(57)【要約】【課題】第２回転子５に複雑な巻線を使用することなく、簡素な構成で電気的なトルク変換機能を有する回転電機を提供する。【解決手段】第２回転子５の回転子コアは、第１回転子３と対向する内周側に複数の第１鉄心歯１４を周方向に配置して構成される第１の鉄心歯列と、固定子７と対向する外周側に複数の第２鉄心歯１５を周方向に配置して構成される第２の鉄心歯列と、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列とを磁気的に接続する連結部１６とで構成される。第１の鉄心歯列は、第１回転子３の回転により第１鉄心歯１４が順次磁化されて、第１回転子３の回転方向に移動磁界を生じる。この時、第２の鉄心歯列は、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の回転方向とは逆方向に第２鉄心歯１５が順次磁化されるように、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列の少なくとも一部が第２回転子５の周方向に転位した位置で連結部１６により接続されている。【選択図】図３
2013021875.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の回転軸を有すると共に、この第１の回転軸と一体に回転して周方向に極性が異なる複数の界磁極を形成する第１回転子と、
この第１回転子と同心に配置される固定子鉄心を有し、この固定子鉄心に形成されるスロットに固定子導体を収納して構成される固定子と、
前記第１の回転軸と同一軸線上に第２の回転軸を有すると共に、前記第１回転子と前記固定子との間にそれぞれ空隙を有して配置される回転子コアを有し、この回転子コアが前記第２の回転軸に連結されて一体に回転する第２回転子とを備える回転電機であって、
前記第１回転子と径方向に対向する前記回転子コアの対向面を第１対向面、前記固定子と径方向に対向する前記回転子コアの対向面を第２対向面と定義した時に、
前記回転子コアは、軟磁性材である第１鉄心歯が前記第１対向面の周方向に所定の間隔を有して複数配置される第１の鉄心歯列と、軟磁性材である第２鉄心歯が前記第２対向面の周方向に所定の間隔を有して複数配置される第２の鉄心歯列と、前記第１の鉄心歯列と前記第２の鉄心歯列とを磁気的に接続する連結部とを有し、
前記第１の鉄心歯列と前記第２の鉄心歯列は、少なくとも一部の前記第１鉄心歯と前記第２鉄心歯とが前記第２回転子の周方向に転位した位置で前記連結部により磁気的に接続され、前記第１回転子の回転により複数の前記第１鉄心歯が前記第１回転子の回転方向に順次磁化されて移動磁界を形成する時に、その移動磁界の回転方向とは逆方向に、複数の前記第２鉄心歯が順次磁化されて移動磁界を形成することを特徴とする回転電機。
【請求項２】
請求項１に記載した回転電機において、
前記第１対向面の周方向に隣り合う二つの前記第１鉄心歯のうち、前記第２回転子の反回転方向側に配置される方を第１鉄心歯ａ、前記第２回転子の回転方向側に配置される方を第１鉄心歯ｂと定義し、
前記第２対向面の周方向に隣り合う二つの前記第２鉄心歯のうち、前記第２回転子の反回転方向側に配置される方を第２鉄心歯ａ、前記第２回転子の回転方向側に配置される方を第２鉄心歯ｂと定義した時に、
前記第１鉄心歯ａと前記第２鉄心歯ｂとを磁気的に接続する第１の前記連結部と、前記第１鉄心歯ｂと前記第２鉄心歯ａとを磁気的に接続する第２の前記連結部とを有し、
第１の前記連結部と第２の前記連結部は、前記第２回転子を軸方向から見て交差した状態に配置され、且つ、前記第２回転子の軸方向に隙間を隔てて異なる位置に設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載した回転電機において、
前記第２回転子は、前記第１の鉄心歯列と前記第２の鉄心歯列との間で前記回転子コアの周方向に環状の磁気回路を形成するバスリングを有し、このバスリングが前記連結部として使用されることを特徴とする回転電機。
【請求項４】
請求項１〜３に記載した何れか一つの回転電機において、
前記固定子導体は、かご型短絡導体であることを特徴とする回転電機。
【請求項５】
請求項１〜４に記載した何れか一つの回転電機において、
前記第１の鉄心歯列と前記第２の鉄心歯列は、前記第１鉄心歯の数より前記第２鉄心歯の数の方が多く設けられていることを特徴とする回転電機。
【請求項６】
請求項１〜５に記載した何れか一つの回転電機において、
前記第２回転子は、前記第１の鉄心歯列と前記第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料を介在させ、この金属材料によって前記回転子コアを固定していることを特徴とする回転電機。
【請求項７】
請求項６に記載した回転電機において、
前記非磁性の金属材料は、前記第１鉄心歯および前記第２鉄心歯の周囲を取り囲んで電気的に短絡導体を形成していることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入力軸の高速回転を低速高トルクの動力へ電気的に変換して出力軸に伝達するトルク変換機能を有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車のトルクコンバータのように、入力軸の高速回転を低速高トルクの動力へ電気的に変換して出力軸に伝達するトルク変換機能を持った回転電機のニーズがある。
本願発明者は、上記のニーズに応える回転電機を提案している（特許文献１参照）。
この特許文献１に開示された回転電機は、入力軸と一体に回転する第１回転子と、出力軸と一体に回転する第２回転子と、モータハウジングに固定される固定子とを備え、径方向の内側から外側に向かって第１回転子、第２回転子、固定子の順に配置されている。
【０００３】
第１回転子は、界磁巻線とクローポール型の爪状磁極を有し、界磁巻線が励磁されることで、一方の爪状磁極がＳ極、他方の爪状磁極がＮ極に磁化される。
第２回転子は、第１回転子と径方向に対向する内周側に三相コイルを結線した内側巻線を有すると共に、固定子と径方向に対向する外周側に三相コイルを結線した外側巻線を有し、且つ、第２回転子の回転方向に対して、内側巻線と外側巻線とが逆相関係に接続されている。
固定子は、固定子鉄心に形成されたスロットに、例えば、三相の短絡かご型導体を収納して構成される。
【０００４】
上記の構成を有する回転電機は、エンジンの回転が入力軸に伝達されて第１回転子が回転すると、電磁誘導によって第２回転子の内側巻線に交流電圧が発生し、その発電に伴う回転反力（発電トルクと呼ぶ）が第２回転子に働く。一方、内側巻線に発生する電圧によって外側巻線が励磁されると、内側巻線と逆相接続されている外側巻線には、第１回転子の回転方向とは逆方向に進行する回転磁界が生成される。外側巻線に回転磁界が生じると、固定子のかご型導体に誘導電流が流れることで、かご型導体に電磁力が働く。この電磁力は、かご型導体を有する固定子が回転しないため、第２回転子を回転させる電動トルクとして作用する。これにより、上記の発電トルクと電動トルクを受けて第２回転子が回転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９３９９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、特許文献１の回転電機は、第１回転子の回転に伴って第２回転子の内周側に発生する回転磁界を一旦電流に転換した後、その電流を内周側の回転磁界と逆方向の回転磁界に置き換えている。このため、第２回転子は、回転磁界を電流に置き換えるために内周側と外周側とにそれぞれ多相の巻線銅線を組み込み、且つ、内周側と外周側の巻線銅線を逆相関係に結線する必要がある。その結果、巻線構造が複雑になると共に、多相の巻線銅線を二組み使用することで重量が重くなるため、コストや信頼性の面で解決すべき課題が残る。
【０００７】
また、二組みの巻線銅線は、逆相関係に結線するために、線径が細く多巻数とする必要が生じる。このため、巻線銅線の抵抗値が大きくなり、電流による発熱損失が大きくなる問題を抱えている。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、第２回転子に巻線を使用することなく、簡素な構成で電気的なトルク変換機能を有する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】
【０００８】
（請求項１の発明）
本発明の回転電機は、第１の回転軸を有すると共に、この第１の回転軸と一体に回転して周方向に極性が異なる複数の界磁極を形成する第１回転子と、この第１回転子と同心に配置される固定子鉄心を有し、この固定子鉄心に形成されるスロットに固定子導体を収納して構成される固定子と、第１の回転軸と同一軸線上に第２の回転軸を有すると共に、第１回転子と固定子との間にそれぞれ空隙を有して配置される回転子コアを有し、この回転子コアが第２の回転軸に連結されて一体に回転する第２回転子とを備える。
回転子コアは、第１回転子と径方向に対向する対向面を第１対向面、固定子と径方向に対向する対向面を第２対向面と定義した時に、軟磁性材である第１鉄心歯が第１対向面の周方向に所定の間隔を有して複数配置される第１の鉄心歯列と、軟磁性材である第２鉄心歯が第２対向面の周方向に所定の間隔を有して複数配置される第２の鉄心歯列と、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列とを磁気的に接続する連結部とを有している。
第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列は、少なくとも一部の第１鉄心歯と第２鉄心歯とが第２回転子の周方向に転位した位置で連結部により磁気的に接続され、第１回転子の回転により複数の第１鉄心歯が第１回転子の回転方向に順次磁化されて移動磁界を形成する時に、その移動磁界の回転方向とは逆方向に、複数の第２鉄心歯が順次磁化されて移動磁界を形成することを特徴とする。
【０００９】
本発明の回転電機は、第２回転子が停止している状態で、第１の回転軸に動力が伝達されて第１回転子が回転を開始すると、回転子コアの第１の鉄心歯列を構成する複数の第１鉄心歯が第１回転子の回転方向に順次磁化されて移動磁界を生じる。第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列は、複数の第１鉄心歯が順次磁化される方向とは逆方向に複数の第２鉄心歯が順次磁化されるように、少なくとも一部の第１鉄心歯と第２鉄心歯とが第２回転子の周方向に転位した位置で連結部を介して磁気的に接続されている。これにより、第２の鉄心歯列では、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の方向とは逆方向に複数の第２鉄心歯が順次磁化されて移動磁界を生じる。
【００１０】
上記の構成によれば、複数の第１鉄心歯が順次磁化されると、その第１鉄心歯と連結部によって磁気的に接続された複数の第２鉄心歯が順次磁化されるので、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界を電流に転換することなく、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の回転方向と逆方向の移動磁界を第２の鉄心歯列に生じさせることができる。
これにより、本発明の回転電機は、特許文献１に記載した従来技術と比較して、第２回転子に複雑な巻線構造を採用する必要がないので、第２回転子を軽量化でき、且つ、簡素に構成できるので、信頼性の向上および低コスト化を図ることができる。
また、第２回転子に巻線銅線を使用しないため、巻線を電流が流れることによる発熱損失が発生することはなく、効率の良い回転電機を提供できる。
【００１１】
（請求項２の発明）
請求項１に記載した回転電機において、第１対向面の周方向に隣り合う二つの第１鉄心歯のうち、第２回転子の反回転方向側に配置される方を第１鉄心歯ａ、第２回転子の回転方向側に配置される方を第１鉄心歯ｂと定義し、第２対向面の周方向に隣り合う二つの第２鉄心歯のうち、第２回転子の反回転方向側に配置される方を第２鉄心歯ａ、第２回転子の回転方向側に配置される方を第２鉄心歯ｂと定義した時に、第１鉄心歯ａと第２鉄心歯ｂとを磁気的に接続する第１の連結部と、第１鉄心歯ｂと第２鉄心歯ａとを磁気的に接続する第２の連結部とを有し、第１の連結部と第２の連結部は、第２回転子を軸方向から見て交差した状態に配置され、且つ、第２回転子の軸方向に隙間を隔てて異なる位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成によれば、第２回転子の反回転方向側に第１鉄心歯ａ、回転方向側に第１鉄心歯ｂが隣り合って配置されるので、第１の鉄心歯列を構成する複数の第１鉄心歯が順次磁化される時に、第１鉄心歯ａ→第１鉄心歯ｂの順に磁化される。
ここで、第１鉄心歯ａは、第１の連結部を介して第２回転子の回転方向側に配置される第２鉄心歯ｂと磁気的に接続され、第１鉄心歯ｂは、第２の連結部を介して第２回転子の反回転方向側に配置される第２鉄心歯ａと磁気的に接続されるので、第２の鉄心歯列では、第２鉄心歯ｂ→第２鉄心歯ａの順に磁化される。これにより、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の回転方向に対し、第２の鉄心歯列に生じる移動磁界の回転方向を逆向きに出来る。
【００１３】
（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、第２回転子は、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間で回転子コアの周方向に環状の磁気回路を形成するバスリングを有し、このバスリングが連結部として使用されることを特徴とする。
この構成によれば、バスリングに対して、回転子コアの第１対向面側に第１鉄心歯を設け、第２対向面側に第２鉄心歯を設けることができるので、第１の鉄心歯列および第２の鉄心歯列の極数、つまり、第１鉄心歯の数と第２鉄心歯の数を自在に選定できる。よって、様々な設計仕様に対応できるので、個々のケースにおいて、小型で高性能且つ高効率な回転電機を提供することが可能である。
【００１４】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れか一つの回転電機において、固定子導体は、かご型短絡導体であることを特徴とする。
この場合、固定子導体を単純なかご型短絡導体とすることで、固定子の構造を簡素化できるので、固定子の製造が容易であり、低コストにできる。また、固定子鉄心にアルミダイカストを鋳込む等の絶縁に気を使う必要もなく、シンプルな構成にできるので、耐振動性が向上する。
【００１５】
（請求項５の発明）
請求項１〜４に記載した何れか一つの回転電機において、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列は、第１鉄心歯の数より第２鉄心歯の数の方が多く設けられていることを特徴とする。第１鉄心歯の数より第２鉄心歯の数の方が多い、つまり、第１の鉄心歯列の極数より第２の鉄心歯列の極数の方が多いと、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の速度より、第２の鉄心歯列に生じる移動磁界の速度の方が遅くなる。
第２回転子が回転を始める起動時には、第２の鉄心歯列に生じる移動磁界の速度、つまり、固定子に対する回転磁界の速度が遅い方が、固定子との相対速度が小さくなって滑りが小さくなるため、第２回転子に作用するトルクは大きくなる。従って、第１回転子に入力される高速低トルクの動力を低速高トルクの動力に変換しやすく出来る。
【００１６】
（請求項６の発明）
請求項１〜５に記載した何れか一つの回転電機において、第２回転子は、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料を介在させ、この金属材料によって回転子コアを固定していることを特徴とする。
上記の構成によれば、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に熱及び電気の良導体である金属材料を介在させることで、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間で磁束の漏れを防止でき、且つ、鉄損による発熱に対して冷却効果を得ることもできる。また、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料を介在させることで回転子コアを固定できる。
【００１７】
（請求項７の発明）
請求項６に記載した回転電機において、非磁性の金属材料は、第１鉄心歯および第２鉄心歯の周囲を取り囲んで電気的に短絡導体を形成していることを特徴とする。
第２回転子に使用される非磁性の金属材料には、第１回転子の回転磁界の変化に対して電磁誘導により誘導電流を生じる。このため、第１回転子の回転方向に連れ回される第２回転子に対して誘導トルクが加わることになり、第１の回転軸から第２の回転軸へのトルク変換効率が向上する。この非磁性の金属材料は、巻き数が「１」の巻線と考えることが出来るので、抵抗値は非常に低くなり（原理的には特許文献１の従来技術に対して、巻数の二乗の逆比程度以下）、ジュール損は激減することになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】回転電機の構成を模式的に示す側面図である（実施例１）。
【図２】図１に示す回転電機の軸方向正面図である。
【図３】図２に示す回転電機を周方向に展開した展開図である。
【図４】６個の反転コアを組み合わせて構成される回転子コアの平面図である。
【図５】（ａ）回転子コアに使用される反転コアを第２回転子の軸方向から見た平面図、（ｂ）同反転コアを第２回転子の径方向外側から見た側面図である。
【図６】固定子導体に使用される三相かご型導体の平面図である。
【図７】回転電機の回転速度とトルクの相関を示す特性図である。
【図８】第２回転子の回転速度とトルク比の関係を示す特性図である。
【図９】回転子コアを軸方向に二段配置とした第２回転子の周方向展開図である（実施例２）。
【図１０】固定子導体に三相巻線を使用した回転電機の軸方向平面図である（実施例３）。
【図１１】図１０に示す三相巻線にインバータを接続した回路図である（実施例３）。
【図１２】第２回転子の内周側（第１の鉄心歯列）と外周側（第２の鉄心歯列）の極数を同一に構成した回転電機の周方向展開図である（実施例４）。
【図１３】２個の反転コアを組み合わせて反転磁界を形成する場合の一例を示す斜視図である（実施例４）。
【図１４】図１３に示す反転コアの連結部を太くして磁気抵抗を小さくした場合の一例を示す斜視図である（実施例４）。
【図１５】第１鉄心歯と第２鉄心歯とを磁気的に接続するバスリングを第２回転子の周方向に環状に配置した回転電機の周方向展開図である（実施例５）。
【図１６】（ａ）バスリングを使用した回転子コアを径方向の外周側から見た周方向展開図、（ｂ）同回転子コアを径方向の内周側から見た周方向展開図である（実施例５）。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２０】
（実施例１）
本実施例の回転電機１は、例えば、車両のエンジンと変速機との間に配置され、エンジンが発生する高速低トルクの動力を低速高トルクの動力へ電気的に変換する電気変速機としての基本的な機能を有している。
この回転電機１は、図１に示す様に、入力軸２を有する第１回転子３と、出力軸４を有する第２回転子５と、回転電機１のハウジング６に固定される固定子７と、第１回転子３と第２回転子５との間に介在されるクラッチ（図示せず）等より構成される。
入力軸２は、軸受（図示せず）を介して前記ハウジング６に回転自在に支持され、エンジンのクランク軸（図示せず）に連結されている。
第１回転子３は、図２に示す様に、入力軸２の外周に嵌合して固定される円筒状のコア部８と、そのコア部８の外周に固着される二個の永久磁石９とを有し、この二個の永久磁石９は、それぞれ半円弧状に設けられて、一方がＮ極、他方がＳ極に着磁されている。
【００２１】
出力軸４は、軸受（図示せず）を介して前記ハウジング６に回転自在に支持され、車両の駆動輪（図示せず）に動力を伝達する車輪駆動系（例えば、変速機のギヤ軸）に連結されている。なお、入力軸２と出力軸４は、図１に示す様に、軸方向に対向して同一軸線上に配置されている。
第２回転子５は、第１回転子３の径方向外側に空隙（エアギャップ）を有して第１回転子３と同芯に配置される回転子コア１０（図４参照）を有し、この回転子コア１０が、非磁性の金属材料（例えば、アルミダイカスト材）によって形成されたディスク部１１（図１参照）を介して出力軸４に連結されている。
【００２２】
固定子７は、図２に示す様に、回転子コア１０の径方向外側に空隙を有して回転子コア１０と同芯に配置される固定子鉄心１２と、この固定子鉄心１２に形成されるスロット１２ａ（図３参照）に収納される固定子導体１３とで構成される。固定子鉄心１２は、例えば、複数枚の薄板鉄板を積層して形成される。固定子導体１３は、図６に示す様に、互いに短絡された三相のかご型導体として形成されている。
クラッチは、例えば、電子制御式の多板クラッチであり、第１回転子３と第２回転子５との間を機械的に連結するオン状態と、第１回転子３と第２回転子５との間を機械的に切り離すオフ状態とを切り替えることができる。このクラッチの作動は、例えば、エンジンの運転状態を制御する電子制御装置であるＥＣＵ（図示せず）によって制御される。
【００２３】
次に、第２回転子５の構造について詳述する。
第２回転子５の回転子コア１０は、図２および図３に示す様に、第１回転子３と対向する内周側に軟磁性材である複数の第１鉄心歯１４を周方向に所定の間隔に配置して構成される第１の鉄心歯列と、固定子７と対向する外周側に軟磁性材である複数の第２鉄心歯１５を周方向に所定の間隔に配置して構成される第２の鉄心歯列と、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列とを磁気的に接続する連結部１６とで構成され、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料１７が充填されている。
【００２４】
非磁性の金属材料１７は、第１の鉄心歯列および第２の鉄心歯列の歯列間ピッチ、つまり、周方向に隣り合う第１鉄心歯１４同士の間隔および第２鉄心歯１５同士の間隔を確定すると共に、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との相対位置を確定することにより、回転子コア１０の形状を保持している。この非磁性の金属材料１７は、例えば、アルミダイカスト材であり、前述のディスク部１１と一体に設けることができる。
【００２５】
実施例１に示す回転子コア１０は、それぞれ同一形状に設けられた６個の反転コア１８を図４に示す様に組み合わせて構成される。反転コア１８は、図５（ａ）に示す様に、１個の第１鉄心歯１４の両側に２個の第２鉄心歯１５をそれぞれ連結部１６により接続して構成される。連結部１６は、図５（ｂ）に示す様に、第１鉄心歯１４と第２鉄心歯１５とを軸方向（図示上下方向）の一端側で連結している。なお、図５（ａ）は反転コア１８を第２回転子５の軸方向から見た平面図であり、同図（ｂ）は反転コア１８を第２回転子５の径方向外側（固定子７側）から見た側面図である。
６個の反転コア１８は、図４に示す様に、互いの第１鉄心歯１４が周方向に等間隔に配置され、且つ、周方向に隣り合う二つの反転コア１８は、周方向に向かい合う側の連結部１６同士が軸方向から見て交差した状態に配置される。但し、周方向に隣り合う二つの反転コア１８は、互いの連結部１６が干渉しない様に、軸方向に反転した状態、つまり、互いの連結部１６が軸方向の反対側に配置された状態で組み合わされる。
【００２６】
次に、回転電機１の作動を説明する。
車両の停止状態、すなわち、第２回転子５が停止している状態で、エンジンの回転が入力軸２に伝達されて第１回転子３の回転が上昇を始めると、第１回転子３に設けられた界磁極（Ｎ極とＳ極の永久磁石９）が、第２回転子５の内周側に配置される第１の鉄心歯列に対面した状態で回転するため、第１の鉄心歯列を構成する複数の第１鉄心歯１４が順次磁化されて、第１回転子３の回転方向に移動磁界を生じる。第１鉄心歯１４が磁化されると、第２回転子５の外周側、すなわち、第２の鉄心歯列では、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界の方向とは逆方向に複数の第２鉄心歯１５が順次磁化されて移動磁界を生じる。
【００２７】
第２の鉄心歯列に生じる移動磁界は、固定子７に対して回転磁界となり、固定子鉄心１２のスロット１２ａに収納された固定子導体１３（短絡されたかご型導体）に鎖交する磁束が変化するため、固定子導体１３に誘導電流が流れ、その誘導電流と回転磁界との間に電磁力が発生する。この電磁力は、固定子導体１３を有する固定子７が回転することはないので、第２回転子５を回転させるトルクとして働く。この第２回転子５に働くトルクは、第２の鉄心歯列に生じる移動磁界を妨げようとする作用、すなわち、第１の鉄心歯列に生じる移動磁界を妨げようとする作用であり、言い換えると、第１回転子３の回転を妨げようとする作用となる。よって、第１回転子３から見ると、第２回転子５が回転抵抗として作用するため、第２回転子５を連れ回そうとするトルクとなる。
【００２８】
これにより、第２回転子５は、第１回転子３により連れ回され、且つ、固定子７からは誘導モータの作用によって回転助勢されるため、図７に示す様に、第２回転子５の速度Ｎｂは、第１回転子３の速度Ｎａに徐々に接近していく作動となる。この作動は、一般の流体トルクコンバータのように、入力軸２と出力軸４とのトルク比で見ると、図８に示す様に、トルク比が１以上、つまり、トルク増幅する機能を持つ。よって、図７に示した様に、第２回転子５の速度Ｎｂが第１回転子３の速度Ｎａに追随しながら接近すると共に、第１回転子３の軸トルクＴａと第２回転子５の軸トルクＴｂとのトルク比（Ｔｂ／Ｔａ）が１に接近する作動となる。
【００２９】
第２回転子５の速度Ｎｂが第１回転子３の速度Ｎａに接近し、且つ、トルクも接近すると、クラッチをオンして第１回転子３と第２回転子５とを機械的に直結する、つまり、入力軸２と出力軸４とを結合する。これにより、図８に太実線で示した様に、多少不連続的にトルク比（Ｔｂ／Ｔａ）＝１の特性に乗る。すなわち、車両停止状態からエンジン動力により起動する際は、力強く起動され、起動が完了すると、高速で車輪を駆動するモードへと移行することで、電気的なトルクコンバータとしての作動を果たすことができる。
【００３０】
（実施例１の効果）
本実施例の回転電機１は、入力軸２に伝達されるエンジンの高速低トルクの動力を低速高トルクの動力へ電気的に変換して出力軸４に伝達する電気変速機の機能を果たすことができる。特に、第２回転子５は、軟磁性材から成る６個の反転コア１８を組み合わせた回転子コア１０によって構成され、巻線がないにも係わらず、特許文献１に記載された従来技術と同様に作動する。この場合、第２回転子５に巻線がないので、巻線を電流が流れることによる発熱損失が発生しないことは明らかであり、効率の良い回転電機１を提供できる。さらに、第２回転子５に複雑で重い巻線構造を採用する必要がないので、第２回転子５を軽量化でき、且つ、簡素に構成できることから、信頼性の向上および低コスト化を図ることができる。
【００３１】
また、第２回転子５は、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料１７（実施例１ではアルミダイカスト材）を充填して回転子コア１０を保持する構造としている。言い換えると、６個の反転コア１８を相互に固定することで回転子コア１０の形状を保持している。この場合、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に非磁性の金属材料１７が介在することで磁束の漏れを静的に防止できるだけでなく、漏れ磁束により非磁性の金属材料１７に渦電流が生じると、その渦電流による逆方向磁束（漏れ磁束とは逆向きの磁束）が漏れ磁束に反発することにより、動的にも磁束の漏れを防止できる。
さらに、熱的に良導体である金属材料１７を第２の回転子５に充填させることで、鉄損による発熱に対して冷却効果を得ることもできる。
【００３２】
また、第２の回転子５に充填される非磁性の金属材料１７は、第１鉄心歯１４および第２鉄心歯１５の周囲を取り囲んで電気的に短絡導体を形成することができる。この場合、非磁性の金属材料１７には、第１回転子３の回転による磁界の変化に対して誘導電流が生じるため、第１回転子３の回転方向に連れ回される第２回転子５に対して誘導トルクが加わることになり、入力軸２から出力軸４へのトルク変換効率が向上する。この非磁性の金属材料１７は、巻き数が「１」の巻線と考えることが出来るので、抵抗値は非常に低くなり（原理的には特許文献１の従来技術に対して、巻数の二乗の逆比程度以下）、ジュール損は激減することになる。
【００３３】
さらに、実施例１に記載した第２回転子５は、第１の鉄心歯列より第２の鉄心歯列の方が極数が多く設定されている。つまり、第１鉄心歯１４の数をＰ１、第２鉄心歯１５の数をＰ２とすると、Ｐ１＜Ｐ２である。実施例１では、Ｐ１＝６、Ｐ２＝１２の例を記載している。以下、Ｐ１＜Ｐ２による作用および効果について詳述する。
第１回転子３の回転角速度をωａ、これが第２回転子５の内周側（第１の鉄心歯列）に作る回転磁界の回転角速度をωｍ１、第２回転子５の回転角速度をωｂ、第２回転子５の外周側（第２の鉄心歯列）に生じる回転磁界の回転角速度をωｍ２、第１回転子３の極数および第２回転子５の内周側の極数をＰ１、固定子７の極数および第２回転子５の外周側の極数をＰ２、第１回転子３の軸トルクをＴａ、第２回転子５の軸トルクＴｂとすると、次の関係式（１）を導くことができる。
ωｍ１＝ωａ  ……………………………………………………………………（１）
つまり、ωｍ１は、第２回転子５の回転速度に係わらず、界磁極（永久磁石９）を備える第１回転子３の回転そのものに依存して決まる。
【００３４】
次に、第２回転子５の第１回転子３側である第１の鉄心歯列への磁界交番は、前記ωｍ１と第２回転子５の回転角速度ωｂとの回転差に依存した交番数となる。その交番磁束は、固定子７側である第２の鉄心歯列に伝えられ、回転磁界となるに当たって、その方向が逆になると共に、両面（内周側と外周側）の鉄心歯の数、極数の逆比で速度変換され、且つ、その回転磁界の速度は、第２回転子５のωｂなる回転角速度上での現象であるので、絶対空間から見た角速度であるωｍ２は、上記からωｂを差し引く必要があり、次の（２）式で表される。
ωｍ２＝（ωｍ１−ωｂ）×｛Ｐ１／（−Ｐ２）｝＋ωｂ  ………………（２）
【００３５】
次に、第２回転子５の回転方向とは逆方向に移動するωｍ２により、第２回転子５に対して固定子７から第２回転子５の回転を助勢する方向にトルクが作用するには、電機子の速度よりωｍ２が小さいことが必要であるが、この場合、電機子＝固定子７であり、速度ゼロであるので、このトルク助勢要件は次のようになる。
ωｍ２＜０  ………………………………………………………………………（３）
以上の（１）〜（３）式をまとめると、第１回転子３の軸トルクに対する第２回転子５の軸トルクの比、すなわちトルク増幅比γは、次のようになる。
γ≒ωａ／ωｂ＝（Ｐ１＋Ｐ２）／Ｐ１  ……………………………………（４）
すなわち、Ｐ１＝Ｐ２のときは、γ＝２であるが、Ｐ２＝ｋ・Ｐ１、ｋ＞１とすると、γ＝１＋ｋ＞２となり、Ｐ１＝Ｐ２のときの２よりも増幅比率を向上させることができる。これにより、第２回転子５の磁気反転、磁束連通を高能率に果たすことができる。
【００３６】
（実施例２）
この実施例２は、図９に示す様に、実施例１に記載した回転子コア１０の軸方向長さを短縮して二段構造とした一例である。
実施例１に記載した回転子コア１０は、例えば、図５（ｂ）に示される様に、反転コア１８を形成する第１鉄心歯１４および第２鉄心歯１５の軸方向長さ（図示上下方向の長さ）が長いため、磁気通路が長くなる。その結果、第１鉄心歯１４から連結部１６を通って第２鉄心歯１５へ磁束が流れる際に、軸方向に蛇行する磁束が多くなる。
【００３７】
これに対し、図９に示す様に、第１鉄心歯１４および第２鉄心歯１５の軸方向長さを短縮した回転子コア１０を軸方向に二段に配置した構成であれば、第１鉄心歯１４と第２鉄心歯１５との間で軸方向に蛇行する磁束が少なくなり、比較的ストレートに磁束を通すことができるので、より性能向上を図ることができる。
また、回転子コア１０を軸方向に二段に配置した構成としたことで、磁束通路をスリムにできる。つまり、径方向の磁束授受量が分割されて半減するので、回転子コア１０の配列を入り組ませた転位構造を形成しやすくできる。これにより、反転コア１８同士を接近させることなく回転子コア１０を形成できるので、漏れ磁束が少なくなり、より小型で高性能な回転電機１を提供できる。
【００３８】
（実施例３）
実施例１では、固定子導体１３をかご型短絡導体として記載しているが、この実施例３では、図１０、図１１に示す様に、固定子導体１３を三相巻線とし、その巻線端子がインバータ１９に接続され、インバータ１９には電源２０が接続されている。
実施例１に記載したかご型導体では、ここに発生する二次電力が銅損となって失われるだけであるが、この実施例３の構成によれば、固定子導体１３（三相巻線）に発生した二次電力がインバータ１９を介して電源２０に回収できる。また、その電圧と電流との位相差を調整することで、固定子７と第２回転子５との間の磁束鎖交数を極大に出来るので、より大きな誘導トルクを得ることが可能となる。
また、電源２０に回収した電力を適切な位相と速度で固定子導体１３（三相巻線）に加えることにより、電源電力を活用したトルクも加算でき、より高性能化を図ることができる。
【００３９】
（実施例４）
この実施例４は、図１２に示す様に、第２回転子５の内周側に設けられる第１の鉄心歯列の極数と、外周側に設けられる第２の鉄心歯列の極数、つまり、第１鉄心歯１４の数Ｐ１と第２鉄心歯１５の数Ｐ２を同数（Ｐ１＝Ｐ２）として構成した一例である。
第１の鉄心歯列の極数と第２の鉄心歯列の極数とが同一であっても、上述した様に、トルク増幅比を２までは確保できるので、入力軸２の高速回転を低速高トルクの動力へ電気的に変換する電気変速機としての機能を保持できる。
また、第１鉄心歯１４の数Ｐ１と第２鉄心歯１５の数Ｐ２を同数に設定することで、Ｐ１＜Ｐ２に設定した実施例１と比較して、反転コア１８をより簡単に構成できる。
【００４０】
この実施例４の回転子コア１０に使用できる反転コア１８の具体的な構造を図１３を参照して説明する。
図１２に示される第１の鉄心歯列において周方向に隣り合う二つの第１鉄心歯１４のうち、第２回転子５の反回転方向側（図示左側）に配置される図中Ｖで示される鉄心歯を第１鉄心歯１４ｖ、回転方向側に配置される図中Ｗで示される鉄心歯を第１鉄心歯１４ｗとし、第２の鉄心歯列において周方向に隣り合う二つの第２鉄心歯１５のうち、第２回転子５の反回転方向側（図示左側）に配置される図中Ｗで示される鉄心歯を第２鉄心歯１５ｗ、回転方向側に配置される図中Ｖで示される鉄心歯を第２鉄心歯１５ｖとした時に、第１鉄心歯１４ｖと第２鉄心歯１５ｖとを第１の連結部１６によって接続し、第１鉄心歯１４ｗと第２鉄心歯１５ｗとを第２の連結部１６によって接続する。
【００４１】
図１３に示す２個一組の反転コア１８は、第１の連結部１６によって接続される第１鉄心歯１４ｖと第２鉄心歯１５ｖとで一つの反転コア１８を形成し、同様に、第２の連結部１６によって接続される第１鉄心歯１４ｗと第２鉄心歯１５ｗとで一つの反転コア１８を形成し、その二つの反転コア１８を互いの連結部１６（第１の連結と第２の連結部１６）が交差する状態で組み合わされる。なお、第１の連結部１６と第２の連結部１６は、第２回転子５を軸方向から見てＸ字状に交差しているが、その交差部で第１の連結部１６と第２の連結部１６とが互いに接触することはない。すなわち、第１の連結部１６と第２の連結部１６は、第２回転子５の軸方向に隙間を隔てて異なる位置に設けられている。
【００４２】
上記の構成によれば、第１の鉄心歯列では、第１鉄心歯１４ｖ→第１鉄心歯１４ｗの順に磁化され、第２の鉄心歯列では、第２鉄心歯１５ｖ→第２鉄心歯１５ｗの順に磁化される。但し、図１２に示す回転子コア１０は、第１鉄心歯１４ｖと第１鉄心歯１４ｗの並び順に対し、第２鉄心歯１５ｖと第２鉄心歯１５ｗの並び順が逆になっているので、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列とで互いの移動磁界が反転する回転子コア１０の構造を容易に作ることができる。
また、図１３に示す反転コア１８に対し、例えば、図１４に示す様に、第１の連結部１６および第２の連結部１６を太く形成して、磁路断面積を大きく確保する形状とすることもできる。この場合、磁気抵抗が小さく抑えられるので、入力軸２から出力軸４へのトルク変換効率が向上して、より高性能なトルク変換を行うことができる。
【００４３】
（実施例５）
この実施例５に示す第２回転子５は、図１５に示す様に、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列との間に磁気回路を形成する軟磁性材のバスリング２１を設けた一例である。このバスリング２１は、第２回転子５の周方向に環状に設けられ、本発明の連結部１６として機能する。つまり、バスリング２１から回転子コア１０の内周側に第１鉄心歯１４が突出して設けられ、回転子コア１０の外周側に第２鉄心歯１５が突出して設けられる。
また、図中Ｕ、Ｖ、Ｗで示される第１鉄心歯１４および第２鉄心歯１５を磁気的に接続するＵ、Ｖ、Ｗの各バスリング２１ｕ、２１ｖ、２１ｗは、図１６に示す様に、第２回転子５の軸方向（図中上下方向）に隙間を隔てて異なる位置に設けられている。なお、図１６（ａ）は、回転子コア１０を径方向の外周側（固定子７側）から見た周方向展開図であり、同図（ｂ）は、回転子コア１０を径方向の内周側（第１回転子３側）から見た周方向展開図である。
【００４４】
上記の構成によれば、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列の極数、つまり、第１鉄心歯１４の数Ｐ１と第２鉄心歯１５の数Ｐ２とを自在に選定できる。
実施例１に記載した連結部１６によって第１鉄心歯１４と第２鉄心歯１５とを磁気的に接続する構成では、第１の鉄心歯列と第２の鉄心歯列の極数比率を３以上に設定することは構造的に困難であるが、本実施例のバスリング２１を使用する場合は、Ｐ１＝Ｐ２は言うまでもなく、Ｐ１＜Ｐ２とする場合でも、その極数比率を３以上、すなわち、第２鉄心歯１５の数Ｐ２を第１鉄心歯１４の数Ｐ１の３倍以上に設定することも容易である。また、整数倍比率でなくても、分数倍比率でも取り得ることができるので、設計要求仕様への最適な極数比で対応することが可能である。
なお、図１５、図１６では、Ｕ、Ｖ、Ｗの各磁極に対して全てバスリング２１を磁気回路として使用しているが、実施例１〜４に記載した連結部１６の構造をバスリング２１と組み合わせて使用することも可能である。例えば、Ｕの磁極にバスリング２１を使用し、Ｖ、Ｗの磁極に連結部１６を使用する構成も可能である。
【００４５】
（変形例）
実施例１に記載した回転電機１は、第２回転子５の内周側に第１回転子３、第２回転子５の外周側に固定子７を配置している、つまり、径方向の内側から外側に向かって第１回転子３、第２回転子５、固定子７の順に配置しているが、この配置を逆にしても良い。つまり、径方向の内側から外側に向かって固定子７、第２回転子５、第１回転子３の順に配置する構成でも良い。
また、実施例１では、第１回転子３の界磁極に２個の永久磁石９を使用しているが、２個に限定する必要はなく、４個以上（但し、偶数個）使用することもできる。この場合、周方向に交互に磁極が異なる、すなわち、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されることは言うまでもない。さらに、永久磁石９に替えて電磁石を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１    回転電機
２    入力軸（第１の回転軸）
３    第１回転子
４    出力軸（第２の回転軸）
５    第２回転子
６    回転電機のハウジング
７    固定子
９    永久磁石（界磁極）
１０    回転子コア
１２    固定子鉄心
１２ａ  固定子鉄心に形成されるスロット
１３    固定子導体
１４    第１鉄心歯
１５    第２鉄心歯
１６    連結部
１７    非磁性の金属材料
１８    反転コア
２１    バスリング（連結部）
【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】
2013021875.tif 000009
【図８】
2013021875.tif 000010
【図９】
2013021875.tif 000011
【図１０】
2013021875.tif 000012
【図１１】
2013021875.tif 000013
【図１２】
2013021875.tif 000014
【図１３】
2013021875.tif 000015
【図１４】
2013021875.tif 000016
【図１５】
2013021875.tif 000017
【図１６】
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