(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子コア（１４ａ）と、前記固定子コアに巻き付けられる多相の固定子巻線（１４ｂ）とを含む固定子（１４）と、
前記固定子コアとギャップ（Ｇ）を介して回転自在に設けられる回転子（１３）と、
軸方向に前記固定子コアを挟むように設けられ、前記固定子コアの軸方向端面から突出する前記固定子巻線のコイルエンド部（ＣＥ）を覆う界磁極コア（１１，１５）と、
前記界磁極コアに巻き付けられる界磁巻線（１６，１７）とを有し、
前記固定子，前記回転子および前記界磁極コアに流れる磁束（ψａ，ψｂ）によって磁気回路（ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂ）が形成される回転電機（１０）において、
前記多相のうちで一相以上の前記固定子巻線は、前記コイルエンド部に流れる電流によって生じる前記界磁極コアに流れる前記磁束をキャンセルするように、前記コイルエンド部に周方向に電流が流れる第１巻線（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）と、前記コイルエンド部に前記第１巻線の前記コイルエンド部とは逆方向の周方向に電流が流れる第２巻線（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）とを含む巻線組を有することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第１巻線および前記第２巻線の前記コイルエンド部に流れる電流方向が逆方向であ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】
前記多相の全ての前記固定子巻線は、前記巻線組を有することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記巻線組を有する同相の前記固定子巻線は、周方向に隣り合うように前記固定子コアに巻き付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項５】
前記巻線組を有する同相の前記固定子巻線は、周方向に離間して前記固定子コアに巻き付けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記巻線組を有する同相の前記固定子巻線は、コイルピッチが周方向に電気角の１２０度以上で前記固定子コアに巻き付けられることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定子，回転子，界磁極コア，界磁巻線などを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、電機子巻線鎖交磁束量を調整可能な回転電動機であって、ロータをコンパクトに構成することができ、さらに、ステータからロータに入り込む磁力線が電機子巻線の磁束から受ける影響の低減を図ることを目的とする回転電動機に関する技術の一例が開示されている（例えば特許文献１を参照）。この回転電動機は、界磁ヨークは、ステータコアおよびロータコアの端部から軸方向に離間した位置に配置され、天板部と、側壁部と、筒状の突部とを備える。突部は、第２ロータコアの軸方向端部に向けて突出するように形成される。巻線は、突部の外周面に巻き付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６２３４７１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に記載の回転電動機は、コイルエンドを起磁力とする磁気回路が形成される。当該磁気回路における磁束の流れ方は、例えばステータ→界磁ヨーク→ロータ→ステータである。電機子巻線に電流を印加するとコイルエンドにも起磁力が生じ磁界が発生するため、界磁ヨークに磁束が流れる。当該界磁ヨークに流れる磁束に高調波成分が含まれると、鉄損が発生してしまい問題となる。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、界磁極コア（上記界磁ヨークに相当する）で生じる高調波磁束をキャンセルするように多相の固定子巻線（上記電機子巻線に相当する）に電流を流して、鉄損の発生を抑制できる回転電機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】
【０００６】
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、固定子コア（１４ａ）と、前記固定子コアに巻き付けられる多相の固定子巻線（１４ｂ）とを含む固定子（１４）と、前記固定子コアとギャップ（Ｇ）を介して回転自在に設けられる回転子（１３）と、軸方向に前記固定子コアを挟むように設けられ、前記固定子コアの軸方向端面から突出する前記固定子巻線のコイルエンド部（ＣＥ）を覆う界磁極コア（１１，１５）と、前記界磁極コアに巻き付けられる界磁巻線（１６，１７）とを有し、前記固定子，前記回転子および前記界磁極コアに流れる磁束（ψａ，ψｂ）によって磁気回路（ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂ）が形成される回転電機（１０）において、前記多相のうちで一相以上の前記固定子巻線は、前記コイルエンド部に流れる電流によって生じる前記界磁極コアに流れる前記磁束をキャンセルするように、前記コイルエンド部に周方向に電流が流れる第１巻線（Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ）と、前記コイルエンド部に前記第１巻線の前記コイルエンド部とは逆方向の周方向に電流が流れる第２巻線（Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ）とを含む巻線組を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、多相のうちで一相以上の固定子巻線は、電流の流れる方向が互いに逆となる第１巻線と第２巻線とを含む巻線組を有する。特に、固定子コアから突出するコイルエンド部における第１巻線と第２巻線について電流の流れる方向が互いに逆となるようにするとよい。第１巻線と第２巻線とに流れる電流で発生する磁束が逆方向になるので、固定子巻線に流れる電流によって界磁極コアに生じる磁束がキャンセルされる。よって、界磁極コアに生じる磁束（特に高調波磁束）が小さくなる（あるいは無くなる）ので、鉄損の発生を抑制できる。
【０００８】
第２の発明は、前記巻線組を有する同相の固定子巻線は、周方向に隣り合うように前記固定子コアに巻き付けられることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、同相の固定子巻線に含まれる組巻線、すなわち第１巻線と第２巻線が周方向に隣り合うように固定子コアに巻き付けられる。第１巻線と第２巻線とに流れる電流で発生する磁束がキャンセルされるので、界磁極コアでの鉄損発生を抑制できる。また、この構成にすることで短節係数を高めることができる。例えば、周方向に離間して巻き付けられる第１巻線と第２巻線の構造例（例えば６スロット，４極）ではコイルピッチが電気角で１２０度になるのに対して、周方向に隣り合うように巻き付けられる第１巻線と第２巻線の構造例（例えば６スロット，５極）ではコイルピッチが電気角で１５０度になるため、短節係数が高くなる。さらに、固定子巻線を隣り合うように配置することで、第１巻線と第２巻線との間を接続する渡り線を短くできる。
【００１０】
第３の発明は、前記巻線組を有する同相の固定子巻線は、周方向に離間して前記固定子コアに巻き付けられることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、同相の固定子巻線に含まれる組巻線、すなわち第１巻線と第２巻線が周方向に離間して固定子コアに巻き付けられる。第１巻線と第２巻線は離間しているので、磁極歯（ティースとも呼ぶ）に鎖交する磁束により発生するラジアル力が分散するため、固定子の振動が減り、騒音の発生を抑制できる。
【００１２】
なお、「外側」は径方向における外径側や外周側を意味し、「内側」は径方向における内径側や内周側を意味する。「回転子（ロータ）」は、円形状（円環状や円筒状等を含む）に成形される。「回転電機」は、回転する部材（例えば軸やシャフト等）を有する機器であれば任意である。例えば、発電機，電動機，電動発電機等が該当する。発電機には電動発電機が発電機の場合を含み、電動機には電動発電機が電動機の場合を含む。「インナーロータ型」は回転子が固定子（ステータ）よりも内側に配置される構成である。「アウターロータ型」は回転子が固定子よりも外側に配置される構成である。「固定子巻線」は固定子巻線であり、一本状の巻線でもよく、複数の導体線やコイルを電気的に接続して一本状にしたものでもよい。固定子巻線の相数は、三相以上であれば問わない。「コア」は鉄心とも呼び、少なくとも磁束が流れる部位を磁性体で形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】回転電機の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図２】回転電機の第１構成例を模式的に示す断面図である。
【図３】図２に示すIII−III線の断面図である。
【図４】固定子巻線の第１巻き付け例を周方向に展開した断面図である。
【図５】図３に示すV−V線の断面図である。
【図６】図３に示すVI−VI線の断面図である。
【図７】電気角に対する磁束の変化例を示すタイムチャート図である。
【図８】従来技術の電気角に対する磁束の変化例を示すタイムチャート図である。
【図９】界磁鎖交磁束と電機子起磁力との関係例を示すグラフ図である。
【図１０】鉄損と電機子起磁力との関係例を示すグラフ図である。
【図１１】回転電機の第２構成例を模式的に示す断面図である。
【図１２】固定子巻線の第２巻き付け例を周方向に展開した断面図である。
【図１３】回転電機の第３構成例を模式的に示す断面図である。
【図１４】回転電機の第４構成例を模式的に示す断面図である。
【図１５】回転電機の第５構成例を模式的に示す断面図である。
【図１６】回転電機の第６構成例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、図面に基づいて説明する。なお、特に明示しない限り、「接続する」という場合には電気的に接続することを意味する。各図は、本発明を説明するために必要な要素を図示し、実際の全要素を図示しているとは限らない。図示する要素以外の要素（例えばハウジングなど）については、各図で図示を省略し、明細書では説明を省略する。上下左右等の方向は、図面の記載を基準とする。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。例えば、「回転電機１０Ａ〜１０Ｅ」は「回転電機１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ」を意味する。「固定する」という場合には、どのように固定するかは任意であり、固定方法を問わない。
【００１５】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図１０を参照しながら説明する。図１に分解斜視図で示す回転電機１０は、インナーロータ型であって、界磁極コア１１，１５、回転軸１２、回転子１３、固定子１４などを有する。これらの要素は、図示するように軸方向に配置される。界磁極コア１１，１５は、回転子１３および固定子１４を挟むように設けられる。
【００１６】
図２には、組み付け後の回転電機１０Ａを断面図で示す。回転電機１０Ａは、回転電機１０の一例であり、回転子１３と固定子１４との間の磁束密度を界磁巻線１６に流す界磁電流Ｉｆ（図２を参照）を制御することで可変できるように構成される。回転軸１２（シャフト）は回転自在に設けられる。この回転軸１２は、直接的または間接的に回転子１３と固定される。よって、回転軸１２と回転子１３は一体的に回転する。
【００１７】
回転子１３と固定子１４や、界磁極コア１１（特に被巻付部１１ａ）と回転子１３とは、いずれもギャップＧを介して設けられる。ギャップＧの距離（幅）は、回転子１３と固定子１４との間で磁束が流れ、界磁極コア１１と回転子１３との間で磁束が流れる限り、個別に任意の値を設定してよい。
【００１８】
回転子１３は、回転子コア１３ａや磁石１３ｂなどを有する。回転子コア１３ａは、電磁鋼板を積層させる構成としてもよく、単体の磁性材で構成してもよい。磁石１３ｂは、固定子１４と対面する側の回転子コア１３ａの外側に設けられる。この磁石１３ｂは、回転子コア１３ａの外側に露出してもよく、回転子コア１３ａに埋め込まれてもよい。磁石１３ｂの数は任意に設定でき、本形態では「２」とする（図３を参照）。すなわち、Ｎ極やＳ極の磁極数が「４」であり、磁極対数が「２」である。なお、回転子１３と界磁極コア１１との間に軸受（ベアリング）を介在させてもよい（図示を省略）。
【００１９】
固定子１４は、固定子コア１４ａや固定子巻線１４ｂなどを有する。固定子コア１４ａは、電磁鋼板を積層させる構成としてもよく、単体の磁性材で構成してもよい。固定子コア１４ａには、固定子巻線１４ｂを巻き付けるため、磁極歯ＴＥ（ティース；図４を参照）や、隣り合う磁極歯の相互間に設けられる空間であるスロットＳＬなどが形成される。磁極歯ＴＥとスロットＳＬの数はいずれも任意に設定してよい。通常は磁極歯ＴＥとスロットＳＬが交互に配置されるので、磁極歯ＴＥとスロットＳＬの数は等しい。本形態では、スロットＳＬの数「６」とする（図３を参照）。
【００２０】
固定子巻線１４ｂは多相の巻線であり、本形態では三相（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相）を適用する。固定子コア１４ａへの巻き付けは、集中巻でもよく、分布巻でもよい。本形態では、集中巻を適用する。固定子巻線１４ｂには、Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａと、Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂとを含む。前者のＵ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａは「第１巻線」に相当する。後者のＵ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂは「第２巻線」に相当する。第１巻線と第２巻線は「巻線組」に相当し、互いに逆方向に電流が流れるように設けられる。第１巻線と第２巻線は、互いに逆方向に巻き付けてもよく、同方向に巻き付けて逆方向に電流を流してもよい。本形態では、Ｕ相巻線ＵａとＵ相巻線Ｕｂの組、Ｖ相巻線ＶａとＶ相巻線Ｖｂの組、Ｗ相巻線ＷａとＷ相巻線Ｗｂの組がそれぞれ「巻線組」に相当する。
【００２１】
固定子１４に巻き付けられる固定子巻線１４ｂのうちで固定子コア１４ａから突出する部位は、コイルエンド部ＣＥと呼ぶ（図４を参照）。本形態のコイルエンド部ＣＥには、第１巻線（本例ではＵ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（本例ではＵ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を含む（図４を参照）。
【００２２】
界磁極コア１１は、界磁巻線１６を巻き付けるための被巻付部１１ａなどを有する。同様に界磁極コア１５は、界磁巻線１７を巻き付けるための被巻付部１５ａなどを有する。界磁極コア１１，１５は、いずれも少なくとも磁束（例えば図５に示す磁束ψａや図６に示す磁束ψｂなど）が流れる部位を磁性体で形成する。
【００２３】
図３を参照しながら巻線組について説明する。図３に示す構成例では、Ｕ相巻線ＵａとＵ相巻線Ｕｂとが周方向に隣り合うように巻き付けられる。Ｖ相巻線ＶａとＶ相巻線Ｖｂとも周方向に隣り合うように巻き付けられる。Ｗ相巻線ＷａとＷ相巻線Ｗｂとも周方向に隣り合うように巻き付けられる。矢印を含む破線は、コイルエンド部ＣＥで流れる電流の方向を示す。凡例で示す電流の向きは、スロットＳＬで流れる電流の方向を示す。
【００２４】
図４に示すように、Ｕ相巻線ＵａとＵ相巻線Ｕｂとは互いに逆方向に電流が流れる。すなわち、Ｕ相巻線Ｕａに流れるＵ相電流Ｉｕａと、Ｕ相巻線Ｕｂに流れるＵ相電流Ｉｕｂとは、互いに逆方向になるようにする。Ｕ相巻線Ｕａに流れる電流によって生じる磁束と、Ｕ相巻線Ｕｂに流れる電流によって生じる磁束とは、互いに逆方向になるためにキャンセルされる。このことは、Ｖ相巻線Ｖａ，Ｖ相電流ＩｖａとＶ相巻線Ｖｂ，Ｖ相電流Ｉｖｂとの関係や、Ｗ相巻線Ｗａ，Ｗ相電流ＩｗａとＷ相巻線Ｗｂ，Ｗ相電流Ｉｗｂとの関係についても同様である。
【００２５】
図５には、第１巻線に電流を流して生じる磁束ψａで形成される磁気回路ＭＣ１ａ，ＭＣ２ａの一例を示す。磁気回路ＭＣ１ａは、固定子１４，回転子１３および界磁極コア１１に流れる磁束ψａによって形成される。磁気回路ＭＣ２ａは、固定子１４，回転子１３および界磁極コア１５に流れる磁束ψｂによって形成される。
【００２６】
図６には、第２巻線に電流を流して生じる磁束ψｂで形成される磁気回路ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ｂの一例を示す。磁気回路ＭＣ１ｂは、固定子１４，回転子１３および界磁極コア１１に流れる磁束ψｂによって形成される。磁気回路ＭＣ２ｂは、固定子１４，回転子１３および界磁極コア１５に流れる磁束ψｂによって形成される。
【００２７】
第１巻線と第２巻線に流れる電流が互いに逆方向であるので、図５に示す磁束ψａと図６に示す磁束ψｂもまた互いに逆方向に生じる。一点鎖線で示す磁束ψａと二点鎖線で示す磁束ψｂとの変化例を図７に示す。磁束ψａと磁束ψｂを合成した合成磁束ψｃ（実線で示す）は、理論的にゼロになる。こうして界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａと磁束ψｂ（特に高調波磁束）は互いにキャンセルされる。こうして磁束ψａと磁束ψｂがキャンセルされることから、磁気回路ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂも生じない。よって、図５と図６に示す磁気回路ＭＣ１ａ，ＭＣ１ｂ，ＭＣ２ａ，ＭＣ２ｂは、説明のために便宜的に図示するに過ぎない。
【００２８】
なお図８に示すように、従来技術ではＵ相巻線による磁束ψｕと、Ｖ相巻線による磁束ψｖと、Ｗ相巻線による磁束ψｗとによって合成される合成磁束ψｘ（二点鎖線で示す）が生じて界磁極コア１１に流れる。これに対して図７に示すように、磁束ψａと磁束ψｂがキャンセルされるために、合成磁束ψｃはゼロになる。
【００２９】
図９には、界磁極コア１１，１５に流れる界磁鎖交磁束（合成磁束ψｃに相当する）と、固定子巻線１４ｂに流す電流を変化させた場合に生じる電機子起磁力との関係例を示す。二点鎖線で示す特性線Ｌ１は、従来と同様に第１巻線と第２巻線に流す電流を同じにした場合の変化である。実線で示す特性線Ｌ２は、第１巻線と第２巻線に流す電流を逆方向にした場合の変化である。特性線Ｌ１は電機子起磁力が大きくなるにつれて界磁鎖交磁束が大きくなる。これに対して、特性線Ｌ２は電機子起磁力が大きくなっても界磁鎖交磁束はほとんど変化しない。
【００３０】
図１０には、合成磁束ψｃによって界磁極コア１１，１５で生じる鉄損と、固定子巻線１４ｂに流す電流を変化させた場合に生じる電機子起磁力との関係例を示す。二点鎖線で示す特性線Ｌ３は、従来と同様に第１巻線と第２巻線に流す電流を同じにした場合の変化である。実線で示す特性線Ｌ４は、第１巻線と第２巻線に流す電流を逆方向にした場合の変化である。特性線Ｌ３は電機子起磁力が大きくなるにつれて鉄損が大きくなる。これに対して、特性線Ｌ４は電機子起磁力が大きくなっても鉄損はほとんど変化しない。
【００３１】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は図１１，図１２を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。
【００３２】
図１１に示す回転電機１０Ｂは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｂは、図３に示す回転電機１０Ａの変形例であり、界磁巻線１６に流す界磁電流Ｉｆを制御することで回転子１３と固定子１４との間の磁束密度を可変できるように構成される。
【００３３】
回転電機１０Ｂが回転電機１０Ａと相違するのは、巻線組の配置である。すなわち、回転電機１０Ａは第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を周方向に隣り合うように巻き付ける。これに対して回転電機１０Ｂは、第１巻線と第２巻線を周方向に離間して巻き付ける。
【００３４】
上述した巻き付けにおける周方向の展開図を図１１に示す。図１２に図示するV−V線の断面図は図５と同様になり、VI−VI線の断面図は図６と同様になる。第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）は離間しているものの、流れる電流は互いに逆方向である。界磁極コア１１，１５の全体でみれば、磁束ψａと磁束ψｂは互いにキャンセルされる。よって、回転電機１０Ｂも図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。
【００３５】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１３を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。
【００３６】
図１３に示す回転電機１０Ｃは、回転電機１０の一例であり、回転子１３と固定子１４との間の磁束密度を界磁巻線１６に流す界磁電流Ｉｆを制御することで可変できるように構成される。
【００３７】
回転電機１０Ｃは、図３に示す回転電機１０Ａの変形例である。回転電機１０Ｃが回転電機１０Ａと相違するのは、スロットＳＬの数と、磁石１３ｂの数である。すなわち回転電機１０Ａは、スロットＳＬの数が「６」であり、磁石１３ｂの数が「２」である。これに対して回転電機１０Ｃは、スロットＳＬの数が「１２」であり、磁石１３ｂの数が「５」である。
【００３８】
巻線組の配置は、スロットＳＬの数が異なるものの、実施の形態１と同様である。よって、回転電機１０Ｃは図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。また、界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がキャンセルされて小さくなる（あるいは無くなる）ので、界磁極コア１１，１５での鉄損発生を抑制できる。また、この構成にすることで短節係数を高めることができる。周方向に隣り合うように巻き付けられる第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）はスロットＳＬの数や磁石１３ｂの数に応じてコイルピッチが電気角θ（例えば１２０度≦θ≦２４０度）になるため、短節係数が高くなる。さらに、固定子巻線１４ｂを隣り合うように配置することで、第１巻線と第２巻線との間を接続する渡り線を短くできる。
【００３９】
図示を省略するが、実施の形態２と同様にして、第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を周方向に離間して巻き付けてもよい。周方向の展開図は図１１と同様になる。よって、回転電機１０Ｃも図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。
【００４０】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は図１４を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３で用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。
【００４１】
図１４に示す回転電機１０Ｄは、回転電機１０の一例であり、回転子１３と固定子１４との間の磁束密度を界磁巻線１６に流す界磁電流Ｉｆを制御することで可変できるように構成される。
【００４２】
回転電機１０Ｄは、図１１に示す回転電機１０Ｂの変形例である。回転電機１０Ｄが回転電機１０Ａと相違するのは、スロットＳＬの数と、磁石１３ｂの数である。すなわち回転電機１０Ａは、スロットＳＬの数が「６」であり、磁石１３ｂの数が「２」である。これに対して回転電機１０Ｄは、スロットＳＬの数が「１２」であり、磁石１３ｂの数が「７」である。
【００４３】
巻線組の配置は、スロットＳＬの数が異なるものの、実施の形態１と同様である。よって、回転電機１０Ｄは図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。また、界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がキャンセルされて小さくなる（あるいは無くなる）ので、界磁極コア１１，１５での鉄損発生を抑制できる。また、この構成にすることで短節係数を高めることができる。周方向に隣り合うように巻き付けられる第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）はスロットＳＬの数や磁石１３ｂの数に応じてコイルピッチが電気角θ（例えば１２０度≦θ≦２４０度）になるため、短節係数が高くなる。さらに、固定子巻線１４ｂを隣り合うように配置することで、第１巻線と第２巻線との間を接続する渡り線を短くできる。
【００４４】
図示を省略するが、実施の形態２と同様にして、第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を周方向に離間して巻き付けてもよい。周方向の展開図は図１１と同様になる。よって、回転電機１０Ｄも図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。
【００４５】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は図１５を参照しながら説明する。なお図示および説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜４用いた要素と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略する。よって、主に実施の形態１〜４と相違する点を説明する。
【００４６】
図１５に示す回転電機１０Ｅは、回転電機１０の一例であり、回転子１３と固定子１４との間の磁束密度を界磁巻線１６に流す界磁電流Ｉｆを制御することで可変できるように構成される。
【００４７】
回転電機１０Ｅは、図３に示す回転電機１０Ａの変形例である。回転電機１０Ｅが回転電機１０Ａと相違するのは、磁石１３ｂの数である。すなわち、回転電機１０Ａは磁石１３ｂの数が「２」であるのに対し、回転電機１０Ｅは磁石１３ｂの数が「１」である。
【００４８】
巻線組の配置は、実施の形態１と同様にして、第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を周方向に隣り合うように巻き付ける。この場合の周方向の展開図は図４と同様になる。図示を省略するが、実施の形態２と同様にして、第１巻線と第２巻線を周方向に離間して巻き付けてもよい。この場合の周方向の展開図は図１１と同様になる。いずれの巻き付けにせよ、回転電機１０Ｅは図９や図９に示す特性線Ｌ２，Ｌ４のような特性が得られる。よって、音の発生を抑制できる。
【００４９】
〔他の実施の形態〕
以上では本発明を実施するための形態について実施の形態１〜５に従って説明したが、本発明は当該形態に何ら限定されるものではない。言い換えれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施することもできる。例えば、次に示す各形態を実現してもよい。
【００５０】
上述した実施の形態１〜５では、固定子コア１４ａに対して固定子巻線１４ｂを集中巻で巻き付ける構成とした（図３，図１１，図１３，図１４，図１５を参照）。この形態に代えて、図１６に示すように、固定子コア１４ａに対して固定子巻線１４ｂを分布巻で巻き付ける構成としてもよい。図１６に示す回転電機１０Ｆは回転電機１０の一例であり、Ｕ相巻線Ｕａ，Ｕｂを実線で示し、Ｖ相巻線Ｖａ，Ｖｂを二点鎖線で示し、Ｗ相巻線Ｗａ，Ｗｂを一点鎖線で示す。第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）とは、周方向に逆方向に巻き付ける。固定子コア１４ａに対する固定子巻線１４ｂの巻き付けが相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５１】
上述した実施の形態１〜５では、回転子１３は一以上の磁石１３ｂを有する構成とした（図２，図３，図５，図６，図１１，図１３〜図１５を参照）。この形態に代えて、回転子１３は任意の構成としてもよい。回転子１３に設ける磁石１３ｂの数や配置等を問わず、磁石１３ｂが無い回転子１３でもよい。すなわち、界磁極コア１１および界磁極コア１５のうちで一方または双方と、第１巻線と第２巻線との組み合わせを含み、コイルエンド部ＣＥを起磁力とする磁気回路が形成される回転電機１０に適用することができる。固定子１４は電流が互いに逆方向に流れる第１巻線と第２巻線を有するので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５２】
上述した実施の形態１〜５では、電流方向が逆方向になる第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を固定子１４に備える構成とした（図３，図４，図１１，図１２，図１３〜図１５を参照）。この形態に代えて、第１巻線および第２巻線とともに、固定子巻線１４ｂに相当する他の巻線を固定子１４に備える構成としてもよい。他の巻線は、第１巻線や第２巻線と同様にして、例えば第３巻線（Ｕ相巻線Ｕｃ，Ｖ相巻線Ｖｃ，Ｗ相巻線Ｗｃ）や、当該第３巻線とともに第４巻線（Ｕ相巻線Ｕｄ，Ｖ相巻線Ｖｄ，Ｗ相巻線Ｗｄ）などが該当する（図示せず）。第３巻線と第４巻線は「巻線組」に相当し、コイルエンド部ＣＥなどで電流方向が逆方向になるように配置するとよい。他の巻線については、数を問わず、巻き付け（集中巻や分布巻など）を問わず、巻線組であるか否かを問わない。固定子巻線１４ｂの構成が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５３】
上述した実施の形態１〜５では、固定子巻線１４ｂを三相の巻線、すなわちＵ相巻線Ｕａ，Ｕｂ、Ｖ相巻線Ｖａ，Ｖｂ、Ｗ相巻線Ｗａ，Ｗｂで構成した（図３，図４，図１１〜図１５を参照）。この形態に代えて、固定子巻線１４ｂを四相以上の巻線で構成してもよい。単に固定子巻線１４ｂの相数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５４】
上述した実施の形態１〜５では、多相（三相）の固定子巻線１４ｂの全てについて、巻線組となる第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）を含む構成とした（図３，図４，図１１〜図１５を参照）。この形態に代えて、多相の固定子巻線１４ｂのうち、全てを除く一相以上について、第１巻線と第２巻線を含む構成としてもよい。例えば、第１巻線としてのＵ相巻線Ｕａと、第２巻線としてのＵ相巻線Ｕｂとの巻線組を固定子巻線１４ｂに含む。多相の固定子巻線１４ｂの全てについて巻線組を含む構成に比べると劣るものの、従来よりは実施の形態１〜５に示す作用効果が得られる。
【００５５】
上述した実施の形態１，２では、スロットＳＬの数を「６」とし、磁石１３ｂの数を「２」として固定子１４を構成した（図３，図１１を参照）。実施の形態３，４では、スロットＳＬの数を「１２」とし、磁石１３ｂの数を「５」として固定子１４を構成した（図１３，図１４を参照）。実施の形態５では、スロットＳＬの数を「６」とし、磁石１３ｂの数を「１」として固定子１４を構成した（図１５を参照）。これらの形態に代えて、これら以外の数で、スロットＳＬの数と磁石１３ｂの数を設定してもよい。回転電機１０の定格や使用目的（トルク重視や回転速度重視など）等に応じて、それぞれ適切な数を設定するとよい。スロットＳＬや磁石１３ｂの数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５６】
上述した実施の形態１〜５では、回転電機１０（１０Ａ〜１０Ｅ）をインナーロータ型で構成した（図１〜図３，図５，図６，図１１，図１３〜図１５を参照）。この形態に代えて、回転電機１０をアウターロータ型で構成してもよい。回転子１３と固定子１４の配置が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５７】
上述した実施の形態１〜５では、界磁極コア１１および界磁巻線１６と、界磁極コア１５および界磁巻線１７の双方を備える構成とした（図１，図２，図４〜図６，図１２を参照）。この形態に代えて、界磁極コア１１および界磁巻線１６と、界磁極コア１５および界磁巻線１７とのうちで、いずれか一方の界磁極コアおよび界磁巻線を備える構成としてもよい。この構成であっても、界磁極コアに生じる磁束ψａと磁束ψｂを互いにキャンセルできるので、実施の形態１〜５と同様の作用効果が得られる。
【００５８】
〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜５および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
【００５９】
（１）回転電機１０において、多相のうちで一相以上の固定子巻線１４ｂは、界磁極コア１１，１５で生じる磁束ψａ，ψｂをキャンセルするように、所定方向に電流が流れる第１巻線（Ｕ相巻線Ｕａ，Ｖ相巻線Ｖａ，Ｗ相巻線Ｗａ）と、第１巻線とは逆方向に電流が流れる第２巻線（Ｕ相巻線Ｕｂ，Ｖ相巻線Ｖｂ，Ｗ相巻線Ｗｂ）とを含む巻線組を有する構成とした（図１〜図１５を参照）。この構成によれば、多相のうちで一相以上の固定子巻線１４ｂは、電流の流れる方向が互いに逆となる第１巻線と第２巻線とを含む巻線組を有する。第１巻線と第２巻線とに流れる電流で発生する磁束ψａ，ψｂが逆方向になるので、固定子巻線１４ｂに流れる電流によって界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がキャンセルされる。よって、界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａ，ψｂが小さくなる（あるいは無くなる）ので、鉄損の発生を抑制できる。
【００６０】
界磁極コア１１，１５を通る磁束は界磁巻線１６，１７に鎖交するため、高調波磁束などの磁束変化は界磁巻線１６，１７に電流を印加する際に外乱となる。この外乱によって、例えば指令電流を流せない、電流の制御性が悪化等のように、制御する上で問題が生じる。しかし、本発明は電流の流れる方向が互いに逆となる第１巻線と第２巻線からなる巻線組を含むので、高調波磁束がキャンセルされ、当該問題が解決される。
【００６１】
（２）第１巻線および第２巻線の固定子コア１４ａから突出するコイルエンド部ＣＥに流れる電流方向が逆方向である構成とした（図４，図１２を参照）。この構成によれば、界磁極コア１１，１５に生じる磁束ψａ，ψｂの発生源である固定子巻線１４ｂのうちコイルエンド部ＣＥに第１巻線と第２巻線を含むので、磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がより確実にキャンセルされる。よって、磁束ψａ，ψｂがさらに小さくなる（あるいは無くなる）ので、さらに鉄損の発生を抑制できる。
【００６２】
（３）多相の全ての固定子巻線１４ｂは、巻線組を有する構成とした（図４，図１２を参照）。この構成によれば、多相の固定子巻線１４ｂの全てに巻線組を有するので、磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がより確実にキャンセルされる。よって、磁束ψａ，ψｂがさらに小さくなる（あるいは無くなる）ので、さらに鉄損の発生を抑制できる。
【００６３】
（４）巻線組を有する同相の固定子巻線１４ｂは、周方向に隣り合うように固定子コア１４ａに巻き付けられる構成とした（図３，図４，図１３〜図１５を参照）。この構成によれば、同相の固定子巻線１４ｂに含まれる組巻線、すなわち第１巻線と第２巻線が周方向に隣り合うように固定子コア１４ａに巻き付けられる。第１巻線と第２巻線とに流れる電流で発生する磁束ψａ，ψｂ（特に高調波磁束）がキャンセルされて小さくなる（あるいは無くなる）ので、界磁極コア１１，１５での鉄損発生を抑制できる。また、この構成にすることで短節係数を高めることができる。
【００６４】
（５）巻線組を有する同相の固定子巻線１４ｂは、周方向に離間して固定子コア１４ａに巻き付けられる構成とした（図１１，図１２を参照）。この構成によれば、同相の固定子巻線１４ｂに含まれる組巻線、すなわち第１巻線と第２巻線が周方向に離間して固定子コア１４ａに巻き付けられる。第１巻線と第２巻線は離間しているので、磁極歯ＴＥ（ティース）に鎖交する磁束により発生するラジアル力が分散するため、固定子１４の振動が減り、騒音の発生を抑制できる。
【００６５】
（６）巻線組を有する同相の固定子巻線１４ｂは、周方向にコイルピッチが電気角θの１２０度以上で固定子コア１４ａに巻き付けられる構成とした（図３，図１３，図１４を参照）。この構成によれば、より確実に短節係数を高めることができる。
【符号の説明】
【００６６】
１０（１０Ａ〜１０Ｅ）  回転電機
１１，１５  界磁極コア
１３  回転子（ロータ）
１４  固定子（ステータ）
１４ａ  固定子コア（ステータコア）
１４ｂ  固定子巻線（ステータ巻線）
１６，１７  界磁巻線
ψａ，ψｂ  磁束
Ｇ  ギャップ
Ｕａ，Ｖａ，Ｗａ  第１巻線（固定子巻線）
Ｕｂ，Ｖｂ，Ｗｂ  第２巻線（固定子巻線）
【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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