(57)【要約】【課題】構造を簡素化してコストを抑えるとともに、小型化しても従来よりはトルク密度や出力密度を向上できる回転電機を提供する。【解決手段】同軸上に配置された第１回転子１０、第２回転子２０および固定子３０を有し、第２回転子２０が第１回転子１０と固定子３０との間に配置される回転電機Ｍにおいて、第１回転子１０は異極性の複数の磁極を有し、固定子３０は固定子巻線３１を有し、第２回転子２０は第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通す磁性鉄心で形成された導体設置部２６（切欠部２６ａ，２６ｂ）に設置される導体の端部を短絡させた短絡導体２５を一以上有し、磁性鉄心は短絡導体２５に囲まれない一以上の第１磁気パス部２３と短絡導体２５に囲まれる一以上の第２磁気パス部２４とを有し、かつ、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４とが第２回転子２０の周方向に隣接して配置される構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同軸上に配置された第１回転子、第２回転子および固定子を有し、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回転電機において、
前記第１回転子は異極性の複数の磁極を有し、
前記固定子は固定子巻線を有し、
前記第２回転子は、前記第１回転子と前記固定子との間で磁束を通す磁性鉄心と、当該磁性鉄心に形成された導体設置部に設置される導体の端部を短絡させた短絡導体を一以上有し、
前記磁性鉄心は、前記短絡導体に囲まれない一以上の第１磁気パス部と、前記短絡導体に囲まれる一以上の第２磁気パス部とを有し、かつ、前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とが前記第２回転子の周方向に隣接して配置されることを特徴とする回転電機。
【請求項２】
前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とは、交互に配置され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】
前記第２回転子は、前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とが円環状につながった磁性体からなることを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機。
【請求項４】
前記第２磁気パス部は、前記第２回転子の隣接する前記第１磁気パス部の相互間を橋絡するように配置され、
前記第２磁気パス部の周囲には前記第２磁気パス部の磁束に鎖交する前記短絡導体が配置された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】
前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とは、周方向に交互に配置され、ともに前記固定子と前記第１回転子との間において磁束を径方向に橋絡する構成とした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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１回転子、第２回転子および固定子を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来では、第１回転機はステータ、第１ロータおよび第２ロータを有し、当該第１回転機を備えた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）。第１ロータは、電機子列に対向するように配置された磁極列を有する。当該磁極列は、互いに間隔を存して円周方向に並ぶとともに隣り合う各２つが互いに異なる極性を有する複数の磁極で構成される。第２ロータは、電機子列と磁極列の間に配置された軟磁性体列を有する。当該軟磁性体列は、互いに間隔を存して円周方向に並んだ複数の軟磁性体で構成される。第１回転機は、入力軸がエンジンの出力軸に機械的に連結され、出力軸が第２回転機の回転軸に直結される。
【０００３】
また、ステータ、第１ロータおよび第２ロータを備えた電動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２を参照）。第１ロータは、交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第１永久磁石を配置して構成された第１永久磁石列と、交互に異なる極性の磁極を有するように複数の第２永久磁石を配置して構成された第２永久磁石列とを軸線方向に並置して構成される。第２ロータは、軟磁性体製の複数の第１誘導磁極で構成された第１誘導磁極列と、軟磁性体製の複数の第２誘導磁極で構成された第２誘導磁極列とを軸線方向に並置して構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４５０５５２４号公報
【特許文献２】特許第４６４８３７８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、上記特許文献１，２の技術を適用する場合、トルク性能を確保するには第２ロータの複数の軟磁性体間の磁気漏洩を極力小さくするため、磁気遮蔽と遠心強度を両立出来る非磁性支持材が必要になる。さらに構造も複雑になるために、コスト高となる。
【０００６】
また、第２ロータは複数対の軟磁性体と非磁性体を周方向に交互に配置しており、磁気抵抗変化を利用する所謂リラクタンスタイプである。そのため、トルク密度や出力密度が磁石埋め込みタイプに比べてやや低い。小型化ニーズの高い車両（例えばハイブリッド車両や電気自動車等）では、さらなるトルク密度や出力密度の向上が要請されている。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなしたものであり、構造を簡素化してコストを抑えるとともに、トルクに有効な磁束を増やしてトルク密度や出力密度を向上できる回転電機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】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、同軸上に配置された第１回転子、第２回転子および固定子を有し、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回転電機において、前記第１回転子は異極性の複数の磁極を有し、前記固定子は固定子巻線を有し、前記第２回転子は、前記第１回転子と前記固定子との間で磁束を通す磁性鉄心と、当該磁性鉄心に形成された導体設置部に設置される導体の端部を短絡させた短絡導体を一以上有し、前記磁性鉄心は前記短絡導体に囲まれない一以上の第１磁気パス部と前記短絡導体に囲まれる一以上の第２磁気パス部とを有しかつ前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とが前記第２回転子の周方向に隣接して配置されることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、第２回転子には、第１磁気パス部と第２磁気パス部とが周方向（回転方向とも呼ぶ。以下同じである。）に配置される。第１磁気パス部は主に固定子と第１回転子との間で磁束を径方向（すなわち中心から放射する方向であり、以下同じである。）に橋絡させ、第２磁気パス部は主に周方向への磁束の漏れを打ち消す（磁気遮蔽する）作用を有する。これらの作用により、トルクに有効な磁束が増え、トルク密度や出力密度を向上させることができる。
【００１０】
なお「回転電機」は、回転子と固定子とを有し、回転子を回転部材（例えば軸やシャフト等）に結合（物理的接続・連結・固定・一体化などを含み、直接的であると間接的であるとを問わない。以下同じである。）可能な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。「導体設置部」は一組（一対）の設置部で構成され、当該設置部の形状（構造）は任意である。設置部の形状例としては、切欠部，貫通穴，凹部などが該当する。「短絡導体」は、巻線やコイル等の導体を用い、当該導体の端部を短絡した部材である。「磁性鉄心」は磁性を帯びることが可能な鉄心であれば材質を問わない。通常は軟磁性材料を用いるが、硬磁性材料や非磁性材料を一部に用いてもよい。「隣接」は隣り合えばよく、接触するか否かを問わない。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とは、交互に配置されることを特徴とする。この構成によれば、固定子と第１回転子との間で磁束を径方向に橋絡できる部位（第１磁気パス部）と、周方向に磁気遮蔽できる部位（第２磁気パス部）とが交互に設けられる。第１磁気パス部や固定子との相対的な位置関係によって、ある第２磁気パス部では互いに逆方向の磁束が生じて打ち消され、別の第２磁気パス部では同一方向の磁束が生じて強められる。また、第２磁気パス部の相互間でも異なる磁束位相にするので、第２回転子の磁気変調作用を改善できる。したがって、トルク密度や出力密度をさらに向上させることができる。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、前記第２回転子は、前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とが円環状につながった磁性体からなることを特徴とする。この構成によれば、第２回転子を周方向に円環状につながった磁性体を用いるので、特別な支持構造を必要とすることなく遠心強度を確保することができる。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、前記第２磁気パス部は、前記第２回転子の隣接する前記第１磁気パス部の相互間を橋絡するように配置され、前記第２磁気パス部の周囲には前記第２磁気パス部の磁束に鎖交する前記短絡導体が配置されたことを特徴とする。この構成によれば、第２磁気パス部の磁束に鎖交する短絡導体を配置することで漏洩磁束を打ち消すことができ、第２回転子の磁束変化率が大きい条件下で短絡導体の誘導電流によりトルクが向上する。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、前記第１磁気パス部と前記第２磁気パス部とは、周方向に交互に配置され、ともに前記固定子と前記第１回転子との間において磁束を径方向に橋絡する構成としたことを特徴とする。この構成によれば、第２磁気パス部に径方向磁束に鎖交するよう短絡導体を配置し、短絡導体の誘導電流により、第１磁気パス部とは異なる位相の磁束を第２磁気パス部の周囲に発生させることで、磁気変調作用が改善され、幅広い運転領域でトルクが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機の構成例を模式的に示す軸方向の断面図である。
【図２】回転電機の第１構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図３】磁束分布の一例を示す模式図である。
【図４】比較例にかかる磁束分布の一例を示す模式図である。
【図５】比較例にかかる磁束分布の一例を示す模式図である。
【図６】トルクの経時的変化を示すグラフ図である。
【図７】回転電機の第２構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図８】回転電機の第３構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図９】回転電機の第４構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図１０】回転電機の第５構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図１１】回転電機の第６構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【図１２】回転電機の第７構成例を模式的に示す径方向の分割断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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な接続を意味する。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はいない。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。見易くして理解を容易にするため、図８（Ｂ）を除いて、断面図にかかる各図面ではハッチ線の図示を省略する。
【００１７】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は、ハイブリッド車両に用いられる回転電機について、径方向に導体設置部（すなわち一組の設置部）を備える例であって、図１〜図６を参照しながら説明する。図１には回転電機の構成例を模式的に軸方向（図２のI−I線矢視）の断面図で示す。図２には回転電機の第１構成例を模式的に径方向（図１のII−II線矢視）の分割断面図で示す。図３には磁束分布の一例を模式図で示す。図４と図５には比較例にかかる磁束分布の一例を模式図で示す。図６にはトルクの経時的変化をグラフ図で示す。
【００１８】
図１に示す回転電機Ｍは、第１回転子１０、第２回転子２０、固定子３０などを有する。これらの第１回転子１０、第２回転子２０および固定子３０は同軸上に配置される。第２回転子２０が第１回転子１０と固定子３０との間に配置され、固定子３０は最外周に配置される構造である。
【００１９】
第１回転子１０の回転軸１１は入力軸であり、動力源（例えば燃焼機関や電動機等）から伝達される動力を入力する。回転軸１１に結合される対象物は任意であり、例えば二点鎖線で図示するエンジン軸１２（クランク軸とも呼ぶ。）と結合される。第２回転子２０の回転軸２１は出力軸であり、変換された動力を出力する。回転軸２１に結合される対象物も任意であり、例えば二点鎖線で図示するトランスミッション軸２２と結合される。固定子３０は回転磁界を発生させるための固定子巻線３１を有する。固定子巻線３１は複数のスロット３２（図２を参照）内に収容され、本形態では多相巻線（例えばＵ相，Ｖ相，Ｗ相にかかる三相巻線等）を適用する。なお、図２では図面右下のスロット３２にのみ固定子巻線３１を収容した状態を示すが、実際には各スロット３２にそれぞれ固定子巻線３１を収容する。こうして収容した固定子巻線３１を適切に接続して多相巻線とする。
【００２０】
回転電機Ｍの第１構成例について、全体を４分割した分割断面図である図２を参照しながら説明する。第１回転子１０には極性の異なる磁石を複数極対（例えば１０極対）を交互に配置する。第１回転子１０は同期タイプであればよい。小型化ニーズの高いハイブリッド車両に適用するには高性能磁石を用いたＳＰＭ（表面磁石式）や、ＩＰＭ（埋め込み磁石式）ロータを用いるのが望ましい。本形態では、トルク変動を抑えるため、第１回転子１０は表面磁束密度分布を正弦波に近づけたＩＰＭを用いる。
【００２１】
第２回転子２０は、周方向に連続する軟磁性材（積層電磁鋼板）を用いて形成され、径方向に沿って設けられる導体設置部２６を複数有する。それぞれの導体設置部２６は、一組の切欠部２６ａ，２６ｂからなる。図２の例では、第２回転子２０の外周側に凹形状の切欠部２６ａを設け、内周側に凹形状の切欠部２６ｂを設けている。切欠部２６ａ，２６ｂには短絡導体２５が設置される。短絡導体２５は、巻線やコイル等の導体を用い、両端を電気的に短絡した部材である。短絡導体２５の短絡方法は任意であり、例えば短絡導体２５の両端を直接的に接合（例えば溶接や半田付け等）したり、短絡導体２５の両端と導体板（例えば金属板等）とを接合したりするなどが該当する。短絡導体２５の設置方法も任意であり、例えば包囲・収容・固定・巻回などが該当する。切欠部２６ａ，２６ｂの相互間にある第２回転子２０の本体部分は、後述する第２磁気パス部２４に相当する。
【００２２】
上述した導体設置部２６を設けたことによって、第２回転子２０には第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４とが交互に配置される。配置間隔は等間隔が望ましいが、仕様や回転電機Ｍの周囲環境等によっては少なくとも一部において不等間隔としてもよい。第１磁気パス部２３は、第１回転子１０および固定子３０との間で磁束を通す機能を担う。第２磁気パス部２４は、隣接する第１磁気パス部２３の相互間を橋絡する機能を担う。第２磁気パス部２４の内外周にあたる切欠部２６ａ，２６ｂに短絡導体２５を収容して包囲したことによって、隣接する第１磁気パス部２３の相互間で生じる漏洩磁束を打ち消すことができる。
【００２３】
第１回転子１０の極対数Ｐ1と第２回転子２０の極対数Ｐ2とは、極対数を異ならせ、固定子３０の極対数Ｐ3との間には「Ｐ2＝Ｐ1＋Ｐ3」の関係式が成立するように、第１回転子１０および第２回転子２０を構成する。本形態では上記関係式を満足する組み合せの一例として、Ｐ1＝１０、Ｐ2＝１６、Ｐ3＝６を適用する。この構成によれば、第１回転子１０、第２回転子２０および固定子３０の間に磁気的な結合関係を作り出すことができる。ここで、第２回転子２０の第１磁気パス部２３の周方向の総和（＝１６）を極対数Ｐ2として定義している。
【００２４】
第１回転子１０と第２回転子２０とは、異なる回転数で回転させることができる。ここで、第１回転子１０の回転数＝Ｎ1[r/sec]、第２回転子２０の回転数＝Ｎ2[r/sec]の条件下で固定子３０の固定子巻線３１に周波数ｆ（＝Ｐ2Ｎ2−Ｐ1Ｎ1）[Hz]の電流を流すと、電気磁気的な変速機として作動させることができる。
【００２５】
上述のように構成された回転電機Ｍについて磁力線を用いた磁束分布を示すと、図３のようになる。見易くするために、図３では磁力線を細線で示す。また、短絡導体２５や固定子巻線３１などの導電部材について、丸付き記号「×」は図面の奥行き方向に電流が流れることを示し、丸付き記号「・」は図面の手前方向に電流が流れることを示す。
【００２６】
図３において、第１磁気パス部２３の相互間の漏洩磁束が変化（発生を含む）すると、この漏洩磁束は第２磁気パス部２４を通る。そして、漏洩磁束の変化を打ち消すように、第２磁気パス部２４を包囲する短絡導体２５には誘導電流が発生する。短絡導体２５に誘導電流が発生すると、当該短絡導体２５の周囲には「右ねじの法則」に従って磁界（磁束）が発生する。当該磁界（磁束）の向きに応じて、第１磁気パス部２３の相互間の漏洩磁束を打ち消したり、逆に漏洩磁束を強めたりする。上記内容について以下に詳述する。
【００２７】
図３には、第１回転子１０および第２回転子２０の一方または双方が回転している際のある時点における磁束分布を示す。具体的には、固定子３０の位置Ｐａに示す丸付き記号「×」を中心とする時計回り（矢印Ｄ１）の磁束が発生し、同じく位置Ｐｂに示す丸付き記号「・」を中心とする反時計回り（矢印Ｄ２）の磁束が発生していると仮定する。他の部位についても同様であり、時計回りの磁束と反時計回りの磁束とが交互に発生している。以下では説明の都合上で区別をするために、図面左側に位置する第２磁気パス部２４を「第２磁気パス部２４Ａ」と呼び、その右側に位置する第２磁気パス部２４を「第２磁気パス部２４Ｂ」と呼ぶことにする。
【００２８】
位置Ｐａを中心として発生する時計回りの磁束の一部は、第２磁気パス部２４Ａを図面左側（矢印Ｄ３とは反対方向）に向かって漏洩する。この漏洩磁束が時間的に変化すると、第２磁気パス部２４Ａを包囲する短絡導体２５には、磁束の変化を妨げようとする電流が流れ、漏洩磁束とは逆方向（矢印Ｄ３方向）の磁界（磁束）が発生する。このように第２磁気パス部２４Ａでは、漏洩磁束と、短絡導体２５の電流による磁束とが互いに打ち消し合うため、第２磁気パス部２４Ａの磁束はほとんど無くなり、周方向への磁束を磁気的に分離（遮断）することができる。
【００２９】
一方、位置Ｐｂを中心として発生する反時計回りの磁束の一部は、第２磁気パス部２４Ｂを図面左側（矢印Ｄ４方向）に向かって漏洩する。この漏洩磁束が時間的に変化すると、第２磁気パス部２４Ｂを包囲する短絡導体２５には、磁束の変化を妨げようとする電流が流れる。第２磁気パス部２４Ｂでは、短絡導体２５の電流（Ｉ）と固定子磁束（φｂ）との直交成分に比例したトルク（ｋφｂＩ；ｋは定数）が発生する。
【００３０】
第２磁気パス部２４Ａでは周方向への磁束の漏れを打ち消し、第２磁気パス部２４Ｂでは周方向の磁束を強めるように短絡導体２５に電流が流れる。このように、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。
【００３１】
上述した回転電機Ｍの構成による磁束変化と比較するための比較例を図４と図５に示す。図４に示す回転電機Ｍａは、第１回転子１０ａ、第２回転子２０ａ、固定子３０ａなどで構成される。第１回転子１０ａは第１回転子１０に対応し、第２回転子２０ａは第２回転子２０に対応し、固定子３０ａは固定子３０に対応する。磁性体で形成する第２磁気パス部２４に代えて、非磁性体の第２磁気パス部２４ａを用いて構成した点が相違する。第２磁気パス部２４ａは非磁性体であるので磁束をほとんど通さない。また、導体設置部２６に短絡導体２５を備えない点も相違する。
【００３２】
図４には、図３に示す磁束分布の例と同様の条件における磁束分布を示す。図３と同様に、位置Ｐａを中心として時計回りの磁束が発生し、位置Ｐｂを中心として反時計回りの磁束が発生する。これらの磁束は、第１磁気パス部２３を通るものの、第２磁気パス部２４ａを通り、漏洩することがほとんど無い。そのため、上述した第２磁気パス部２４Ａのように周方向への磁束を磁気的に分離することができる。ただし、上述した第２磁気パス部２４Ｂのように周方向の磁束を強める短絡導体２５に電流（Ｉ）と固定子磁束（φｂ）との作用で付勢トルクを発生させることはできない。
【００３３】
図５に示す回転電機Ｍｂは、第１回転子１０ｂ、第２回転子２０ｂ、固定子３０ｂなどで構成される。第１回転子１０ｂは第１回転子１０に対応し、第２回転子２０ｂは第２回転子２０に対応し、固定子３０ｂは固定子３０に対応する。第２磁気パス部２４ｂは第２磁気パス部２４と同様に磁性体で形成する。よって図３の構成と相違するのは、短絡導体２５を導体設置部２６に設置しない点である。
【００３４】
図５には、図３に示す磁束分布の例と同様の条件における磁束分布を示す。図３と同様に、位置Ｐｂを中心として時計回りの磁束が発生し、位置Ｐｂを中心として反時計回りの磁束が発生する。これらの磁束は、第１磁気パス部２３を通るとともに、一部の磁束は第２磁気パス部２４ｂを通り漏洩する。短絡導体２５を備えないので、第２磁気パス部２４ｂで磁束を打ち消す電流により漏洩磁束を減らす作用はない。
【００３５】
図３〜図５に示す回転電機Ｍ，Ｍａ，Ｍｂの起動時におけるトルク変化について、図６を参照しながら説明する。図６では、縦軸をトルク[Nm]とし、横軸を時間[sec]として、トルクの経時的変化をグラフで示す。太線で示すトルク特性線Ｔｑ１は、図３に示す回転電機Ｍのトルク変化である。実線で示すトルク特性線Ｔｑ２は、図４に示す回転電機Ｍａのトルク変化である。破線で示すトルク特性線Ｔｑ３は、図５に示す回転電機Ｍｂのトルク変化である。各トルク特性線は、第１回転子１０（１０ａ，１０ｂ）の回転数が０[rpm]であり、第２回転子２０（２０ａ，２０ｂ）の回転数が７５０[rpm]であるとき、回転軸２１から出力されるトルク変化を示す（図１を参照）。ハイブリッド車両がＥＶ走行する場合等のように、第２回転子２０における磁束変化率が大きい場合を想定している。
【００３６】
トルク特性線Ｔｑ２，Ｔｑ３は経時的に大きな変化がみられないのに対して、トルク特性線Ｔｑ１は起動直後は大きな変化があるものの徐々に安定化する。安定化した状態におけるトルクの大きさを比較すると、図６によれば明らかにＴｑ１＞Ｔｑ２＞Ｔｑ３である。トルク特性線Ｔｑ２とトルク特性線Ｔｑ３との差分値ΔＴｑａは、主に第２磁気パス部２４ａによる磁気遮蔽効果によって回復できたトルクとみなせる。またトルク特性線Ｔｑ１とトルク特性線Ｔｑ２との差分値ΔＴｑｂは、主に第２磁気パス部２４Ｂ（図３を参照）において短絡導体２５を流れる短絡電流と磁束との作用によって生じるトルクの増加分とみなせる。トルク特性線Ｔｑ２，Ｔｑ３は従来技術に相当するので、本発明はそれぞれの差分値（ΔＴｑｂ，ΔＴｑａ＋ΔＴｑｂ）だけトルクを増加させることができる。
【００３７】
上述した実施の形態１によれば、以下に示す各効果を得ることができる。まず請求項１に対応し、回転電機Ｍにおいて、第１回転子１０は異極性の複数の磁極を有し、固定子３０は固定子巻線３１を有し、第２回転子２０は第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通す磁性鉄心で形成された導体設置部２６に設置される導体の端部を短絡させた短絡導体２５を一以上有し、磁性鉄心は短絡導体２５に囲まれない一以上の第１磁気パス部２３と短絡導体２５に囲まれる一以上の第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とを有しかつ第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とが第２回転子２０の周方向に隣接して配置される構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、第１磁気パス部２３は固定子３０と第１回転子１０との間で磁束を径方向に通し、第２磁気パス部２４（２４Ａ）は周方向への磁束の漏れを打ち消す作用を有する（図３を参照）。これらの作用により、トルクに有効な磁束が増え、トルク密度や出力密度を向上させることができる。
【００３８】
請求項２に対応し、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とは、交互に配置される構成とした（図２，図３を参照）。この構成によれば、固定子３０と第１回転子１０との間で磁束を径方向に橋絡できる部位（すなわち第１磁気パス部２３）と、周方向に磁気遮蔽できる部位（すなわち第２磁気パス部２４）とが交互に設けられる。第１磁気パス部２３や固定子３０との相対的な位置Ｐａ，Ｐｂ関係によって、第２磁気パス部２４Ａでは互いに逆方向の磁束が生じて打ち消され、第２磁気パス部２４Ｂでは同一方向の磁束が生じて強められる。また、第２磁気パス部２４の相互間でも異なる磁束位相にするので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善できる。したがって、トルク密度や出力密度をさらに向上させることができる。
【００３９】
請求項３に対応し、第２回転子２０は、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４とが円環状につながった磁性体からなる構成とした（図１〜図３を参照）。この構成によれば、第２回転子２０を周方向に円環状につながった磁性体を用いるので、特別な支持構造を必要とすることなく遠心強度を確保することができる。
【００４０】
請求項４に対応し、第２磁気パス部２４は、第２回転子２０の隣接する第１磁気パス部２３の相互間を橋絡するように配置され、第２磁気パス部２４の周囲には第２磁気パス部２４の磁束に鎖交する短絡導体２５が配置される構成とした（図１，図２を参照）。この構成によれば、第２磁気パス部２４Ａの磁束に鎖交する短絡導体２５を配置することで漏洩磁束を打ち消すので（図３を参照）、第２回転子２０の磁束変化率が大きい条件下で短絡導体２５の誘導電流によりトルクが向上する（図６のトルク特性線Ｔｑ１を参照）。
【００４１】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は、実施の形態１と同様にハイブリッド車両に用いられる回転電機Ｍについて、周方向に導体設置部を備える例であって、図７を参照しながら説明する。なお、回転電機Ｍの構成は、一部の構成が実施の形態１と同様である。そのため実施の形態２では、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し、上述した実施の形態１と相違する内容を説明する。
【００４２】
図７には、回転電機Ｍの第２構成例を模式的に径方向（図１のII−II線矢視）の分割断面図で示す。図２に示す回転電機Ｍとは、第２回転子２０の構成が相違する。なお、見易くして理解を容易にするため、固定子３０の図示を省略している（他の実施の形態で参照する図８以降でも同様である）。
【００４３】
図７に示す第２回転子２０は、複数の第１磁気パス部２３と、複数の第２磁気パス部２８とが円周方向に隣接する磁性体で構成される。本形態では、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とを交互に配置する。第１磁気パス部２３の大きさと、第２磁気パス部２８の大きさは任意に設定可能である。第１回転子１０と固定子３０との間で（図２を参照）、第１磁気パス部２３を通る磁束を大きくするには、第１磁気パス部２３を第２磁気パス部２８よりも大きく形成するのが望ましい。第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とを円周方向に隣接させる方法は任意であり、例えば円環状に形成された固定枠や固定部材などに固定する。
【００４４】
図示するように、短絡導体２５は第２磁気パス部２８の周方向に沿って設置される。第２磁気パス部２８を包囲する短絡導体２５は、第１回転子１０や図示しない固定子３０からの径方向（矢印Ｄ６方向）の磁束に鎖交するため、短絡導体２５の誘導電流により磁束の変化が妨げられる。これに対して、第１磁気パス部２３の周りには短絡導体が無いため、径方向（矢印Ｄ５方向）の磁束変化が妨げられない。
【００４５】
第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通し、第２磁気パス部２８は周方向への磁束の漏れを打ち消す作用を有する。この作用によって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。
【００４６】
上述した実施の形態２によれば、以下に示す効果を得ることができる。なお、請求項１，２については実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
【００４７】
請求項５に対応し、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とは、周方向に磁気的に分離するために周方向に交互に配置され、ともに固定子３０と第１回転子１０との間において磁束を径方向に橋絡する構成とした（図７を参照）。この構成によれば、第２磁気パス部２８に径方向磁束に鎖交するよう短絡導体２５を配置し、短絡導体２５の誘導電流により、第１磁気パス部２３とは異なる位相の磁束を第２磁気パス部２８の周囲に発生させることで、磁気変調作用が改善され、幅広い運転領域でトルクが向上する。
【００４８】
〔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１，２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。
【００４９】
上述した実施の形態１では、短絡導体２５を設置する部位として、円環状に形成された第２回転子２０の内周と外周とに切欠部２６ａ，２６ｂを備える構成とした（図２を参照）。この形態に代えて、例えば図８（Ａ）に示すように、切欠部２６ａ，２６ｂに対応する形状で一組の貫通穴２０ｈを第２回転子２０に備えてもよい。一組の貫通穴２０ｈは第２回転子２０の内周面と外周面に近い位置に形成し、貫通穴２０ｈの相互間は第２磁気パス部２４に相当する。このように構成する場合でも、実施の形態１と同様に、第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通し、第２磁気パス部２４Ａでは周方向（矢印Ｄ７方向）への磁束を磁気的に分離し、第２磁気パス部２４Ｂでは磁束を強め合う。これらの作用によって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。
【００５０】
また、一組の貫通穴２０ｈに対応する形状として、例えば図８（Ｂ）の断面図に示すような凹部２０ｉを第２回転子２０に備えてもよい。この凹部２０ｉは、単純な凹形状（一面が開口する箱形状）ではなく、第１磁気パス部２３の相互間を橋絡する第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）が橋架されるような形状である。言い換えれば、第２回転子２０の一面側に厚さΔｄを残す。このように構成する場合でも、実施の形態１と同様に、第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通し、第２磁気パス部２４Ａでは周方向（矢印Ｄ７方向）への磁束を磁気的に分離し、第２磁気パス部２４Ｂでは磁束を強め合う。これらの作用によって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４（２４Ａ，２４Ｂ）とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。
【００５１】
上述した実施の形態２では、複数の第１磁気パス部２３と複数の第２磁気パス部２８とが円環状に隣接する磁性体で第２回転子２０を構成した（図７を参照）。この形態に代えて、例えば図９に示すように、円環状に形成された第２回転子２０に対して一組の貫通穴２７ａ，２７ｂを周方向に複数組（例えば１６組など）備える構成としてもよい。短絡導体２５は、一組の貫通穴２７ａ，２７ｂを通り、第２磁気パス部２８を包囲するように設置される。この構成によれば、第１回転子１０や固定子３０からの径方向（矢印Ｄ６方向）の磁束に鎖交するため、誘導電流により磁束の変化が妨げられる。これに対して、第１磁気パス部２３では径方向（矢印Ｄ５方向）の磁束変化が妨げられない。第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通し、第２磁気パス部２８は周方向への磁束の漏れを打ち消す。よって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。なお貫通穴２７ａ，２７ｂに代えて、図８（Ｂ）に示す凹部２０ｉを備える場合でも同様の作用効果を得ることができる。
【００５２】
図９に示す構成例に代えて、図１０に示す構成例としてもよい。図９では径方向に沿って貫通穴２７ａ，２７ｂを備えるのに対して、図１０では径方向と交差する方向に沿って貫通穴２７ａ，２７ｂを備える。図１０では、角度αだけ図面左側（反時計回り）に傾斜させて貫通穴２７ａ，２７ｂを形成している。このように傾斜させることによって、第１回転子１０や固定子３０から第１磁気パス部２３を通る磁束の向きも傾斜し、矢印Ｄ５ａで示す傾斜方向になる。第２磁気パス部２８では矢印Ｄ６ａで示す傾斜方向の磁束に対して、短絡導体２５を流れる誘導電流によって磁束の変化が妨げられる。第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通し、第２磁気パス部２８は周方向への磁束の漏れを打ち消す点は変わらない。よって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。なお貫通穴２７ａ，２７ｂに代えて、図８（Ｂ）に示す凹部２０ｉを備える場合でも同様の作用効果を得ることができる。
【００５３】
第２回転子２０について、実施の形態１では一組の切欠部２６ａ，２６ｂを複数組備える構成とし（図２を参照）、実施の形態２では複数の第１磁気パス部２３と複数の第２磁気パス部２８とを交互に備える構成とした（図７を参照）。これらの実施の形態１，２で共通するのは、第２磁気パス部２４，２８を一の短絡導体２５で包囲するように設置する点である。この形態に代えて、第２磁気パス部２４を複数の短絡導体２５で包囲するように設置する構成としてもよい。例えば図１１に示すように、導体設置部２９を４つの貫通穴２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄで構成し、貫通穴２９ａと貫通穴２９ｂとの間、貫通穴２９ｂと貫通穴２９ｄとの間、貫通穴２９ｄと貫通穴２９ｃとの間、貫通穴２９ｃと貫通穴２９ａとの間についてそれぞれ短絡導体２５を設置する。すなわち、第２磁気パス部２４は十字形状のように形成される。この構成では、周方向（矢印Ｄ１１方向）と径方向（矢印Ｄ１２方向）との双方に第２磁気パス部２４が橋絡し得る。ところが、第２磁気パス部２４を周方向に通す磁束は、貫通穴２９ｃ，２９ａ間に設置する短絡導体２５および貫通穴２９ｂ，２９ｄ間に設置する短絡導体２５にそれぞれ流れる短絡電流によって磁束の変化が妨げられる。同様に第２磁気パス部２４の径方向を通る磁束は、貫通穴２９ａ，２９ｂ間に設置する短絡導体２５および貫通穴２９ｃ，２９ｄ間に設置する短絡導体２５にそれぞれ流れる短絡電流によって磁束の変化が妨げられる。一方、第１磁気パス部２３では第１回転子１０と固定子３０との間で磁束を通す。よって、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４とで異なる磁束位相にすることができるので、第２回転子２０の磁気変調作用を改善することができる。なお貫通穴２９ａ，２９ｂ，２９ｃ，２９ｄに代えて、図８（Ｂ）に示す凹部２０ｉと同様な凹部を備える場合でも同様の作用効果を得ることができる。
【００５４】
前述した図９に示す構成例では、円環状に形成された第２回転子２０に対して一組の貫通穴２７ａ，２７ｂを周方向に複数組（例えば１６組など）備えた。この構成に代えて、図１２に示す構成としてもよい。この構成は図９に示す構成例と類似するが、第２回転子２０の内周側に備える内周ブリッジ部２４ｃと、同じく外周側に備える外周ブリッジ部２４ｄとを備える点が相違する。これらの内周ブリッジ部２４ｃおよび外周ブリッジ部２４ｄは、橋架する幅を狭くするか、あるいは非磁性に改質処理することにより、磁気的に分離する。また、貫通穴２７ａと貫通穴２７ｂとの間隔（周方向の距離）が相違する。この構成によれば、第２磁気パス部２８には第１回転子１０や固定子３０からの径方向（矢印Ｄ１６方向）の磁束に鎖交するよう短絡導体２５を設けるため、誘導電流により磁束の変化が妨げられる。これに対して、第１磁気パス部２３の周りには短絡導体が無いため、径方向（矢印Ｄ１５方向）の磁束変化を妨げない。そのため、第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とで異なる磁束位相にでき、磁気変調作用が改善される結果、幅広い運転領域でトルクが向上する。第１磁気パス部２３の周方向の距離（Ｌ１）が第２磁気パス部２８の周方向の距離（Ｌ２）の２倍以上（すなわちＬ１≧２Ｌ２）となるように構成すれば、トルク性能がさらに高まる。
【００５５】
第２回転子２０について、実施の形態１では第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２４とを交互に配置する構成とし（図２を参照）、実施の形態２では第１磁気パス部２３と第２磁気パス部２８とを交互に配置する構成とした（図７を参照）。この形態に代えて、少なくとも一部を非交互に配置する構成としてもよい。例えば、図３に示す第２磁気パス部２４Ｂの配置を部分的に無くす構成などが該当する。非交互に配置する部位では上述した実施の形態１，２に示す作用効果が低減するものの、交互に配置する部位では上述した実施の形態１，２に示す作用効果が得られる。
【００５６】
上述した実施の形態１，２では、第２回転子２０が第１回転子１０と固定子３０との間に配置され、固定子３０は最外周に配置する構造とした（図１を参照）。この形態に代えて、第１回転子１０を最外周に配置し、固定子３０を最内周に配置する構造としてもよい。さらに、第１回転子１０、第２回転子２０および固定子３０は図１に示す直列状の配置のみならず、非直列状（すなわち第１回転子１０と第２回転子２０とを通る第１直線と、第２回転子２０と固定子３０とを通る第２直線とが交差する位置）に配置してもよい。例えば、アキシャルギャップ型の回転電機などが該当する。第２回転子２０が第１回転子１０と固定子３０との間に配置される点では相違ないので、上述した実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
上述した実施の形態１，２では、回転軸１１にはエンジン軸１２を結合し、回転軸２１にはトランスミッション軸２２を結合する構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、回転軸１１とエンジン軸１２との間、回転軸２１とトランスミッション軸２２との間のうちで一方または双方に動力伝達機構を介在させる構成としてもよい。動力伝達機構には、例えばカム，ラック＆ピニオン，歯車（ギア）などを含む。この構成であっても、回転軸１１から動力が入力され、トランスミッション軸２２に変換された動力を出力することができるので、上述した実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５８】
上述した実施の形態１，２では、回転軸１１を入力軸とし、回転軸２１を出力軸として用いる構成とした（図１を参照）。この形態に代えて、回転軸２１を入力軸とし、回転軸１１を出力軸として用いる構成としてもよい。図１の例では、回転軸２１にエンジン軸１２を結合し、回転軸１１にトランスミッション軸２２を結合する。第１回転子１０および第２回転子２０はいずれも回転子であるので、いずれを入力軸とするか出力軸とするかは回転電機Ｍの仕様や目的等に応じて自在に変更できる。このように入力と出力の相違に過ぎないので、上述した実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【００５９】
上述した実施の形態１，２では、回転電機Ｍをハイブリッド車両に適用した。この形態に代えて、電気自動車に適用してもよく、車両以外の輸送機器（例えば船舶や航空機など）に適用してもよい。すなわち、回転軸１１と回転軸２１との関係によって動作可能な機器に適用することができる。こうした機器であっても、上述した実施の形態１，２と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ  回転電機
１０  第１回転子
２０  第２回転子
２３  第１磁気パス部
２４（２４Ａ，２４Ｂ），２８  第２磁気パス部
２４ｃ  内周ブリッジ部
２４ｄ  外周ブリッジ部
２５  短絡導体
２６，２７，２９  導体設置部
３０  固定子
３１  固定子巻線
３２  スロット
【図１】
2013055809.tif 000003
【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】
2013055809.tif 000009
【図８】
2013055809.tif 000010
【図９】
2013055809.tif 000011
【図１０】
2013055809.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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