よりも、永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２を優先的に通過する。そのため、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１には、磁極がそれぞれ形成される。永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１よりも回転子３０の径方向内側にある各第２ティース１１２上には、各永久磁石１３２が配置されている。これにより、回転子３０の径方向について位置が合わせられている第１ティース１１１および永久磁石１３２は、界磁極を形成する界磁極形成部１９０をそれぞれ形成する。
【００５４】
同様に、永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２には、磁極がそれぞれ形成される。永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２よりも回転子３０の径方向外側にある各第１ティース１１１上には、各永久磁石１３１が配置されている。これにより、回転子３０の径方向に位置が合わせられている第２ティース１１２および永久磁石１３１は、界磁極を形成する界磁極形成部１９０をそれぞれ形成する。ここで、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１、および永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２は、極ティースを構成する。
【００５５】
回転子３０の側から見て、界磁巻線１２１に反時計回りの界磁電流Ｉｆが流れている場合、回転子３０に対向する各第１ティース１１１の磁極の極性は、すべてＳ極となる。そのため、永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１には、Ｓ極の大きな起磁力が発生する。回転子３０に対向する各永久磁石１３２の磁極の極性も、Ｓ極である。これにより、Ｓ極の各永久磁石１３２およびＳ極の各第１ティース１１１からなる界磁極形成部１９０では、Ｓ極の界磁磁束を増加することができる。したがって、この例では、回転子３０の側から見て、界磁巻線１２１に反時計回りの界磁電流Ｉｆが流れている場合がプラス方向となる。
【００５６】
また、回転子３０に対向する各第２ティース１１２の磁極の極性は、すべてＮ極となる。永久磁石１３２が配置されていない各第２ティース１１２には、Ｎ極の大きな起磁力が発生する。回転子３０に対向する各永久磁石１３１の磁極の極性も、Ｎ極である。これにより、Ｎ極の各永久磁石１３１およびＮ極の各第２ティース１１２からなる各界磁極形成部１９０では、Ｎ極の界磁磁束を増加することができる。これにより、界磁電流Ｉｆを界磁巻線１２１のプラス方向に流す場合、界磁極形成部１９０による界磁磁束を増加することができる。
【００５７】
また、界磁電流Ｉｆをマイナス方向に流す場合、回転子３０に対向する各第１ティース１１１の磁極の極性は、Ｎ極となる。永久磁石１３１が配置されていない各第１ティース１１１よりも回転子３０の径方向内側にある各第２ティース１１２上には、Ｓ極の各永久磁石１３２が配置されている。そのため、各界磁極形成部１９０は、回転子３０の側から見て、Ｎ極の各第１ティース１１１およびＳ極の各永久磁石１３２を有する。これにより、各永久磁石１３２の起磁力は、各第１ティース１１１の起磁力によって減じられる。このことは、Ｓ極の各第２ティース１１２およびＮ極の各永久磁石１３１の組み合わせについても、同様である。これにより、界磁電流Ｉｆを界磁巻線１２１のマイナス方向に流す場合、界磁極形成部１９０による界磁磁束を減少することができる。さらに、界磁電流Ｉｆを調整することによって、各界磁極形成部１９０の起磁力を０にすることも可能である。これにより、界磁電流Ｉｆによって、各界磁極形成部１９０の起磁力を調節することができ、界磁磁束を広く増減することができる。
【００５８】
このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２においては、第１の固定子１１が１つの界磁巻線１２１を有している。各第１ティース１１１および各第２ティース１１２には、１つの界磁巻線１２１への通電によって磁極がそれぞれ形成されている。これにより、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２の作製工程を減らすことができる。また、回転子３０から見た場合の各第１ティース１１１の面積を大きくできるため、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機２の出力範囲をさらに広げることができる。
【００５９】
実施の形態３．
次に、実施の形態３におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図９から図１２を用いて説明する。図９は、この発明を実施するための実施の形態３によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機を示す斜視図である。
【００６０】
ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機３は、第１の固定子１２と、第２の固定子２２と、回転子３２とを備えている。第２の固定子２２は、回転子３２の径方向について、第１の固定子１２と対向している。回転子３２は、第１の固定子１２および第２の固定子２２の間に設けられている。第１の固定子１２、第２の固定子２２および回転子３２の形状は、それぞれ円筒形状である。また、第１の固定子１２および回転子３２の間には、ギャップが設けられている。回転子３２および第２の固定子２２の間には、ギャップが設けられている。これにより、実施の形態３によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機３は、ラジアルギャップ型の同期機となっている。回転子３２は、図示しない回転軸に固定されている。回転軸は、図示しないハウジングに回転可能に支持されている。回転子３２は、回転軸と同軸に配置されている。
【００６１】
図１０は、図９の第１の固定子を示す斜視図である。第１の固定子１２は、第１固定子コア１０１と、複数の界磁巻線１２２と、複数の永久磁石１３３とを有している。第１固定子コア１０１は、第１固定子コアベース１１５と、複数の第１ティース１１６とを有している。第１固定子コアベース１１５の形状は、円柱形状である。第１固定子コア１０１は、第１固定子コアベース１１５の外周面に、回転子３２の軸方向について、一方の側の第１の領域１７１と、他方の側の第２の領域１７２とを有している。
【００６２】
第１の領域１７１には、各永久磁石１３３が、回転子３２の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各永久磁石１３３の形状は、直方体形状である。回転子３２に対向する各永久磁石１３３の磁極の極性は、Ｎ極およびＳ極の順で回転子３２の周方向へ交互に配置されている。この例では、１２個の永久磁石１３３が第１の領域１７１に並べられている。
【００６３】
第２の領域１７２には、各第１ティース１１６が、各永久磁石１３３の位置に合わせて、回転子３２の周方向へ互いに間隔をあけて並べられている。各第１ティース１１６は、各永久磁石１３３と、回転子３２の軸方向へ間隔をあけて配置されている。各第１ティース１１６は、第１固定子コアベース１１５から、回転子３２の径方向外側に向けて突出している。各第１ティース１１６の形状は、直方体形状である。
【００６４】
各界磁巻線１２２は、各第１ティース１１６に個別に巻かれている。各界磁巻線１２２は、回転子３２の径方向を巻線の軸方向として巻かれている。各界磁巻線１２２の巻線方向は、回転子３２から見て時計回り方向および反時計回り方向の順で回転子３２の周方向へ交互になっている。各第１ティース１１６は、それぞれ極ティースを構成する。各第１ティース１１６は、各界磁巻線１２２への通電によって磁極が形成される。なお、複数の永久磁石１３３が第２の領域１７２に並べられ、複数の第１ティース１１６が第１の領域１７１に並べられてもよい。
【００６５】
図１１は、図９の第２の固定子を示す斜視図である。第２の固定子２２は、第２固定子コア２０１と、複数の電機子巻線２２１とを有している。第２固定子コア２０１は、第２固定子コアベース２１５と、複数の第３ティース２１６とを有している。第２固定子コアベース２１５の形状は、円筒形状である。各第３ティース２１６は、第２固定子コアベース２１５から、回転子３２の径方向内側に突出している。各第３ティース２１６の形状は、直方体形状である。各電機子巻線２２１は、各第３ティース２１６に個別に巻かれている。この例では、１２個の第３ティース２１６が第２固定子コアベース２１５に設けられている。
【００６６】
図１２は、図９の回転子を示す斜視図である。回転子３２の形状は、円筒形状である。回転子３２は、複数の突極３１２と、複数の樹脂部３２０とを有している。複数の突極３１２および複数の樹脂部３２０は、一体成形されている。各突極３１２および各樹脂部３２０は、回転子３２の周方向へ交互に配置されている。この例では、各突極３１２および各樹脂部３２０は、１０個ずつ配置されている。各突極３１２は、回転子３２の周方向へ等間隔に配置されている。
【００６７】
各突極３１２は、磁性材料によって形成されている。樹脂部３２０は、樹脂材料によって形成されている。樹脂部３２０は、非磁性の特性を有している。そのため、磁気的に見ると、突極３１２のみが空間に配置されている状態になる。この例では、各突極３１２同士の間にのみ、樹脂部３２０が配置されている。しかし、樹脂部３２０が円筒形を構成し、樹脂部３２０が、回転子３２の周方向について部分的に各突極３１２を個別に包み込む構成を採ってもよい。
【００６８】
回転子３２の軸方向に位置が合わされて配置されている第１ティース１１６および永久磁石１３３は、それぞれ界磁極形成部１９０を形成している。界磁極形成部１９０のそれぞれは、永久磁石１３３と、界磁巻線１２２への通電によって磁極が形成される第１ティース１１６を有している。これにより、界磁極形成部１９０のそれぞれには、第１ティース１１６の磁極と、永久磁石１３３の磁極とによって界磁極が形成される。
【００６９】
Ｎ極の各永久磁石１３３の位置に合わせて設けられている各第１ティース１１６において、回転子３２に対向する各第１ティース１１６の磁極の極性がＮ極となるように、各界磁巻線１２２に界磁電流Ｉｆを流す。この場合、Ｓ極の各永久磁石１３３の位置に合わせて設けられている各第１ティース１１６において、回転子３２に対向する各第１ティース１１６の磁極の極性は、Ｓ極となる。これにより、界磁極形成部１９０の界磁磁束は増加する。一方、各界磁巻線１２２に界磁電流Ｉｆを逆方向に流した場合、界磁極形成部１９０の界磁磁束は減少する。これにより、出力範囲の広いハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機３を得ることができる。
【００７０】
このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機３によれば、第１の固定子１２および第２の固定子２２のそれぞれは、回転子３２の径方向について、回転子３２と対向している。これにより、回転子３２の軸方向に細長い形状のモータを作製することができる。
【００７１】
実施の形態４．
次に、実施の形態４におけるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機について、図１３を用いて説明する。実施の形態４では、第１の固定子において、界磁巻線の数および各永久磁石の配置が実施の形態３と異なっている。図１３は、この発明を実施するための実施の形態４によるハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の第１の固定子を示す斜視図である。
【００７２】
第１の固定子１３は、第１固定子コア１０１と、１つの界磁巻線１２３と、複数の永久磁石１３４と、複数の永久磁石１３５とを有している。第１固定子コア１０１は、第１固定子コアベース１１５と、複数の第１ティース１１６と、複数の第２ティース１１７とを有している。各第１ティース１１６および各第２ティース１１７は、第１固定子コアベース１１５から、回転子３２の径方向外側に向けて突出している。
【００７３】
第１の領域１７１には、各永久磁石１３４および各第１ティース１１６が、回転子３２の周方向へ互いに間隔をあけて、交互に並べられている。各永久磁石１３４の形状は、直方体形状である。回転子３２に対向する各永久磁石１３４の磁極の極性は、Ｎ極である。この例では、各第１ティース１１６および各永久磁石１３４は、回転子３２の周方向へ互いに等間隔に並べられている。
【００７４】
第２の領域１７２には、各永久磁石１３５および各第２ティース１１７が、回転子３２の周方向へ互いに間隔をあけて、交互に並べられている。各永久磁石１３５は、回転子３２の軸方向について、各第１ティース１１６の位置に合わせて配置されている。各永久磁石１３５と各第１ティース１１６との間には、隙間が設けられている。各第２ティース１１７は、回転子３２の軸方向について、各永久磁石１３４の位置に合わせて配置されている。各第２ティース１１７と各永久磁石１３４との間には、隙間が設けられている。各永久磁石１３５の形状は、直方体形状である。回転子３２に対向する各永久磁石１３５の磁極の極性は、Ｓ極である。
【００７５】
界磁巻線１２３は、第１の領域１７１および第２の領域１７２の境界において、回転子３２の周方向へ巻かれている。界磁巻線１２３は、各永久磁石１３４と各第２ティース１１７との間を通っている。また、界磁巻線１２３は、各第１ティース１１６と各永久磁石１３５との間を通っている。各第１ティース１１６および各第２ティース１１７は、極ティースを構成する。各第１ティース１１６および各第２ティース１１７には、界磁巻線１２３への通電によって磁極がそれぞれ形成される。永久磁石１３４および各第２ティース１１７は、界磁極形成部１９０を形成する。また、永久磁石１３５および各第１ティース１１６は、界磁極形成部１９０を形成する。
【００７６】
界磁巻線１２３に、第１の領域１７１から第２の領域１７２を見た場合に時計回りとなる方向に界磁電流Ｉｆを流す。この場合、回転子３２に対向する各第２ティース１１７の磁極の極性は、Ｎ極となる。界磁極形成部１９０には、第２ティース１１７の磁極と、永久磁石１３４の磁極とによって界磁極が形成される。Ｎ極の各永久磁石１３４およびＮ極の各第２ティース１１７からなる界磁極形成部１９０では、Ｎ極の界磁磁束を増加することができる。また、回転子３２に対向する各第１ティース１１６の磁極の極性は、Ｓ極となる。界磁極形成部１９０には、第１ティース１１６の磁極と、永久磁石１３５の磁極とによって界磁極が形成される。Ｓ極の各永久磁石１３５およびＳ極の各第１ティース１１６からなる界磁極形成部１９０では、Ｓ極の界磁磁束を増加することができる。そのため、界磁極形成部１９０のそれぞれは、界磁磁束を増加することができる。
【００７７】
一方、界磁巻線１２３に、第１の領域１７１から第２の領域１７２を見た場合に反時計回りとなる方向に界磁電流Ｉｆを流した場合には、界磁磁束を減少することができる。これにより、第１の固定子１３の界磁磁束の増減範囲を拡大することができ、ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の出力範囲を拡大することができる。
【００７８】
このようなハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機によれば、界磁巻線の巻線工程の分だけハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機の作製工程を減らすことができる。
【符号の説明】
【００７９】
１，２，３  ハイブリッド界磁式ダブルギャップ同期機、１０，１１，１２，１３  第１の固定子、２０，２２  第２の固定子、３０，３２  回転子、１１１，１１６  第１ティース（極ティ−ス）、１１２，１１７  第２ティース（極ティ−ス）、１２０，１２１，１２２，１２３  界磁巻線、１３０，１３１，１３２，１３３，１３４，１３５  永久磁石、１９０  界磁極形成部、２２０，２２１  電機子巻線、３１１，３１２  突極。
【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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