(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（１１，２１，３１）と、
第１回転軸（１５，２５，３５）に接続される第１回転子（１２，２２，３２）と、
前記第１回転軸と同軸である第２回転軸（１６，２６，３６）に接続される第２回転子（１３，２３，３３）と、を備え、前記第１回転子と前記第２回転子とを磁気的に結合させ、前記第１回転軸と前記第２回転軸との間で動力を伝達する回転電機（１０，２０，３０）であって、
前記第１回転子は、周方向において交互に異なる極性となるように並び、且つ、その並び方向に直交する方向に磁力を生じさせる、極対数がｍである永久磁石（１９，２９，３９）を備え、
前記第２回転子は、軟磁性体で形成され環状に配置されたｋ個の磁気変調子（１３ａ，２３ａ，３３ａ）を備え、
前記固定子は、軟磁性体で形成され環状に配置されたｎ個の磁気誘導子（１７ａ，１７ｃ，２１ａ，３７ａ）、及び、通電により極対数がｍである回転磁界を生じさせる巻線（１８ｕ，１８ｖ，１８ｗ，２８ｕ，２８ｖ，２８ｗ，３８ｕ，３８ｖ，３８ｗ）を備え、
前記ｋと前記ｎとの和又は差の絶対値が前記ｍの２倍であることを特徴とする、回転電機。
【請求項２】
前記固定子は、円筒形状の中空部を有し、その中空部を囲むように複数の凹部（１１ｂ，２１ｂ）が形成されており、
前記巻線は、前記固定子の前記凹部に巻か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】
前記凹部の間に形成されている凸部（１１ａ，２１ａ）の数と、前記磁気誘導子の数とが同一であることを特徴とする、請求項２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記磁気誘導子（２１ａ）は、前記固定子（２１）の前記凸部（２１ａ）であることを特徴とする、請求項３に記載の回転電機（２０）。
【請求項５】
前記磁気変調子及び前記磁気誘導子の少なくとも一方は、互いに隣接するものどうしが離間して配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項６】
前記磁気誘導子は、周方向において互いに隣接するものどうしが、その磁気誘導子よりも径方向の厚みが薄いブリッジ（１７ｂ）により接続されていることを特徴とする、請求項１〜３、５のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記固定子は、固定子本体と、前記固定子本体に取り付けられた前記磁気誘導子（１７ａ，１７ｃ，３７ａ）とを備え、
前記磁気誘導子の前記固定子本体と対向する面の面積は、前記第１回転子又は前記第２回転子と対向する面の面積よりも小さいことを特徴とする、請求項１〜３、５、６のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記固定子は、固定子本体と、前記固定子本体に取り付けられた前記磁気誘導子（１７ｃ）とを備え、
前記磁気誘導子は、前記固定子本体に所定の空隙を隔てて取り付けられることを特徴とする、請求項１〜３、５〜７のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記磁気変調子は、周方向において互いに隣接するものどうしが、その磁気変調子よりも径方向の厚みが薄いブリッジ（１３ｂ）により接続されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記磁気変調子（１３ｃ）は、周方向に互いに対向する側面が凹形状であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ｋは、前記ｎよりも大きいことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１２】
回転軸に直交する方向又は回転軸方向において、前記第２回転子が、前記第１回転子と前記固定子との間に配置されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記固定子と前記第１回転子と前記第２回転子とは、径方向に対向して配置され、
前記固定子は、径方向の最も外側に配置されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記固定子の回転軸方向の厚みは、前記永久磁石、前記磁気変調子、及び前記磁気誘導子の回転軸方向の厚みよりも薄いことを特徴とする、請求項１３に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記固定子（３１）と前記第１回転子（３２）と前記第２回転子（３３）とは、回転軸方向に対向して配置されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の回転電機（３０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転子間の磁気的な結合力により動力を伝達する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの回転子間の磁気的な結合力により動力を伝達するものとして、特許文献１に記載の回転電機がある。特許文献１に記載の回転電機は、複数の永久磁石を備える第１回転子と、複数の磁極片を備える第２回転子と、複数の永久磁石及び三相巻線を備える固定子とを含んで構成されている。この回転電機では、内部回転子の永久磁石により生ずる回転磁界と、三相巻線への通電により生ずる回転磁界とを相互作用させ、第１回転子と第２回転子とを磁気的に結合させる。そして、この磁気的な結合を利用して、第１回転子と第２回転子との間での動力の伝達を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１４１４００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に記載の回転電機では、固定子に巻かれた巻線と回転子との間に永久磁石を備え、その永久磁石を介して磁束のやり取りを行うため、永久磁石による磁気抵抗が大きくなる。加えて、磁束が永久磁石を通ることにより渦電流損失も生じる。これらの結果として、第１回転子と第２回転子との間での動力の伝達効率が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、動力の伝達効率を向上させることが可能な回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、固定子と、第１回転軸に接続される第１回転子と、第１回転子と同軸である第２回転軸に接続される第２回転子と、を備え、第１回転子と第２回転子とを磁気的に結合させ、第１回転軸と第２回転軸との間で動力を伝達する回転電機であって、第１回転子は、周方向において交互に異なる極性となるように並び、且つ、その並び方向に直交する方向に磁力を生じさせる、極対数がｍである永久磁石を備え、第２回転子は、軟磁性体で形成され、環状に配置されたｋ個の磁気変調子を備え、固定子は、軟磁性体で形成され、環状に配置されたｎ個の磁気誘導子、及び、通電により極対数がｍである回転磁界を生じさせる巻線を備え、ｋとｎとの和又は差の絶対値が、ｍの２倍であることを特徴とする。
【０００７】
上記構成では、第１回転子の回転に伴い生ずる回転磁界と、三相巻線への通電により生ずる回転磁界との極対数が同じであるため、これらを相互作用させることができる。第１回転子の永久磁石から生ずる磁束は、第２回転子の磁気変調子を介して磁気誘導子へと流入し、磁気誘導子から、その磁気変調子に隣接する磁気変調子を介して、第１回転子の永久磁石へと流入する。このとき、磁気変調子の数であるｋと磁気誘導子の数であるｎとの和又は差の絶対値が、極対数であるｍの２倍であれば、第１回転子と第２回転子とは磁気的に結合する。これにより、第１回転子以外に永久磁石を設けることなく、第１回転子と第２回転子とを磁気的に結合させることができる。ゆえに、第１回転子以外に永久磁石を設けることにより生ずる磁気抵抗の増大、及び、第１回転子以外に永久磁石を設けることにより生ずる渦電流損を抑制することができ、第１回転子と第２回転子との間での動力の伝達効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。
【図２】第１実施形態に係る回転電機のII−II断面図である。
【図３】第２実施形態に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。
【図４】第３実施形態に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。
【図５】第４実施形態に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。
【図６】第５実施形態に係る回転電機の回転軸に垂直な断面図である。
【図７】第６実施形態に係る回転電機のII−II断面図である。
【図８】第７実施形態に係る回転電機の回転軸方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００１０】
＜第１実施形態＞
本実施形態に係る回転電機は、内燃機関やモータ等を動力源として備える車両に搭載され、その動力源の回転軸を駆動軸側に接続し、車軸を従動軸側に接続している。そして、動力源からの動力を回転電機を介して車軸に伝達させ、車両を走行させるために用いられる。
【００１１】
図１は、本実施形態に係る回転電機１０の、回転軸に垂直な断面図であり、図２は、回転軸に平行な方向のII−II断面図である。回転電機１０は、固定子１１、第１回転子１２、及び第２回転子１３を含んで構成されている。固定子１１、第１回転子１２、及び第２回転子１３の、回転軸に垂直な断面は回転軸方向について均一な形状である。すなわち、固定子１１、第１回転子１２及び第２回転子１３は、いずれも、円環形状である。固定子１１、第１回転子１２、及び第２回転子１３は、第１回転子１２及び第２回転子１３の回転軸を中心軸１４とする同心円状に配置されている。すなわち、本実施形態に係る回転電機１０は、ラジアルギャップ型である。径方向において、第１回転子１２が最も中心軸１４側に配置され、固定子１１が最も外側に配置されている。第１回転子１２の回転軸は、第１回転軸である駆動軸１５に接続されており、第２回転子１３の回転軸は、第２回転軸である従動軸１６に接続されている。これら駆動軸１５及び従動軸１６は同軸に配置されている。
【００１２】
固定子１１の形状は、径方向に所定の厚みを有し、内部に中空部を有する円筒形状である。固定子１１の内周面には、同形状である２４個の凸部１１ａが、周方向について等間隔に設けられている。凸部１１ａの中心軸１４側の先端面の形状は、円筒の内周面の一部をなす円弧状である。これら凸部１１ａが設けられることにより、その凸部１１ａ間のそれぞれには凹部１１ｂが形成されている。凹部１１ｂの数は、凸部１１ａの数と同じく２４個である。凹部１１ｂの底面の形状は、円筒の内周面の一部をなす円弧状である。また、凹部１１ｂは凸部１１ａの間に形成されていることから、凹部１１ｂは凸部１１ａと側面を共有している。すなわち、固定子１１の内周面の形状は、凸部１１ａと凹部１１ｂとが交互に設けられた略矩形波状となっている。
【００１３】
凸部１１ａの先端には、磁気誘導子列１７が接するように設けられている。この磁気誘導子列１７は、周方向に等間隔で設けられた、同形状の磁気誘導子１７ａにより構成されている。これら磁気誘導子１７ａは、軟磁性体により形成されている。磁気誘導子１７ａの断面形状は、図２に示すように、中心軸１４を通る直線を対象軸とする左右対称な形状であり、且つ、図１に示すように、凸部１１ａ側（外周側）が狭く中心軸１４側が広い略扇形である。本実施形態では、磁気誘導子１７ａの数は１４である。
【００１４】
固定子１１の凹部１１ｂには、３相の巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが巻かれている。これら巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗは、各相について、２つおきの凹部１１ｂに同じ相の巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが巻き方向を逆にして巻かれている。また、隣接する凹部１１ｂにおいて、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの巻方向は逆にして巻かれている。これら３相の巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗが巻かれる凹部１１ｂの数は上述したとおり２４であるため、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにより発生させることができる磁界の極対数は、４である。
【００１５】
第１回転子１２は軟磁性体で形成されており、その形状は、径方向に所定の厚みを有し、内部に中空部を有する円筒形状である。第１回転子１２の径方向の表面には、複数の永久磁石１９が設けられている。永久磁石１９は、周方向おいてそれぞれ接するように設けられている。すなわち、永久磁石１９により断面円環形状を形成しているといえる。永久磁石１９は径方向に着磁されており、互いに隣接する永久磁石３９において、その極性は逆方向となっている。この着磁方向は、図１では矢印で示している。本実施形態では、永久磁石１９を８個設けているため、永久磁石１９により発生させることができる磁界の極対数は４である。
【００１６】
第２回転子１３は、周方向に等間隔で設けられた、同形状の磁気変調子１３ａにより構成されている。これら磁気変調子１３ａは、軟磁性体により形成されている。磁気変調子１３ａは、従動軸１６側の端部において、その従動軸１６に接続されている。磁気変調子１３ａの断面形状は、略正方形である。本実施形態では、磁気変調子１３ａの数は２２である。
【００１７】
なお、磁気誘導子１７ａ及び／又は磁気変調子１３ａについて、周方向の機械強度を高めるべく、非磁性体で形成された、中心軸１４を中心線とする円筒形のフレームに収容する構造としてもよい。
【００１８】
インバータ１００は、車両に搭載されたバッテリ等から供給される直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗへ、位相を１２０°ずらして供給する。
【００１９】
続いて、本実施形態に係る回転電機１０の動作について説明する。なお、以下の説明において、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにより発生する磁界の極対数及び永久磁石１９の極対数をｍ（＝４）とし、磁気変調子１３ａの数をｋ（＝２２）とし、磁気誘導子１７ａの数をｎ（＝１４）とする。
【００２０】
巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにより発生する磁界の極対数及び永久磁石１９の極対数が等しいことから、第１回転子１２の回転により生ずる磁界と、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにより生ずる回転磁界とは、相互作用する。このとき、外側がＮ極であり内側（中心軸１４側）がＳ極である永久磁石１９により生ずる磁束は、磁気変調子１３ａを介して磁気誘導子１７ａへと流れる。この磁気誘導子１７ａ内を通過した磁束は、その磁気変調子１３ａの周方向に隣接する磁気変調子１３ａを通過し、外側がＳ極であり内側がＮ極である永久磁石１９へと流れる。
【００２１】
第１回転子１２及び第２回転子１３の回転時には、永久磁石１９から生じた磁束は、その永久磁石１９の極対数に基づく周波数成分の磁束であり、その永久磁石１９に隣接する永久磁石１９に戻る磁束も、永久磁石１９の極対数に基づく周波数成分の磁束である。そのため、磁気変調子１３ａを介して磁気誘導子１７ａがキャッチする磁束の周波数成分は、その磁気変調子１３ａの数と、永久磁石１９の極対数の２倍との和又は差の絶対値である必要がある。これら周波数成分は、極対数、又は磁気変調子１３ａの数に比例するものである。したがって、ｋとｎの差の絶対値が、ｍの２倍となる。このようにして、第１回転子１２と第２回転子１３とが磁気的に結合することにより、トルクが伝達される。
【００２２】
上記構成により、本実施形態に係る回転電機１０は、以下の効果を奏する。
【００２３】
・巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗと永久磁石１９との間に他の永久磁石を設けていないため、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗと永久磁石１９との間の磁気抵抗が小さくなる。これにより、駆動軸１５から従動軸１６への動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２４】
・巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗと永久磁石１９との間に他の永久磁石を設けていないため、永久磁石を磁束が通過することにより生ずる渦電流損を低減することができる。これにより、駆動軸１５から従動軸１６への動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２５】
・巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを備える固定子１１と永久磁石１９を備える第１回転子１２との間に、磁気変調子１３ａを備える第２回転子１３を配置しているため、磁束変調が良好に働き、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２６】
・第２回転子１３において、隣接する磁気変調子１３ａを離間して配置している。これにより、永久磁石１９から磁気変調子１３ａへと流入した磁束の大半は、その磁気変調子１３ａに隣接する磁気変調子１３ａではなく、磁気誘導子１７ａへと流出する。一方、磁気誘導子１７ａから磁気変調子１３ａへと流入した磁束の大半は、その磁気変調子１３ａに隣接する磁気変調子１３ａではなく、永久磁石１９へ流出する。すなわち、隣接する磁気変調子１３ａ間での磁束漏れを抑制することができ、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２７】
・磁気誘導子列１７において、隣接する磁気誘導子１７ａを離間して配置している。これにより、磁気変調子１３ａから磁気誘導子１７ａへと流入した磁束の大半は、その磁気誘導子１７ａに隣接する磁気誘導子１７ａではなく、磁気変調子１３ａへ流入する。すなわち、隣接する磁気誘導子１７ａ間での磁束漏れを抑制することができ、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２８】
・磁気誘導子１７ａの形状を、凸部１１ａ側（外周側）が狭く中心軸１４側が広い略扇形としているため、磁気誘導子１７ａと磁気変調子１３ａとの対向面積を確保しつつ、隣接する磁気誘導子１７ａ間のギャップを広くし、且つ、固定子１１との接触面積を小さくすることができる。これにより、磁気誘導子１７ａから隣接する磁気誘導子１７ａへの磁束漏れ、及び、磁気誘導子１７ａから固定子１１への磁束漏れを抑制しつつ、磁気誘導子１７ａと磁気変調子１３ａとの間の磁気抵抗を低下させることができ、ひいては、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００２９】
・磁気変調子１３ａの数が磁気誘導子１７ａの数よりも多いため、磁束変調が良好に働き、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００３０】
・永久磁石は第１回転子１２に設けられるもののみでよいため、永久磁石を多数設けることに起因する製造コストの増加を抑制することができる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
図３は、本実施形態に係る回転電機１０の、回転軸に垂直な断面図である。本実施形態に係る回転電機１０は、第１実施形態に係る回転電機１０に対して、第２回転子１３の構造、及び磁気誘導子列１７の構造が異なっている。
【００３２】
第２回転子１３には、周方向に隣接する磁気変調子１３ａどうしを接続するブリッジ１３ｂが設けられている。これらブリッジ１３ｂは、径方向の厚みが磁気変調子１３ａよりも薄く、周方向に隣接する磁気変調子１３ａの径方向の外側端部どうし、及び、内側端部どうしをそれぞれ接続している。なお、外側端部どうしを接続するブリッジ１３ｂと、内側端部どうしを接続するブリッジ１３ｂとは、径方向の厚みが等しくなっている。
【００３３】
磁気誘導子列１７には、周方向に隣接する磁気誘導子１７ａどうしを接続するブリッジ１７ｂが設けられている。これらブリッジ１７ｂは、径方向の厚みが磁気誘導子１７ａよりも薄く、周方向に隣接する磁気誘導子１７ａの径方向の内側端部どうしを接続している。
【００３４】
これらブリッジ１３ｂ，１７ｂは、磁気変調子１３ａ及び磁気誘導子１７ａと同じ材料により形成してもよく、磁気変調子１３ａ及び磁気誘導子１７ａとは異なる材料、例えば非磁性体等により構成してもよい。
【００３５】
なお、ブリッジ１３ｂ，１７ｂについては、例えば以下のように変更してもよい。
・磁気誘導子列１７において、第２回転子１３のごとく、外側端部もブリッジにより接続する。
・第２回転子１３において、磁気誘導子列１７のごとく、内側端部のみをブリッジにより接続する。
・第２回転子１３及び磁気誘導子列１７の少なくとも一方において、外側端部のみをブリッジにより接続する。
・第２回転子１３及び磁気誘導子列１７の少なくとも一方において、外側端部と内側端部との間の部分どうしを、ブリッジにより接続する。この場合、外側端部どうしを接続するブリッジ及び／又は内側端部どうしを接続するブリッジは、設けてもよく、設けなくてもよい。
・第２回転子１３及び磁気誘導子列１７の少なくとも一方において、外側端部どうし及び内側端部どうしをブリッジにより接続する場合、それぞれのブリッジの径方向の厚みを異なるものにする。
・第２回転子１３のブリッジの径方向の厚みと、磁気誘導子列１７のブリッジの径方向の厚みを異なるものとする。
【００３６】
本実施形態に係る上記構造により、第２回転子１３及び磁気誘導子列１７の、周方向への機械強度を高めることができる。
【００３７】
＜第３実施形態＞
図４は、本実施形態に係る回転電機１０の、回転軸に垂直な断面図である。本実施形態に係る回転電機１０は、第１実施形態に係る回転電機１０に対して、第２回転子１３の磁気変調子１３ｃの断面形状が異なっている。
【００３８】
磁気変調子１３ｃの周方向の幅は、径方向の略中央において、最も狭くなっており、径方向の両端部に向かうにつれ、それぞれ、徐々に広くなっている。すなわち、磁気変調子１３ｃの側面は、凹形状となっている。これにより、隣接する磁気変調子１３ｃどうしのギャップをより大きくしつつ、第１回転子１２の永久磁石１９と対抗する面積、及び、磁気誘導子列１７の磁気誘導子１７ａと対向する面積を担保することができる。
【００３９】
したがって、各磁気変調子１３ｃにおいて、隣接する磁気変調子１３ｃへの磁束漏れを抑制しつつ、永久磁石１９及び磁気誘導子１７ａとの対向面の磁気抵抗を下げ、トルクの伝達性能を向上させることができる。
【００４０】
＜第４実施形態＞
図５は、本実施形態に係る回転電機１０の、回転軸に垂直な断面図である。第１実施形態では、固定子１１の凸部１１ａに接するように磁気誘導子１７ａを設けている。この点、本実施形態では、固定子１１の凸部１１ａと、磁気誘導子１７ｃとの間に空隙を設けている。
【００４１】
固定子１１の凸部１１ａと磁気誘導子１７ａとが接するように設けられていた場合、磁気変調子１３ａから磁気誘導子１７ａへと流入した磁束の一部は、固定子１１へと漏れることとなる。本実施形態では、固定子１１の凸部１１ａと磁気誘導子１７ｃとの間に空隙を設けているため、磁気誘導子１７ｃから固定子１１への磁束漏れを抑制することができる。
【００４２】
＜第５実施形態＞
本実施形態に係る回転電機１０の、回転軸に垂直な断面は第１実施形態に係る回転電機１０と同様であり、II−II断面が第１実施形態と異なっている。図６は、回転軸に平行な方向のII−II断面図である。
【００４３】
固定子１１ｃの軸方向の厚みは、第１回転子１２の軸方向の厚み、第２回転子１３の軸方向の厚み、及び磁気誘導子列１７の軸方向の厚みよりも小さい。また、第１回転子１２の軸方向の厚み、第２回転子１３の軸方向の厚み、及び磁気誘導子列１７の軸方向の厚みは、等しい。
【００４４】
回転電機１０では、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを設けるスペースを確保する必要がある。上記構成では、固定子１１ｃの軸方向の厚みを、第１回転子１２の軸方向の厚み、第２回転子１３の軸方向の厚み、及び磁気誘導子列１７の軸方向の厚みよりも小さくし、生じたスペースに巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを設けることができる。そのため、回転電機１０の回転軸方向の厚みを小さくしつつ、性能を維持することができる。また、生じたスペースに巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗを設けることから、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの径を大きくすることができる。したがって、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗの抵抗が小さくなり、巻線１８ｕ，１８ｖ，１８ｗにおける電力の損失を低下させることができる。
【００４５】
＜第６実施形態＞
図７は、本実施形態に係る回転電機２０の、回転軸に垂直な断面図である。回転電機２０は、固定子２１、第１回転子２２、及び第２回転子２３を含んで構成されている。固定子２１、第１回転子２２、及び第２回転子２３の、回転軸に垂直な断面は回転軸方向について均一な形状である。固定子２１、第１回転子２２、及び第２回転子２３は、第１回転子２２及び第２回転子２３の回転軸を中心軸とする同心円状に配置されている。径方向において、第１回転子２２が最も中心軸側に配置され、固定子２１が最も外側に配置されている。第１回転子２２の回転軸は、第１回転軸である駆動軸２５に接続されており、第２回転子２３の回転軸は、第２回転軸である従動軸２６に接続されている。これら駆動軸２５及び従動軸２６は同軸に配置されている。
【００４６】
固定子２１の形状は、径方向に所定の厚みを有し、内部に中空部を有する円筒形状である。固定子２１の内周面には、同形状である２８個の凸部２１ａが、周方向について等間隔に設けられている。凸部２１ａの中心軸側の先端面の形状は、円筒の内周面の一部をなす円弧状である。これら凸部２１ａが設けられることにより、その凸部２１ａ間のそれぞれには凹部２１ｂが形成されている。凹部２１ｂの底面の形状は、円筒の内周面の一部をなす円弧状である。また、凹部２１ｂは凸部２１ａの間に形成されていることから、凹部２１ｂは凸部２１ａと側面を共有している。すなわち、固定子２１の内周面の形状は、凸部２１ａと凹部２１ｂとが交互に設けられた略矩形波状となっている。
【００４７】
固定子２１の凹部２１ｂには、３相の巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻かれている。これら巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、連続する６つの凹部２１ｂに巻かれ、且つ、連続する６つの凹部２１ｂどうしの間には、いずれの巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗも巻かれない１つの凹部２１ｂが設けられている。すなわち、４つの凹部２１ｂは巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻かれないものとされている。連続する６つも凹部２１ｂにおいて、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは、２つおきの凹部２１ｂに同じ相の巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻き方向を逆にして巻かれている。また、隣接する凹部２１ｂにおいて、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの巻方向は逆にして巻かれている。３相の巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗは２４個の凹部２１ｂに巻かれるため、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗにより発生させることができる磁界の極対数は、４である。
【００４８】
第１回転子２２は軟磁性体で形成されており、その形状は、径方向に所定の厚みを有し、内部に中空部を有する円筒形状である。第１回転子２２の径方向の表面には、複数の永久磁石２９が設けられている。永久磁石２９は、周方向おいてそれぞれ接するように設けられている。すなわち、永久磁石２９により断面円環形状を形成しているといえる。永久磁石２９は径方向に着磁されており、互いに隣接する永久磁石２９において、その極性は逆方向となっている。この着磁方向は、図７では矢印で示している。本実施形態では、永久磁石２９を８個設けているため、永久磁石２９により発生させることができる磁界の極対数は４である。
【００４９】
第２回転子２３は、周方向に等間隔で設けられた、同形状の磁気変調子２３ａにより構成されている。これら磁気変調子２３ａは、軟磁性体により形成されている。磁気変調子２３ａは、従動軸２６側の端部において、その従動軸２６に接続されている。磁気変調子２３ａの断面形状は、略正方形である。本実施形態では、磁気変調子２３ａの数は３６である。
【００５０】
巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗにより発生する磁界の極対数及び永久磁石２９の極対数が等しいことから、第１回転子２２の回転により生ずる回転磁界と、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗにより生ずる回転磁界とは、相互作用する。このとき、外側がＮ極であり内側（中心軸１４側）がＳ極である永久磁石２９により生ずる磁束は、磁気変調子２３ａを介して固定子２１の凸部２１ａへと流れる。この凸部２１ａ内を通過した磁束は、その磁気変調子２３ａの周方向に隣接する磁気変調子２３ａを通過し、外側がＳ極であり内側がＮ極である永久磁石２９へと流れる。すなわち、固定子２１の凸部２１ａが、第１実施形態の回転電機１０における磁気誘導子１７ａとして機能する。
【００５１】
上記構成により、本実施形態に係る回転電機２０は、第１実施形態に係る回転電機１０が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。
【００５２】
・第１実施形態に係る回転電機１０が磁気誘導子列１７を備えているのに対し、本実施形態に係る回転電機２０は、固定子２１の凸部２１ａを磁気誘導子として機能させている。そのため、磁気誘導子を備える必要がない。したがって、回転電機２０の構造の簡略化、及び、小型化を実現することができる。
【００５３】
＜第７実施形態＞
図８は、本実施形態に係る回転電機３０の回転軸方向の断面図である。回転電機３０は、固定子３１、第１回転子３２、及び第２回転子３３を含んで構成されている。固定子３１、第１回転子３２、及び第２回転子３３の外形は、回転軸に垂直な面において、略同一の円環形状である。固定子３１は、第２回転子３３の一方の面と軸方向において対向するように配置されており、第１回転子３２は、第２回転子３３の他方の面と軸方向において対向するように配置されている。すなわち、第２回転子３３は、軸方向において、固定子３１と第１回転子３２とに挟まれるように配置されている。このように構成されているため、本実施形態に係る回転電機３０は、アキシャルギャップ型である。第１回転子３２の回転軸は、駆動軸３５に接続されており、第２回転子３３の回転軸は、従動軸３６に接続されている。
【００５４】
固定子３１の、第２回転子３３と対向する側には、磁気誘導子列３７が接するように設けられている。この磁気誘導子列３７は、周方向に等間隔で設けられた、同形状の磁気誘導子３７ａにより構成されている。これら磁気誘導子３７ａは、軟磁性体により形成されている。磁気誘導子３７ａの回転軸に垂直な断面形状は、略正方形、若しくは略長方形である。本実施形態では、磁気誘導子３７ａの数は１４である。
【００５５】
固定子３１の、第２回転子３３と対向する側の反対側には、３相の巻線３８ｕ，３８ｖ，３８ｗが巻かれている。これら巻線３８ｕ，３８ｖ，３８ｗは、磁極数が４となるように巻かれている。
【００５６】
第１回転子３２の、第２回転子３３と対向する側には、永久磁石３９が設けられている。これら永久磁石３９の形状は、径方向に均一な幅を有する円弧状であり、これら永久磁石３９により円環が形成されている。周方向に隣接する永久磁石３９の極性は、互いに逆方向となっている。永久磁石３９の数は８であり、これら永久磁石３９により形成される磁極対の数は、４である。
【００５７】
第２回転子３３には、同形状の磁気変調子３３ａが周方向に等間隔で設けられている。これら磁気変調子３３ａは、周方向について等間隔に並べるべく、例えば、外周に等間隔の凹みを有する、非磁性体で形成されたフレームに収められている。磁気変調子３３ａの回転軸に垂直な断面形状は、略正方形、若しくは略長方形である。本実施形態では、磁気変調子３３ａの数は１２である。
【００５８】
なお、本実施形態に係る回転電機３０の動作は、第１実施形態に係る回転電機１０の動作に準ずるものとなる。
【００５９】
上記構成により、本実施形態に係る回転電機３０は、第１実施形態に係る回転電機１０に準ずる効果を奏する。
【００６０】
＜変形例＞
・上記各実施形態は、互いに組み合わせて用いるものとしてもよい。
【００６１】
・第５実施形態において、４つの凹部２１ｂには、いずれの巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗも巻かれないものとした。この点、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗの相数、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗにより生ずる磁界の極対数、凹部２１ｂの数、及び磁気変調子２３ａの数によっては、巻線２８ｕ，２８ｖ，２８ｗが巻かれない凹部２１ｂが生じない場合も起こり得る。
【００６２】
・第５実施形態において、第２実施形態のごとく、磁気変調子２３ａ間にブリッジを設けたり、第３実施形態のごとく、磁気変調子２３ａの周方向側面の形状を凹形状としたりしてもよい。また、第５実施形態における固定子２１、第１回転子２２、及び第２回転子２３について、軸方向の厚みを第６実施形態に準ずるものとしてもよい。
【００６３】
・第７実施形態において、磁気誘導子３７ａの形状を、第１実施形態の磁気誘導子１７ａに準ずるものとしてもよい。このとき、磁気誘導子３７ａは、軸方向に対向する磁気変調子３３ａとの対向面積を確保しつつ、隣接する磁気誘導子３７ａとのギャップを広くし、且つ、固定子３１との接触面積を小さくするために、略円錐形等とすればよい。
【００６４】
・第７実施形態において、磁気変調子３３ａの形状を、第３実施形態の磁気変調子１３ｃに準ずるものとしてもよい。また、第２実施形態のごとく、磁気変調子３３ａ間及び磁気誘導子３７ａ間の少なくとも一方に、ブリッジを設けてもよい。
【００６５】
・第７実施形態において、第４実施形態のごとく、固定子３１と磁気誘導子列３７との間にギャップを設けてもよい。
【００６６】
・第７実施形態において、第５実施形態のごとく、磁気誘導子列３７を設けないものとしてもよい。このとき、固定子３１は、第５実施形態のごとく、凹凸構造とし、その凸部を磁気誘導子３７ａとして機能させるものとすればよい。
【００６７】
・各実施形態において、永久磁石の極対数、巻線により生ずる磁界の極対数、磁気誘導子の数、及び磁気変調子の数を特定しているが、これらの数は各実施形態のものに限られない。すなわち、磁気変調子の数であるｋと磁気誘導子の数であるｎとの和又は差の絶対値が、極対数であるｍの２倍であればよい。なお、これらｋ、ｍ、ｎは、自然数である。また、ｋをｎよりも大きい数とすれば、磁束変調がより良好に働き、動力の伝達性能を向上させることができる。
【００６８】
・上記実施形態では、回転電機１０，２０，３０を車両に搭載し、車両の動力源と車軸とを回転電機１０，２０，３０を介して接続するものとしたが、回転電機１０，２０，３０の用途はこれに限られない。例えば、車両に搭載された内燃機関を始動させるためのスタータモータと、その内燃機関との接続に用いてもよい。また、搭載対象は車両に限られることもない。
【符号の説明】
【００６９】
１０…回転電機、１１…固定子、１１ａ…凸部、１１ｂ…凹部、１１ｃ…固定子、１２…第１回転子、１３…第２回転子、１３ａ…磁気変調子、１３ｂ…ブリッジ、１３ｃ…磁気変調子、１５…駆動軸、１６…従動軸、１７ａ…磁気誘導子、１７ｂ…ブリッジ、１７ｃ…磁気誘導子、１８ｕ…巻線、１８ｖ…巻線、１８ｗ…巻線、１９…永久磁石、２０…回転電機、２１…固定子、２１ａ…凸部、２１ｂ…凹部、２２…第１回転子、２３…第２回転子、２３ａ…磁気変調子、２５…駆動軸、２６…従動軸、２７…永久磁石、２８ｕ…巻線、２８ｖ…巻線、２８ｗ…巻線、２９…永久磁石、３０…回転電機、３１…固定子、３２…第１回転子、３３…第２回転子、３３ａ…磁気変調子、３５…駆動軸、３６…従動軸、３７ａ…磁気誘導子、３８ｕ…巻線、３８ｖ…巻線、３８ｗ…巻線、３９…永久磁石。
【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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