(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界を形成する複数の相巻線よりなるステータコイル（１２）が分布巻きにて巻装されたステータコア（１１）を有するステータ（１０）と、前記ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータ（２０）と、を有し、
前記ロータは、互いに所定の電気角ピッチ離れて前記ステータに向かって突出し前記ステータコアに界磁束を流す複数の主極部（２３）、及び前記主極部に対して電気角で概ね９０度離れて前記ステータに向かって突出する複数の補極部（２４）を有するロータコア（２１）と、前記主極部に巻装されて前記界磁束を形成する主極巻線（２５）と、前記補極部に巻装されて誘導電流を発生させる補極巻線（２６）と、前記誘導電流を整流して形成した界磁電流を前記主極巻線に通電する整流回路（３４）と、を備えた界磁巻線型同期機において、
前記補極巻線は、前記ステータコイルの基本波に重畳される回転数に依存しない時間高調波電流により生成する磁束により前記誘導電流を発生させるものであり、前記ステータの周面に対する前記補極部の電磁ギャップ（Ｇ１）が前記主極部の電磁ギャップ（Ｇ２）よりも大きくされていることを特徴とする界磁巻線型同期機。
【請求項２】
回転磁界を形成する複数の相巻線よりなるステータコイル（１２）が分布巻きにて巻装されたステータコア（１１）を有するステータ（１０）と、前記ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータ（２０）と、を有し、
前記ロータは、互いに所定の電気角ピッチ離れて前記ステータに向かって突出し前記ステータコアに界磁束を流す複数の主極部（２３）、及び前記主極部に対して電気角で概ね９０度離れて前記ステータに向かって突出する複数の補極部（２４）を有するロータコア（２１）と、前記主極部に巻装されて前記界磁束を形成する主極巻線（２５）と、前記補極部に巻装されて誘導電流を発生させる補極巻線（２６）と、前記誘導電流を整流して形成した界磁電流を前記主極巻線に通電する整流回路（３４）と、を備えた界磁巻線型同期機において、
前記補極巻線は、前記ステータコイルの基本波に重畳される時間高調波電流により生成する磁束により前記誘導電流を発生させるものであり、前記ステータの周面に対する前記補極部の電磁ギャップ（Ｇ１）が前記主極部の電磁ギャップ（Ｇ２）よりも大きくされ、
前記補極部と前記ステータの間に永久磁石（３８）が配置されていることを特徴とする界磁巻線型同期機。
【請求項３】
前記永久磁石は、前記主極部から遅れ方向に電気角で概ね９０度ずれた位置で前記主極部の極性と同一極性となる状態に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の界磁巻線型同期機。
【請求項４】
回転磁界を形成する複数の相巻線よりなるステータコイル（１２）が分布巻きにて巻装されたステータコア（１１）を有するステータ（１０）と、前記ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータ（２０）と、を有し、
前記ロータは、互いに所定の電気角ピッチ離れて前記ステータに向かって突出し前記ステータコアに界磁束を流す複数の主極部（２３）、及び前記主極部に対して電気角で概ね９０度離れて前記ステータに向かって突出する複数の補極部（２４）を有するロータコア（２１）と、前記主極部に巻装されて前記界磁束を形成する主極巻線（２５）と、前記補極部に巻装されて誘導電流を発生させる補極巻線（２６）と、前記誘導電流を整流して形成した界磁電流を前記主極巻線に通電する整流回路（３４）と、を備えた界磁巻線型同期機において、
前記補極巻線は、前記ステータコイルの基本波に重畳される時間高調波電流により生成する磁束により前記誘導電流を発生させるものであり、前記ステータの周面に対する前記補極部の電磁ギャップ（Ｇ１）が前記主極部の電磁ギャップ（Ｇ２）よりも大きくされ、
前記整流回路と前記主極巻線の間にスイッチ（３６）が設けられていることを特徴とする界磁巻線型同期機。
【請求項５】
回転磁界を形成する複数の相巻線よりなるステータコイル（１２）が分布巻きにて巻装されたステータコア（１１）を有するステータ（１０）と、前記ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータ（２０）と、を有し、
前記ロータは、互いに所定の電気角ピッチ離れて前記ステータに向かって突出し前記ステータコアに界磁束を流す複数の主極部（２３）、及び前記主極部に対して電気角で概ね９０度離れて前記ステータに向かって突出する複数の補極部（２４）を有するロータコア（２１）と、前記主極部に巻装されて前記界磁束を形成する主極巻線（２５）と、前記補極部に巻装されて誘導電流を発生させる補極巻線（２６）と、前記誘導電流を整流して形成した界磁電流を前記主極巻線に通電する整流回路（３４）と、を備えた界磁巻線型同期機において、
前記補極巻線は、前記ステータコイルの基本波に重畳される時間高調波電流により生成する磁束により前記誘導電流を発生させるものであり、前記ステータの周面に対する前記補極部の電磁ギャップ（Ｇ１）が前記主極部の電磁ギャップ（Ｇ２）よりも大きくされ、
前記補極部に巻装され、前記主極巻線と直列に接続された補極補助巻線（１２５ａ，１２５ｂ）が設けられていることを特徴とする界磁巻線型同期機。
【請求項６】
前記補極補助巻線は、前記主極部から遅れ方向に電気角で概ね９０度ずれた位置で前記主極部の極性と同一極性となるように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の界磁巻線型同期機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば車両に搭載されて電動機や発電機、発電電動機として使用される界磁巻線型同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両に搭載されて使用される同期機として、回転磁界形成のための複数の相巻線よりなるステータコイルが巻装されたステータコアを有するステータと、該ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータと、を備えたものが種々知られている。
【０００３】
この同期機の一種として、特許文献１には、互いに所定の電気角ピッチ離れてステータに向かって突出しステータコアに磁束を流す複数の主極部を有するロータコアと、該ロータコアの各主極部に巻装されて磁束を形成する主極巻線とを有するロータを備えた界磁巻線型同期機が開示されている。この界磁巻線型同期機では、ロータコアの主極部に直接、励磁磁束を鎖交させて主極巻線に励磁を行うことでトルクを発生させているが、トルクリップルが大きくなるという問題があった。
【０００４】
また、特許文献２〜４には、ロータコアの主極部に対して電気角で概ね９０度離れてステータに向かって突出する補極部と、該補極部に巻装されてステータコイルが生成する磁束に重畳される高調波電流により誘導電流を発生させる補極巻線とを備えた界磁巻線型同期機が開示されている。これらの界磁巻線型同期機では、ステータコイルで生成された励磁電流を主極部間に配置された補極巻線に誘導して、その誘導電流を主極巻線に供給することでトルクを発生させる。これらの場合には、トルクリップルは小さいものの、最大負荷時に補極部が飽和して高調波電流により発生する誘導電流が小さいため、十分なトルクを出せないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１７８２１１号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２１８５号公報
【特許文献３】特開２０１５−１５８４６号公報
【特許文献４】特開２０１５−２３７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、最大負荷時に、より大きなトルクを発生し得るようにした界磁巻線型同期機を提供することを解決すべき課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するためになされた本発明は、
回転磁界を形成する複数の相巻線よりなるステータコイル（１２）が分布巻きにて巻装されたステータコア（１１）を有するステータ（１０）と、前記ステータの周面に電磁ギャップを隔てて対面しつつ回転するロータ（２０）と、を有し、
前記ロータは、互いに所定の電気角ピッチ離れて前記ステータに向かって突出し前記ステータコアに界磁束を流す複数の主極部（２３）、及び前記主極部に対して電気角で概ね９０度離れて前記ステータに向かって突出する複数の補極部（２４）を有するロータコア（２１）と、前記主極部に巻装されて前記界磁束を形成する主極巻線（２５）と、前記補極部に巻装されて誘導電流を発生させる補極巻線（２６）と、前記誘導電流を整流して形成した界磁電流を前記主極巻線に通電する整流回路（３４）と、を備えた界磁巻線型同期機において、
前記補極巻線は、前記ステータコイルの基本波に重畳される回転数に依存しない時間高調波電流により生成する磁束により前記誘導電流を発生させるものであり、前記ステータの周面に対する前記補極部の電磁ギャップ（Ｇ１）が前記主極部の電磁ギャップ（Ｇ２）よりも大きくされていることを特徴とする。
【０００８】
この構成によれば、補極巻線は、ステータコイルの基本波に重畳される時間高調波電流により生成する磁束により誘導電流を発生させるものであり、ステータの周面に対する補極部の電磁ギャップが主極部の電磁ギャップよりも大きくされている。そのため、最大負荷時において補極部が飽和することを緩和することができるので、補極部に巻装された補極巻線に対する、時間高調波電流による誘導電流の発生を促進することができる。これにより、最大負荷時に、より大きなトルクを発生することができる。
【０００９】
なお、本発明では、ステータコイルが分布巻きにてステータコアに巻装されていることを前提としている。以下、前記特許文献３，４のように、ステータコイルが集中巻きにて巻装さることを前提としている場合と異なる点について説明する。
【００１０】
ステータコイルが集中巻きの場合には、コイルの分布が正弦波状になっておらず、主磁束分布がＮ、Ｓ方向を含め３等分され、３相の電流により回転磁束分布を作る。そのため、ステータギャップ表面上には、基本波（１次）に大きな低次数成分（３次、５次）を含み、更に磁気回路も分割数（主に３）が大雑把であるため、前記磁束分布は大きく歪んでおり低次数の大きな成分を持っている。この状態でロータが回転を始めると、先のステータコイルの電流により、磁束分布も回転方向に移動を始める。この時、集中巻きでは、コイルと磁気回路で先述のように回転方向での変化が一様ではなく低次数成分を含んでいることから、ステータの回転磁界に伴い、一定の基本波通電を行っても、ロータ界磁巻線に鎖交する磁束は低次数で変動し、これにより界磁巻線に電流が励磁される。
【００１１】
上記により、集中巻きのロータ界磁巻線への励磁電流は、回転数に比例し、逆に停止時や極低回転では励磁電流は殆ど発生しない。また、回転に伴う鎖交磁束変化を利用しているので、励磁電流は回転数に比例し、その他の要因や手段では制御することができない。
【００１２】
これに対して、ステータコイルが分布巻きの場合には、回転方向に対し、巻線と磁気回路の分布に低い次数での歪みを持たず、回転に伴う鎖交磁束の変化は、多スロット構造による磁気変動で高次のものが多く、変動も低減されるように設計されているためこれに起因する励磁量は低い。そのため、励磁量を増加させるために、元々の基本波状の磁束分布の振幅を変動することにより、ロータ側への鎖交磁束を変動させることでロータコイルに励磁電流を誘起させるようにする。そのために、ステータ電流の基本波に時間高調波を重畳させる。これにより、回転数に関係なく要求する励磁力に比例する振幅の時間高調波を入力することで要望の励磁電流を得ることができる。
【００１３】
以上のように、特許文献３，４の場合には、空間高調波を前提にした励磁方法であり、先述のように回転数に比例するロータ界磁巻線への励磁方法であるため、回転数が低い時や回転停止時には殆ど励磁することができない。また、回転数に比例するので、逆に高回転時には過励磁になる傾向があり、回転数全域で界磁を制御したい場合には適切ではない。これに対して、本発明のように、基本波電流に時間高調波を重畳する方法では、低回転時や回転停止時にもロータ界磁巻線に励磁が可能であり、ハイブリッド車や電気自動車において広域回転が要求される回転機に有用である。
【００１４】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載された具体的な部材や部位との対応関係を示すものであり、特許請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態１に係る界磁巻線型同期機の軸方向に沿う断面図である。
【図２】実施形態１に係るステータ及びロータの１磁極分の軸直角方向に沿う断面図である。
【図３】実施形態１に係る界磁巻線型同期機の回路図である。
【図４】実施形態１に係る界磁巻線型同期機においてスイッチング素子を設けた場合と設けない場合の励磁電流を比較するグラフである。
【図５】実施形態１に係る界磁巻線型同期機においてスイッチング素子を設けた場合と設けない場合のトルクを比較するグラフである。
【図６】実施形態２に係るステータ及びロータの１磁極分の軸直角方向に沿う断面図である。
【図７】実施形態２に係る界磁巻線型同期機において補極部の電磁ギャップ部を鉄、空気、永久磁石に置き換えた場合の励磁電流を比較するグラフである。
【図８】実施形態２に係る界磁巻線型同期機において補極部の電磁ギャップ部を鉄、空気、永久磁石に置き換えた場合のトルクを比較するグラフである。
【図９】本発明の界磁巻線型同期機においてステータ及びロータに形成される補極磁路を示す説明図である。
【図１０】本発明の界磁巻線型同期機において補極磁路のギャップ距離による磁化力と磁束密度との関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の界磁巻線型同期機における励磁用脈動電流の波形図である。
【図１２】実施形態３に係るステータ及びロータの１磁極分の軸直角方向に沿う断面図である。
【図１３】実施形態３に係る界磁巻線型同期機の界磁回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る界磁巻線型同期機の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１７】
〔実施形態１〕
実施形態１に係る電機子巻線給電方式の界磁巻線型同期機について、図１〜図５を参照して説明する。実施形態１の界磁巻線型同期機は、本発明を車両用の発電電動機に適用した例である。なお、実施形態１では、車両として、バッテリ及びエンジンを走行駆動力とするハイブリッド車、バッテリ駆動型の電気自動車、燃料電池車等を対象としている。
【００１８】
図１は、界磁巻線型同期機（以下、単に「発電電動機」という。）の軸方向に沿う断面図であり、この発電電動機は、ステータコア１１を有するステータ１０、ステータコア１１に巻装されたステータコイル（電機子巻線）１２、ロータコア２１を有するロータ２０、ロータコア２１の主極部２３及び補極部２４にそれぞれ巻装された主極巻線（界磁巻線）２５及び補極巻線（界磁巻線）２６と、ロータシャフト２０ａ、フレーム３１，３２、位置センサ３３等を備えて構成されている。
【００１９】
ステータ１０は、フレーム３１，３２に固定されて収容されている。ロータ２０は、ベアリング２０ｂを介してフレーム３１，３２に回転可能に支持されている。また、位置センサ３３は、ロータシャフト２０ａに固定されて周方向に一定ピッチで磁気突極が形成された磁性輪板の外周面に対面して配置されて、上記磁気突極の通過を検出することにより、ロータ２０の回転位置を検出する。
【００２０】
上記構成による界磁巻線型同期機は、インバータ４１、コントローラ４２、電源３０により制御されて駆動する。インバータ４１は、位置センサ３３とコントローラ４２から出力された信号に基づいて、電源３０の電圧をステータコイル１２に印加する。ステータコイル１２は、分布巻きにて巻装された３相の相巻線を有しており、インバータ４１は、ステータコイル１２から所望の回転磁界が発生するように、前記３相の相巻線に電圧を印加する。コントローラ４２は、位置センサ３３から得られたロータ２０の回転位置に対応したステータ電流をステータコイル１２に通電するべくインバータ４１を断続制御する。
【００２１】
図２に示すように、ロータコア２１は、ステータ１０の内周面に対して所定の電磁ギャップを隔てて対面する状態でステータ１０と同軸状に配置されている。ロータコア２１は、ロータコア２１の外周面からステータ１０に向かって突出する複数対（実施形態１では４対）の主極部２３と、複数対（実施形態１では４対）の補極部２４とを有する。界磁極をなす主極部２３は、互いに所定の電気角ピッチ離れてステータ１０に向かって突出しており、ステータコア１１と界磁束の授受を行う。補極部２４は、主極部２３に対して電気角で概ね９０度離れてステータ１０に向かって突出している。即ち、補極部２４は、周方向に隣接する２つの主極部２３の間のｑ軸上に１つずつ設けられている。
【００２２】
本実施形態では、補極部２４の突出先端は、主極部２３の突出先端よりもロータ回転軸Ｏ側に位置している。これにより、ステータ１０の内周面に対する補極部２４の電磁ギャップＧ１は、主極部２３の電磁ギャップＧ２よりも大きくされている。即ち、補極部２４とステータ１０との間の電磁ギャップＧ１が大きくされていることにより、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）に起因する磁束（φ）がｑ軸磁路上に位置する補極部２４に流れ難くなるようにされている。これにより、補極部２４での磁束飽和が緩和されるようになっている。各主極部２３には、直列接続された主極巻線２５がそれぞれ巻装され、各補極部２４には、直列接続された補極巻線２６がそれぞれ巻装されている。
【００２３】
上記のように構成された界磁巻線型同期機の回路について図３を参照して説明する。３相のインバータ４１は、合計３つの上アーム素子４１１と合計３つの下アーム素子４１１とをもち、各アーム素子４１１は、それぞれ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）４１１ａ及びフライホイルダイオード４１１ｂにより構成されている。もちろん、各アーム素子４１１をＭＯＳ電界効果型トランジスタ等、他のトランジスタに代替してもよい。
【００２４】
主極巻線２５に誘導された交流電流は、ダイオード２７により半波整流され、一対の主極部２３の一方をＮ極に励磁し、他方をＳ極に励磁する。なお、半波整流された交流電流は、平滑コンデンサ２８により平滑されて脈動低減される。因みに、平滑コンデンサ４１２は、電源３０側の交流電流を平滑するためのものである。
【００２５】
界磁束を形成する界磁回路は、補極巻線２６と全波整流回路３４と主極巻線２５とからなり、ロータコア２１に固定乃至巻装されている。全波整流回路３４は、例えばロータシャフト２０ａに固定されたダイオード３５ａ〜３５ｄにより構成されている。
【００２６】
全波整流回路３４は、補極巻線２６の誘導電流を全波整流する。補極部２４に巻装された補極巻線２６は、ステータコイル１２の基本波に重畳される時間高調波電流によるｑ軸高調波電流成分により生成されるｑ軸高調波磁束により誘導電流を発生する。全波整流回路３４により全波整流された直流電流は、主極巻線２５に印加される。即ち、ステータコイル１２のｑ軸高調波電流成分は、補極巻線２６に誘導電流を発生させ、この誘導電流は、全波整流されて主極巻線２５に界磁電流を流す。なお、全波整流回路３４の代わりに半波整流回路を用いてもよい。
【００２７】
そして、全波整流回路３４と主極巻線２５の間には、スイッチング素子３６と平滑コンデンサ３７が設けられている。これにより、主極巻線２５を励磁するのに必要な電圧をスイッチング素子３６と平滑コンデンサ３７により発生させる。即ち、本実施形態では、スイッチング素子３６をＯＦＦにして、平滑コンデンサ３７が所望の電圧以上となった時にスイッチング素子３６をＯＮにすることにより、主極巻線２５に流れる励磁電流を確保するようにしている。主極巻線２５には、Ｌ成分があり、短期間に電流を流し込むためには電圧が必要で、スイッチング素子３６を一旦ＯＦＦにする事で平滑コンデンサ３７に電荷を蓄え、印加電圧を増加させる。これにより、主極巻線２５に対して印加できる電圧を効果的に増加させて励磁電流を増加させることができる。
【００２８】
なお、スイッチング素子３６は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）３６ａ及びフライホイルダイオード３６ｂにより構成されている。もちろん、スイッチング素子３６を他のトランジスタに代替してもよい。このスイッチング素子３６のＯＮ−ＯＦＦは、コンデンサ３７の電圧を検知して行うが、その励磁量はコントローラ４２により制御される。
【００２９】
以上のように、本実施形態の界磁巻線型同期機によれば、ステータ１０の内周面に対する補極部２４の電磁ギャップＧ１が、主極部２３の電磁ギャップＧ２よりも大きくされて、補極部２４とステータ１０との間の電磁ギャップＧ１が大きくされている。これにより、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）に起因する磁束（φ）がｑ軸磁路上に位置する補極部２４に流れ難くなるので、補極部２４での磁束飽和を緩和することができる。そのため、脈動電流による補極部２４の磁束変化が大きくなり、補極部２４に巻装された補極巻線２６に対する励磁電流の発生を促進させることができるので、より大きなトルクを発生させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、全波整流回路３４と主極巻線２５の間に、スイッチング素子３６と平滑コンデンサ３７が設けられている。これにより、スイッチング素子３６を一旦ＯＦＦにする事で平滑コンデンサ３７に電荷を蓄え、印加電圧を増加させることができる。そのため、主極巻線２５に対して印加できる電圧を効果的に増加させて励磁電流を増加させることができるので、その結果、トルク向上を図ることができる。
【００３１】
なお、実施形態１のようにスイッチング素子３６及び平滑コンデンサ３７を設けた場合と設けない場合の励磁電流の大きさを調べたところ、図４に示す結果が得られた。図４から明らかなように、スイッチング素子３６等を設けた場合には、設けない場合に比べて、励磁電流が約５倍であることが解った。
【００３２】
また、実施形態１のようにスイッチング素子３６及び平滑コンデンサ３７を設けた場合と設けない場合のトルクの大きさを調べたところ、図５に示す結果が得られた。図５から明らかなように、スイッチング素子３６等を設けた場合には、設けない場合に比べて、トルクが約４．５倍であることが解った。
【００３３】
〔実施形態２〕
実施形態２の界磁巻線型同期機は、実施形態１のものと基本的構成が同じであるが、実施形態１のロータ２０において、補極部２４とステータ１０の間に、永久磁石３８が配置されている点で実施形態１と異なる。よって、実施形態１の界磁巻線型同期機と共通する部材については詳しい説明は省略し、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材は同じ符号を用いる。
【００３４】
実施形態２では、図６に示すように、補極部２４とステータ１０との間に形成された電磁ギャップＧ１部に、永久磁石３８が１個ずつ配置されている。各永久磁石３８は、主極部２３から遅れ方向に電気角で概ね９０度ずれた位置で補極部２４の外周側端面に近接した状態で、主極部２３の極性と逆極性となる状態に配置されている。この場合、永久磁石３８とステータ１０の間に形成された電磁ギャップＧ３は、主極部２３の電磁ギャップＧ２よりも大きくされている。即ち、各永久磁石３８は、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）に起因するｑ軸磁路を通る磁束をバイアスするように配置されている。これにより、鉄や空気よりも磁気抵抗を大きくすることができ、更に永久磁石３８の磁束により補極部２４の磁束を増加することができるので、補極巻線２６の励磁性を向上させることができる。
【００３５】
以上のように構成された実施形態２の界磁巻線型同期機によれば、実施形態１の界磁巻線型同期機と同様の作用及び効果を奏する。さらに、実施形態２では、補極部２４とステータ１０の間に永久磁石３８が配置されているので、補極巻線２６の励磁性を向上させることができる。
【００３６】
なお、補極部２４とステータ１０の間の電磁ギャップＧ１部に配置される永久磁石３８は、上記とは逆に、主極部２３から遅れ方向に電気角で概ね９０度ずれた位置で、主極部２３の極性と同一極性となる状態に配置するようにしてもよい。即ち、永久磁石３８を配置することによって、ｑ軸磁路に逆バイアスのオフセット磁束を流すようにしている。この場合には、ステータ１０への負荷電流印加時に、鋼板透磁率の高い条件で作用させ、ステータ電流脈動による磁束変動に対して補極巻線２６での励磁電流を増幅させることができる。即ち、逆バイアスすることで、補極部２４での磁束飽和を緩和しつつ、時間高調波電流による磁束変化を鋼板の磁気特性の良いところで感度良く励磁電流に変換することができる。
【００３７】
なお、実施形態２に係る界磁巻線型同期機において補極部２４の電磁ギャップＧ１を鉄、空気、永久磁石３８に置き換えた場合の励磁電流とトルクについて調べたところ、図７及び図８に示す結果が得られた。図７及び図８から明らかなように、電磁ギャップＧ１に永久磁石３８を設けた場合には、鉄を設けた場合よりも磁気抵抗を大きくすることができ、更に永久磁石３８の磁束により補極部２４の磁束を増加することができるので、補極巻線２６の励磁性（トルク）を向上させることができる。
【００３８】
〔補極部２４の磁路の磁気抵抗による励磁性の検討〕
図９は、上記実施形態１に係るステータ及びロータ（図２）において、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）に起因して補極部２４を通る磁束φの通路（ｑ軸磁路）を示す説明図である。図１０は、図９において、補極磁路（ｑ軸磁路）のギャップ距離による磁化力と磁束密度との関係を示すグラフである。図１１は、補極磁路（ｑ軸磁路）を通る励磁用脈動電流の波形図である。
【００３９】
ここで、図９に示すｑ軸磁路上において、補極部２４とステータ１０との間に形成される電磁ギャップＧ１について検討する。（１）電磁ギャップＧ１が小の場合には、磁気抵抗が小さく、磁気回路が飽和する。この場合の励磁用脈動電流による磁化作動範囲をＦａ、その場合の磁束密度の作動範囲をＴａで示す。（２）電磁ギャップＧ１が大の場合には、磁気抵抗が大きく、磁気回路の飽和が緩和される。この場合の励磁用脈動電流による磁化作動範囲をＦｂ、その場合の磁束密度の作動範囲をＴｂで示す。（３）電磁ギャップＧ１に永久磁石を挿入し、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）とは逆方向の磁界をバイアスした場合には、磁気回路の飽和が更に緩和される。この場合の励磁用脈動電流による磁化作動範囲をＦｃ、その場合の磁束密度の作動範囲をＴｃで示す。
【００４０】
以上のように、同じ磁化力でも電磁ギャップＧ１の条件により磁束（φ）の磁気回路抵抗を変えることで、作用させる磁束密度を向上させることができ、励磁性を向上させることができる。
【００４１】
〔実施形態３〕
実施形態３の界磁巻線型同期機は、実施形態１のものと基本的構成が同じであるが、実施形態１のロータ２０に対して、補極部２４のロータ回転軸Ｏ側に補極補助巻線１２５ａ，１２５ｂが付加されている点で実施形態１と異なる。その他の構成等は、実施形態１と同じであるので詳しい説明は省略し、異なる点及び重要な点について説明する。なお、実施形態１と共通する部材は同じ符号を用いる。
【００４２】
実施形態３のロータ２０は、図１２及び図１３に示すように、ロータコア２１の補極部２４のロータ回転軸Ｏ側に補極補助巻線１２５ａ，１２５ｂが設けられている。この補極補助巻線１２５ａ，１２５ｂは、主極部２３から遅れ方向に電気角で概ね９０度ずれた位置で主極部２３の極性と同一極性となるように配置されている。この補極補助巻線１２５ａ，１２５ｂは、主極巻線２５に直列に接続され、主極巻線２５に流れる電流が大きくなるに比例して、ステータコイル１２のＡＴ（主電流）に起因する磁束（φ）の通り（図９参照）を妨げる向きに磁束が発生するように接続されている。即ち、一方の補極補助巻線１２５ａは、主極巻線２５と同一の巻き方向に巻かれており、他方の補極補助巻線１２５ｂは、主極巻線２５と反対の巻き方向に巻かれている。この補極補助巻線１２５ａ，１２５ｂは、主極巻線２５よりも低いターン数で巻装されている。
【００４３】
以上のように構成された実施形態３の界磁巻線型同期機によれば、実施形態１の界磁巻線型同期機と同様の作用及び効果を奏する。さらに、実施形態３では、配置スペースを抑えつつ、主極巻線２５の励磁量が大きい高負荷時に補極２４を通るステータコイル１２のＡＴ（主電流）磁束を抑制し、励磁性を高めることができる。
【００４４】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。例えば、上記の実施形態では、本発明を、インナロータ形式の界磁巻線型同期機に適用した例を説明したが、アウタロータ形式の界磁巻線型同期機に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
１０…ステータ、  １１…ステータコア、  １２…ステータコイル、  ２０…ロータ、  ２１…ロータコア、  ２３…主極部、  ２４…補極部、  ２５…主極巻線、  ２６…補極巻線、  ３４…全波整流回路、  ３６…スイッチング素子、  ３８…永久磁石、  １２５ａ，１２５ｂ…補極補助巻線、  Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３…電磁ギャップ。
【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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