(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（１２）に固定される電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に交互に並ぶ極性の異なる第一磁極（１３ａｍ）及び第二磁極（１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心は、前記回転子に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置された第一電機子鉄心（１１ａ）と、前記回転子に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置された第二電機子鉄心（１１ｃ）と、を有し、
前記多相巻線は、前記第一電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第一コイルエンド部（ＣＥ１）と、前記第二電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第二コイルエンド部（ＣＥ２）と、を有し、
前記ハウジングは、前記第一電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第一電機子鉄心と前記第一磁極とにより、前記第一コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第一磁気回路（ＭＣ１）を形成する第一界磁ヨーク部（１２ｂ）と、前記第二電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第二電機子鉄心と前記第二磁極とにより、前記第二コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第二磁気回路（ＭＣ２）を形成する第二界磁ヨーク部（１２ｄ）と、を有し、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記回転子は、同心二重環構成の、径方向外側に配置された第一環状部（１３ａ）と、径方向内側に配置された第二環状部（１３ｂ）と、を有し、
前記第一磁極は、前記第一環状部の第一環状部本体（１３ａｒ）から軸方向に突出する第一突出部に形成され、
前記第二磁極は、前記第二環状部の第二環状部本体（１３ｂｒ）から軸方向に突出する第二突出部に形成されてい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】
ハウジング（１２）に固定される電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に交互に並ぶ極性の異なる第一磁極（１３ａｍ）及び第二磁極（１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心は、前記回転子に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置された第一電機子鉄心（１１ａ）と、前記回転子に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置された第二電機子鉄心（１１ｃ）と、を有し、
前記多相巻線は、前記第一電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第一コイルエンド部（ＣＥ１）と、前記第二電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第二コイルエンド部（ＣＥ２）と、を有し、
前記回転子は、同心二重環構成の、径方向外側に配置された第一環状部（１３ａ）と、径方向内側に配置された第二環状部（１３ｂ）と、を有し、
前記第一磁極は、前記第一環状部の第一環状部本体（１３ａｒ）から軸方向に突出する第一突出部に形成され、
前記第二磁極は、前記第二環状部の第二環状部本体（１３ｂｒ）から軸方向に突出する第二突出部に形成され、
前記ハウジングは、
前記第一電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第一電機子鉄心と前記第一磁極とにより、前記第一コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第一磁気回路（ＭＣ１）を形成する第一界磁ヨーク部（１２ｂ）と、
前記第二電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第二電機子鉄心と前記第二磁極とにより、前記第二コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第二磁気回路（ＭＣ２）を形成する第二界磁ヨーク部（１２ｄ）と、
を有することを特徴とする回転電機。
【請求項４】
前記多相巻線は、前記第一及び第二電機子鉄心の軸方向他方側端部において一連となるように電気的に接続さ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】
周方向に隣り合う前記第一磁極と前記第二磁極との間には磁石（Ｍ１）が配置されることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項６】
電機子鉄心（１１ｅ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ３）を有する多相巻線（１１ｆ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に並ぶ複数の磁極（１３ｃｍ，１３ｅｍ，１３ｆｍ，１３ｇｍ）を有する回転子（１３Ｂ，１３Ｃ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記回転子は、前記電機子鉄心に対して第一対向空隙（Ｇ３ａ）を介して径方向外側に配置された第一回転子（１３Ｂ）と、前記電機子鉄心に対して第二対向空隙（Ｇ３ｂ）を介して径方向内側に配置された第二回転子（１３Ｃ）と、を有し、
前記第一回転子は、環状の第一ロータ部材（１３ｃ）及び第二ロータ部材（１３ｅ）と、前記第一ロータ部材から軸方向一方側に突出する、前記磁極の一部である第一磁極（１３ｃｍ）と、前記第二ロータ部材から軸方向他方側に突出する、前記磁極の一部として前記第一磁極に対して周方向に並ぶ第二磁極（１３ｅｍ）と、周方向に隣り合う前記第一磁極と前記第二磁極との間に配置される第一磁石（Ｍ２）と、前記第一磁極と前記第二磁極とを保持する非磁性の円環状部材（１３ｄ）と、を有し、
前記第二回転子は、回転軸（１７）に固定された環状の第三ロータ部材（１３ｆ）及び第四ロータ部材（１３ｇ）と、前記第三ロータ部材から軸方向一方側に突出する、前記磁極の一部である第三磁極（１３ｆｍ）と、前記第四ロータ部材から軸方向他方側に突出する、前記磁極の一部として前記第三磁極に対して周方向に並ぶ第四磁極（１３ｇｍ）と、周方向に隣り合う前記第三磁極と前記第四磁極との間に配置される第二磁石（Ｍ２）と、を有し、
前記回転子は、前記電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置された、前記第一回転子の前記第一ロータ部材と前記第二回転子の前記第三ロータ部材とを接続する、前記電機子鉄心と前記第一磁極と前記第三磁極とにより、前記コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる磁気回路（ＣＭ３）を形成する軟磁性体（１９）を有し、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
前記電機子鉄心は、セグメント構造のティース（１１ｔ）を有することを特徴とする請求項６に記載の回転電機。
【請求項８】
前記多相巻線は、波状に軸方向と周方向とを交互に蛇行した巻装をなす波状全節巻であることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に並ぶ複数の磁極（１３ａｍ，１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心及び前記回転子のどちらか一方は、どちらか他方に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置される外側部と、該他方に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置される内側部とを有するように構成され、
前記電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記電機子鉄心と前記磁極とにより、前記コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる磁気回路（ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３）を形成する界磁ヨーク部（１２ｂ，１２ｄ）又は軟磁性体（１９）を有し、
前記多相巻線は、波状に軸方向と周方向とを交互に蛇行した巻装をなす波状全節巻であり、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする回転電機。
【請求項１０】
相ごとに前記多相巻線の相巻線をフルブリッジに含めて構成される電力変換部（２０，２２）と、
少なくとも一相の前記多相巻線に前記直流成分を通じる制御部（２１，２３）と、
を含むインバータ（ＩＮＶ）を有することを特徴とする請求項９に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記多相巻線は、Ｙ結線される三相巻線であり、
前記三相巻線の中性点（Ｐｍ）と、少なくとも一相の前記多相巻線にかかる巻線端との間に介在するトランジスタ（Ｑ）を有し、
前記制御部は、前記トランジスタの駆動を制御することにより、少なくとも一相の前記多相巻線に前記直流成分を通じることを特徴とする請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記制御部は、前記多相巻線に対して位相をずらして直流間欠駆動を行うことを特徴とする請求項１０または１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記制御部は、単方向のパルス通電駆動を行って前記直流成分を通じることを特徴とする請求項１０から１２のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記多相巻線によって発電される電力を半波整流して出力する半波整流部（２４）を有することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一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、多相巻線、電機子鉄心および複数の磁極を含む磁気回路を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型高性能、長寿命で高信頼のためには、永久磁石界磁のブラシレス構造をとることが一般的である。広い回転域で使用する用途においては、界磁の強さを可変にすることが求められる。ところが、前述の永久磁石界磁では界磁を可変にすることが困難であるため、損失が生じたり、特性に限界があったりした。そこで、永久磁石界磁でなく、巻線界磁方式をとることが考えられる。巻線は永久磁石に比べてどうしても巻装スペースが大きくなるために、巻線を取り囲む鉄心も含めて、極めて大きな体積を必要とする。そのため、巻線界磁方式では、元々の小型高性能の課題を達成するのが困難になっていた。
【０００３】
従来では、永久磁石非励磁磁極を励磁する励磁コイルを適切な位置に配置することで、所望の磁気回路を形成してサイズを大型化することなく実現することを目的とするハイブリッド励磁式回転電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）。このハイブリッド励磁式回転電機は、第１ロータコア及び第２ロータコアを有するロータと、ロータを回転させる回転磁界を発生させるステータと、ステータから径方向内側に突出して第１ロータコアと第２ロータコアとの隙間に配置された励磁コイルとを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２１２０３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の技術を適用しても、第一に、ステータやロータがそれぞれ二つずつになるなど、部品数が多くなりどうしても大型になってしまう。また第二に、励磁コイルの起磁力がちょうど永久磁石磁極の極性に関してはその起磁力を弱める方向の作用となることから、励磁コイルの電流を増して出力増加はするものの永久磁石のもてるポテンシャルを抑制してしまうことになる。これらの二つの大きな課題があったため、大型化しがちであった。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、小型化と可変界磁とを両立すべく、界磁巻線をもたず、可変界磁の実現を図るものである。そのため、多相巻線を利用して界磁起磁力を与えることを課題とする。さらには、トルクが作用する対向空隙を複数化（すなわちマルチギャップ化）して小型高出力化を図ることを課題とする。
【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第一の発明は、
ハウジング（１２）に固定される電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に交互に並ぶ極性の異なる第一磁極（１３ａｍ）及び第二磁極（１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心は、前記回転子に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置された第一電機子鉄心（１１ａ）と、前記回転子に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置された第二電機子鉄心（１１ｃ）と、を有し、
前記多相巻線は、前記第一電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第一コイルエンド部（ＣＥ１）と、前記第二電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第二コイルエンド部（ＣＥ２）と、を有し、
前記ハウジングは、前記第一電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第一電機子鉄心と前記第一磁極とにより、前記第一コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第一磁気回路（ＭＣ１）を形成する第一界磁ヨーク部（１２ｂ）と、前記第二電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第二電機子鉄心と前記第二磁極とにより、前記第二コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第二磁気回路（ＭＣ２）を形成する第二界磁ヨーク部（１２ｄ）と、を有し、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする。
上記課題を解決するためになされた第二の発明は、
ハウジング（１２）に固定される電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に交互に並ぶ極性の異なる第一磁極（１３ａｍ）及び第二磁極（１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心は、前記回転子に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置された第一電機子鉄心（１１ａ）と、前記回転子に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置された第二電機子鉄心（１１ｃ）と、を有し、
前記多相巻線は、前記第一電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第一コイルエンド部（ＣＥ１）と、前記第二電機子鉄心から軸方向一方側に突出する第二コイルエンド部（ＣＥ２）と、を有し、
前記回転子は、同心二重環構成の、径方向外側に配置された第一環状部（１３ａ）と、径方向内側に配置された第二環状部（１３ｂ）と、を有し、
前記第一磁極は、前記第一環状部の第一環状部本体（１３ａｒ）から軸方向に突出する第一突出部に形成され、
前記第二磁極は、前記第二環状部の第二環状部本体（１３ｂｒ）から軸方向に突出する第二突出部に形成され、
前記ハウジングは、
前記第一電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第一電機子鉄心と前記第一磁極とにより、前記第一コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第一磁気回路（ＭＣ１）を形成する第一界磁ヨーク部（１２ｂ）と、
前記第二電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記第二電機子鉄心と前記第二磁極とにより、前記第二コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる第二磁気回路（ＭＣ２）を形成する第二界磁ヨーク部（１２ｄ）と、
を有することを特徴とする。
上記課題を解決するためになされた第三の発明は、
電機子鉄心（１１ｅ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ３）を有する多相巻線（１１ｆ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ３ａ，Ｇ３ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に並ぶ複数の磁極（１３ｃｍ，１３ｅｍ，１３ｆｍ，１３ｇｍ）を有する回転子（１３Ｂ，１３Ｃ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記回転子は、前記電機子鉄心に対して第一対向空隙（Ｇ３ａ）を介して径方向外側に配置された第一回転子（１３Ｂ）と、前記電機子鉄心に対して第二対向空隙（Ｇ３ｂ）を介して径方向内側に配置された第二回転子（１３Ｃ）と、を有し、
前記第一回転子は、環状の第一ロータ部材（１３ｃ）及び第二ロータ部材（１３ｅ）と、前記第一ロータ部材から軸方向一方側に突出する、前記磁極の一部である第一磁極（１３ｃｍ）と、前記第二ロータ部材から軸方向他方側に突出する、前記磁極の一部として前記第一磁極に対して周方向に並ぶ第二磁極（１３ｅｍ）と、周方向に隣り合う前記第一磁極と前記第二磁極との間に配置される第一磁石（Ｍ２）と、前記第一磁極と前記第二磁極とを保持する非磁性の円環状部材（１３ｄ）と、を有し、
前記第二回転子は、回転軸（１７）に固定された環状の第三ロータ部材（１３ｆ）及び第四ロータ部材（１３ｇ）と、前記第三ロータ部材から軸方向一方側に突出する、前記磁極の一部である第三磁極（１３ｆｍ）と、前記第四ロータ部材から軸方向他方側に突出する、前記磁極の一部として前記第三磁極に対して周方向に並ぶ第四磁極（１３ｇｍ）と、周方向に隣り合う前記第三磁極と前記第四磁極との間に配置される第二磁石（Ｍ２）と、を有し、
前記回転子は、前記電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置された、前記第一回転子の前記第一ロータ部材と前記第二回転子の前記第三ロータ部材とを接続する、前記電機子鉄心と前記第一磁極と前記第三磁極とにより、前記コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる磁気回路（ＣＭ３）を形成する軟磁性体（１９）を有し、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする。
上記課題を解決するためになされた第四の発明は、
電機子鉄心（１１ａ，１１ｃ）と、前記電機子鉄心に巻装されて前記電機子鉄心から軸方向に突出するコイルエンド部（ＣＥ１，ＣＥ２）を有する多相巻線（１１ｂ，１１ｄ）と、前記電機子鉄心に対して径方向に対向空隙（Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ）を介して回転自在に配置され、周方向に並ぶ複数の磁極（１３ａｍ，１３ｂｍ）を有する回転子（１３Ａ）と、備えた回転電機（１０）において、
前記電機子鉄心及び前記回転子のどちらか一方は、どちらか他方に対して第一対向空隙（Ｇ１ａ）を介して径方向外側に配置される外側部と、該他方に対して第二対向空隙（Ｇ１ｂ）を介して径方向内側に配置される内側部とを有するように構成され、
前記電機子鉄心の軸方向端部よりも軸方向外側に配置され、前記電機子鉄心と前記磁極とにより、前記コイルエンド部を取り囲む磁束が流れる磁気回路（ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３）を形成する界磁ヨーク部（１２ｂ，１２ｄ）又は軟磁性体（１９）を有し、
前記多相巻線は、波状に軸方向と周方向とを交互に蛇行した巻装をなす波状全節巻であり、
少なくとも一相の前記多相巻線に直流成分を通じることで界磁磁束を生じさせることを特徴とする。
【０００８】
電機子鉄心に巻装された多相巻線に、交流成分の有無を問わず、直流成分を通電する。多相巻線の端部を取り囲むように界磁ヨークを設ける。界磁ヨークの端部から、電機子鉄心と、電機子鉄心に巻装された多相巻線に鎖交する磁束を導くように、回転する複数の磁極を配置する。対向空隙が複数であるマルチギャップ構成とする。こうして、ブラシレスでかつ界磁が印加できるとともに、直流成分の大きさや向きを変えることで界磁制御ができる。よって、従来技術の問題点を解決する、すなわち界磁巻線がなくてもブラシレス可変界磁が可能となる。マルチギャップ構成によってトルク作用面が増える分、体格の割に高出力を実現できることになる。
【０００９】
なお、「電機子鉄心」は固定子鉄心と同義である。「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」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。「多相巻線」は固定子巻線と同義であり、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。多相巻線の相数は、三相以上であれば問わない。「巻装」は巻いて装うことを意味し、巻き回す意味の「巻回」と同義に用いる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】回転電機の第１構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】二重環の第１構成例を模式的に示す斜視図である。
【図３】図２に示すIII−III線の断面図である。
【図４】図２に示すIV−IV線の断面図である。
【図５】二重環の第２構成例を模式的に示す斜視図である。
【図６】回転電機の第２構成例を模式的に示す断面図である。
【図７】図６に示すVII−VII線の周方向に展開した断面図である。
【図８】図６に示すVIII−VIII線の断面図である。
【図９】多相巻線の巻装例を示す模式図である。
【図１０】電力変換部の第１構成例を示す回路図である。
【図１１】ロータ回転角と電流の関係例を示すグラフ図である。
【図１２】電力変換部の第２構成例を示す回路図である。
【図１３】電力変換部の第３構成例を示す回路図である。
【図１４】各相の電流波形を示すタイムチャート図である。
【図１５】半波整流部の構成例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。上下左右等の方向を言う場合には、図面の記載を基準とする。磁石については、断面図であるか否かを問わず、区別し易くするためにハッチ線を付す。英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図１に示す電機子１１Ａと電機子鉄心１１ａは別の要素である。部材間の固定方法は問わない。磁性材は、主に軟磁性材であるが、磁束が流れることを条件として材質（材料を含む）や構成などを問わない。
【００１２】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図５を参照しながら説明する。図１に示す回転電機１０Ａは、ダブルステータ型の回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ａは、複数の電機子１１Ａ，１１Ｂ、回転子１３Ａ、軸受１６、回転軸１７などをハウジング１２内に有する。なお図１では、第一環状部１３ａが断面となるように上側半分に示し、第二環状部１３ｂが断面となるように下側半分に示す。
【００１３】
ハウジング１２は、形状や材料等を任意に設定してよく、本形態では非磁性部１２ａ，１２ｃや界磁ヨーク部１２ｂ，１２ｄなどを有する。筐体やフレームなどに相当するハウジング１２は、少なくとも電機子鉄心１１ａ，１１ｃを支持して固定する。電機子鉄心１１ａ，１１ｃは、それぞれ図示を省略したティースやスロットを有する。またハウジング１２は、軸受１６を介して、回転軸１７を回転自在に支持する。
【００１４】
電機子１１Ａ，１１Ｂは、いずれも電機子１１の一例である。外側の電機子１１Ａは、電機子鉄心１１ａや多相巻線１１ｂなどを有する。電機子鉄心１１ａは、外側の非磁性部１２ａや界磁ヨーク部１２ｂに固定され、多相巻線１１ｂが巻装される。内側の電機子１１Ｂは、電機子鉄心１１ｃや多相巻線１１ｄなどを有する。電機子鉄心１１ｃは、内側の非磁性部１２ａや界磁ヨーク部１２ｄに固定され、多相巻線１１ｄが巻装される。電機子鉄心１１ａ，１１ｃは、いずれも磁性材で任意に構成してよい。例えば、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く、これらの形状を問わない。
【００１５】
多相巻線１１ｂと多相巻線１１ｄは、いずれも電機子巻線，固定子巻線，ステータコイルなどに相当する。多相巻線１１ｂ，１１ｄは、図１に凡例で示す向きに電流が流れるようにそれぞれ電機子鉄心１１ａ，１１ｃに巻装される。多相巻線１１ｂと多相巻線１１ｄとの間は、その一部または全部が軸方向の片側端部（例えば図１の左側端部）において一連となるように渡り部１８で接続される。渡り部１８は、多相巻線１１ｂ，１１ｄと同様の導電線材である。電機子鉄心１１ａ，１１ｃに対する多相巻線１１ｂ，１１ｄの巻装例については後述する（図９を参照）。多相巻線１１ｂ，１１ｄに通電する多相交流（交流成分に相当する）によって電動駆動制御が行える。
【００１６】
回転子１３Ａは、回転子１３の一例である。この回転子１３Ａは、第一環状部１３ａや第二環状部１３ｂなどを有する。第一環状部１３ａと第二環状部１３ｂは、いずれも固定部材１４によって支持部材１５に固定される。第一環状部１３ａと第二環状部１３ｂの具体的な構成例については後述する（図２〜図５を参照）。支持部材１５は回転軸１７に固定される。よって、回転子１３Ａと回転軸１７は一体的に回転する。なお、支持部材１５は「ディスク」とも呼ばれ、非磁性材により任意の形状で成形してよい。
【００１７】
多相巻線１１ｂには、電機子鉄心１１ａから突出するコイルエンド部ＣＥ１を含む。多相巻線１１ｄには、電機子鉄心１１ｃから突出するコイルエンド部ＣＥ２を含む。コイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２は、渡り部１８と反対側における軸方向の片側端部（例えば図１の右側端部）が該当する。多相巻線１１ｂのコイルエンド部ＣＥ１は、電機子鉄心１１ａ、界磁ヨーク部１２ｂおよび回転子１３Ａの磁極（例えば図３に示す磁極１３ａｍ）を含む磁気回路ＭＣ１により取り囲まれる。多相巻線１１ｄのコイルエンド部ＣＥ２は、電機子鉄心１１ｃ、界磁ヨーク部１２ｄおよび回転子１３Ａの磁極（例えば図４に示す磁極１３ｂｍ）を含む磁気回路ＭＣ２により取り囲まれる。磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２は、それぞれ磁気回路ＭＣに相当する。渡り部１８および多相巻線１１ｂ，１１ｄへの通電で生じる磁束φ（後述する界磁磁束φｆを含む）は、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２に作用するので、出力（例えばトルクや電力等）が高められる。
【００１８】
電機子鉄心１１ａと回転子１３Ａとの間には対向空隙Ｇ１ａが設けられ、回転子１３Ａと電機子鉄心１１ｃとの間には対向空隙Ｇ１ｂが設けられる。対向空隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂの大きさ（あるいは間隔）は、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２が形成できる範囲において、それぞれ任意に設定してよい。Ｇ１ａ＝Ｇ１ｂでもよく、Ｇ１ａ≠Ｇ１ｂでもよい。対向空隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂに接する電機子鉄心１１ａ，１１ｃの対応面と、回転子１３Ａの対応面は、それぞれ磁束φが流れてトルクが作用するトルク作用面になる。
【００１９】
回転子１３Ａに含まれる第一環状部１３ａおよび第二環状部１３ｂの構成例について、図２〜図５を参照しながら説明する。図２において、第一環状部１３ａは、軸方向に突出して、周方向に並ぶ複数の磁極１３ａｍ（磁極群に相当する）を有する。第二環状部１３ｂは、軸方向に突出して、周方向に並ぶ複数の磁極１３ｂｍ（磁極群に相当する）を有する。磁極１３ａｍの数と磁極１３ｂｍの数は、それぞれ任意に設定してよく、通常は同数である。
【００２０】
第一環状部１３ａと第二環状部１３ｂは、同心二重環構成となり、二重環の外側と内側とを磁束φの出入口として構成する。すなわち、二重環の外側である第一環状部１３ａは電機子鉄心１１ａや界磁ヨーク部１２ｂとの間で磁束φが流れ、二重環の内側である第二環状部１３ｂは電機子鉄心１１ｃや界磁ヨーク部１２ｄとの間で磁束φが流れる（図１をも参照）。
【００２１】
図３，図４には回転子１３Ａの第１構成例を示す。図３には主に第一環状部１３ａの断面を示し、図４には主に第二環状部１３ｂの断面を示す。図３に示す第一環状部１３ａは、第一極性となる磁極１３ａｍと、環状に形成される環状部本体１３ａｒ（極環に相当する）などを有する。図４に示す第二環状部１３ｂは、第二極性となる磁極１３ｂｍと、環状に形成される環状部本体１３ｂｒ（極環に相当する）などを有する。図３，図４に示すように、第一環状部１３ａと第二環状部１３ｂとの間は、接しておらず、磁束φが漏れないように空隙Ｇ２が設けられる。第一極性と第二極性は異なる極性である。第一極性がＮ極のときは第二極性がＳ極になり、第一極性がＳ極のときは第二極性がＮ極になる。
【００２２】
図５には回転子１３Ａの第２構成例を示す。第２構成例は、図３，図４に示す第１構成例と比べて、周方向に隣り合う磁極１３ａｍ，１３ｂｍの間に複数の磁石Ｍ１が配置される。個々の磁石Ｍ１によって生じる磁束φは、第一環状部１３ａや第二環状部１３ｂを介して、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２に作用させることができる。
【００２３】
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００２４】
（１）回転電機１０Ａにおいて、多相巻線１１ｂ，１１ｄの端部であるコイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２は、電機子鉄心１１ａ，１１ｃと、磁極１３ａｍ，１３ｂｍまたは界磁ヨーク部１２ｂとによる磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２により取り囲まれ、電機子鉄心１１ａ，１１ｃと磁極１３ａｍ，１３ｂｍとが対向する複数の対向空隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂを有するマルチギャップ構成とした（図１を参照）。この構成によれば、ブラシレス可変界磁が可能で、かつ、複数の対向空隙Ｇ１ａ，Ｇ１ｂが構成されるためにトルク作用面が増えて体格の割に高出力を実現できる。
【００２５】
（２）複数の磁極１３ａｍ，１３ｂｍで構成される回転子１３Ａと、回転子１３Ａを挟むように配置される複数の電機子鉄心１１ａ，１１ｃとを有し、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２は複数の電機子鉄心１１ａ，１１ｃについてそれぞれに形成される（図１〜図５を参照）。この構成によれば、複数の電機子１１にそれぞれ含まれる多相巻線１１ｂの端部について起磁力を両方とも利用することができる。
【００２６】
（３）回転子１３Ａは、第一環状部１３ａから軸方向に突出した第一極性の磁極１３ａｍと、第二環状部１３ｂから軸方向に突出して第一極性とは異なる第二極性の磁極１３ｂｍとを含み、第一環状部１３ａと第二環状部１３ｂは同心二重環構成となり、二重環の外側と内側とを磁束φ（界磁磁束φｆを含む）の出入口として構成した（図１〜図５を参照）。この構成によれば、複数の電機子鉄心１１ａ，１１ｃの間に第一極性と第二極性が交互配置された一つの回転子１３Ａを構成することができる。
【００２７】
（４）複数の電機子鉄心１１ａ，１１ｃにそれぞれ巻装される多相巻線１１ｂ，１１ｄは、軸方向の片側端部において一連となるように渡り部１８で接続される構成とした（図１を参照）。この構成によれば、軸方向の片側が渡り部１８によって多相巻線１１ｂと多相巻線１１ｄが接続されるので、軸方向の寸法が抑制される。
【００２８】
（５）周方向に隣り合う磁極１３ａｍ，１３ｂｍの間には磁石Ｍ１が配置される構成とした（図５を参照）。この構成によれば、磁石Ｍ１によって生じる磁束φを利用できるので、高性能化できる。
【００２９】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は図６〜図８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。
【００３０】
図６に示す回転電機１０Ｂは、ダブルロータ型の回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｂは、電機子１１Ｃ、複数の回転子１３Ｂ，１３Ｃ、軸受１６、回転軸１７などをハウジング１２内に有する。なお図６では、第二ロータ部材１３ｅ，１３ｇが断面となる上側半分を示し、第一ロータ部材１３ｃ，１３ｆが断面となる部位は省略する。
【００３１】
本形態のハウジング１２は、実施の形態１に示すハウジング１２（図１を参照）と比べて、さらに固定部材１２ｅを有し、界磁ヨーク部１２ｂ，１２ｄが無くなる。固定部材１２ｅは、電機子１１Ｃをハウジング１２に固定するための非磁性部材である。
【００３２】
電機子１１Ｃは、電機子１１の一例である。電機子１１Ｃは、電機子鉄心１１ｅや多相巻線１１ｆなどを有する。電機子鉄心１１ｅは、上述した固定部材１２ｅに固定され、多相巻線１１ｆが巻装される。電機子鉄心１１ｅは、実施の形態１に示す電機子鉄心１１ａ，１１ｃと同様に、磁性材で任意に構成してよい。電機子鉄心１１ｅに含まれるティース１１ｔやスロット１１ｓの構成例については後述する（図８を参照）。
【００３３】
多相巻線１１ｆは、実施の形態１に示す多相巻線１１ｂ，１１ｄと同様にして電機子鉄心１１ｅに巻装される。多相巻線１１ｆのコイルエンド部ＣＥ３は、電機子鉄心１１ｅ、第二ロータ部材１３ｅ，１３ｇおよび軟磁性体１９を含む磁気回路ＭＣ３により取り囲まれる。図７に括弧内で示すように、第二ロータ部材１３ｇには磁極１３ｅｍを含む。磁気回路ＭＣ３は磁気回路ＭＣに相当する。多相巻線１１ｆへの通電で生じる磁束φ（後述する界磁磁束φｆを含む）は、磁気回路ＭＣ３に作用するので、出力（例えばトルクや電力等）が高められる。
【００３４】
回転子１３Ｂ，１３Ｃは、いずれも回転子１３の一例であり、電機子１１Ｃを挟むように配置される。外側の回転子１３Ｂは、第一ロータ部材１３ｃや第二ロータ部材１３ｅなどを有する。回転子１３Ｂの構成例については後述する（図７を参照）。内側の回転子１３Ｃは、第一ロータ部材１３ｆや第二ロータ部材１３ｇなどを有する。回転子１３Ｂと回転子１３Ｃは、軸方向の片側端部（例えば図６の右側端部）において軟磁性体１９によって固定される。回転子１３Ｂ，１３Ｃは、支持部材１５を介して回転軸１７に固定される。よって、回転子１３Ｂ，１３Ｃと回転軸１７は一体的に回転する。
【００３５】
回転子１３Ｂと電機子１１Ｃとの間には対向空隙Ｇ３ａが設けられ、電機子１１Ｃと回転子１３Ｃには対向空隙Ｇ３ｂが設けられる。対向空隙Ｇ３ａ，Ｇ３ｂの大きさ（あるいは間隔）は、磁気回路ＭＣ３が形成できる範囲において、それぞれ任意に設定してよい。Ｇ３ａ＝Ｇ３ｂでもよく、Ｇ３ａ≠Ｇ３ｂでもよい。対向空隙Ｇ３ａ，Ｇ３ｂに接する電機子鉄心１１ｅの対応面と、回転子１３Ｂ，１３Ｃの対応面は、それぞれ磁束φが流れてトルクが作用するトルク作用面になる。
【００３６】
外側の回転子１３Ｂに含まれる第一ロータ部材１３ｃおよび第二ロータ部材１３ｅの構成例について、図７を参照しながら説明する。図７において、第一ロータ部材１３ｃは、軸方向に突出して所定形状（本形態では台形状）に成形され、周方向に並ぶ複数の磁極１３ｃｍ（磁極群に相当する）を有する。第二ロータ部材１３ｅは、軸方向に突出して所定形状（本形態では台形状）に成形され、周方向に並ぶ複数の磁極１３ｅｍ（磁極群に相当する）を有する。
【００３７】
複数の磁極１３ｃｍと複数の磁極１３ｅｍは、互いに軸方向に反対方向に突出しており、互い違いになるように配置される。周方向に隣り合う磁極１３ｃｍ，１３ｅｍの間には磁石Ｍ２が配置される。複数の磁極１３ｃｍと複数の磁極１３ｅｍは、非磁性の円環状部材１３ｄで保持される。
【００３８】
内側の回転子１３Ｃに含まれる第一ロータ部材１３ｆおよび第二ロータ部材１３ｇの構成例は、回転子１３Ｂと同様であるので図示を省略する。第一ロータ部材１３ｆは第一ロータ部材１３ｃと同様に構成され、複数の磁極１３ｆｍを有する（図７の括弧内を参照）。第二ロータ部材１３ｇは、第二ロータ部材１３ｅと同様に構成され、複数の磁極１３ｇｍを有する（図７の括弧内を参照）。周方向に隣り合う磁極１３ｆｍと磁極１３ｇｍの間には磁石Ｍ２が配置される。ただし、回転子１３Ｃは支持部材１５に固定されるので、円環状部材１３ｄが不要になる点で回転子１３Ｂと相違する。
【００３９】
図８には、電機子１１Ｃの電機子鉄心１１ｅに含まれるティース１１ｔやスロット１１ｓの構成例を示す。ただし、図８は多相巻線１１ｆを二点鎖線で示すとともに、ハウジング１２の図示を省略している。電機子鉄心１１ｅに含まれる複数のティース１１ｔは、周方向に沿って配置され、セグメント構造をなす。セグメント構造は、ティース１１ｔの相互間で鎖交磁束を流すバックヨーク通路を持たず、径方向だけ鎖交磁束を流す構造である。スロット１１ｓは、周方向に隣り合うティース１１ｔの相互間に形成され、多相巻線１１ｆを収容して巻装する空間領域である。
【００４０】
上述した実施の形態２によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００４１】
（６）電機子鉄心１１ｅを挟むように配置され、複数の磁極１３ｃｍ，１３ｅｍで構成される複数の回転子１３Ｂ，１３Ｃを有し、複数の回転子１３Ｂ，１３Ｃは軸方向の片側端部において回転子１３Ｂ，１３Ｃどうしを軟磁性体１９で固定される構成とした（図６，図７を参照）。この構成によれば、電機子１１Ｃは一つで済むので、多相巻線１１ｆの数を最小限に抑えることができる。
【００４２】
（７）複数の回転子１３Ｂ，１３Ｃのうちで外側の回転子１３Ｂは、非磁性の円環状部材１３ｄで保持される構成とした（図６〜図８を参照）。この構成によれば、円環状部材１３ｄによって各極の固定支持力が強められる。また、対向空隙Ｇ３ａ，Ｇ３ｂでの回転に伴う磁気抵抗が低減するので、渦電流が生じにくい。
【００４３】
（８）電機子１１Ｃの電機子鉄心１１ｅは、セグメント構造のティース１１ｔを有する構成とした（図８を参照）。この構成によれば、漏れ磁束が少なく抑えられ、リラクタンストルクを発揮しやすい。
【００４４】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は図９〜図１１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。
【００４５】
上述した実施の形態１に示す回転電機１０Ａには、図９に示すＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗと、図１０に示す電力変換部２０Ａとのうちで一方または双方を適用することができる。実施の形態２に示す回転電機１０Ｂについても、同様である。電力変換部２０Ａは、回転電機１０Ａ，１０Ｂに内蔵するか否かを問わずに備えてもよく、回転電機１０Ａ，１０Ｂとは別個（例えば車両内）に備えてもよい。
【００４６】
図９には、実施の形態１に示す多相巻線１１ｂ，１１ｄや、実施の形態２に示す多相巻線１１ｆが三相巻線の場合の巻装例を示す。ただし、電機子鉄心１１ａ，１１ｃ，１１ｅの図示は省略する。本例の三相巻線は、Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗであり、いずれの巻線も波状全節巻で巻装される。Ｕ相巻線１１Ｕには、図１に示す電機子鉄心１１ａ，１１ｃや図６に示す電機子鉄心１１ｅから突出するコイルエンド部ＣＥ（ＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３）や、図８に示すスロット１１ｓに収容されるスロット収容部ＳＬなどを含む。コイルエンド部ＣＥやスロット収容部ＳＬなどを含む点については、Ｖ相巻線１１ＶやＷ相巻線１１Ｗについても同様である。波状全節巻は、周方向に所定ピッチ（例えば電気角の１８０度ごと）で、波状に軸方向と周方向とを交互に蛇行させる巻装形態である。Ｕ相巻線１１ＵにはＵ相電流Ｉｕが流れ、Ｖ相巻線１１ＶにはＶ相電流Ｉｖが流れ、Ｗ相巻線１１ＷにはＷ相電流Ｉｗが流れる。Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗにそれぞれ流れるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗの一例を実線の矢印で示す。なお、破線で示す矢印Ｄ１は、回転子１３の回転方向の一例である。
【００４７】
図１０に示すインバータＩＮＶは、電力変換部２０Ａや制御部２１などを有する。電力変換部２０Ａは、電力変換部２０の一例である。巻線の接続を分かり易くするために、Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗを便宜的に示す。電力変換部２０Ａは、Ｕ相Ｈ型ブリッジＵＨＢ，Ｖ相Ｈ型ブリッジＶＨＢ，Ｗ相Ｈ型ブリッジＷＨＢを有する。各相のＨ型ブリッジは同じ構成であるので、Ｕ相Ｈ型ブリッジＵＨＢを代表して説明する。なお、符号「Ｕ」を「Ｖ」に置き換えて読めばＶ相Ｈ型ブリッジＶＨＢになり、符号「Ｕ」を「Ｗ」に置き換えて読めばＷ相Ｈ型ブリッジＷＨＢになる。
【００４８】
Ｕ相Ｈ型ブリッジＵＨＢは、トランジスタＱｕ１〜Ｑｕ４やダイオードＤｕ１〜Ｄｕ４などを有する。トランジスタＱｕ１とトランジスタＱｕ３が直列接続され、トランジスタＱｕ２とトランジスタＱｕ４が直列接続される。トランジスタＱｕ１とトランジスタＱｕ３の接続点と、トランジスタＱｕ２とトランジスタＱｕ４の接続点との間には、橋渡しするようにＵ相巻線１１Ｕが接続される。ダイオードＤｕ１〜Ｄｕ４は、それぞれ還流のためにトランジスタＱｕ１〜Ｑｕ４に並列接続される。ダイオードＤｕ１〜Ｄｕ４には、整流作用を有する半導体素子（例えばサイリスタやＭＯＳＦＥＴ等）を用いてもよい。
【００４９】
トランジスタＱｕ１〜Ｑｕ４，Ｑｖ１〜Ｑｖ４，Ｑｗ１〜Ｑｗ４は、それぞれ個別に制御部２１によって駆動が制御される。これらのトランジスタＱｕ１〜Ｑｕ４，Ｑｖ１〜Ｑｖ４，Ｑｗ１〜Ｑｗ４は、オン／オフを制御できれば任意の半導体素子を適用してもよい。例えば、スイッチング素子を含むＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどが該当する。
【００５０】
制御部２１は、図１１に示すような制御を行って、三相巻線（すなわちＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）にそれぞれ通電する。図１１には、電気角で３６０度を１周期とする交流電流ｉａ，ｉｂ，ｉｃの波形を示す。二点鎖線で示す交流電流ｉｂは、多相交流の一相分であり、重畳前の基準波となる電流である。本形態の基準波には正弦波を適用するが、正弦波以外の波形（例えば矩形波等）を適用してもよい。
【００５１】
制御部２１は、交流電流ｉｂに対して直流成分（本例は直流電流Ｉｐ，Ｉｍ）を重畳して通電する制御を行うことができれば、任意に構成してよい。当該制御には、交流電流ｉｂの振幅，周波数，波形、直流電流Ｉｐ（Ｉｐ＞０）の大きさ、直流電流Ｉｍ（Ｉｍ＜０）の大きさは、いずれも独立して可変する制御を含む。例えば、実線で示す交流電流ｉａは、交流電流ｉｂに対して直流電流Ｉｐを重畳した電流である。一点鎖線で示す交流電流ｉｃは、交流電流ｉｂに対して直流電流Ｉｍを重畳した電流である。直流成分の向きは、直流電流Ｉｐのようなプラス方向か、直流電流Ｉｍのようなマイナス方向である。重畳する直流電流Ｉｐ，Ｉｍの大きさに応じて交流電流は矢印Ｄ２のように変化し、一例として図示する交流電流ｉａや交流電流ｉｃのようになる。
【００５２】
交流電流ｉｂ，ｉｃは、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの相ごとに流す。通常は、三相巻線（例えばＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）のうちで、いずれか一相に流すとよい。Ｕ相巻線１１Ｕに流せばＵ相電流になり、Ｖ相巻線１１Ｖに流せばＶ相電流になり、Ｗ相巻線１１Ｗに流せばＷ相電流になる。通電によって、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ（特にコイルエンド部ＣＥ１，ＣＥ２，ＣＥ３）から、交流成分である交流電流ｉｂに基づく磁束φや、直流成分である直流電流Ｉｐ，Ｉｍに基づく界磁磁束φｆが生じる。これらの磁束φや界磁磁束φｆは、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３に作用して出力（例えばトルクや電力等）を高めることができる（図１，図６を参照）。
【００５３】
制御部２１は、上述した機能を実現できれば、ＣＰＵがプログラムを実行するソフトウェア構成でもよく、ハードウェアロジックで作動するハードウェア構成でもよい。
【００５４】
上述した実施の形態３によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００５５】
（９）多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆは、波状に軸方向と周方向とを交互に蛇行した巻装をなす波状全節巻であり、少なくとも一相の多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに直流成分を通じることで界磁磁束φｆを生じさせる構成とした（図９〜図１１を参照）。この構成によれば、図１１に示す直流成分（すなわち直流電流Ｉｐや直流電流Ｉｍ）を重畳した交流電流ｉａ，ｉｃを多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに通電することにより、磁極１３ａｍ，１３ｂｍ，１３ｃｍ，１３ｅｍの直流励起ができ、界磁磁束φｆが得られる。よって、小型化と可変界磁とが両立され、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆを利用して界磁磁束φｆによる界磁起磁力を与えることができる。
【００５６】
（１０）相ごとに多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆの相巻線をフルブリッジに含めて構成される電力変換部２０Ａと、少なくとも一相の多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに直流成分を通じる制御部２１とを含むインバータＩＮＶを有する構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、半導体素子（例えばトランジスタやダイオード等）に流れる電流に偏りがなくなるので、半導体素子の故障率が低下して信頼性が高まる。
【００５７】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は図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１〜３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。
【００５８】
上述した実施の形態１に示す回転電機１０Ａには、図９に示すＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗと、図１２に示す電力変換部２２とのうちで一方または双方を適用することができる。実施の形態２に示す回転電機１０Ｂについても、同様である。電力変換部２２は、回転電機１０Ａ，１０Ｂに内蔵するか否かを問わずに備えてもよく、回転電機１０Ａ，１０Ｂとは別個（例えば車両内）に備えてもよい。
【００５９】
図１２に示すインバータＩＮＶは、電力変換部２２や制御部２３などを有する。電力変換部２２は、三相巻線（例えばＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）で発電された電力を変換して電源Ｅに充電する機能を担う。Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１ＷはＹ結線されるため、中性点Ｐｍを有する。中性点Ｐｍは、巻線の中間タップを用いて接続して実現してもよい。
【００６０】
電力変換部２２は、トランジスタＱｕ１，ＱｍやダイオードＤｕ１，Ｄｕ３，Ｄｖ１，Ｄｖ３，Ｄｗ１，Ｄｗ３，Ｄｍなどを有する。ダイオードＤｕ１，Ｄｕ３，Ｄｖ１，Ｄｖ３，Ｄｗ１，Ｄｗ３は、三相フルブリッジ型で構成される。ダイオードＤｍは、中性点ＰｍとグラウンドＧＮＤとの間に接続される。グラウンドＧＮＤは共通電位であり、必ずしも０[Ｖ]とは限らない。接地されたグラウンドＧＮＤは０[Ｖ]になる。
【００６１】
図１２の構成例では、ダイオードＤｕ１にトランジスタＱｕ１が並列接続され、ダイオードＤｍにトランジスタＱｍが並列接続される。これらのトランジスタＱｕ１，Ｑｍは、それぞれ個別に制御部２３によって駆動が制御される。
【００６２】
制御部２３は、回転子１３の回転に伴って多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆで発電された電力を変換して電源Ｅに充電することができれば、任意に構成してよい。制御部２３は、電源Ｅに充電する制御を行う点で「充電制御部」にも相当する。制御部２３は、上述した制御部２１と同一に構成してもよく、異なる構成としてもよく、制御部２３と制御部２１の機能を含むように構成してもよい。制御部２３が制御部２１の機能を含む場合には、基本波の交流電流ｉｂに対して直流成分の直流電流Ｉｐ，Ｉｍを重畳して多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに通電する電流制御を行える（図１１を参照）。
【００６３】
図１２に示す電力変換部２２は、上述した回転電機１０Ａ〜１０Ｅや、後述する回転電機１０Ｆに対してそれぞれ適用することができる。すなわち、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆ（三相巻線としてのＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗを含む）で発電された電力を変換して電源Ｅに充電することができる。
【００６４】
図示を省略するが、電力変換部２２はダイオードＤｕ３，Ｄｖ１，Ｄｖ３，Ｄｗ１，Ｄｗ３のうちで一以上のダイオードについて、制御部２３によってオン／オフが制御されるトランジスタを並列接続してもよい。ダイオードＤｕ３，Ｄｖ１，Ｄｖ３，Ｄｗ１，Ｄｗ３の全てについてトランジスタを並列接続した場合には、図１０に示す各相のＨ型ブリッジにおける左側の直列接続部分のようになる。
【００６５】
上述した実施の形態４によれば、以下に示す作用効果を得ることができる。
【００６６】
（１１）多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆは、Ｙ結線される三相巻線（すなわちＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）であり、三相巻線の中性点Ｐｍと、少なくとも一相の多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆにかかる巻線端との間に介在するトランジスタＱｍを有し、制御部２３はトランジスタＱｍ，Ｑｕ１の駆動を制御することにより、少なくとも一相の多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに直流成分（すなわち直流電流Ｉｐや直流電流Ｉｍ）を通じる構成とした（図１１，図１２を参照）。この構成によれば、制御に必要とするトランジスタＱｍ，Ｑｕ１の数を最小限に抑えることができる。
【００６７】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は図１３，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１〜４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１〜４と相違する点を説明する。
【００６８】
上述した実施の形態１に示す回転電機１０Ａには、図９に示すＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗと、図１３に示す電力変換部２０Ｂとのうちで一方または双方を適用することができる。実施の形態２に示す回転電機１０Ｂについても、同様である。電力変換部２０Ｂは、電力変換部２０の一例である。電力変換部２０Ｂは、回転電機１０Ａ，１０Ｂに内蔵するか否かを問わずに備えてもよく、回転電機１０Ａ，１０Ｂとは別個（例えば車両内）に備えてもよい。
【００６９】
図１３に示すインバータＩＮＶは、電力変換部２０Ｂや制御部２１などを有する。電力変換部２０Ｂは、実施の形態３に示す電力変換部２０Ａ（図１０を参照）と同様に、Ｕ相Ｈ型ブリッジＵＨＢ，Ｖ相Ｈ型ブリッジＶＨＢ，Ｗ相Ｈ型ブリッジＷＨＢを有する。そのため、実施の形態３と同様に、以下ではＵ相Ｈ型ブリッジＵＨＢを代表して説明する。
【００７０】
Ｕ相Ｈ型ブリッジＵＨＢは、トランジスタＱｕ１，Ｑｕ４やダイオードＤｕ２，Ｄｕ３などを有する。トランジスタＱｕ１とダイオードＤｕ３が直列接続され、ダイオードＤｕ２とトランジスタＱｕ４が直列接続される。トランジスタＱｕ１とダイオードＤｕ３の接続点と、ダイオードＤｕ２とトランジスタＱｕ４の接続点との間には、橋渡しするようにＵ相巻線１１Ｕが接続される。トランジスタＱｕ１，Ｑｕ４，Ｑｖ１，Ｑｖ４，Ｑｗ１，Ｑｗ４は、それぞれ個別に制御部２１によって駆動が制御される。この構成による電力変換部２０Ｂは「ユニポーラ駆動回路」とも呼ばれる。
【００７１】
制御部２１は、図１４に示すような制御を行って、三相巻線（すなわちＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）にそれぞれ通電する。図１４には、上から順番にＵ相巻線１１Ｕに流すＵ相電流Ｉｕ、Ｖ相巻線１１Ｖに流すＶ相電流Ｉｖ、Ｗ相巻線１１Ｗに流すＷ相電流Ｉｗの各波形を示す。
【００７２】
図１４に示すＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗは、トランジスタＱｕ１，Ｑｕ４，Ｑｖ１，Ｑｖ４，Ｑｗ１，Ｑｗ４を個別に間欠駆動して生成される直流パルスである。直流パルスは、直流成分に相当するシングルパルスであって、単方向のパルス通電駆動に相当する。Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗは、位相をずらしてＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗにそれぞれ流される。なお、時刻ｔ１から時刻ｔ７までの期間がＵ相電流Ｉｕの一周期に相当し、時刻ｔ３から時刻ｔ９までの期間がＶ相電流Ｉｖの一周期に相当する。Ｗ相電流Ｉｗについても同様である。Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ自体によって、合成の界磁磁束φｆを得ることができるので、高性能・高効率となる。また、回転電機１０の負荷が増すと界磁磁束φｆが強まり、負荷が減ると界磁磁束φｆが弱まるので、おのずと所望の可変界磁が実現できる。
【００７３】
上述した実施の形態４によれば、以下に示す各作用効果を得ることができる。
【００７４】
（１２）制御部２１は、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに対して位相をずらして直流間欠駆動を行う構成とした（図１３，図１４を参照）。この構成によれば、常に多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに電流を流す場合に比べて、間欠的に直流成分を流すように駆動すればよい。そのため、同じ出力（例えばトルクなど）を得る場合には、多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆに流す電流量を抑制することができる。
【００７５】
（１３）制御部２１は、電力変換部２０Ｂに含まれるトランジスタＱｕ１，Ｑｕ４，Ｑｖ１，Ｑｖ４，Ｑｗ１，Ｑｗ４を個別に間欠駆動して、単方向のパルス通電駆動を行って直流成分を通じる構成とした（図１４を参照）。この構成によれば、高効率でパワフルな駆動ができる。なお図１４にはプラス側における単方向のパルス通電駆動する例を示すが、マイナス側における単方向のパルス通電駆動で実現してもよい。
【００７６】
〔実施の形態６〕
実施の形態６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１〜５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１〜５と相違する点を説明する。
【００７７】
上述した実施の形態１に示す回転電機１０Ａには、図９に示すＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗと、図１５に示す半波整流部２４とのうちで一方または双方を適用することができる。半波整流部２４は、回転電機１０Ａ，１０Ｂに内蔵するか否かを問わずに備えてもよく、回転電機１０Ａ，１０Ｂとは別個（例えば車両内）に備えてもよい。なお、半波整流部２４とともに、図１０に示す電力変換部２０Ａや図１３に示す電力変換部２０Ｂを備えてもよい。
【００７８】
図１５に示す半波整流部２４は、ダイオードＤｕ１，Ｄｖ１，Ｄｗ１などを有する。この半波整流部２４は、三相巻線（例えばＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗ）で発電された電力を半波整流して電源Ｅに充電する機能を担う。
【００７９】
Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗは、Ｙ結線されて中性点Ｐｍを有する。中性点ＰｍはグラウンドＧＮＤに接続される。ダイオードＤｕ１は、中性点Ｐｍとは反対側のＵ相巻線１１Ｕと電源Ｅとの間に接続される。ダイオードＤｖ１は、中性点Ｐｍとは反対側のＶ相巻線１１Ｖと電源Ｅとの間に接続される。ダイオードＤｗ１は、中性点Ｐｍとは反対側のＷ相巻線１１Ｗと電源Ｅとの間に接続される。
【００８０】
図示を省略するが、回転子１３には界磁起磁力の自己励磁初期立ち上がりために、小型の永久磁石を設けるとよい。こうすることで、最初の自己励磁の契機を確保できる。
【００８１】
上述した実施の形態５によれば、以下に示す作用効果を得ることができる。
【００８２】
（１４）多相巻線１１ｂ，１１ｄ，１１ｆとしてのＵ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗによって発電される電力を半波整流して電源Ｅに出力する半波整流部２４を有する構成とした（図１５を参照）。この構成によれば、界磁巻線を設けなくても、Ｕ相巻線１１Ｕ，Ｖ相巻線１１Ｖ，Ｗ相巻線１１Ｗにはそれぞれ半波整流された直流電流（すなわち直流成分）が流れるので、界磁起磁力を得ることができる。
【００８３】
〔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１〜６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。
【００８４】
上述した実施の形態１〜６では、単体の磁石Ｍ１や磁石Ｍ２を備える構成とした（図２，図８，図１３を参照）。この形態に代えて、磁石Ｍ１および磁石Ｍ２のうちで一方または双方について、分割磁石で構成してもよい。磁石Ｍ１，Ｍ２を分割するか否かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【００８５】
上述した実施の形態１では、ハウジング１２の一部に界磁ヨーク部１２ｂを備える構成とした（図１を参照）。すなわち、非磁性部１２ａと非磁性部１２ｃとの間に界磁ヨーク部１２ｂを介在させる構成とした。この形態に代えて、ハウジング１２の全体を非磁性部材で構成してもよい。この場合には、ハウジング１２の内側であって、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２の経路となる部位に界磁ヨーク部１２ｂを備えるとよい。ハウジング１２の構成が相違するに過ぎず、磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２は確実に形成されるので、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００８６】
上述した実施の形態１では、多相巻線１１ｂと多相巻線１１ｄとの間は、その一部または全部が軸方向の片側端部（図１では左側端部）において一連となるように渡り部１８で接続される構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、一本状の導電線材を巻き回して電機子１１Ａ，１１Ｂに巻装し、結果として多相巻線１１ｂ，１１ｄおよび渡り部１８になるように構成してもよい。また、Ｕ字形状（Ｊ字形状を含む）に成形された多数のコイル（導電部材に相当する）を接続して、結果として多相巻線１１ｂ，１１ｄおよび渡り部１８になるように構成してもよい。これらの構成は、実施の形態２に示す多相巻線１１ｆ（図６を参照）にも同様に適用できる。多相巻線の巻装形態が相違するに過ぎないので、実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００８７】
上述した実施の形態２では、回転子１３Ｂの第二ロータ部材１３ｅ，回転子１３Ｃの第二ロータ部材１３ｇ，軟磁性体１９を別体に成形して固定する構成とした（図６，図７を参照）。この形態に代えて、第二ロータ部材１３ｅ，１３ｇおよび軟磁性体１９を一体成形する構成としてもよい。別体成形か一体成形かの相違に過ぎないので、実施の形態２と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０（１０Ａ，１０Ｂ）  回転電機
１１ａ，１１ｃ  電機子鉄心（ステータコア）
１１ｂ，１１ｄ  多相巻線
１２ｂ  界磁ヨーク部
１３ａｍ，１３ｂｍ，１３ｃｍ，１３ｅｍ  磁極
ＣＥ１，ＣＥ２  コイルエンド部
Ｇ１ａ，Ｇ１ｂ，Ｇ１ａ，Ｇ３ｂ  対向空隙
ＭＣ（ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３）  磁気回路
【図１】
0006477256.tif 000002
【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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