(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心にして回転駆動する２つのロータと、前記回転軸の軸方向において前記ロータが両面に対面しているステータと、備えて、
前記ステータの前記回転軸の軸周りに配置される複数の電機子コイルと、
前記２つのロータのそれぞれの前記回転軸の軸周りに配置される複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルと、
前記誘導コイルで発生する誘導電流を整流して前記界磁コイルに供給する整流素子と、を有するアキシャルギャップ型の回転電機。
【請求項２】
前記電機子コイル、前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、前記回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、
前記巻線は、前記回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている請求項１に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
【請求項３】
前記誘導コイルおよび前記界磁コイルの巻き付けで利用するスロット数Ｓ／前記電機子コイルを巻き付ける磁極数Ｐが２／３の構成比となる請求項１または請求項２に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
【請求項４】
前記誘導コイルおよび前記界磁コイルは、前記回転軸と平行方向に延伸されているコア材に巻き付けられており、
前記誘導コイルは、前記コア材の前記ステータに近接する位置に巻き付けられて、前記界磁コイルは、前記コア材の前記ステータから離隔する位置に巻き付けられている請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
【請求項５】
前記整流素子は、前記ロータと一体回転する前記誘導コイルおよび前記界磁コイルを含む閉回路内に組み込まれている請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアキシャルギャップ型の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、巻線界磁を利用するダブルロータのアキシャルギャップ型の回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機は、ギャップを介してロータとステータとを対面させて、例えば、ステータ側に配置する電機子コイルで発生させる磁束をロータ側に鎖交させて磁気回路を形成することにより回転力（リラクタンストルク）を得るようになっており、その回転力を補助することを目的として、永久磁石や界磁巻線（電磁石）を配置してマグネットトルクを利用することも行われている。
【０００３】
ところで、このような回転電機にあっては、電機子コイルで発生させる磁束に空間高調波成分が重畳していることから、その磁束を鎖交させる側に空間高調波磁束も鎖交することになる。
【０００４】
しかしながら、永久磁石は、空間高調波磁束が鎖交すると、内部で発生する渦電流により発熱して保磁力が低下することによって磁力が不可逆に小さくなってしまう、という不都合がある。このため、例えば、特許文献１に記載のように空間高調波磁束が鎖交するロータ側に永久磁石を埋め込むタイプであると、その永久磁石の磁力が低下してしまう、という問題がある。
【０００５】
この問題を解消するために、保磁力の高いジスプロシウム（Ｄｙ）やテルビウム（Ｔｂ）などの重希土類を多く添加した高価な磁石を用いる必要があってコスト高になってしまう、という不都合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８７０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明は、永久磁石を用いることなく、電機子コイルで発生する空間高調波磁束を効果的に有効利用して、外部からの電力供給なく、大きなマグネットトルクを得ることのできる簡易な構造の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】
【０００８】
上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、回転軸を中心にして回転駆動する２つのロータと、前記回転軸の軸方向において前記ロータが両面に対面しているステータと、備えるアキシャルギャップ型の回転電機であって、前記ステータの前記回転軸の軸周りに配置される複数の電機子コイルと、前記２つのロータのそれぞれの前記回転軸の軸周りに配置される複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルと、前記誘導コイルで発生する誘導電流を整流して前記界磁コイルに供給する整流素子と、を有するものである。
【０００９】
すなわち、回転軸の軸周りに電機子コイルを備えるステータのアキシャル方向の両面を２つのロータが挟み込むようにして対面し、その２つのロータのそれぞれが、回転軸周りに複数の誘導コイルおよび複数の界磁コイルを有して、誘導コイルで発生する誘導電流を整流素子で整流させて界磁コイルに供給する構造に構築されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、ステータの両面側にアキシャル方向からロータを対面させるアキシャルギャップ型に構築されており、ステータの電機子コイルで発生する空間高調波磁束を両面側のロータに鎖交させることができる。
【００１１】
したがって、ステータの両面側で、同様なマグネットトルクを発生させるように対称な構造のロータを簡易に構築することができる。また、永久磁石を用いることなく、空間高調波磁束を効果的に有効利用し、外部から電力を供給することなく、２つのロータの大きなマグネットトルクで回転軸を一体回転させることができる。
【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アキシャルギャップ型の回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す分解斜視図である。
【図２】図２は、ステータの構造を示す斜視図である。
【図３】図３は、ロータの構造を示す斜視図である。
【図４】図４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５Ａ】図５Ａは、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルのコア材への巻き付けを説明するモデル図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。
【図６】図６は、回転座標系における３次の空間高調波磁束の磁束密度および磁束ベクトルを示す磁束特性図である。
【図７】図７は、補極のないラジアルギャップ型の場合における電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。
【図８】図８は、補極のあるラジアルギャップ型の場合における電機子コイル、誘導コイルおよび界磁コイルで発生して鎖交する磁束を説明する磁力線図である。
【図９】図９は、電機子コイルを集中巻きまたは分布巻きとして、ギャップを介して鎖交させた場合に回転角に応じて変化する磁束密度を示すグラフである。
【図１０】図１０は、図９に示す磁束に重畳されている空間高調波磁束の次数毎の磁束密度を示すグラフである。
【図１１】図１１は、ＩＰＭＳＭと、補極なしのラジアルギャップ型と、補極ありのラジアルギャップ型と、比較するために、それぞれで得られるトルク波形を示すグラフである。
【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１１は本発明の一実施形態に係るアキシャルギャップ型の回転電機を示す図である。
【００１４】
図１において、回転電機Ｍは、外形が概略円盤形状になるように形成されているステータ１００と２つのロータ２００、３００とを備えており、後述するように、外部からロータ２００、３００にエネルギー入力する必要のない構造を有して、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】
この回転電機Ｍは、ステータ１００の両面にギャップＧを介して対面して挟み込む形態になるように、軸心を貫通するシャフト（回転軸）ＲＳに２つのロータ２００、３００がそれぞれ取り付けられており、ステータ１００がシャフトＲＳを回転自在に支持して、ロータ２００、３００がそのシャフトＲＳに固定されている。すなわち、回転電機Ｍは、シャフトＲＳの軸方向にステータ１００を２つのロータ２００、３００で挟み込んで対面するアキシャルギャップダブルロータ型モータに構築されている。
【００１６】
ステータ１００は、図２に示すように、短尺な棒状で断面が概略台形となる複数のステータコア１５を備えており、そのステータコア１５に３相の交流電源（不図示）を接続される電機子コイル１１がそれぞれ巻き付けられてシャフトＲＳの軸周りに位置するように配置されている。
【００１７】
ステータコア１５は、高透磁率の磁性材料で作製されており、シャフトＲＳと平行方向に延伸されて３相各相の電機子コイル１１ｕ、１１ｖ、１１ｗがそれぞれ６極ずつ隙間なく並列状態になるように集中巻きされている。
【００１８】
すなわち、電機子コイル１１は、ステータコア１５間の１８箇所のステータスロット１７を利用してシャフトＲＳと平行な中心線となる巻線コイルに形成することによりシャフトＲＳ周りに１８極（磁極数１８）が均等配置されている。要するに、電機子コイル１４は、回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、その回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている。
【００１９】
このステータコア１５は、図１に示すように、ロータ２００、３００との間に介在するように挟み込まれている２枚の円盤形状の保持盤１６に両端側を保持されており、保持盤１６は、開口する保持穴１６ａ内にステータコア１５の両端部１５ａを差し込んで端面１５ｂを露出させる状態で保持するようになっている。なお、保持盤１６は、高品質な磁気回路の形成を妨げないように非磁性体材料で作製されており、中心部に取り付けられている不図示のベアリングによりシャフトＲＳを貫通させて回転自在に支持している。
【００２０】
これにより、ステータコア１５は、その端部１５ａの端面１５ｂがロータ２００、３００の後述するロータコア（コア材）２５の端部２５ａの端面２５ｂにギャップＧを介して対面するようにステータ１００に配置されている。ステータ１００は、電機子コイル１１に交流電力を通電されることにより磁束を発生させ、その磁束をステータコア１５の端面１５ｂからロータ２００、３００のロータコア２５の端面２５ｂに鎖交させることができる。
【００２１】
このため、回転電機Ｍでは、ステータコア１５の両側に位置するロータコア２５に鎖交させる磁束を後述のヨーク２６で迂回させることにより閉じた磁気回路を形成することができ、その磁気回路を形成する磁束の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、ステータ１００を挟み込む２つのロータ２００、３００をそれぞれ相対回転させることができる。
【００２２】
このことから、回転電機Ｍは、共通のシャフトＲＳに固定されているロータ２００、３００を同等の回転力で一体回転させる必要があり、そのロータ２００、３００はステータ１００の両面側で対称となる構造に構築されている。
【００２３】
この結果、回転電機Ｍは、ステータ１００の両面側で相対回転するロータ２００、３００と軸心を一致させつつ一体回転するシャフトＲＳ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。
【００２４】
このとき、回転電機Ｍでは、ステータコア１５からロータコア２５に鎖交させる磁束に空間高調波成分が重畳している。このため、ロータ２００、３００側でも、ステータ１００側から鎖交される磁束の空間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を発生させ電磁力を得ることができる。
【００２５】
詳細には、ステータ１００の電機子コイル１１が生成する磁束は、通電する交流電力の基本周波数で変動する主磁束に空間高調波成分が重畳して、ロータ２００、３００（ロータコア２５）に鎖交するようになっている。
【００２６】
このため、ロータ２００、３００は、主磁束の基本周波数と異なる周期で時間的に変化する空間高調波磁束がロータコア２５に鎖交することになり、ロータコア２５にコイルを設置することにより、別途、外部電源等に接続して電力を入力することなく、効率よく誘導電流を発生させることができる。この結果、鉄損の原因となる空間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。
【００２７】
このことから、回転電機Ｍは、図３に示すように、ロータコア２５の隣接する側面間に形成される空間をロータスロット２７として利用して、そのロータコア２５の長さ方向に２段の巻線を巻き付けることにより誘導コイル２１と界磁コイル２２とを配置している。
【００２８】
具体的に、ロータ２００、３００は、短尺な棒状で断面が概略台形となる複数のロータコア２５を備えており、このロータコア２５に外部電源に接続されることのない誘導コイル２１と界磁コイル２２とが一緒に巻き付けられてシャフトＲＳの軸周りに位置するように配置されている。
【００２９】
ロータコア２５は、高透磁率の磁性材料で作製されており、シャフトＲＳと平行方向に延伸されて、共通のコア材として上下２段になるように誘導コイル２１と界磁コイル２２とがそれぞれ隙間なく集中巻きされて並列されている。
【００３０】
すなわち、誘導コイル２１と界磁コイル２２は、ロータコア２５間の１２箇所のロータスロット２７を利用してシャフトＲＳと平行な中心線となる巻線コイルに形成することによりシャフトＲＳ周りに１２極（スロット数１２）が均等配置されている。要するに、誘導コイル２１と界磁コイル２２は、回転軸の軸方向を中心として巻線が巻かれており、その回転軸の周りにそれぞれ均等配置されている。
【００３１】
よって、回転電機Ｍは、ロータ２００、３００側の誘導コイル２１および界磁コイル２２のスロット数Ｓ（１２）とステータ１００側の電機子コイル１１の磁極数Ｐ（１８）との構成比Ｓ／Ｐが２／３となるように形成されている。
【００３２】
また、ロータコア２５は、ステータコア１５の端面１５ｂにギャップＧを介して端面２５ｂを対面させる端部２５ａから離隔する側を円盤形状のヨーク２６の一面側に一体形成されている。なお、ヨーク２６は、中心部にシャフトＲＳを貫通させて一体になるように取り付けられている。
【００３３】
この構造により、ステータコア１５の端面１５ｂ側からロータコア２５の端面２５ｂに鎖交する磁束は、その端面２５ｂの背面側のヨーク２６を迂回して別個のロータコア２５の端面２５ｂに対面するステータコア１５の端面１５ｂに再度鎖交することにより閉じた磁気回路を形成することができる。
【００３４】
そして、誘導コイル２１は、ロータコア２５のヨーク２６から離隔してステータコア１５からの空間高調波磁束を効果的に鎖交させることのできる端部２５ａ側に配置されており、界磁コイル２２は、ロータコア２５のヨーク２６に近接する連接部２５ｃ側に配置されている。
【００３５】
これにより、回転電機Ｍは、小さなギャップＧを介してステータコア１５の端面１５ｂからロータコア２５の端面２５ｂに磁束を高密度に鎖交させることができ、その鎖交する磁束に含まれる空間高調波成分（磁束密度の変化）により誘導コイル２１に誘導電流を発生させて界磁コイル２２に供給することができる。
【００３６】
この界磁コイル２２は、誘導コイル２１から受け取った誘導電流を界磁電流として自己励磁することにより、磁束（電磁力）を発生することができ、その磁束をロータコア２５の端面２５ｂからステータコア１５の端面１５ｂに鎖交させることができる。
【００３７】
このため、回転電機Ｍは、主回転力を発生する電機子コイル１１の磁束とは別にマグネットトルク（補助回転力）を得ることができ、ロータ２００、３００の回転駆動を補助することができる。
【００３８】
このとき、回転電機Ｍは、誘導コイル２１で発生させる交流の誘導電流を直流の界磁電流にして界磁コイル２２に供給することにより、ロータコア２５を電磁石として機能させて電磁力を発生させることから、その交流の誘導電流を有効利用するために、図４に示す閉回路２９内に誘導コイル２１と界磁コイル２２がそれぞれ組み込まれている。
【００３９】
具体的に、図４に示すように、誘導コイル２１は、ロータコア２５に同一方向に巻き付ける集中巻きにされて、同一の周回方向のまま１つ（１極）おきに直列接続されている。回転電機Ｍでは、それぞれ直列接続されている誘導コイル２１ａ１〜２１ａ６および誘導コイル２１ｂ１〜２１ｂ６の２組の誘導回路２１Ａ、２１Ｂの一端側がダイオード（整流素子）２３Ａ、２３Ｂを介して接続されて並列接続されている。なお、誘導コイル２１を１極おきに直列接続する場合を一例として説明するが、これに限らず、周方向に２分割してそれぞれを直列接続してもよい。
【００４０】
界磁コイル２２は、ロータコア２５に集中巻きされて、隣同士が逆向きの周回巻線になるようにロータコア２５の端部２５ａ側と連接部２５ｃ側とが交互に接続される全直列接続にされている。この回転電機Ｍでは、全直列接続されている、界磁コイル２２ａ１〜２２ａ６の界磁回路２２Ｎがロータコア２５の端部２５ａ側をＮ極として機能させるように、また、界磁コイル２２ｂ１〜２２ｂ６の界磁回路２２Ｓがロータコア２５の端部２５ａ側をＳ極として機能させるように、誘導回路２１Ａおよびダイオード２３Ａと、誘導回路２１Ｂおよびダイオード２３Ｂとにそれぞれ並列接続されている。
【００４１】
すなわち、誘導コイル２１および界磁コイル２２は、界磁回路２２Ｎ、２２Ｓおよび誘導回路２１Ａ、２１Ｂとして、外部の電源等の回路に接続されることのない閉回路２９内にダイオード２３Ａ、２３Ｂと共に組み込まれている。
【００４２】
この回路構成により、回転電機Ｍは、誘導コイル２１に発生させる交流の誘導電流を、ダイオード２３Ａ、２３Ｂを介して半波整流させて直流界磁電流に調整した後に合流させて、それぞれで直列接続させている界磁コイル２２に供給している。このため、この回転電機Ｍでは、界磁コイル２２毎に合流させた直流界磁電流により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、界磁回路２２Ｎ、２２Ｓをそれぞれステータ１００のステータコア１５にＮ極またはＳ極を対面させる電磁石として機能させることができる。
【００４３】
また、ダイオード２３Ａ、２３Ｂは、誘導コイル２１や界磁コイル２２を多極化させる場合でも、そのうちの界磁コイル２２を全直列させることで使用数を抑えている。このダイオード２３Ａ、２３Ｂは、大量使用を回避するために、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（整流素子）を形成している。
【００４４】
なお、回転電機Ｍは、図１に示すように、それぞれロータ２００、３００のステータ１００に対する背面側に固定されている絶縁材料からなるエンドプレート３０と一体回転するようにケース３２および回路基板３３が取り付けられている。回路基板３３は、誘導コイル２１および界磁コイル２２を接続する不図示の結線パターンがコンパクトに形成されており、ケース３２内に収納されているダイオード２３Ａ、２３Ｂのピン電極２３ｃをその結線パターンに接続することにより閉回路２９（図４に図示）を形成してロータ２００、３００と一体回転するようになっている。
【００４５】
エンドプレート３０は、ロータ２００、３００のヨーク２６と同一径の円盤形状に形成されており、ヨーク２６のロータコア２５に対する背面側に対面接触させる状態でシャフトＲＳに固定されているとともに、そのヨーク２６の背面側に形成されている切欠き２６ａに固定ツメ３０ａを嵌め込んで相対回転不能にしてロータ２００、３００と一体回転させるようになっている。
【００４６】
回路基板３３は、エンドプレート３０と略同一径の円盤形状に形成されてロータ２００、３００のヨーク２６に対する背面側に密接する状態で固定されており、外部に引き出されているダイオード２３Ａ、２３Ｂのピン電極３２ａを屈曲させる状態にしてケース３２の一面側が密接する状態で固定されている。
【００４７】
ここで、誘導コイル２１および界磁コイル２２は、ステータコア１５の端面１５ｂからロータコア２５の端面２５ｂに鎖交する３次の空間高調波磁束を有効利用するように、磁界解析を行って空間高調波磁路を確認した上で、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されている。具体的には、上述するように、ロータ２００、３００のスロット数Ｓとステータ１００の磁極数Ｐとの構成比Ｓ／Ｐを２／３とすることにより、回転座標系における３ｆ次の空間高調波磁束（ｆ＝１、２、３・・・）を効率よく利用可能な構造に形成されている。
【００４８】
詳細には、例えば、回転座標系における高次の空間高調波磁束では、ロータコア２５の端面２５ｂの表面付近でのみ振動する波形に過ぎないことから誘導コイル２１に効率よく誘導電流を発生させることができない。これに対して、回転座標系における３次の空間高調波磁束を回収対象とすると、電機子コイル１１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して有効に誘導コイル２１に誘導電流を発生させることができる。このため、基本周波数の磁束に重畳する空間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。
【００４９】
加えて、上記と同様に磁束密度分布の磁界解析をすると分かるように、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１００に働く電磁力分布にも偏在が認められることになる。
【００５０】
このため、回転電機Ｍでは、ロータ２００、３００のスロット数Ｓとステータ１００の磁極数Ｐとの構成比Ｓ／Ｐを２／３とす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２００、３００をステータ１００に対面させつつ高品質に相対回転させることができる。
【００５１】
これにより、回転電機Ｍでは、空間高調波磁束を損失とすることなく有効利用して、損失エネルギーを効率よく回収することができ、電磁振動を大幅に低減して静寂性高く回転させることができる。
【００５２】
また、誘導コイル２１や界磁コイル２２は、集中巻構造を採用することにより、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２１では、回転座標系における１次側での銅損損失を低減しつつ、低次である３次の空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。
【００５３】
さらに、誘導コイル２１は、回転座標系における３次の空間高調波磁束を利用することにより、回転座標系における２次の空間高調波磁束を利用する場合よりも、効果的に誘導電流を発生させることができる。詳細には、誘導電流は２次よりも３次の空間高調波磁束を利用する方が磁束の時間変化を大きくして大電流にすることができ、効率よく回収することができる。
【００５４】
このように、回転電機Ｍは、図５Ａに示すように、ステータ１００の電機子コイル１１を巻き付けるステータコア１５の両端面１５ｂにギャップＧを介してロータ２００、３００のそれぞれのロータコア２５の端面２５ｂを対面させており、それぞれのロータコア２５の端部２５ａ側に誘導コイル２１を、また、それぞれのロータコア２５のヨーク２６（連接部２５ｃ）側に界磁コイル２２を巻き付けている。
【００５５】
これによって、回転電機Ｍは、図５Ｂに示すように、電機子コイル１１に通電して発生させる磁束ＭＦをステータコア１５と両側のロータコア２５との間を鎖交させてヨーク２６を迂回させる磁気回路を形成することができ、ステータ１００に対して２つのロータ２００、３００を相対回転させることができる。また、これに加えて、その磁束ＭＦに重畳する空間高調波磁束ＨＦもステータコア１５から両側のロータコア２５に鎖交させてそれぞれの端部２５ａ側の誘導コイル２１で効率よく回収させて誘導電流を発生させることができ、その誘導電流をダイオード２３Ａ、２３Ｂで整流した界磁電流を界磁コイル２２に供給することができる。このため、例えば、図６において、ステータコア１５と両側の２つのロータコア２５との間で鎖交させる３次の空間高調波磁束ＨＦの磁束密度を磁束ベクトルＶで示すように、回転電機Ｍは、ステータコア１５と両側の２つのロータコア２５との間で空間高調波磁束ＨＦを高磁束密度に鎖交させて大きなマグネットトルクでシャフトＲＳを回転させることができる。
【００５６】
これに対して、例えば、径方向にステータとロータとをギャップを介して対面させるラジアルギャップ型の回転電機の場合には、ステータを間に挟むように直径の異なるインナロータとアウタロータとを配置することになる。この構造の場合でも、ロータのそれぞれに対称構造となる巻線コイルを配置したいところであるが、ラジアル方向に対面させる面積がインナロータとアウタロータとで大きく異なってしまい回転トルクに大きな差異が生じてしまう。
【００５７】
このことから、ラジアルギャップ型の回転電機においては、構造上、アキシャルギャップ式よりも空間高調波磁束の鎖交する面積を大きく確保することができず、電機子コイル１１を集中巻きにして空間高調波磁束の発生量を多くしても有効活用することができない、という不都合がある。反対に、アキシャルギャップ型の回転電機Ｍでは、構造上、ラジアルギャップ型よりも漏れ磁束が多いが、その漏れを有効に回収可能な構造であるので、空間高調波磁束を有効に鎖交させて活用することができる。
【００５８】
このため、１つのロータを用いるラジアルギャップ型の回転電機の場合には、図７に示すように、電機子コイル３１を巻き付けるステータコア３５の片側の端面３５ｂにギャップＧを介して１つのロータコア４５の端面４５ｂを対面させる構造になる。この結果、この構造では、電機子コイル３１に通電して発生させる磁束ＭＦに重畳する空間高調波磁束ＨＦを効率よく回収することができず、大きなマグネットトルクを発生させることができないとともに、ヨーク４６側での鉄損がアキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Ｍよりも増加してしまう。
【００５９】
また、図８に示すように、ラジアルギャップ型の回転電機でも、より多くの空間高調波磁束ＨＦを回収するために、ロータコア４５間のロータスロット４７内に回収用の補極コア４８を配置して誘導コイル４９を巻き付けることも考えられる。しかしながら、この構造でも、ステータコア３５の片側に漏れる空間高調波磁束ＨＦを回収できるだけであることから、得られるマグネットトルクは回転電機Ｍに及ばない。また、この構造では、ロータコア４５間に磁束を鎖交させる補極コア４８を配置することから、ロータ側の突極比が小さくなってしまう、という相反する不都合もある。
【００６０】
さらに、回転電機Ｍは、ステータ１００やロータ２００、３００に、巻線コイルを集中巻きにした電機子コイル１１、誘導コイル２１および界磁コイル２２をそれぞれ配置するが、集中巻きに代えて、分布巻きにすることもできる。しかしながら、ステータコア１５の端面１５ｂとロータコア２５の端面２５ｂとの間で鎖交する磁束密度は、電機子コイル１１、誘導コイル２１および界磁コイル２２を集中巻きまたは分布巻きした場合で比較すると、図９に示すような磁束密度波形となる。この磁束密度波形を電磁界解析すると、図１０に示すように、集中巻きの場合には静止座標系で２次の（回転座標系で３次となる）空間高調波磁束を分布巻きの場合よりも多く含んでいることが分かる。この結果、回転電機Ｍでは、集中巻きを採用することにより、分布巻きの場合よりもロータコア２５の端面２５ｂの深くに入り込む多くの空間高調波磁束を誘導コイル２１に鎖交させて誘導電流（界磁電流）を界磁コイル２２に供給することができ、集中巻きを選択する方が有利なことが分かる。
【００６１】
このことから、図１１にトルク波形で示すように、回転電機Ｍは、２つのロータ２００、３００でアキシャル方向に挟まれているステータ１００の電機子コイル１１への交流電流の供給を開始すると、このアキシャルギャップダブルロータ型の場合には、図中に実線で示すように高トルクでシャフトＲＳを回転させることができる。これに対して、図１１中に一点鎖線で示す図７のラジアルギャップ型で補極なしの構造や、図１１中に二点鎖線で示す図８のラジアルギャップ型で補極ありの構造では、アキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Ｍのように大きなトルクを得ることができていない。また、図１１中に点線で示すように、高トルクを得ることを目的として、永久磁石をロータ内に埋め込んでマグネットトルクを利用するＩＰＭＳＭ（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）の構造でも、アキシャルギャップダブルロータ型の回転電機Ｍのように大きなトルクでシャフトＲＳを回転駆動させることができていないことが分かる。
【００６２】
このように、本実施形態においては、シャフトＲＳ周りに巻き方向の平行な電機子コイル１１、誘導コイル２１および界磁コイル２２を、アキシャルギャップ式のダブルロータ型に構築されるステータ１００およびロータ２００、３００のそれぞれに配置するので、電機子コイル１１で発生させる主磁束に重畳する空間高調波磁束を、両側の誘導コイル２１に効果的に鎖交させることができる。そして、これにより誘導コイル２１に発生した誘導電流を界磁電流として、界磁コイル２２に効率よく供給することができる。
【００６３】
したがって、永久磁石を用いることなく（空間高調波磁束による磁力低下を発生させることなく）、かつ、外部から電力を供給することなく、空間高調波磁束を効果的に有効利用して、リラクタンストルクと共にマグネットトルクをロータ２００、３００のそれぞれに均等に作用させて大きな回転力で回転駆動させることができる。
【００６４】
ここで、本実施形態の他の態様としては、ステータコア１５やロータコア２５を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く、また、アルミ導体を採用してもよい。
【００６５】
また、回転電機Ｍは、ロータ２００、３００に永久磁石を追加して配置するハイブリッドタイプに構築してもよく、マグネットトルクをハイブリッド界磁型で得られるようにしてもよい。
さらに、整流素子としては、ダイオード２３Ａ、２３Ｂだけでなく、他のスイッチング素子などの半導体素子を採用してもよく、ケース３２内に収納するタイプに限らず、ロータ２００、３００の内部に実装するようにしてもよい。
この回転電機Ｍ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。
【００６６】
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】
【００６７】
１１、１１ｕ〜１１ｗ 電機子コイル（巻線コイル）
１５   ステータコア
１６   保持盤
１７   ステータスロット
２１、２１ａ１〜２１ａ６、２１ｂ１〜２１ｂ６     誘導コイル（巻線コイル）
２２、２２ａ１〜２２ａ６、２２ｂ１〜２２ｂ６     界磁コイル（巻線コイル）
２３Ａ、２３Ｂ       ダイオード（整流素子）
２５   ロータコア（コア材）
２６   ヨーク
２７   ロータスロット
２９   閉回路
３０   エンドプレート
３３   回路基板
３２   ケース
１００ ステータ
２００、３００       ロータ
Ｇ     ギャップ
ＨＦ   空間高調波磁束
Ｍ     回転電機
ＭＦ   磁束
ＲＳ   シャフト（回転軸）
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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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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