(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、
前記ロータは、前記磁束に重畳する高調波成分が鎖交することにより誘導電流が発生する複数の誘導コイルと、前記誘導電流を整流する複数の整流素子と、前記整流素子により整流された前記誘導電流が流れる界磁コイルと、前記ロータの軸方向端部に設けられるカバーと、を有し、
前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、回転軸の周りに配置されて、前記整流素子と閉回路を形成しており、
前記カバーの外面には、前記整流素子を収容し、前記閉回路を構成する接続用接点が設けられた複数のホルダが形成され、
前記整流素子は、前記接続用接点に接続される接続ピンを有し、前記接続ピンが前記接続用接点に接続された状態で締付部材により前記ホルダに固定されており、
前記界磁コイルは、前記ロータの径方向に延伸されている突極に巻かれており、
前記誘導コイルは、前記突極の間に形成されるスロット内に配置されている補極に巻かれており、
前記補極は、前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記補極に隣接する前記突極に支持される一対の脚部とを備える、回転電機。
【請求項２】
前記カバーの内側に前記接続用接点、前記誘導コイルおよび前記界磁コイルに接続される回路基板が配置されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
複数の前記ホルダは、前記カバーの外面において、均等間隔で周方向に並んで配置されており、
前記整流素子は、長手方向が周方向を向くように前記ホルダに収容されている請求項１または請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記整流素子は、前記回転軸の回転を検出する検出素子が設置される位置に対して、前記ロータを挟む当該軸方向の反対側に配置されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロータ側に交流電流を生成して界磁電流とする整流素子を配置する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、各種駆動装置に駆動源として搭載されている。例えば、車載用の回転電機として、ロータ側に埋め込まれた永久磁石によるマグネットトルクを利用して大出力（大トルク）を得られるようにするＩＰＭモータ（ HYPERLINK "http://www.weblio.jp/content/Interior+Permanent+Magnet+Motor" \o "Interior Permanent Magnet Motorの意味" Interior Permanent Magnet Motor）が知られている。このようなＩＰＭモータは、小型化や高出力化（高エネルギー密度化）の要求から、残留磁束密度が高く、耐熱性を確保できるネオジウム磁石を採用することが行われている。このネオジウム磁石は、Ｄｙ（ジスプロシウム）やＴｂ（テルビウム）のように高価な希土類を添加するものであることからコスト高の要因になる。また、台数の増加に伴い将来に渡って供給を確保することが不安定になる可能性がある。
【０００３】
このことから、近年の回転電機では、永久磁石を電磁石に置き換えた巻線界磁同期モータが提案されており、この巻線界磁同期モータには、ロータ側コイルで発生させた誘導電流を界磁電流とする自励式が提案されている。
【０００４】
この自励式の巻線界磁同期モータ（回転電機）としては、例えば、特許文献１に記載されているように、ステータ側の電機子コイルに供給する交流の駆動電流の基本周波数よりも高い周波数の漏れ磁束（高調波磁束）をロータ側に配置するコイルに鎖交させるようになっている。
【０００５】
この特許文献１に記載の回転電機では、漏れ磁束を鎖交させる第１のコイルで交流の誘導電流を発生させつつ整流素子で半波整流して、別の第２のコイルを自己励磁させることにより電磁石を備えることができ、永久磁石に代えてマグネットトルクを利用することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−５４０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この特許文献１に記載のような回転電機にあっては、直流電流で電磁石を形成するために、２つのダイオードを用いて複数個所に設置する第２のコイルをそれぞれ直列接続する回路構成としている。この回路構成では、ダイオードに対する負荷が大きいとともに、誘起電圧や巻線抵抗が高くなり、銅損が大きくなって変換効率が低下してしまう、という問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、基本周波数の磁束に重畳してロータ側に鎖交する漏れ磁束を、損失を少なく有効活用して電磁力を発生させ、高効率に回転駆動する回転電機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、通電により磁束を発生させる電機子コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転するロータと、を備える回転電機であって、前記ロータは、前記磁束に重畳する高調波成分が鎖交することにより誘導電流が発生する複数の誘導コイルと、前記誘導電流を整流する複数の整流素子と、前記整流素子により整流された前記誘導電流が流れる界磁コイルと、前記ロータの軸方向端部に設けられるカバーと、を有し、前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、回転軸の周りに配置されて、前記整流素子と閉回路を形成しており、前記カバーの外面には、前記整流素子を収容し、前記閉回路を構成する接続用接点が設けられた複数のホルダが形成され、前記整流素子は、前記接続用接点に接続される接続ピンを有し、前記接続ピンが前記接続用接点に接続された状態で締付部材により前記ホルダに固定されており、前記界磁コイルは、前記ロータの径方向に延伸されている突極に巻かれており、前記誘導コイルは、前記突極の間に形成されるスロット内に配置されている補極に巻かれており、前記補極は、前記誘導コイルが巻かれる本体部と、前記補極に隣接する前記突極に支持される一対の脚部とを備える。
【発明の効果】
【００１０】
このように本発明の一態様によれば、誘導コイル、界磁コイル、整流素子のそれぞれを、複数の閉回路が形成されるように配置して（セグメント化して）、それぞれの閉回路で同数のＮ極とＳ極の電磁石を備えるようにしているので、電流の誘導と電磁力の発生とを別にして効率よく機能させることができる。また、閉回路毎に整流して整流素子に対する負荷を小さく抑えつつ、誘起電圧や巻線抵抗を無用に高くすることを回避して銅損を小さく抑えることができる。
【００１１】
したがって、ロータ側に鎖交する漏れ磁束を、損失を少なく有効活用して電磁力を発生させることができ、高効率に回転駆動させることのできる回転電機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す円形のうちの半円部分の径方向断面図である。
【図２】図２は、図１における概略全体構成を示す円形のうちの一部を拡大する径方向断面図である。
【図３】図３は、誘導コイルと界磁コイルとをダイオードを介して接続する簡易な回路構成図である。
【図４】図４は、図３の回路と比較する回路構成図である。
【図５】図５は、図３の回路と比較する図４と異なる回路構成図である。
【図６】図６は、回転電機の全体の外観を示す斜視図である。
【図７】図７は、回転電機の全体の軸方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図７は本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図である。
【００１４】
図１および図２において、回転電機１００は、後述するように、外部からロータ２１にエネルギー入力する必要のない構造を有しており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載するのに好適な性能を有している。
【００１５】
回転電機１００は、概略円筒形状に形成されたステータ（固定子）１１と、図６および図７に示す駆動軸として回転するシャフト（回転軸）１０１に固定されてステータ１１内に収納されるロータ（回転子）２１と、を備えており、ロータ２１は、シャフト１０１に軸心を一致させて一体回転するように取り付けられている。
【００１６】
ステータ１１には、ロータ２１のロータティース２２の外周面２２ａにエアギャップＧを介して内周面１２ａ側を近接対面させるように、径方向に延伸されて突極形状に形成されている複数本のステータティース１２が周方向に均等配置されている。ステータティース１２には、隣接する側面間に形成される空間であるステータスロット１３を利用して、相毎の３相巻線をそれぞれ個々に集中巻きすることにより電機子コイル１４が形成されている。ステータティース１２は、電機子コイル１４に３相交流の駆動電流を入力することにより、内部に対面収納されているロータ２１を回転させる磁束を発生する電磁石として機能する。
【００１７】
ロータ２１には、ステータティース１２と同様に径方向に延伸されて突極形状に形成されている複数本のロータティース（突極）２２が周方向に均等配置されている。ロータティース２２は、ステータティース１２と全周方向の本数を異ならせて、相対回転時に外周面２２ａがステータティース１２の内周面１２ａに適宜近接対面するように形成されている。
【００１８】
これにより、回転電機１００は、ステータ１１のステータスロット１３内の電機子コイル１４が通電されることにより磁束が発生し、その磁束をステータティース１２の内周面１２ａから対面するロータティース２２の外周面２２ａに鎖交させることができる。この回転電機１００では、ステータティース１２との間で鎖交する磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（主回転力）によりロータ２１を相対回転させる。この結果、回転電機１００は、ステータ１１内で相対回転するロータ２１と軸心を一致させつつ一体回転するシャフト１０１から通電入力する電気的エネルギーを機械的エネルギーとして出力することができる。すなわち、回転電機１００は、リラクタンスモータとして構築されている。
【００１９】
このとき、回転電機１００では、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａに鎖交する磁束には高調波成分が重畳している。このため、ロータ２１側でも、ステータ１１側から鎖交する磁束の高調波成分の磁束密度の変化を利用して、内蔵するコイルに誘導電流（補助電流）を発生させ電磁力を得ることができる。
【００２０】
詳細には、ステータ１１の電機子コイル１４に基本周波数の駆動電力を供給するだけでは、ロータ２１（ロータティース２２）をその基本周波数で変動する主磁束で回転させるだけであることから、ロータ２１側にコイルを単に配置しても鎖交する磁束に変化はなく誘導電流が生じることはない。
【００２１】
その一方で、磁束には高調波成分が重畳しており、その高調波成分は基本周波数と異なる周期で時間的に変化しつつロータティース２２に外周面２２ａ側から鎖交する。このことから、基本周波数の磁束に重畳する高調波成分は、ロータティース２２の外周面２２ａの近傍にコイルを設置することにより、別途入力することなく、効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる高調波磁束は自己励磁するためのエネルギーとして回収することができる。
【００２２】
そこで、本実施形態の回転電機１００では、ロータ２１側において、補極コア材（補極）２５に集中巻した誘導コイル２７の全体をロータティース２２間のロータスロット２３内に収容して回転方向に並列配置するとともに、集中巻して直列接続した界磁コイル２８（２８１、２８２）がロータティース２２の全体で１段（１固まり）となるように配置されている。
【００２３】
補極コア材２５は、ロータ２１の軸心と平行なシャフト１０１やエンドカバーなどにネジ止め等する形態に代えて、ロータティース２２で対面する両側面２２ｂに脚部（支持部）３５を支持させるようになっており、誘導コイル２７を巻き付けた本体部３１をその脚部３５で連結支持してロータティース２２の側面２２ｂ間のロータスロット２３内に位置決め保持するようになっている。
【００２４】
補極コア材２５の本体部３１は、シャフト１０１と平行に延伸されつつ、ロータ２１のロータティース２２の両側面２２ｂに対面して誘導コイル２７を巻き付け可能な板状になるように電磁鋼板を積層することにより形成されており、この本体部３１は、ロータティース２２間のロータスロット２３内で、軸心からロータ２１の径方向外方に延伸して誘導コイル２７が巻き付けられ、その径方向外端部３２の外端面３２ａをステータ１１のステータティース１２の内周面１２ａに対面させるようにロータ２１に組み付けられている。なお、この補極コア材２５の本体部３１は、ロータ２１の外周面側の外端部３２がロータ２１の軸心側よりも厚くなるように形成されており、巻き付けた誘導コイル２７が回転時の遠心力でずれてしまうことを抑制するようになっている。ここで、ロータ２１の径方向外方とは、軸心を通る直線上において軸心から外周面の外側に向かう方向を意味する。
【００２５】
補極コア材２５の脚部３５は、シャフト１０１と平行に延長され、電磁鋼板を積層することにより形成されている。この補極コア材２５の脚部３５は、本体部３１のロータ２１の径方向内方端部３１ｉからロータティース２２の両側面２２ｂに向かって支持するように延伸された板状になるように形成されている。また、この脚部３５は、先端部３６を、ロータティース２２の両側面２２ｂに形成されている支持溝３９内に嵌め込むことにより組み付けて（連結させて）本体部３１を支持するようになっている。これにより、補極コア材２５は、脚部３５の先端部３６をロータティース２２の支持溝３９内に回転軸方向の端面側から嵌め込んでスライドさせることにより組み付けるようになっている。ここで、ロータ２１の径方向内方とは、軸心を通る直線上において外周面から軸心側に向かう方向を意味する。
【００２６】
この補極コア材２５の脚部３５は、本体部３１を支持する十分な強度を確保し、幅をできるだけ狭く形成した電磁鋼板を積層して形成されており、例えば、積層する電磁鋼板の２枚分の厚さ以下の幅で回転軸方向に延伸される形状に形成されている。すなわち、この脚部３５は、本体部３１とロータティース２２との間を通過する磁束量をできるだけ制限するように断面積の小さな板状にして、補極コア材２５が、ロータティース２２とは別個の磁極（補極）として機能するように、磁気的に独立した形態で支持するように形成されている。
【００２７】
これにより、ロータ２１は、補極コア材２５の脚部３５を通過する磁束量が制限され、通過しようとする磁束線が直ちに密になるため、簡単に磁気飽和する。このような構造から、補極コア材２５とロータティース２２との磁気結合を抑制することができ、補極コア材２５をロータティース２２から磁気的に十分に独立した状態で支持することができる。このため、ロータティース２２と補極コア材２５のそれぞれに鎖交する磁束が干渉しあって誘導電流や電磁力の発生効率を低下させてしまうことを回避することができ、ロータ２１を大トルクで高効率回転させることができる。
【００２８】
また、この構造により、ロータ２１は、補極コア材２５をロータティース２２に支持させる前に、そのロータティース２２の軸心側内方またはロータティース２２の全体に、界磁コイル２８の一部または全部を巻き付けることができ、この後に、補極コア材２５の脚部３５をロータティース２２の支持溝３９に嵌め込んで支持させることができる。
【００２９】
このとき、誘導コイル２７は、ロータティース２２に補極コア材２５の脚部３５を支持させる前に、あるいは、支持させた後に、本体部３１に巻き付ければよい。また、界磁コイル２８は、補極コア材２５の脚部３５よりも径方向内方の第１の界磁コイル２８１と、補極コア材２５の脚部３５よりも径方向外方の第２の界磁コイル２８２とに分割した状態でロータティース２２に巻き付けられており、この第１、第２の界磁コイル２８１、２８２は直列接続されて界磁コイル２８を構成している。
【００３０】
このように補極コア材２５の脚部３５によって支持させることで、ロータ２１は、誘導コイル２７を補極コア材２５の本体部３１に巻き付けてロータ２１の外周面側に位置させることができる。また、補極コア材２５の脚部３５をロータティース２２の支持溝３９に嵌め込んで支持させるため、その補極コア材２５の脚部３５に妨げられることなく、界磁コイル２８の第１、第２の界磁コイル２８１、２８２をロータティース２２の全体に巻き付けることができる。本発明に係る実施形態によれば、このような構成により、ロータスロット２３内の空間を有効利用して、効率よく誘導コイル２７で誘導電流を発生させ、また、その誘導電流を界磁コイル２８に供給して効果的に電磁力を発生させることができる。
【００３１】
なお、界磁コイル２８の第１、第２の界磁コイル２８１、２８２は、ロータティース２２の全体（径方向内方と径方向外方の両側）に一工程で巻き付ける際には、補極コア材２５の脚部３５がロータスロット２３内をスライドする空間を残した状態で巻き付ければよい。また、ロータティース２２に補極コア材２５を支持させる前後に第１、第２の界磁コイル２８１、２８２をそれぞれ巻き付ける際には、そのロータティース２２の軸心側内方（径方向内方）に第１の界磁コイル２８１を巻き付けた後に、補極コア材２５の本体部３１に誘導コイル２７を巻き付ける前に、あるいは、その本体部３１に誘導コイル２７が巻き付けられた状態で、そのロータティース２２の外周側外方（径方向外方）に第２の界磁コイル２８２を巻き付ければよい。
【００３２】
そして、誘導コイル２７は、電磁鋼（磁性体）からなる補極コア材２５を採用することにより、透磁率を高めて磁束を高密度に鎖交可能にしており、ステータティース１２の内周面１２ａに極力小さなエアギャップＧを介して対面する磁路上に位置させることで、より多くの高調波磁束を鎖交させるようになっている。この誘導コイル２７は、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａ側に鎖交する磁束の第３次の時間高調波成分を有効利用するように磁界解析を行って厳密に高調波磁路を確認することにより、効率よく誘導電流を発生させることができるように設置している。なお、誘導コイル２７は、界磁コイル２８との間に必要十分な空隙を確保するようにロータティース２２の間に位置するように配置されている。
【００３３】
このように、集中巻構造を採用することにより、誘導コイル２７や界磁コイル２８では、複数スロットに亘って周方向に巻線をする必要がなく、全体的に小型化することができる。また、誘導コイル２７では、１次側での銅損損失を低減しつつ、回転座標（ｄｑ軸）における第３次の時間高調波磁束の鎖交による誘導電流を効率よく発生させて、回収可能な損失エネルギーを増加させることができる。
ここで、回転座標（ｄｑ軸）における第３次の時間高調波は、静止座標においては第２次の空間高調波である。
【００３４】
また、誘導コイル２７には、回転座標における第２次の時間高調波磁束よりも、時間的変化や振幅の大きな第３次の時間高調波磁束を利用することにより、効果的に鎖交させて誘導電流を発生させることができ、効率よく回収することができる。
【００３５】
このように、誘導コイル２７および界磁コイル２８は、磁束経路が干渉し合わないように分割されて、ロータティース２２の全長と同等の長さ（幅）にわたって巻線することにより全体を有効利用して磁束を発生させているので、磁気的干渉を低減しつつ、効率よく誘導電流を発生させることができるとともに、効果的に電磁石として機能させて磁束を発生させることができる。
【００３６】
そして、回転電機１００は、回転座標における３ｆ次の時間高調波磁束（ｆ＝１、２、３・・・）を主に利用する構造として、ロータ２１側の突極（ロータティース２２）の数Ｐ：ステータ１１側のステータスロット１３の数Ｓが２：３になる構造に作製されている。例えば、３次の時間高調波磁束は、電機子コイル１４に入力する基本周波数よりも周波数が高いために短周期で脈動する。このため、ロータ２１は、ロータティース２２間の誘導コイル２７に鎖交する磁束強度が変化することにより、効率的に誘導電流を発生させることができ、基本周波数の磁束に重畳する高調波成分の損失エネルギーを効率よく回収して回転することができる。
【００３７】
また、このように、回転電機１００は、ロータ２１側とステータ１１側の間での相対的な磁気的作用の品質を決定する構造として、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比としてＰ／Ｓ＝２／３を採用するのは、電磁振動を低減して電磁騒音の小さな回転を実現するためである。
【００３８】
詳細には、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると、ロータティース突極数Ｐとステータスロット数Ｓの比に応じて、機械角３６０度内の周方向に磁束密度分布も分散化されるため、ステータ１１に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。
【００３９】
これに対して、回転電機１００では、ロータティース突極数Ｐ／ステータスロット数Ｓ＝２／３となる構造を採用することにより、機械角３６０度の全周に亘って均等な密度分布となる磁束を鎖交させることができ、ロータ２１をステータ１１内で高品質に回転させることができる。
【００４０】
これにより、回転電機１００では、高調波磁束を利用して、回転動作させることができるため、損失エネルギーを効率よく回収しつつ、電磁振動を大幅に低減し静寂性高く回転させることができる。
【００４１】
このように、回転電機１００は、ステータ１１の電機子コイル１４以外に電力供給することなく、ロータ２１側のｑ軸に配置する誘導コイル２７に誘導電流を効率よく発生させて、ｄ軸に配置する界磁コイル２８に界磁電流として供給し、自己励磁電磁石として機能させることができ、電機子コイル１４への電力供給による主回転力を補助する補助回転力（電磁力）を得て高効率回転させることができる。すなわち、この回転電機１００では、ｑ軸の高調波磁束も界磁エネルギー源として利用できるようにしており、ｑ軸に補極を配置しない構造よりも相互インダクタンス係数を高くして自励によるマグネットトルク密度を向上させることができている。
【００４２】
そして、誘導コイル２７は、ロータ２１の径方向に対して同一の周回巻線となる集中巻に形成されて、ロータ２１の周方向に配列されて並列接続されている。また、界磁コイル２８１、２８２が直列接続されて１段にされている界磁コイル２８は、ロータ２１の径方向に対して隣同士が逆向きの周回巻線となる集中巻に形成されて、直列接続されている界磁コイル２８１、２８２の両端部がさらにロータ２１の周方向の外周側と軸心側とを直列接続されている。
【００４３】
これら誘導コイル２７と界磁コイル２８は、隣接位置のロータティース２２とロータスロット２３との２組を１セットとして、ダイオード（整流素子）２９Ａ、２９Ｂと共に閉回路３０（図３を参照）を構成している。
【００４４】
閉回路３０は、図３に示すように、直列接続されている２つの界磁コイル２８（２組の界磁コイル２８１、２８２）の両端部が、並列接続されている２つの誘導コイル２７の両端部にそれぞれダイオード２９Ａ、２９Ｂを介して接続されている。
【００４５】
具体的に、閉回路３０は、逆向きの周回方向に集中巻きされて直列接続されている２つの界磁コイル２８の一方側の第１接続端部２８ａと、同一の周回方向に集中巻きされて並列接続されている２つの誘導コイル２７の２つの第１接続端部２７ａとが１つの接続点で接続されている。また、直列接続されている２つの界磁コイル２８の反対側の第２接続端部２８ｂはダイオード２９Ａ、２９Ｂの双方のカソード側の接続ピン２９ｃに接続され、また、並列接続されている２つの誘導コイル２７の２つの第２接続端部２７ｂはダイオード２９Ａ、２９Ｂのそれぞれのアノード側の接続ピン２９ｃに接続されている。
【００４６】
このダイオード２９Ａ、２９Ｂは、一般的なＨブリッジ型の全波整流回路を形成するのではなく、それぞれ１８０度位相差になるように結線して、一方の誘導電流を反転させて半波整流出力する中性点クランプ型の半波整流回路を形成している。
【００４７】
これにより、回転電機１００では、誘導コイル２７の透磁率の高い電磁鋼の補極コア材２５に、界磁コイル２８との干渉を極力少なく（誘導電流の減少を少なく）、ステータティース１２の内周面１２ａからロータティース２２の外周面２２ａ側に鎖交磁束に重畳する高調波成分を通過させることにより、誘導電流を効率よく発生させて回収することができる。誘導コイル２７の個々に発生させる誘導電流は、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流させた後に合流させて、直列接続させている界磁コイル２８の個々に流して有効利用することができ、その界磁コイル２８を効果的に自己励磁させて大きな磁束（電磁力）を発生させることができる。
【００４８】
また、この回転電機１００では、隣接する誘導コイル２７と界磁コイル２８の２組ずつとダイオード２９Ａ、２９Ｂとの１セットで閉回路３０を構成するが、閉回路３０における誘導コイル２７は同一の周回方向に巻かれる集中巻きにされて並列されているとともに、界磁コイル２８はロータ２１の全周方向に亘って巻かれる周回方向が交互になるように巻き付けられている。
【００４９】
このため、回転電機１００では、直流電力の通電により界磁コイル２８で発生する電磁石の磁化方向は周方向に向かって交互にされており、ステータ１１のステータティース１２に対してＮ極とＳ極とが交互に対面するようになっている。すなわち、回転電機１００は、閉回路３０毎の界磁コイル２８の一方がステータ１１に対してＮ極を対面させる第１の電磁石として機能し、また界磁コイル２８のもう一方がステータ１１に対してＳ極を対面させる第２の電磁石として機能し、それぞれ同数のＮ極またはＳ極を対面させる電磁石として機能するように界磁コイル２８が配置されている。
【００５０】
この結果、回転電機１００は、励起用と界磁用とで分割して独立させる誘導コイル２７および界磁コイル２８で、互いに干渉して弱め合ってしまうことを回避しつつ、発生する磁束を有効かつ平滑化させて利用することができ、効率よくエネルギーとして回収して出力することができる。すなわち、ロータティース２２が界磁コイル２８を巻き付ける突極を構成して、補極コア材２５が誘導コイル２７を巻き付ける補極を構成している。
【００５１】
また、この回転電機１００は、図３に示す閉回路３０の６セットが、図６に示すようにロータ２１の周方向に並列するように配置されており、ロータティース突極数Ｐ／ステータスロット数Ｓ＝２／３となる構造を採用することにより、それぞれの閉回路３０の誘導コイル２７に鎖交する高調波磁束の波形を共通にすることができる。このため、位相差なく誘導コイル２７で発生させる誘導電流は、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流した同程度の界磁電流として界磁コイル２８に供給することができ、発生する電磁力を損失なく有効利用してロータ２１を効率よくかつ高品質に回転駆動させることができる。
【００５２】
このような回路構成により、例えば、図４に示すように、ロータ２１の全ての誘導コイル２７および界磁コイル２８を２つのダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流してそれぞれ電磁石として機能させる直列回路とする場合よりも、図３に示す閉回路３０毎の６セットにセグメント化させているので、巻線抵抗が積算されて高抵抗値になってしまうことを回避することができる。
【００５３】
このため、例えば、車両を低速走行させるためにロータ２１を低速回転させるような場合では、誘導コイル２７に鎖交する磁束量の変化が小さくなって発生する誘導電流も小さくなるが、回転電機１００では、その誘導コイル２７や界磁コイル２８の巻線抵抗での浪費を少なくして（制限抵抗値を小さくして）界磁コイル２８を無駄な電力浪費なく励磁させることができる。これにより、効率よく電磁力を発生させてステータ１１の電機子コイル１４により発生させる回転力を有効に補助させることができる。
【００５４】
このとき、誘導コイル２７で発生させる誘導電圧や界磁コイル２８で発生する界磁電圧も分散させて低電圧に抑えることができ、巻線に通電することにより発生する銅損も低減することができる。そのため、誘導コイル２７の誘導電圧や界磁コイル２８の界磁電圧の積算値が上限を超えてしまわないように考慮する必要がなく、電圧値が高くなり過ぎるために所望のトルクを得ることができなくなってしまうことを回避することができる。
【００５５】
ところで、誘導コイル２７や界磁コイル２８の低抵抗化や低電圧化は、図５に示すように、その誘導コイル２７と界磁コイル２８の個々をそれぞれ並列接続することでも達成することができる。しかしながら、両端部を接続されて並列接続されている誘導コイル２７と界磁コイル２８のそれぞれでは、磁束の発生（変化）を打ち消す方向の磁束を発生させる誘起電圧が発生するので、誘導コイル２７や界磁コイル２８の並列回路内で循環する電流が発生してしまい磁束（磁力）の発生を妨げてしまう。このため、回転電機１００の整流回路としては、ロータ２１に閉回路３０を６セット配置するのが好適である。
【００５６】
そして、この回転電機１００は、図６および図７に示すように、ステータ１１の電機子コイル１４やロータ２１の誘導コイル２７と界磁コイル２８を、巻線作業した後の圧力成型により形状を一定にするようになっており、シャフト１０１の軸方向外側の形状を一定にしたロータ２１の外端面に、コイルエンドカバー１１０を取り付けて覆うようになっている。
【００５７】
コイルエンドカバー１１０は、後述するシャフト（駆動軸）１０１の連結端部１０１ａ側に取り付けられようになっており、その軸方向外側の外面１１０ａに、複数組のダイオード２９Ａ、２９Ｂが閉回路３０毎に設置されるようになっている。このダイオード２９Ａ、２９Ｂは、ケース（パッケージ）１２１内に収容されており、コイルエンドカバー１１０の外面１１０ａに形成されている複数のホルダ１１１内にそのケース１２１を容易に嵌め込んで接続ピン２９ｃを接続用接点１１２に接続することにより閉回路３０を形成するようになっている。
【００５８】
ホルダ１１１は、コイルエンドカバー１１０の外面１１０ａの周方向において閉回路３０に対応して均等間隔になる位置に配置されており、接続ピン２９ｃを含むケース１２１を嵌め込み可能で周方向に同一形状で連続する穴形状に形成されている。
【００５９】
これにより、コイルエンドカバー１１０は、ホルダ１１１が外面１１０ａの周方向（回転軸を中心にする円周上）に均等配置されることで重心をシャフト１０１の軸心に一致させることができ、ロータ２１の回転品質を劣化させないようにしている。なお、本実施形態では、ロータ２１の外端面側のコイルエンドカバー１１０にホルダ１１１を均等間隔に配置する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、ホルダ１１１は、ロータ２１の外周面側に配列させてもよく、また、重心が軸心に一致するように、不均等な回転対称となる位置に配置してもよい。
【００６０】
詳細には、ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、２つ１組にしてケース１２１内に収納されており、それぞれのカソード側の接続ピン２９ｃ同士を接続して外部に露出させるとともに、それぞれのアノード側の接続ピン２９ｃをそのまま外部に露出させるカソードコモン型にパッケージ化されている。
【００６１】
コイルエンドカバー１１０は、回路基板１１５をロータ２１の外端面との間に挟み込むようにして、後述するバランス修正板および放熱板として機能する端板１１６をさらに外側に位置させつつ締結六角ボルト１１８によりシャフト１０１にネジ止めするようになっている。
【００６２】
回路基板１１５は、図示することは省略するが、誘導コイル２７、界磁コイル２８およびダイオード２９Ａ、２９Ｂを接続して閉回路３０を形成する導通パターンが形成されている。なお、回路基板１１５は、ロータ２１側の誘導コイル２７および界磁コイル２８をそれぞれ接続する接点１１５ａが形成されており、また、コイルエンドカバー１１０にセットするダイオード２９Ａ、２９Ｂの接続ピン２９ｃを接続するようにホルダ１１１内に形成されている接続用接点１１２に導通されている導線１１３を接続する接点１１５ｂも形成されている。
【００６３】
端板１１６は、コイルエンドカバー１１０と略同径の円盤形状に非磁性金属板、例えば、真鍮板を成形することにより、稼動時における磁路の形成等に影響しないように作製されている。この端板１１６は、後述するケース１２１の一面側に形成されている放熱面（例えば、アルミニウムベース面）１２１ａに密接してダイオード２９Ａ、２９Ｂの機能時の発熱を熱交換して外部に放出する放熱板として機能するようになっている。また、この端板１１６は、回転電機１００に設置する各種構成部品に応じたシャフト１０１（回転軸周り）の偏りを修正するようにも形成されており、バランス修正板として機能して全体の回転バランスを確保するようになっている。
【００６４】
ケース１２１は、ホルダ１１１内にセットした状態で締付ボルト１１９によりコイルエンドカバー１１０に端板１１６と一緒にネジ止めするようになっており、その端板１１６が放熱面１２１ａに密接する状態になるようになっている。
【００６５】
ここで、回転電機１００は、ローレット形状に形成されているシャフト１０１の一端側の連結端部１０１ａを、例えば、車両側の動力伝達経路を構成する機構側に設けられている不図示の結合穴内に相対回転不能に差し込んで連結するようになっており、ステータ１１の全体を覆う形状に形成されているハウジング（不図示）をその車両側にネジ止めするなどして取り付けて設置するようになっている。
【００６６】
この回転電機１００の回転は、ハウジング内に位置するようにシャフト１０１の連結端部１０１ａの反対側の回転端部１０１ｂに取り付けるレゾルバ（回転検出素子）１３１で検出するようになっており、このレゾルバ１３１は、ロータレゾルバ１３２をシャフト１０１の回転端部１０１ｂに押さえリング１３９で一体回転するように固定するとともに、レゾルバステータ１３３をハウジング側に回転不能に固定することによりシャフト１０１の回転を検出するようになっている。
【００６７】
このため、回転電機１００では、レゾルバ１３１が設置される回転端部１０１ｂの反対側の連結端部１０１ａ側に配置されるコイルエンドカバー１１０にダイオード２９Ａ、２９Ｂ（ケース１２１）が設置されており、このダイオード２９Ａ、２９Ｂの稼動時に発生するノイズがレゾルバ１３１に影響して検出精度を低下させてしまうことを回避することができる。
【００６８】
以上で説明するように、本実施形態の回転電機１００においては、補極コア材２５の誘導コイル２７とロータティース２２の界磁コイル２８とダイオード２９Ａ、２９Ｂとによって閉回路３０を複数形成し、隣接する２つのロータティース２２の外周面２２ａ側をＮ極またはＳ極にする電磁石として機能させるので、電流の誘導（誘起）と電磁力の発生（界磁）とを別にして効率よく機能させることができる。
【００６９】
また、複数の閉回路３０のそれぞれにおいて誘導電流を発生させ整流することにより界磁電流としているので、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流する電流値（負荷）を小さく抑えるとともに、誘起電圧や巻線抵抗が無用に高くなってしまうことを回避することができる。これにより、銅損を抑えて効率よく電磁力（マグネットトルク）を発生させることができる。
【００７０】
したがって、ステータ１１側からロータ２１側に鎖交する漏れ磁束（高調波）を、損失を少なく有効活用して電磁力を発生させることができ、高効率に回転駆動させることのできる回転電機１００を提供することができる。
【００７１】
さらに、ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、シャフト１０１における回転端部１０１ｂ側のレゾルバ１３１から軸方向に離隔する連結端部１０１ａ側に取り付けるコイルエンドカバー１１０のホルダ１１１内にセットされるので、誘導電流の整流に伴い発生するノイズがレゾルバ１３１の回転検出に影響してしまうことを少なくすることができ、回転品質を低下させてしまうことを回避することができる。
【００７２】
また、ダイオード２９Ａ、２９Ｂは、ケース１２１内にパッケージ化してコイルエンドカバー１１０の外面１１０ａ側のホルダ１１１内にセットするだけで接続ピン２９ｃを閉回路３０に接続することができるので、端板１１６を外すだけで交換等の作業を容易に完了することができる。
【００７３】
このコイルエンドカバー１１０は、外面１１０ａ側のホルダ１１１を、複数の閉回路３０に対応するように軸心を中心とする円周上の周方向に均等配置するので、ダイオード２９Ａ、２９Ｂ（ケース１２１）をセットした状態でも重心を軸心に一致させることができ、ダイオード２９Ａ、２９Ｂのレイアウトによって回転品質が低下してしまうことを回避している。
【００７４】
ここで、本実施形態の他の態様としては、図示することは省略するが、本実施形態では、誘導コイル２７をロータスロット２３内に設置する補極コア材２５に配置する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、ロータティース２２のステータ１１に近接する外周面２２ａ側に誘導コイル２７を配置するとともにシャフト１０１（軸心）側に界磁コイル２８を配置する２段構造にしてもよい。この場合にも、本実施形態と同様に、閉回路３０毎にセグメント化して、ダイオード２９Ａ、２９Ｂで整流する電流値を小さく抑えるとともに、誘起電圧や巻線抵抗が無用に高くなってしまうことを回避することができ、銅損を抑えて効率よく電磁力を発生させることができる。
【００７５】
さらに、回転電機１００のように径方向にエアギャップＧを形成するラジアルギャップ構造に限らずに、回転軸方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造に適用することも可能である。この場合にも、閉回路３０毎にセグメント化すればよい。
【００７６】
また、ステータ１１やロータ２１は、電磁鋼板の積層構造で形成することに限定されず、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材（Soft Magnetic Composites）をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、ＳＭＣコアを採用してもよい。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造に好適である。
【００７７】
また、誘導電流の整流処理はダイオード２９Ａ、２９Ｂに限るものではなく、他の半導体素子、例えば、スイッチング素子を実装してもよい。
【００７８】
また、マグネットトルクの獲得は界磁コイル２８に限るものではなく、永久磁石を併用してもよい。
【００７９】
また、回転電機１００は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。
【００８０】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００８１】
１１    ステータ
１２    ステータティース
１３    ステータスロット
１４    電機子コイル
２１    ロータ
２２    ロータティース（突極）
２３    ロータスロット
２５    補極コア材（補極）
２７    誘導コイル
２８、２８１、２８２    界磁コイル
２９Ａ、２９Ｂ  ダイオード（整流素子）
３０    閉回路
１００  回転電機
１０１  シャフト（回転軸）
１１０  コイルエンドカバー
１１０ａ        外面（外端面）
１１１  ホルダ
１１５  回路基板
１１６  端板
１２１  ケース（パッケージ）
１２１ａ        放熱面
１３１  レゾルバ（検出素子）
Ｇ      エアギャップ
【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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