(57)【要約】【課題】  永久磁石を用いた界磁方式でかつ複数のモータジェネレータを複合して一体的に構成することで省スペース、低コストの構成にて異なる複数の電力を出し入れすることができ、かつその出し入れ電力の配分を自由に設計できるようにする。【解決手段】  複数の突極に巻線が巻かれたステータ１０と、突極より多数の永久磁石１３が周方向に等間隔に配置されたロータ１１とを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線６が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極２の巻線６の巻回方向が逆方向である複数の突極グループＩ、II、III を有する第１の突極群４と、異相の突極グループ間に位置し巻線７が巻回されている突極３から成る第２の突極群５にて構成し、巻線６からなる第１の巻線群８と巻線７から成る第２の巻線群９とに対して各別に電力を出し入れするようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成るグループを複数有する第１の突極群と、第１の突極群における相互に異相の突極グループ間に位置する１又は複数の突極から成りかつ突極が複数の場合には隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である第２の突極群にて構成し、第１の突極群と第２の突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れすることを特徴とするモータジェネレータ。
【請求項２】
前記突極の先端部の周方向の幅寸法を、前記永久磁石の周方向の有効幅と略同等若しくはそれよりも大きくしたことを特徴とする請求項１記載のモータジェネレータ。
【請求項３】
第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、第１の突極群の１グループの突極数とそれに隣接する１つの第２の突極群の突極数の和をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、
Ｔ＝３×ｓ×ｎ
ロータの極数Ｐを、
Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））  
を満たしかつＴより大きい最小のＰとしたことを特徴とする請求項１または２記載のモータジェネレータ。
【請求項４】
第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、ロータの極数をＰとして、突極の配置角度θｓは、
３６０／Ｐ≦θｓ≦３６０／Ｔ
を満たすことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項５】
前記第１の突極群の突極間ピッチを、総突極数をＴとして３６０／Ｔとし、前記第２の突極群の突極間ピッチを、ロータの極数をＰとして、３６０／Ｐとしたことを特徴とする請求項１〜４の何れかにに記載のモータジェネレータ。
【請求項６】
第２の突極群の突極の先端部は３６０／Ｔのピッチ間隔で配置し、オープンスロットを均一にしたことを特徴とする請求項５記載のモータジェネレータ。
【請求項７】
前記第１の突極群の突極の配置ピッチが３６０／Ｐでないとき、同相で互いに隣接する突極間での位相の差異による磁束密度の差異を無くして磁束密度を均一にするように突極の巻線巻回部の断面積を変えたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項８】
前記第１の突極群の突極の配置ピッチが３６０／Ｐでないとき、同相で互いに隣接する突極に３６０／Ｐに至る間の任意の角度のスキューを設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項９】
ロータコアに永久磁石を配置したマグネット型ロータ部とロータコアに磁気的突極性を設けたリラクタンス型ロータ部を軸方向に積層してロータを構成したことを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１０】
ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成る複数のグループに区分し、さらに各グループ内で突極を複数の二次突極群に振り分けて各二次突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れすることを特徴とするモータジェネレータ。
【請求項１１】
突極の１グループの突極数をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、
Ｔ＝３×ｓ×ｎ
ロータの極数Ｐを、
Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））  
を満たしかつＴより大きい最小のＰとしたことを特徴とする請求項１０記載のモータジェネレータ。
【請求項１２】
二次突極群間で突極の幅を変え、各二次突極群間で出し入れする電力の配分を変えることを特徴とする請求項１０または１１記載のモータジェネレータ。
【請求項１３】
ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極は、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成るグループを複数有する第１の突極群と、第１の突極群における相互に異相の突極グループ間に位置する１又は複数の突極から成りかつ突極が複数の場合には隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である第２の突極群にて構成し、第１の突極群の各突極グループ内と第２の突極群内の何れか一方若しくは両方で、突極を複数の二次突極群に振り分け、第１の突極群と第２の突極群毎若しくはそれらが二次突極群に振り分けられている場合はその二次突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れすることを特徴とするモータジェネレータ。
【請求項１４】
第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、第１の突極群の１グループの突極数とそれに隣接する１つの第２の突極群の突極数の和をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、
Ｔ＝３×ｓ×ｎ
ロータの極数Ｐを、
Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））  
を満たしかつＴより大きい最小のＰとしたことを特徴とする請求項１３記載のモータジェネレータ。
【請求項１５】
ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数のグループに区分して成るユニットを軸方向に複数に積み重ね配置し、ユニット毎に積厚または径を変え、各ユニットの巻線に対して各別に電力を出し入れすることを特徴とするモータジェネレータ。
【請求項１６】
突極の１グループの突極数をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、
Ｔ＝３×ｓ×ｎ
ロータの極数Ｐを、
Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））  
を満たしかつＴより大きい最小のＰとしたことを特徴とする請求項１５記載のモータジェネレータ。
【請求項１７】
発電電力の小さい方のユニットのステータはステータコアを無しで構成したことを特徴とする請求項１５または１６記載のモータジェネレータ。
【請求項１８】
隣合う同相の突極にそれぞれ同方向に制御巻線を巻いて直列に接続し、制御巻線に直流電流を流して発電電圧を制御することを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項１９】
隣合う発電用の突極の数が奇数のとき、同極性の突極に巻いた制御巻線の巻線数の和と、逆極性の突極に巻いた制御巻線の巻線数の和とを略等しくすることを特徴とする請求項１８に記載のモータジェネレータ。
【請求項２０】
隣合う同相の突極間をまたいで制御巻線を巻き、制御巻線に直流電流を流して発電電圧を制御することを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項２１】
隣合う同相の突極間に磁束を分流させる分流路を設けたことを特徴とする請求項１〜１７の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項２２】
分流路の幅をａ１、発電巻線の突極幅をａ２としたとき、ａ２＜ａ１としたことを特徴とする請求項２１記載のモータジェネレータ。
【請求項２３】
ステータの突極間を接続しているステータヨークと分流路の間にブリッジを設けて接続したことを特徴とする請求項２２記載のモータジェネレータ。
【請求項２４】
分流路に制御巻線を巻き、制御巻線に電流を流して発電電圧を制御することを特徴とする請求項２１記載のモータジェネレータ。
【請求項２５】
突極のすべて若しくは一部に短絡環を設けたことを特徴とする請求項１〜２４の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項２６】
突極を１又は複数のスリットにて複数の磁気通路に分割し、すべて若しくは一部の磁気通路に短絡環を設けたことを特徴とする請求項２５記載のモータジェネレータ。
【請求項２７】
隣合う同相の突極間に磁束を分流させる分流路を設け、かつ前記分流路に発電用巻線を巻回して電力を取り出すことを特徴とする請求項１〜２６の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項２８】
分流路に短絡環を設けたことを特徴とする請求項２７記載のモータジェネレータ。
【請求項２９】
複数の電力をそれぞれ取り出す電力線を軸方向に互いに逆方向に取り出すことを特徴とする請求項１〜２８の何れかに記載のモータジェネレータ。
【請求項３０】
請求項１〜請求項２９の何れかに記載のモータジェネレータを具備したことを特徴とする電気自動車。
【請求項３１】
請求項１〜請求項２９の何れかに記載のモータジェネレータを具備したことを特徴とする風力発電機。
【請求項３２】
請求項１〜請求項２９の何れかに記載のモータジェネレータを具備したことを特徴とする内燃機関又は外燃機関発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモータジェネレータに関し、特に純粋電気自動車（ＰＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＥＶ）などの電気自動車、多出力の風力発電機や内燃機関発電機などに好適に適用できるモータジェネレータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、内燃機関と電気モータを駆動部とするハイブリッド電気自動車においては、電気モータ駆動のための高電圧系バッテリと、ランプ、オーディオ等の補機用低電圧系バッテリの２種を備えており、その高電圧系のバッテリは、車両に搭載されたモータジェネレータで充電する構成が採用されている。
【０００３】
図２６に従来のハイブリッド電気自動車の構成を示す。１０１は内燃機関、１０２は電気モータで、１０３の動力切替・伝達機構を介していずれか一方若しくは両方の動力を車輪に伝達するように構成されている。電気モータ１０２は高電圧バッテリ１０４からの電力にて電力変換装置１０５を介して駆動制御される。１０６はオルタネータで、内燃機関１０１の回転に伴って発電して低電圧系バッテリ１０７を充電する。高電圧バッテリ１０４の充電時には、電気モータ１０２を発電機として動作させ、電力変換装置１０５を介して充電する。
【０００４】
また、別の従来のハイブリッド電気自動車として、上記のように低電圧系バッテリ１０７をオルタネータ１０６にて充電する代わりに、高電圧バッテリ１０４からＤＣ−ＤＣコンバータを介して充電するようにしたものも知られている。
【０００５】
なお、モータジェネレータに関しては、界磁巻線方式のモータジェネレータが数多く提案されており、高電圧系バッテリに接続される巻線と低電圧系バッテリに接続される巻線の２つの巻線を有したものも知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平６−１０５５１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述のような従来の電気自動車の駆動システムの場合、駆動系の高電圧系と補機用の低電圧系に対してそれぞれモータジェネレータを備えるか、単一のモータジェネレタとＤＣ−ＣＣコンバータを備える必要があり、取付スペースが大きくなるほか、コストが高くなるという問題がある。
【０００７】
さらに、界磁巻線方式で２つの巻線を施した場合、車両駆動用に巻線を巻回するとモータジェネレータの体格が非常に大きくなり、車両に搭載できないという問題があるとともに、さらに界磁巻線のためにそれぞれの巻線を同時に制御することが困難であるという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、永久磁石を用いた界磁方式でかつ複数種のモータジェネレータを複合して一体的に構成することで、省スペース、低コストの構成にて異なった複数の電力を出し入れすることができ、さらにその出し入れ電力の配分を自由に設計することができるモータジェネレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のモータジェネレータは、ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成るグループを複数有する第１の突極群と、第１の突極群における相互に異相の突極グループ間に位置する１又は複数の突極から成りかつ突極が複数の場合には隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である第２の突極群にて構成し、第１の突極群と第２の突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れするものである。なお、ロータは、永久磁石をロータコアの表面配置した構造でも、ロータコアに埋め込み配置してリラクタンストルクも得られるようにした構造のものでも良い。また、本発明のモータジェネレータは、ステータの内側にロータを回転自在に配置したインナーロータ型のモータジェネレータと、ステータの外周にロータを回転自在に配置したアウタロータ型のモータジェネレータの何れでも適用できる。
【００１０】
この構成によると、永久磁石を用いた界磁方式でかつその永久磁石よりも少ない数の各突極にそれぞれ巻線を巻いた簡単な構成であるため、省スペース、低コストの構成とすることができ、かつその突極を第１の突極群と第２の突極群にて構成し、第１の突極群の巻線と第２の突極群の巻線に対して各別に電力を出し入れすることで複数の電力を出し入れすることができ、かつ第１の突極群と第２の突極群の突極の数を任意に選択することで、出し入れ電力の配分を自由に設計することができる。
【００１１】
また、前記突極の先端部の周方向の幅寸法を、前記永久磁石の周方向の有効幅と略同等若しくはそれよりも大きくすると、誘起電圧波形が正弦波状になって誘起電圧の波形歪みの発生を防止でき、発電電圧の制御性を向上できて好適である。
【００１２】
また、第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、第１の突極群の１グループの突極数とそれに隣接する１つの第２の突極群の突極数の和をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、Ｔ＝３×ｓ×ｎ、ロータの極数Ｐを、Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））を満たしかつＴより大きい最小のＰとすると、体積効率を高くすることができる。
【００１３】
また、突極の配置角度θｓは、第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、ロータの極数をＰとして、３６０／Ｐ≦θｓ≦３６０／Ｔを満たす範囲で、要求される制御特性とコギングトルク特性に応じて任意に設定できる。
【００１４】
また、前記第１の突極群の突極間ピッチを、総突極数をＴとして３６０／Ｔとし、前記第２の突極群の突極間ピッチを、ロータの極数をＰとして、３６０／Ｐとすると、第１の突極群をモータ若しくは発電機として使用し、第２の突極群を主として発電機として使用する場合に、第１の突極群はコギングトルク特性が良好で、かつ第２の突極群は突極と永久磁石の位相が完全に一致するので位相ずれが無いため発生電圧の制御性が向上し、良好な発電電圧特性を得ることができる。
【００１５】
また、第２の突極群の突極の先端部は３６０／Ｔのピッチ間隔で配置し、オープンスロットを均一にすると、第２の突極群においてもコギングトルク特性を向上できる。
【００１６】
また、前記第１の突極群の突極の配置ピッチが３６０／Ｐでないとき、同相で互いに隣接する突極間での位相の差異による磁束密度の差異を無くして磁束密度を均一にするように突極の巻線巻回部の断面積を変えると、突極間で磁束密度が均一になることで誘起電圧が一定になって発生電圧の制御性が向上し、かつ突極幅を小さくした磁極の巻線径を大きくでき、その分銅損を低減できて効率を向上できる。
【００１７】
また、前記第１の突極群の突極の配置ピッチが３６０／Ｐでないとき、同相で互いに隣接する突極に３６０／Ｐに至る間の任意の角度のスキューを設けると、突極と永久磁石の位相ずれの影響を低減できるので高速での制御性を確保することができる。
【００１８】
また、ロータコアに永久磁石を配置したマグネット型ロータ部とロータコアに磁気的突極性を設けたリラクタンス型ロータ部を軸方向に積層してロータを構成すると、リラクタンストルクをより多く利用することで、高速での制御性を向上できる。
【００１９】
また、本発明のモータジェネレータは、ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成る複数のグループに区分し、さらに各グループ内で突極を複数の二次突極群に振り分けて各二次突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れするものである。なお、ロータは、永久磁石をロータコアの表面配置した構造でも、ロータコアに埋め込み配置してリラクタンストルクも得られるようにした構造のものでも良い。また、本発明のモータジェネレータは、ステータの内側にロータを回転自在に配置したインナーロータ型のモータジェネレータと、ステータの外周にロータを回転自在に配置したアウタロータ型のモータジェネレータの何れでも適用できる。
【００２０】
この構成によると、永久磁石を用いた界磁方式でかつその永久磁石よりも少ない数の各突極にそれぞれ巻線を巻いた簡単な構成であるため、省スペース、低コストの構成とすることができ、かつ突極の複数のグループ内でそれぞれ突極を複数の二次突極群に振り分けて各二次突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れすることで、複数の電力を出し入れすることができ、二次突極群を任意に設定することで、出し入れ電力の配分を自由に設計することができる。
【００２１】
また、突極の１グループの突極数をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、Ｔ＝３×ｓ×ｎ、ロータの極数Ｐを、Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））を満たしかつＴより大きい最小のＰとすると、体積効率を高くすることができる。
【００２２】
また、二次突極群間で突極の幅を変え、各二次突極群間で出し入れする電力の配分を変えることもできる。
【００２３】
また、本発明のモータジェネレータは、ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極は、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数の突極から成るグループを複数有する第１の突極群と、第１の突極群における相互に異相の突極グループ間に位置する１又は複数の突極から成りかつ突極が複数の場合には隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である第２の突極群にて構成し、第１の突極群の各突極グループ内と第２の突極群内の何れか一方若しくは両方で、突極を複数の二次突極群に振り分け、第１の突極群と第２の突極群毎若しくはそれらが二次突極群に振り分けられている場合はその二次突極群毎にそれぞれの巻線に対して各別に電力を出し入れするものである。なお、ロータは、永久磁石をロータコアの表面配置した構造でも、ロータコアに埋め込み配置してリラクタンストルクも得られるようにした構造のものでも良い。また、本発明のモータジェネレータは、ステータの内側にロータを回転自在に配置したインナーロータ型のモータジェネレータと、ステータの外周にロータを回転自在に配置したアウタロータ型のモータジェネレータの何れでも適用できる。
【００２４】
この構成によると、上記２つの発明のモータジェネレータを併用することで、それらの共通する効果に加えて異なる３つ以上の電力を、その電力配分を任意に設定可能に各別に出し入れすることができる。
【００２５】
また、第１の突極群の突極数をｔ１、第２の突極群の突極数をｔ２、総突極数Ｔを（ｔ１＋ｔ２）、第１の突極群の１グループの突極数とそれに隣接する１つの第２の突極群の突極数の和をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、Ｔ＝３×ｓ×ｎ、ロータの極数Ｐを、Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））を満たしかつＴより大きい最小のＰとすると、体積効率を高くすることができる。
【００２６】
また、本発明のモータジェネレータは、ステータコアに設けられた複数の突極の各々に巻線が巻かれたステータと、ロータコアに前記突極の数より多数の永久磁石が周方向に等間隔に配置されたロータとを備え、前記突極を、同相の電圧が印加される巻線が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極の巻線の巻回方向が逆方向である複数のグループに区分して成るユニットを軸方向に複数に積み重ね配置し、ユニット毎に積厚または径を変え、各ユニットの巻線に対して各別に電力を出し入れするものである。なお、ロータは、永久磁石をロータコアの表面配置した構造でも、ロータコアに埋め込み配置してリラクタンストルクも得られるようにした構造のものでも良い。また、本発明のモータジェネレータは、ステータの内側にロータを回転自在に配置したインナーロータ型のモータジェネレータと、ステータの外周にロータを回転自在に配置したアウタロータ型のモータジェネレータの何れでも適用できる。
【００２７】
この構成によれば、永久磁石を用いた界磁方式でかつその永久磁石よりも少ない数の各突極にそれぞれ巻線を巻いた簡単な構成であるため、省スペース、低コストの構成とすることができ、かつユニットの積厚や径を変えることで、電力配分を任意に設定可能に複数の電力を各別に出し入れすることができる。
【００２８】
また、突極の１グループの突極数をｎ、Ｕ・Ｖ・Ｗの３相の巻線がそれぞれ巻回される３つの突極グループを１組とした巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔを、Ｔ＝３×ｓ×ｎ、ロータの極数Ｐを、Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））を満たしかつＴより大きい最小のＰとすると、体積効率を高くすることができる。
【００２９】
また、発電電力の小さい方のユニットのステータはステータコアを無しで構成しても良く、そうすることで軸方向長さを低減することができる。
【００３０】
以上の各モータジェネレータにおいて、隣合う同相の突極にそれぞれ同方向に制御巻線を巻いて直列に接続し、制御巻線に直流電流を流すことによって発電電圧を制御することができる。すなわち、このように位相の異なる隣合う突極に同じ方向に制御巻線を巻回して直列接続することで、制御巻線に誘起される電圧をゼロにすることができ、その結果直流電流を流すことができるので、簡単な回路構成で直流電流を流して突極の磁気抵抗を変化させ、発電電圧を制御することができる。
【００３１】
また、隣合う発電用の突極の数が奇数のとき、同極性の突極に巻いた制御巻線の巻線数の和と、逆極性の突極に巻いた制御巻線の巻線数の和とを略等しくするのが好適である。      
【００３２】
また、隣合う同相の突極間をまたいで制御巻線を巻き、制御巻線に直流電流を流して発電電圧を制御するようにしても良い。
【００３３】
また、以上の各モータジェネレータにおいて、隣合う同相の突極間に磁束を分流させる分流路を設けると、取出電圧に上限がある場合に、磁束を分流させ巻線に鎖交する磁束を少なくすることで高速回転時の発生電圧の上昇を抑制することができて好適である。
【００３４】
また、分流路の幅をａ１、発電巻線の突極幅をａ２としたとき、ａ２＜ａ１とすると、高速回転時に発電巻線の突極が確実に飽和して発電電圧をほぼ一定にすることができて好適である。
【００３５】
また、ステータの突極間を接続しているステータヨークと分流路の間にブリッジを設けて接続すると、発電巻線の突極の幅が小さくなって強度が下がっても、その分をブリッジで補強できて必要な強度を確保することができる。
【００３６】
また、分流路に制御巻線を巻き、制御巻線に電流を流して発電電圧を制御すると、分流路を通る磁束を制御することで、発電電圧をより確実に一定にすることができて好適である。
【００３７】
また、前記分流路を有するモータジェネレータを含めて上記各モータジェネレータにおいて、突極のすべて若しくは一部に短絡環を設けると、永久磁石からの磁束によって短絡環に誘起電圧が発生し、永久磁石磁束を打ち消す方向の磁束が発生し、その結果高速回転時において巻線に発生する発電電圧を効果的に減少させることができ、高速回転時における巻線の端子電圧が所定範囲を超えないように抑制することができる。
【００３８】
また、突極を１又は複数のスリットにて複数の磁気通路に分割し、すべて若しくは一部の磁気通路に短絡環を設けると、突極を通る磁束量が各磁気通路に分割され、１つの短絡環当たりの磁束量を少なくでき、そのため短絡環として電流容量の小さいものを用いても破損することなく、高速回転時の発生電圧を効果的に減少させることができる。
【００３９】
また、以上の各モータジェネレータにおいて、隣合う同相の突極間に磁束を分流させる分流路を設け、かつ前記分流路に発電用巻線を巻回して電力を取り出すようにすることもでき、そうするとさらに別途に電力を取り出すことができる。
【００４０】
また、上記分流路に短絡環を設けると、分流路に設けた発電用巻線の端子電圧を高速回転時に所定範囲を超えないように抑制することができる。
【００４１】
また、以上の各モータジェネレータにおいて、複数の電力をそれぞれ取り出す電力線を軸方向に互いに逆方向に取り出すと、出し入れする複数の電力の相互の絶縁を容易にかつコンパクトな構成で確保することができる。
【００４２】
また、以上のモータジェネレータは、電気自動車や風力発電機や内燃機関若しくは外燃機関発電機などに好適に適用できる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、永久磁石を用いた界磁方式でかつその永久磁石よりも少ない数の各突極にそれぞれ巻線を巻いた簡単な構成であるため、省スペース、低コストの構成とすることができ、かつその突極を第１の突極群と第２の突極群にて構成し、第１の突極群の巻線と第２の突極群の巻線に対して各別に電力を出し入れすることで複数の電力を出し入れすることができ、かつ第１の突極群と第２の突極群の突極の数を任意に選択することで、出し入れ電力の配分を自由に設計することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明のモータジェネレータの各実施形態について、図１〜図２５を参照して説明する。
【００４５】
（第１の実施形態）
まず、本発明のモータジェネレータの第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。図１は、本実施形態のモータジェネレータを回転中心軸に垂直な面で断面した断面図、図２はその巻線の結線図である。図１において、電磁鋼板を積層して構成したステータコア１には第１の突極群４を構成する複数の突極２と第２の突極群５を構成する複数の突極３（斜線を付して突極２と区別している）とが設けられ、突極２には第１の巻線群８を構成する巻線６が巻かれ、突極３には第２の巻線群９を構成する巻線７が巻かれてステータ１０が構成されている。
【００４６】
一方、電磁鋼板を積層して構成したロータコア１２に複数（偶数）の永久磁石１３が等間隔に埋め込み配置されてロータ１１が構成されており、ステータ１０の突極２、３と僅かなギャップを介して回転中心Ｏの周りに回転自在に配置されている。永久磁石１３は、互いに隣接するものが異なる磁界方向を向くように配置されている。なお、永久磁石１３はロータコア１２に埋め込んでも、ロータコア１２の表面に配置しても良いが、図示のように埋め込んだ構成とすると、ロータ１１のステータ１０に対向する部分に図１に矢印ｍで示す如く、磁気抵抗が低く磁束が比較的通り易い部分と永久磁石１３により磁気抵抗が高く磁束が比較的通りにくい部分とが形成されることで、ｑ軸方向のインダクタンスとｄ軸方向のインダクタンスとに差ができ、リランタンストルクを発生させることができ、発生トルクを高トルク化することができて好適である。
【００４７】
図１、図２において、第１の巻線群８の巻線６が巻回されている第１の突極群４の突極２は全部で６つあり、図２に示すように、当該突極２に巻回されている巻線６にＵ相の電圧が印加される突極グループＩ、Ｖ相の電圧が印加される突極グループII、Ｗ相の電圧が印加される突極グループIII に分けられ、各突極グループにそれぞれ２つの突極２が配設されている。そして、各突極グループＩ、II、III が電気角で１２０°の位相差で配置され、第１の巻線群８がＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相巻線を構成している。また、各突極グループＩ、II、III において、互いに隣接する突極２の巻線６の巻回方向は互いに逆方向とされ、隣接する突極２の極性が互いに反転するように成されている。かくして、磁界の偏重を緩和することができ、モータ駆動時に巻線の端子間に発生する逆起電圧の波形の歪みを低減することができ、鉄損を低減することができる。なお、これら２つの突極２に巻回された巻線６は図示例では直列接続しているが、並列接続であっても良い。また、図示例では３相巻線はスター結線されているが、デルタ結線でも良い。１４は第１の巻線群８の各相の巻線６の端子であり、１５は各相の巻線６の中立接続点である。
【００４８】
突極グループＩ、II、III の間には、第２の巻線群９の巻線７を巻回した第２の突極群５の突極３が１つづつ配置され、それぞれｒ相、ｓ相、ｔ相の電圧が印加される。１６は第２の巻線群９の各相の巻線７の端子、１７は各相の巻線７の中立接続点である。また、図示例では第２の巻線群９の突極グループＩ、II、III の間に配設される突極３は１つであるが、複数の場合には互いに隣接する突極３の巻線７の巻回方向は互いに逆方向とされ、隣接する突極３の極性が互いに反転するように成される。
【００４９】
このように本実施形態においては、第１の突極群４は、各突極グループＩ、II、III がそれぞれ２つの突極２を備え（つまり、第１の突極群４は２叉とされ）、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の巻線一式を１組として１組の巻線組数を備え、６つの突極２にて構成されている。また、第２の突極群５は、各突極グループＩ、II、III 間に１つの突極３を備え（つまり、第２の突極群５は１叉とされ）、ｒ相、ｓ相、ｔ相の巻線一式を１組として１組の巻線組数を備え、３つの突極３にて構成されている。そして、ステータ１０は、第１の突極群４の６つの突極２と第２の突極群５の３つの突極３の合計９つの突極を有している。
【００５０】
ここで、第１の突極群４の突極２の数をｔ１、第２の突極群５の突極３の数をｔ２、総突極数をＴ（＝ｔ１＋ｔ２）、第１の突極群４の叉数と第２の突極群５の叉数の和をｎ、巻線組数をｓ、ｋを正の整数として、総突極数Ｔは、
Ｔ＝３×ｓ×ｎ                ・・・（１）
で与えられる。また、ロータ１１の永久磁石１３の極数Ｐは、
Ｐ＝２×（ｓ（±１＋３ｋ））  ・・・（２）
を満たしかつＴより大きい値に設定される。
【００５１】
上記（２）式は、第１の巻線群４に電流を順次Ｕ、Ｖ、Ｗと流したときにスムーズに回転する条件によって規定されるものである。すなわち、磁石の極対数をＰ／２とすると、磁石の誘起電圧関数Ｂｅは、
Ｂｅ＝ｓｉｎ（Ｐ／２×θ）    ・・・（３）
と表すことができる。ここで、３相モータなので、Ｕ、Ｖ、Ｗは電気各で１２０°づつずれている。そこで、電気角で１２０°ずらして各相巻線に通電したときに、ロータが同じ角度で同じ方向に回転すればよいことになる。したがって、次の式
ｓｉｎ（Ｐ／２×（θ＋１２０／ｓ））
＝ｓｉｎ（Ｐ／２×θ±１２０＋３６０ｋ）  ・・・（４）
が成立すればよいことになる。
【００５２】
（４）式は、誘起電圧関数（ロータ）がある時刻のＢｅ＝０より電気角で１２０°ずれた位置（式の表現は機械角）にあるとき、ステータ側の別軸上で、１２０°（Ｕ、Ｖ、Ｗのずれ）ずれた位置と同じであれば、順次ＵからＶ、ＶからＷと１２０°ずれた位置で通電しても、ロータ位置（誘起電圧関数Ｂｅ）は常に電気的に同じ値をとり、スムーズに１回転できることを表しており、（４）式を整理すると、極対数Ｐ／２が、
Ｐ／２＝ｓ（±１＋３ｋ）      ・・・（５）
となり、極数Ｐは、上記（２）式のように巻線組数ｓの関数となる。
【００５３】
このようにして求められる極数Ｐと総突極数Ｔの組み合わせの具体例としては、表１に示すようなものを挙げることができる。
【００５４】
【表１】
2005073450.tif 000003
表１において、永久磁石１３の極数Ｐは、Ｔより大きい種々の値をとることができるが、斜線のスクリーントーンを付した欄に示すように、Ｔより大きい値の中で最小のものを採用すると、体積効率が最も高くなるので好適である。本実施形態では、突極２、３から成る総突極数Ｔが９であるため、永久磁石１３の極数Ｐは１０に設定している。
【００５５】
以上の構成において、第１の突極群４と第２の突極群５に対して各別に電力を出し入れするように構成されている。したがって、第１の突極群５を構成する突極２の数と、第２の突極群５を構成する突極３の数を任意に選択することで、出し入れする電力の配分を自由に設計することができる。また、本実施形態のモータジェネレータは永久磁石１３を用いた界磁方式でかつ永久磁石よりも少ない数の突極２、３にそれぞれ集中巻きの巻線６、７を巻回した簡単な構成であるため、コンパクトで低コストの構成とすることができる。      
【００５６】
また、図１、図２の図示例では、第１の突極群４の突極２の配置ピッチは、永久磁石１３の配置ピッチ、即ち３６０／Ｐ（＝３６°）と等しくし、第２の突極群５の突極３は１２０°間隔で配置することで突極２との間の間隔を４２°に設定した例を示している。このように、第１の突極群４の突極２の配置ピッチを永久磁石１３の配置ピッチとほぼ等しくすると、突極２と永久磁石１３の位相が一致するので位相ずれがなく、高い制御性が得られる。その一方で、ステータ１０の全周で見ると、第１の突極群４の突極２及び第２の突極群５の突極３の配置ピッチが不均等になるため、コギングトルクが不均一になってしまうという不具合がある。そこで、第１の突極群４の突極２の配置ピッチは、永久磁石１３の配置ピッチに等しい３６０／Ｐ（＝３６°）と、突極２、３を等間隔で配置した３６０／Ｔ（＝４０°）との間で、制御性とコギングトルクの何れの特性を優先するかに応じて選択される。
【００５７】
また、上記のようにＰ＞Ｔであるため、永久磁石１３の配置ピッチは突極２、３の平均配置ピッチよりも小さいので、図１に示すように、永久磁石１３の周方向の有効幅をｄ１、突極２、３の先端部の周方向幅をｄ２として、ｄ１≦ｄ２に設定することができ、実際にそのように設定している。これにより、永久磁石１３の全体が必ず突極２、３の先端部と重なるため誘起電圧波形が正弦波状になり、誘起電圧の波形歪みの発生を防止でき、発電電圧の制御性を向上できて好適である。
【００５８】
また、突極２、３の配置ピッチが３６０／Ｔでない場合に、図３に示すように、突極２、２間のオープンスロット角度ｏｓ１と突極２、３間のオープンスロット角度ｏｓ２がほぼ同一になるように、突極２、３の先端部で周方向両側に延出されている足１８の長さを調整すると、永久磁石１３がオープンスロットを通過する際の磁路のパーミアンス変化を小さくできて、コギングトルクを低減することができる。
【００５９】
また、第１の突極群４の突極２の配置ピッチが３６０／Ｐでない場合に、各突極グループＩ、II、III において、図４に示すように、突極２に３６０／Ｐに至る間の任意の角度のスキューを設けると、突極２と永久磁石１３の位相ずれの影響を低減することができ、コギングトルクの低減を図りながら特に高速での制御性を向上することができる。なお、図４に示した例では、突極２の一端の配置ピッチが３６０／Ｔで他端の配置ピッチが３６０／Ｐになる角度βのスキューを設けた例を示したが、０〜βの間の任意の角度のスキューを設けることができる。
【００６０】
また、第１の巻線群６の出力線１９と第２の巻線群８の出力線２０は、それぞれ図５に示すように、モータジェネレータの軸方向に互いに反対方向に取り出すように構成されており、出力線１９、２０の間の絶縁をコンパクトな構成にて容易に確保することができる。
【００６１】
また、第１の突極群４の突極２の配置ピッチθｓが、永久磁石１３の配置ピッチ（３６０／Ｐ）と一致せず、３６０／Ｐ＜θｓ≦３６０／Ｔの場合には、各突極グループＩ、II、III において、突極２、２間での位相の差異による磁束密度の差異を解消するように、各突極２の巻線６の巻回部分の断面積を、図６に示すように、ロータ１１の回転方向後方側に位置する突極２の断面積ｗ１に対して、前方側に位置する突極２の断面積ｗ２を小さくし、さらに前方に位置する突極２の断面積ｗ３をさらに小さくするのが好適である。こうすることにより、各突極グループＩ、II、III 内で磁束密度が均一化し、各突極２に巻回した巻線６に発生する誘起電圧が一定になって発生電圧の制御性が向上する。また、断面積を小さくした突極２では、巻線６の巻線径を大きくでき、その分銅損を低減することができ、効率を向上することができる。
【００６２】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を、図７を参照して説明する。なお、以下の実施形態の説明においては、先行する実施形態と共通する構成要素については、同一参照符号を付して説明を省略し、主として相違点についてのみ説明する。
【００６３】
上記実施形態では、ロータ１１がロータコア１２に永久磁石１３を埋め込んだマグネット型ロータのみから成る例を示したが、本実施形態では、ロータコア１２に永久磁石１３を埋め込んだマグネット型ロータ部２１と、図７（ｂ）に示すようにロータコア２３の外周部に等間隔置きに凹部２４を形成して永久磁石１３と同数の突極２５を形成したリラクタンス型ロータ部２２とを、図７（ａ）に示すように、軸方向に積層してロータ１１を構成している。
【００６４】
この構成によれば、リラクタンストルクをより多く利用することができ、それによって次のような効果を得ることができる。すなわち、突極２の配置ピッチを３６０／Ｐとしないことで、制御性よりもコギングトルク特性の方を優先した場合には、特に高速回転時の制御性が悪化するが、リラクタンストルクを利用することで制御性を向上することができ、コキングトルク特性が良くかつ高速時にも高い制御性が有するモータジェネレータを構成することができる。
【００６５】
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を、図８を参照して説明する。上記実施形態では、第１の突極群４が２叉、第２の突極群５が１叉で、合計３叉のモータジェネレータについて説明したが、本実施形態では、第１の突極群４が３叉、第２の突極群５が２叉で、合計５叉で、総突極数が１５、永久磁石１３の極数が１６（図示せず）のモータジェネレータの例である。このように第２の突極群５の叉数が複数の場合において、第１の突極群４の突極２の配置ピッチを２４°（３６０／Ｔ）とするとともに、第２の突極群５の突極３の配置ピッチを２２．５°（３６０／Ｐ）としている。さらに、突極２、２間のオープンスロット角度ｏｓ１と、突極２、３間のオープンスロット角度ｏｓ２と、突極３、３間のオープンスロット角度ｏｓ３がほぼ同一になるように、各突極２、３の先端部で周方向両側に延出される足１８の長さを調整している。
【００６６】
この構成によれば、第１の突極群４をモータ若しくは発電機として使用し、第２の突極群５を主として発電機として使用する場合に、第１の突極群４によりコギングトルク特性の良好なモータが得られ、かつ第２の突極群５はその突極３が永久磁石１３と位相が完全に一致して発生電圧の制御性が向上するので、良好な発電電圧特性を得ることができ、さらに突極間のオープンスロットを均一にしているので、永久磁石１３がオープンスロットを通過する際の磁路のパーミアンス変化を小さくでき、第２の突極群５においてもコギングトルクを低減することができる。
【００６７】
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を、図９〜図１２を参照して説明する。図９は、第１の突極群４が５叉、第２の突極群５が２叉で、合計７叉で、総突極数が２１、永久磁石１３の極数が２２のモータジェネレータの例を示す。このように第２の突極群５が複数の突極３を有している場合に、図１０に示すように、相互に隣合う各突極３に巻線７とは別に同方向に制御巻線２６を巻回して直列接続し、これら制御巻線２６に制御部２７を介して直流電源２８を接続して制御用の直流電流を流すように構成している。また、図１１に示すように、第２の突極群３の相互に隣合う突極３の数が奇数の場合には、同極性の突極３に巻いた制御巻線２６の巻線数の和と、逆極性の突極３に巻いた制御巻線２６の巻線数の和とを略等しくするのが好適である。また、図１２に示すように、第２の突極群５の相互に隣合う突極３、３間をまたいで制御巻線２６を巻いても良い。なお、図１０〜図１２においては、突極３の先端側に巻線７を、根元側に制御巻線２６を配置した例を示したが、この巻線７と制御巻線２６の配置関係は逆にしても良い。
【００６８】
この構成によれば、位相の異なる隣合う突極３に同じ方向に制御巻線２６を巻回して直列接続することで制御巻線２６に誘起される電圧をゼロにすることができ、その結果直流電源２８から制御部２７を介して制御巻線２６に直流電流を流すことができ、このように直流電流を流すことで突極３の磁気抵抗を変化させ、突極３に巻いた巻線７に鎖交する磁束量を制御することができる。その結果、巻線７による発電電圧を制御することができ、第２の突極群５に巻回した第２の巻線群９から所定電圧の電力を取り出すようにすることができる。
【００６９】
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態を、図１３〜図１５を参照して説明する。本実施形態では、図１３に示すように、第２の突極群５の互いに隣合う突極３、３間に、これらの突極３の通る永久磁石１３からの磁束を巻線７の巻回部に対してバイパスさせるように分流する分流路２９が設けられている。
【００７０】
巻線７に誘起される電圧は回転数に比例するため、高速回転時にはかなりの高電圧になってしまうが、この構成によれば分流路２９を適当に設定することで、最高回転数の場合にも巻線７の誘起電圧を最大許容電圧以下に抑制することができる。
【００７１】
さらに、図１４に示すように、突極３の巻線巻回部３０より先端側に設けた本来の突極幅ａ０の部分の間を分流路２９で接続するとともに、突極３の巻線巻回部３０の突極幅ａ２を分流路２９の幅ａ１よりも小さくすることもできる。こうすると、高速で回転した場合、突極３の巻線７の巻回部が突極幅ａ２と狭いので、磁束が飽和することで発電電圧が頭打ちとなって一定に制御することができる。また、突極３の巻線巻回部３０の突極幅ａ２を小さくすると、突極３の強度が低下するため、図１５に示すように、突極３、３間で分流路２９とステータコア１のヨーク部との間を１又は複数のブリッジ３１で連結して必要な強度を確保しても良い。
【００７２】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態を、図１６〜図１８を参照して説明する。上記実施形態では永久磁石１３からの磁束をバイパスさせる分流路２９を設け、最大誘起電圧に制限を加えるようにした例を示したが、本実施形態では、図１６に示すように、分流路２９に制御巻線３２を巻回し、この制御巻線３２に流す電流を制御するように構成している。
【００７３】
この構成によれば、図１６に実線の矢印で示す永久磁石１３からの磁束が分流路２９を通る方向とは逆向きの破線の矢印で示す制御巻線磁束が発生するように制御巻線３２に電流を流すことで、分流路２９を通る磁束量を制御することができ、それによって突極３の巻線巻回部を通る永久磁石１３からの磁束量を制御し、巻線７に誘起される電圧を積極的に制御し、第２の巻線群９からの取り出し電流が変化しても出力電圧を所定値に維持するように制御することができる。
【００７４】
図１６の例では、制御巻線３２を分流路２９の回転軸芯方向の周囲に沿って巻回することで、制御巻線磁束が、分流路２９、突極３、ステータヨーク、突極３を通るようにした例を示したが、図１７に示すように、分流路２９の回転軸方向の中間部に制御巻線３２を巻回するためのスリット３３を形成し、分流路２９の回転軸芯方向の一部の周囲に１又は複数の制御巻線３２を巻回し、制御巻線磁束を破線で示すように分流路２９内で環状に通すようにしても良い。また、図１８に示すように、分流路２９の周方向の中間部に制御巻線３２を巻回する複数のスリット３４を形成し、分流路２９の周方向の一部の周囲に１又は複数の制御巻線３２を巻回し、制御巻線磁束を破線で示すように分流路２９内で環状に通すようにしても良い。
【００７５】
（第７の実施形態）
次に、本発明の第７の実施形態を、図１９、図２０を参照して説明する。本実施形態では、図１９に示すように、突極３の巻線７の巻回部分よりもロータ１１側の部分に突極３を取り囲むように、例えば銅、アルミ、鉄あるいはそれらの合金から成る環状の短絡環３５が設けられている。
【００７６】
この構成によれば、短絡環３５に鎖交する永久磁石１３からの磁束によって、短絡環３５に電圧が誘起され、直流抵抗値が無視できるとすれば、この鎖交磁束と同位相で向きが反対の磁束が発生し、永久磁石１３からの磁束を打ち消す方向に作用するので、巻線７に鎖交する磁束が減少し、巻線７の発生電圧を抑制でき、高速回転時における第２の巻線群９の端子電圧が所定の値を超えないようにすることができる。また、突極３に短絡環３５を設けるだけであるため、簡素な構成で部品点数が少なく、しかも信頼性も非常に優れている。
【００７７】
図１９の例では、巻線７よりロータ１１側の位置で突極３の外周に短絡環３５を配設した例を示したが、図２０（ａ）に示すように、突極３のロータ１１に対向する内周面の中央部に凹部３６を設け、その凹部３６と突極３のロータ回転方向の両側面のいずれか一方の側面との間を囲むように短絡環３５を設けても良い。このように構成すると、永久磁石１３からの磁束の一部が短絡環３５に鎖交し、かつこの短絡環３５に発生する磁束の一部が矢印３７に示すように短絡環３５の周りに形成される閉磁路に分散され、短絡環３５による永久磁石１３からの磁束の打ち消し効果が抑制される。したがって、突極３の一部に短絡環３５を設けることで、その磁束打ち消し効果を調整することができる。
【００７８】
また、同様に、図２０（ｂ）に示すように、突極３の内周面に２つの凹部３６を設け、凹部３６、３６間に挟まれた突部３８を取り囲むように短絡環３５を設けても良い。こうすると、短絡環３５により形成される磁束の一部が矢印３７ａ、３７ｂに示すように短絡環３５の周りに形成される閉磁路に分散され、突極３の一部に短絡環３５を設けることによる磁束打ち消し効果を調整することができる。また、図２０（ｃ）に示すように、２つの凹部３６と突極３のロータ回転方向の両側面との間をそれぞれ囲むように２つの短絡環３５を設けても、同様の作用効果を奏することができる。
【００７９】
（第８の実施形態）
次に、本発明の第８の実施形態を、図２１を参照して説明する。本実施形態は、上記図１３〜１５（特に図１５）を参照して説明した第５の実施形態と、図１９、２０を参照して説明した第７の実施形態を併用したものであり、突極３、３間を分流路２９で接続するとともに、突極３に短絡環３５を設けたものであり、更に突極３のロータ回転方向の幅を大きくするとともに、ロータ回転方向に適当間隔あけて１又は複数のスリット３９を形成し、突極３の断面積を小さくしながら強度を確保するとともに、スリット３９と突極３のロータ回転方向の側面との間やスリット３９、３９間を取り囲むように１又は複数の短絡環３５を配置している。
【００８０】
この構成によると、分流路２９及び短絡環３５を設けることによる上述の作用効果が複合して得られるとともに、突極３の強度が確保されかつ各短絡環３５に鎖交する磁束量を小さくすることができるので、短絡環３５として電流容量の小さいものを採用しても焼損を生じる恐れがなく、コンパクトな構成にて突極３の巻線７巻回部を通る鎖交磁束をほぼ一定にすることができ、高速回転時の発生電圧を効果的に減少させて出力電圧をほぼ一定にすることができる。また、変形例として、分流路２９を設けない構成とすることもでき、その場合突極３にスリット３９を設け、それに対応した短絡環３５を設けることによる上記効果を奏することができる。
【００８１】
（第９の実施形態）
次に、本発明の第９の実施形態を、図２２を参照して説明する。本実施形態では、上記図１３〜１５（特に図１５）を参照して説明した第５の実施形態において、その分流路２９に、発電用巻線４０を巻回して電力を取り出すようにするとともに、この分流路２９を取り囲むように短絡環４１を配設することで、発電用巻線４０の端子電圧が高速回転時にも所定範囲を超えることがないようにしている。このように分流路２９にも発電用巻線４０を設けることにより、効率的に電力を取り出すことができる。
【００８２】
（第１０の実施形態）
次に、本発明の第１０の実施形態を、図２３、図２４を参照して説明する。以上の実施形態では、同相の複数の突極２から成る複数の突極グループＩ、II、III を備えた第１の突極群４と、突極グループ間に配置した１又は複数の突極３からなる第２の突極群５から成り、突極２、３の総数Ｔが永久磁石１３の極数Ｐよりも小さい構成で、第１と第２の突極群４、５に対して各別に電力を出し入れするようにしたモータジェネレータを示したが、本実施形態では、図２３に示すように、ステータ１０に第１の突極群４のみを設け、その突極２を、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧がそれぞれ印加される巻線６が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極２の巻線６の巻回方向が逆方向である複数の突極２から成る複数の突極グループＩ、II、III に区分し、さらに各突極グループＩ、II、III 内で、それぞれ突極２を複数の二次突極群Ｉ-1、Ｉ-2、II-1、II-2、III-1 、III-2 に振り分け、これら二次突極群（Ｉ-1、II-1、III-1 ）と（Ｉ-2、II-2、III-2 ）毎にそれぞれの巻線６に対して各別に電力を出し入れするように構成している。
【００８３】
この構成においても、二次突極群（Ｉ-1、II-1、III-1 ）と（Ｉ-2、II-2、III-2 ）毎にそれぞれの巻線６に対して各別に電力を出し入れすることにより、複数の電力を各別に出し入れすることができるとともに、二次突極群を任意に設定することで、出し入れ電力の配分を自由に設計することができる。また、上記実施形態と同様に、永久磁石１３の極数Ｐを、突極２の総数Ｔよりも大きい数でかつ（２）式で成り立ち得る極数Ｐの内最小のものとすることで、体積効率を高くすることができる。
【００８４】
図２３の例では、二次突極群（Ｉ-1、II-1、III-1 ）と（Ｉ-2、II-2、III-2 ）の間で突極２のロータ回転方向の幅は同一のものを示したが、図２４に示すように、第１の二次突極群（Ｉ-1、II-1、III-1 ）の突極幅をｗ１、第２の二次突極群（Ｉ-2、II-2、III-2 ）突極幅をｗ２とし、ｗ１＞ｗ２とすることで、それぞれの突極２を通る鎖交磁束の飽和量が異なるために、取り出す電力の配分を変えることができる。
【００８５】
なお、上記第１の実施形態における第１の突極群４に対して、この第１０の実施形態を適用し、第２の突極群５と併用することもでき、そうすると第１の突極群４の第１と第２の二次突極群と第２の突極群３から３つ若しくはそれ以上の電力を各別に出し入れすることができるモータジェネレータを提供することができる。
【００８６】
（第１１の実施形態）
次に、本発明の第１１の実施形態を、図２５（ａ）を参照して説明する。本実施形態では、図２３に示したように、複数の突極２の各々に巻線６が巻かれたステータ１０と、突極２の数より多数の永久磁石１３が周方向に等間隔に配置されたロータ１１とを備え、突極２が、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧がそれぞれ印加される巻線６が巻回されかつ相互に隣接しているとともに互いに隣接する突極２の巻線６の巻回方向が逆方向とされている複数の突極２から成る複数の突極グループＩ、II、III に区分されているが、図２３とは異なって、二次突極群への振り分けは行っていない複数のユニット４２、４３を回転軸芯方向に積み重ね配置して構成されている。なお、図２５においては、複数のユニット４２、４３のロータ１１は一体のものが共用されている。
【００８７】
この構成においては、各ユニット４２、４３に対して各別に電力を出し入れすることができ、かつユニット４２、４３の層厚や径を任意に変えることによって電力配分を任意に設定することができる。また、上記実施形態と同様に、永久磁石１３の極数Ｐを、突極２の総数Ｔよりも大きい数でかつ（２）式で成り立ち得る極数Ｐの内最小のものとすることで、体積効率を高くすることができる。
【００８８】
また、本実施形態において、発電電力の小さい方のユニット４３においては、図２５（ｂ）に示すように、ステータコアの無い巻線のみから成るステータ４４を採用しても良く、そうすることでモータジェネレータの軸方向長さを低減することができる。
【００８９】
さらに、本実施形態の変形例として、図１に示したような第１の突極群４と第２の突極群５を有する構成のユニットや、図２３に開示したような突極グループを二次突極群に振り分けを行った構成のユニットを回転軸芯方向に積み重ね配置しても良く、一層多くの電力を取り出すことができる。
【００９０】
なお、以上の実施形態においては、ステータ１０の内側にロータ１１を回転自在に配置したインナーロータ型のモータジェネレータの例についてのみ説明したが、本発明はステータの外周にロータを回転自在に配置したアウタロータ型のモータジェネレータにおいても同様に適用でき、かつ適用することで同様の効果を奏することは明らかである。
【００９１】
以上の各実施形態のモータジェネレータは、ＰＥＶ（Pure Electric Vehicle ：純粋電気自動車）や、ＨＥＶ（Hybrid Electric Vehicle ：ハイブリッド電気自動車）、ＦＣＥＶ（Fuel Cell Electric Vehicle：燃料電池電気自動車）等の各種の電気自動車駆動用モータとして使用することにより、従来のように高圧系と低圧系の２種類のモータジェネレータを備える必要や、ＤＣ−ＤＣコンバータを別途に備える必要が無くなるので、省スペースでかつ低コストな電気自動車駆動システムを構成することができる。また、風力発電機や内燃機関若しくは外燃機関発電機などにおいても、このモータジェネレータを適用することで複数電力を出し入れできるとともにその電力配分を自由に設計できるので、同様の効果が発揮される。
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明のモータジェネレータは、永久磁石を用いた界磁方式でかつ永久磁石よりも数の少ない突極に集中巻きの巻線を巻いた、コンパクトで低コストのモータジェネレータで、かつ突極を第１の突極群と第２の突極群にて構成し、第１と第２の突極群の巻線に対して各別に電力を出し入れするようにしているので、複数の電力を出し入れすることができるとともに、第１と第２の突極群における突極の数を任意に選択することで出し入れ電力の配分を自由に設計することができ、各種電気自動車や風力発電機や内燃機関若しくは外燃機関発電機などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２】同実施形態における巻線の結線状態を説明する結線図である。
【図３】同実施形態の第１の変形例を示す断面図である。
【図４】同実施形態の第２の変形例における突極にスキューを形成した状態の説明図である。
【図５】同実施形態の第３の変形例における出力線の配設状態を示す軸芯方向の断面図である。
【図６】同実施形態の第４の変形例における要部構成を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態を示し、（ａ）は要部の斜視図、（ｂ）はリランクタンス型ロータ部の平面図である。
【図８】本発明の第３の実施形態におけるステータコアの断面図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図１０】同実施形態の第１の変形例における要部構成を示す断面図である。
【図１１】同実施形態の第２の変形例における要部構成を示す断面図である。
【図１２】同実施形態の第３の変形例における要部構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第５の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図１４】同実施形態の変形例におけるステータコアの断面図である。
【図１５】同実施形態の他の変形例におけるステータコアの断面図である。
【図１６】本発明の第６の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図１７】同実施形態の変形例を示し、（ａ）は要部構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図である。
【図１８】同実施形態の他の変形例を示し、（ａ）は要部構成を示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ矢視図である。
【図１９】本発明の第７の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図２０】同実施形態の各種変形例の要部構成を示す断面図である。
【図２１】本発明の第８の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図２２】本発明の第９の実施形態の要部構成を示す断面図である。
【図２３】本発明の第１０の実施形態の概略構成を示す断面図である。
【図２４】同実施形態の変形例の概略構成を示す断面図である。
【図２５】本発明の第１１の実施形態を示し、（ａ）は概略構成を示す軸芯方向の断面図、（ｂ）は変形構成例の概略構成を示す軸芯方向の断面図である。
【図２６】従来例のモータジェネレータを搭載したハイブリッド電気自動車の概略構成図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ステータコア
２  突極
３  突極
４  第１の突極群
５  第２の突極群
６  巻線
７  巻線
８  第１の巻線群
９  第２の巻線群
１０  ステータ
１１  ロータ
１２  ロータコア
１３  永久磁石
１９  第１の巻線群８の出力線
２０  第２の巻線群９の出力線
２１  マグネット型ロータ部
２２  リラクタンス型ロータ部
２６  制御巻線
２９  分流路
３１  ブリッジ
３２  制御巻線
３５  短絡環
４０  発電用巻線
４１  短絡環
４２  ユニット
４３  ユニット
４４  ステータコアの無いステータ
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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