(57)【要約】【課題】不可避に発生する高周波を利用して、広い可変速特性で高効率な回転駆動をすることのできる電動回転機を提供すること。【解決手段】固定子１１は、回転子１２に対面する複数本のティース１５と、駆動コイルをティースに巻き掛ける空間の複数のスロット１８とを有し、回転子には、ティースに磁気力を働かせる一対の永久磁石１６がＶ字に埋め込まれている電動回転機１０であって、巻線コイル２１がｑ軸の励磁路周りを周回してループ内を磁束が通過するように巻かれており、該巻線コイルが自己励磁式電磁石として機能する。【選択図】図１
2013162612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、
入力された駆動電力により前記回転子を前記固定子内で回転駆動させる駆動力を発生する駆動コイルを有する電動回転機であって、
前記駆動コイルへの通電時に発生する磁束がループ内を通過するように設置されている励磁コイルと、前記駆動コイルで発生する磁束の変化に応じて前記励磁コイルに発生する逆起電力を蓄電した後に当該励磁コイルに入力する自己励磁機能部と、を具備して、
前記励磁コイルに入力する前記逆起電力で発生する駆動力を前記回転子の回転駆動に協働させることを特徴とする電動回転機。
【請求項２】
前記自己励磁機能部は、前記励磁コイルに生じる逆起電力を蓄電する蓄電部と、前記逆起電力を前記蓄電部に蓄電する蓄電回路または該蓄電部内の蓄電力を前記励磁コイルに放電する放電回路に前記励磁コイルに接続する回路を切り換える切換部と、を備えて、
前記放電回路は、前記駆動コイルと同一方向に回転駆動させる駆動力を発生するように前記励磁コイルに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の電動回転機。
【請求項３】
前記固定子と前記回転子の一方には、他方の相対的に周回回転する内周面または外周面に向かって延在して対面させる複数本のティース部と、前記駆動コイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、
前記固定子と前記回転子の他方には、前記ティース部の対向面に磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、
前記駆動コイルへの通電時に発生する磁束が、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクによって前記回転子が前記固定子内で回転駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の電動回転機。
【請求項４】
前記永久磁石として、ネオジム磁石またはフェライト磁石を用いることを特徴とする請求項３に記載の電動回転機。
【請求項５】
前記蓄電部には、大きな高調波波形が磁束に重畳するタイミングに前記逆起電力を蓄電することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電動回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電動回転機に関し、詳しくは、広範囲な回転領域での高効率な回転駆動を実現したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
各種装置に搭載する電動回転機には、搭載装置に応じた特性が要求されることになり、例えば、駆動源として内燃機関と共にハイブリッド自動車（Hybrid  Electric  Vehicle）に搭載されたり、単独の駆動源として電気自動車（Electric  Vehicle）に搭載される、駆動用モータの場合には、低回転域で大トルクを発生するのと同時に、広い可変速特性を備えることが要求される。
【０００３】
また、電動回転機は、電力消費を小さく、かつ、効率よく所望の駆動力を発生するために、高効率に駆動することが求められる。特に、ハイブリッド自動車や電気自動車には、搭載空間の制約と共に、近年のエネルギ効率（燃費）の向上の要求に伴って、軽量化と同時に小型化による高エネルギ密度出力が可能な電動回転機が求められており、例えば、走行時には、図１１に示すように、市街地走行などで常用される頻度が多く、この低回転速度で低トルクの常用領域（モード燃費走行領域）における高効率な駆動を実現することで燃費の向上に繋がる一方で、高速走行時の高速回転においても十分なトルクを得る必要がある。
【０００４】
ところで、このような特性を有する電動回転機としては、マグネットトルクと共に、リラクタンストルクを効果的に利用可能な構造を採用するのが有効であり、外周面側に向かって開くＶ字型になるように永久磁石を回転子内に埋め込む、ＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）構造を採用することが提案されている（例えば、特許文献１）。
このＩＰＭ構造の上記常用領域は、マグネットトルクの割合が高い領域であることから、永久磁石を増量するなどして磁束を増加させることでも効率を向上させることができる。しかし、磁石の増量は、小型化を妨げてしまう。また、その小型化のために一般的に採用されている磁力強度の大きなネオジム（Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ）磁石は、高価であり、その増量はコストアップの要因となってしまう。また、永久磁石を増量すると、モータ端子に誘起される電圧が比例的に上昇することから、高速回転時には電流位相角を進角させて、負のｄ軸電流を流すことにより誘起電圧の上昇を直流バス電圧以下に抑える必要がある。このために、高速回転域で必要な出力トルクを確保できなくなったり、効率を悪化させてしまう可能性がある。なお、ｄ軸は、磁極が作る磁束の方向、例えば、Ｖ字に埋設する永久磁石の場合にはその間の中心軸となり、後述のｑ軸は、そのｄ軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極（永久磁石）間の中心軸となる。
【０００５】
この常用領域の駆動効率を向上させるには、コイルのターン数を増加させることにより誘起される電圧を高くすることでも実現することもできる。しかしながら、この場合にも、高速回転域での誘起電圧の上昇を抑える必要があり、必要な出力トルクの確保が難しく、また、効率悪化の要因となる。
また、常用領域の駆動効率を向上させるには、多極化して出力トルクのピークを低速回転領域にシフトさせることでも実現することができる。しかしながら、多極化により基本周波数が増加して鉄損が多くなることにより、高速回転領域で必要な出力トルクを確保できなくなったり、効率を悪化させてしまう可能性がある。また、この場合には、限られたモータサイズの中で多極化しようとすると、固定子側でコイルを巻き付けるティース幅が狭くなって磁気飽和してしまうことにより出力トルクが低下してしまう可能性がある。
【０００６】
このことから、常用領域の駆動効率を向上させるために、低速回転領域と高速回転領域とでコイルのターン数をスイッチング素子により切り換えることによって広い可変速特性を実現することが提案されている（特許文献２）。
しかしながら、この文献２に記載の技術の場合には、コイルのターン数を多くして高効率を実現する低速回転領域から、モータ端子間に誘起される電圧の上昇を抑えるために、そのターン数を少なくするように切り換える制御を行うことから、そのターン数の切換時に巻線インピーダンスが急激に変化して出力トルクの変動幅であるトルクリプル（torqｕe  ripple）の増加要因となってしまう。また、増加させた巻線に給電するための電力線が必要になってコストアップの一因になるとともに、車載時の空間的制限や配索制限に掛かってしまう可能性がある。
【０００７】
また、常用領域の駆動効率を向上させるために、固定界磁磁石として機能する永久磁石（ネオジム磁石）に加えて、可変界磁磁石として機能可能なアルニコ磁石を埋設して、駆動状況に応じてアルニコ磁石を着磁または減磁することによって広い可変速特性を実現することが提案されている（特許文献３）。この文献３に記載の技術では、モータ端子の誘起電圧が制限以下のときには可変界磁磁石を着磁して駆動する一方、制限電圧を超えるときには可変界磁磁石を減磁して駆動しており、この制限電圧以上の状態では、固定界磁磁石のみであるため、界磁磁束ベクトルに対して負のｄ軸磁束を流すことで等価的に弱め界磁制御を実現して可変速領域を広くしている。すなわち、この技術では、アルニコ磁石の磁力そのものを可変とすることで、弱め磁界制御を不要にして駆動効率を向上させている。
【０００８】
しかしながら、この文献３に記載の技術の場合には、その可変界磁磁石を着磁するためのパルスをモータ駆動用の印加電圧に重畳させる必要があり、その着磁パルス重畳時にはトルク脈動が発生してしまう。また、その可変界磁磁石は、着磁と減磁の繰り返しに対する耐久性を確保することや信頼性高く着磁・減磁させることが難しく、予め準備されている条件マップを参照してモータ駆動を制御する場合には、その磁力が都度変化してしまい最適条件での駆動が難しくなってしまう可能性がある。
【０００９】
さらに、常用領域の駆動効率を向上させるために、回転駆動時の磁束により励磁する２次コイルを準備して、モータの基本構造を構成する１次コイル（駆動コイル）に高周波を重畳し、その２次コイルにおける電磁誘導で生じる励磁電流を１次コイルに通電することにより、広い可変速特性を実現する、所謂、自己励磁型同期電動回転機が提案されている（特許文献４）。
【００１０】
しかしながら、この文献４に記載の技術の場合には、トルクに寄与する基本波形の電圧成分における利用率が低下したり、追加する高周波成分による鉄損が増加して効率が却って低下してしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−９９４１８号公報
【特許文献２】特開平１１−１６４５７７号公報
【特許文献３】特開２００６−２８０１９５号公報
【特許文献４】特開２０１０−２２１８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、実現可能性の高い特許文献４に記載のもののように、特別に高周波を重畳するようなことはせずに、不可避に発生する高周波を利用して、駆動コイルとは別に電磁石として機能させることにより、広い可変速特性で高効率な回転駆動をすることのできる電動回転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】
【００１３】
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第１の態様は、軸心の回転軸を一体回転させる回転子と、該回転子を回転自在に収容する固定子と、を備えて、入力された駆動電力により前記回転子を前記固定子内で回転駆動させる駆動力を発生する駆動コイルを有する電動回転機であって、前記駆動コイルへの通電時に発生する磁束がループ内を通過するように設置されている励磁コイルと、前記駆動コイルで発生する磁束の変化に応じて前記励磁コイルに発生する逆起電力を蓄電した後に当該励磁コイルに入力する自己励磁機能部と、を具備して、前記励磁コイルに入力する前記逆起電力で発生する駆動力を前記回転子の回転駆動に協働させることを特徴とするものである。
【００１４】
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第２の態様は、上記第１の態様の特定事項に加え、前記自己励磁機能部は、前記励磁コイルに生じる逆起電力を蓄電する蓄電部と、前記逆起電力を前記蓄電部に蓄電する蓄電回路または該蓄電部内の蓄電力を前記励磁コイルに放電する放電回路に前記励磁コイルに接続する回路を切り換える切換部と、を備えて、
前記放電回路は、前記駆動コイルと同一方向に回転駆動させる駆動力を発生するように前記励磁コイルに接続されていることを特徴とするものである。
【００１５】
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第３の態様は、上記第１または第２の態様の特定事項に加え、前記固定子と前記回転子の一方には、他方の相対的に周回回転する内周面または外周面に向かって延在して対面させる複数本のティース部と、前記駆動コイルを前記ティース部に巻き掛ける空間であって該ティース部間に形成される複数のスロットと、を有し、前記固定子と前記回転子の他方には、前記ティース部の対向面に磁気力を働かせるように複数の永久磁石が埋め込まれることにより、前記駆動コイルへの通電時に発生する磁束が、前記ティース部内、当該ティース部背面側および前記回転子内を通過することによるリラクタンストルクおよび前記永久磁石との間で働く吸引力または反発力のマグネットトルクによって前記回転子が前記固定子内で回転駆動することを特徴とするものである。
【００１６】
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第４の態様は、上記第３の態様の特定事項に加え、前記永久磁石として、ネオジム磁石またはフェライト磁石を用いることを特徴とするものである。
上記課題を解決する電動回転機に係る発明の第５の態様は、上記第１から第４のいずれか１つの態様の特定事項に加え、前記蓄電部には、大きな高調波波形が磁束に重畳するタイミングに前記逆起電力を蓄電することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
このように、本発明の態様によれば、外部から電圧を入力することなく、駆動電力を入力された駆動コイルに生じる磁束の回転子の回転駆動に伴う変動により、励磁コイルに逆起電力を発生させ、その逆起電力を蓄電した後に励磁コイルに入力することによって、電磁石として機能させることができ、任意の方向に回転子を回転させる駆動力として、駆動コイルによる回転子の回転駆動に協働させることができる。したがって、例えば、トルクの必要なタイミングに励磁コイルを電磁石として自己励磁させることができ、駆動コイルによるトルクを補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る電動回転機の一実施形態を示す図であり、その概略全体構成を示す平面図である。
【図２】その磁束発生の発生状況を示す平面図である。
【図３】その基本構造における課題解決に利用する磁束波形のグラフである。
【図４】その磁束を利用する自己励磁回路を示す回路図である。
【図５】その自己励磁回路の蓄電時を示す説明図である。
【図６】その自己励磁回路の放電時を示す説明図である。
【図７】その磁束波形の調整を説明するグラフである。
【図８】その第１の他の態様を示す一部拡大平面図である。
【図９】その第２の他の態様を示す一部拡大平面図である。
【図１０】その第３の他の態様を示す一部拡大平面図である。
【図１１】本発明の課題を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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７は本発明に係る電動回転機の第１実施形態を示す図である。
図１において、電動回転機（モータ）１０は、概略円筒形状に形成された固定子（ステータ）１１と、この固定子１１内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転軸１３が固設されている回転子（ロータ）１２と、を備えており、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車において、内燃機関と同様の駆動源として、あるいは車輪ホイール内に搭載するのに好適な性能を有している。
【００２０】
固定子１１には、回転子１２の外周面１２ａにギャップを介して内周面１５ａ側を対面させるように軸心の法線方向に延在する複数本のステータティース１５が形成されている。このステータティース１５には、内部に対面収納されている回転子１２を回転駆動させる磁束を発生する駆動コイル（不図示）を構成する３相巻線が分布巻により巻付形成されている。
【００２１】
回転子１２は、外周面１２ａに向かって開くＶ字型になるように、一対で１組の永久磁石１６を１磁極として埋め込むＩＰＭ（Interior  Permanent  Magnet）構造になるように作製されている。この回転子１２は、図面の表裏方向に延在する平板状の永久磁石１６の角部１６ａを対面状態に嵌め込んで不動状態に収容する空間１７ａと、その永久磁石１６の幅方向の両側方に位置して磁束の回り込みを制限するフラックスバリアとして機能する空間１７ｂ（以下ではフラックスバリア１７ｂともいう）とを形成するＶ字空間１７が外周面１２ａに対面するように形成されている。このＶ字空間１７の間には、永久磁石１６を高速回転時の遠心力に抗して位置決め保持することができるように、永久磁石１６間を連結支持するセンタブリッジ２０が形成されている。ここで、永久磁石１６は、例えば、ネオジム磁石あるいはフェライト磁石など適宜選択すればよいが、電気自動車等のように大トルクで駆動させる必要がある場合には、磁力の大きなネオジム磁石を選択するのが好ましい。
【００２２】
この電動回転機１０は、ステータティース１５間の空間が、巻線を通して巻き掛けることにより駆動コイルを形成するためのスロット１８を構成しており、８組の永久磁石１６側にそれぞれ６本のステータティース１５が対面するように、言い換えると、一対の永久磁石１６側が構成する１磁極に６スロット１８が対応するように構築されている。すなわち、電動回転機１０は、隣接する１磁極毎に永久磁石１６のＮ極とＳ極の表裏を交互にした、８極（４極対）、４８スロットで、単相分布巻５ピッチで巻線した３相ＩＰＭモータに作製されている。なお、図中のＮ極、Ｓ極の表示は、部材表面に存在する訳ではなく、説明のために図示するものである。
【００２３】
これにより、電動回転機１０は、固定子１１のスロット１８内の駆動コイルに駆動電力を通電してステータティース１５から対面する回転子１２内に磁束を通したときに、永久磁石１６との間に生じる吸引力と反発力に起因するマグネットトルクに加えて、その磁束が通過する磁路を最短にしようとするリラクタンストルクとの総合トルク（駆動力）により回転駆動することができ、その回転子１２と一体回転する回転軸１３から通電入力する電気的エネルギを機械的エネルギとして出力することができる。
【００２４】
ここで、この電動回転機１０は、図２に示すように、１磁極を構成する一対の永久磁石１６に対応する複数のステータティース１５毎に、固定子１１から回転子１２内に均等配置された磁路を形成するように、スロット１８内に巻線コイル（駆動コイル）を分布巻きして形成されており、この磁路に沿うように、言い換えると、磁束の形成を妨げないように永久磁石１６を収容するＶ字空間１７が形成されて、図中矢印で示す向きの磁束ｍがその磁路を通過するようになっている。なお、固定子１１と回転子１２は、ケイ素鋼などの電磁鋼板材料の薄板を所望の出力トルクに応じた厚さになるように軸方向に重ねてボルト穴１９などを利用してネジ止めすることにより作製されている。
【００２５】
ところで、電動回転機１０のように回転子１２内に永久磁石１６をＶ字に埋め込んだＩＰＭ構造では、磁極が作る磁束ｍの方向、すなわち、Ｖ字の永久磁石１６間の中心軸をｄ軸とし、また、そのｄ軸と電気的・磁気的に直交する、隣接する磁極間の永久磁石１６間の中心軸をｑ軸としている。この電動回転機１０は、ｄ軸インダクタンスがｑ軸インダクタンスよりも低くなる、所謂、逆突極性モータに構築されている。この構造では、ｑ軸がトルクの増減を操作するための励磁路となり、負荷時には電機子電流が流れることにより発生した電機子磁束が固定子１１側のステータティース１５からエアギャップを介して回転子１２内に進入しｑ軸磁路を通って固定子１１側に戻る励磁路が形成される。
【００２６】
この電動回転機１０は、永久磁石１６を回転子１２内に埋め込むＩＰＭ構造であり、固定子１１のステータティース１５の１歯における磁束ｍの変化は、図３に示すように、矩形波に近似可能な波形で表すことができ、その磁束波形には、駆動周波数以上の高次の高調波が重畳している。図３には、１つのステータティース１５に鎖交する磁束波形として、電動回転機１０の設定駆動能力（最大出力）の負荷１００％時と、その負荷１００％を基準にしたときの負荷２０％時および負荷６０％時と、基底回転速度に達していない無負荷（負荷０％）時とをそれぞれ図示している。同図からは、無負荷を除いて、負荷率の低い領域（低トルクの常用領域）ほど磁束波形が歪んで、空間高調波の重畳率が高いことが分かる。なお、図３では、１組の６スロット１８に対応する一対の永久磁石１６の２組が回転子１２の外周面１２ａ側にそれぞれＮ極とＳ極とを対面させることにより変化する磁束ｍの１周期を電気角３６０°として図示している。
【００２７】
そして、電動回転機１０は、外側に位置するフラックスバリア１７ｂの隣接する磁極間に巻線コイル（励磁コイル）２１が巻付形成されており、この巻線コイル２１は、ｑ軸の励磁路周りを周回するように（ループ内を磁束が通過するように）巻かれて、自己励磁式電磁石として機能するように回路構成されている。
具体的には、図４に示すように、巻線コイル２１には、第１ダイオード２２と、第１スイッチ（切換部）２３と、コンデンサ（蓄電部）２４とがその巻線コイル２１の一端側から他端側に向かって順に直列に接続されており、これらにより自己励磁回路（自己励磁機能部）における蓄電回路が構築されている。第１ダイオード２２は、巻線コイル２１の一端側から他端側に向かって流れる電流Ｉｉ（図５を参照）の流通のみを許容する整流素子として機能し、コンデンサ２４は、開閉器として機能する第１スイッチ２３のオン（閉）状態時にその第１ダイオード２２を経由する電流Ｉｉ（電荷）を蓄電する。
【００２８】
また、巻線コイル２１には、第１スイッチ２３とコンデンサ２４の間からその巻線コイル２１の一端側に向かって順に、第２ダイオード２７と、第２スイッチ（切換部）２８とが直列に接続されてコンデンサ２４と共に自己励磁回路における放電回路を構成している。第２ダイオード２７は、コンデンサ２４から巻線コイル２１の一端側に向かって流れる電流Ｉｏ（図６を参照）の流通のみを許容する整流素子として機能し、コンデンサ２４は、開閉器として機能する第２スイッチ２８のオン（閉）状態時にその第２ダイオード２７を経由する電流Ｉｏを巻線コイル２１に一端側から通電する。なお、第１、第２スイッチ２３、２８は、所謂、スリップリングを利用して、所望のタイミングにオンオフさせることができ、また、機械的な接点を利用することなく、非接触通信機能によりスイッチングさせるようにして構造的に高い堅牢性を備えさせるようにしてもよい。
【００２９】
このため、電動回転機１０は、図５に示すように、永久磁石１６の１磁極に対応する６スロット１８で１組の駆動コイルに駆動電力を入力（通電）する期間中の、予め設定されている蓄電タイミング期間には、第１スイッチ２３をオン状態に、第２スイッチ２８をオフ状態にしておく。このとき、回転子１２内を通過する磁束には、ｑ軸を通過する磁路も含めて駆動周波数よりも早い周波数で時間変化する高調波磁束ｍｈが重畳していることから、その高調波磁束ｍｈの変化を打ち消すように逆起電力が巻線コイル２１に発生する。このことから、巻線コイル２１に発生した逆起電力の大きさに応じた誘導電流Ｉｉが、第１ダイオード２２を経由してコンデンサ２４に蓄電される。
【００３０】
この後に、電動回転機１０は、図６に示すように、駆動コイルへの駆動電力の入力期間中の、予め設定されている放電タイミング期間には、第１スイッチ２３をオフ状態に、第２スイッチ２８をオン状態にすることにより、回転子１２内を通過する磁束にベクトルが一致する方向の電磁力（磁束）を発生するように、コンデンサ２４内に蓄電する電荷を放出して誘導電流Ｉｉとは逆向きの放電電流Ｉｏを巻線コイル２１に通電入力することができ、回転子１２の回転駆動に寄与（協働）する磁束量を増加することができる。なお、本実施形態では、駆動力を増加する場合を一例にして説明するが、反対に、逆向きの磁束を発生させて磁束量を減少させて駆動力を調整することも必要に応じて実行することができる。
【００３１】
ここで、巻線コイル２１内のｑ軸を通過する高調波磁束ｍｈは、回転子１２を回転駆動させるために駆動コイルに駆動電力を入力する際に発生することから、コンデンサ２４への蓄電タイミング期間を任意に設定すればよい。例えば、高負荷率での駆動時に蓄電して低負荷率での駆動時に放電するなどとしてもよい。また、高調波磁束ｍｈは、図３を用いて上述したように、特に、低負荷率で低トルクとなる常用領域において大きく変化して効率よく蓄電可能であることから、常用領域内で蓄電と放電とを切り換えるように設定してもよい。
【００３２】
また、巻線コイル２１に発生させる誘導電流Ｉｉ（逆起電力）は、必要に応じて増減させることができる。この電動回転機１０は、永久磁石１６の１磁極に対応する６スロット１８で１組の駆動コイルに駆動電力を入力するタイミングを、これらが一致する位置関係に対応する電流位相角（電気角）β＝０°からずらすことにより、回転子１２を回転駆動させる駆動力を発生させるようになっており、その電流位相角βを大きくするほど５次や７次などの低次の空間高調波が重畳して、固定子１１のステータティース１５の１歯に鎖交する磁束ｍの磁束波形が変動することになる。その磁束波形としては、例えば、図７に示すように、電流位相角β＝０°が最も滑らかに連続する正弦波に近い波形になり、ここから電流位相角β＝２０°、３０°、４０°、５０°と駆動コイルに入力するタイミングをずらすほど大きく変動することになる。要するに、回転子１２を回転させる駆動力とコンデンサ２４への蓄電との兼ね合いから駆動コイルに入力する駆動電力の電流位相角βを設定すればよい。
【００３３】
したがって、回転子１２側の巻線コイル２１に生じる逆起電力をコンデンサ２４内に蓄電して最適なタイミングに放電することにより、固定子１１側のステータティース１５から進入する磁束ｍ（基本磁束）と同じベクトルの電磁力をその巻線コイル２１に発生させて回転子１２の回転駆動を補助することができる。このとき、巻線コイル２１は、外部から電力供給して電磁石として機能させる必要がなく、鉄損などのエネルギ損失の要因となる空間高調波を利用して自己励磁することにより、高いエネルギ効率を実現することができる。また、この空間高調波は、固定子１１側の駆動コイルに外部から入力して重畳させる訳ではないので、その重畳がモータトルクの発生における電圧利用率の低下要因になってしまうことがなく、また、インバータにおけるスイッチング回数の増加に伴う損失や鉄損の増加に伴う効率低下を考慮する必要もなく、回転数に応じた所望のトルクを効率よく発生させて回転駆動させることができる。
【００３４】
このように本実施形態においては、固定子１１側の駆動コイルへの通電時に生じる磁束ｍの基本波形に重畳する空間高調波（磁束ｍの変動）により励磁コイルとして機能する巻線コイル２１を埋め込むだけで、回転子１２の回転駆動時に生じる高調波を利用して蓄電すると共に電磁石として働く機能を備えることができる。このため、特別な電力を別途入力することなく、また、複雑な構造および制御の必要な所謂、弱め磁界制御に頼ることなく、高速回転時の回転駆動の妨げにならない構造で、低速回転の常用領域に有用な駆動力を効率よく発生させて協働（補助）させることができる。したがって、巻線コイル２１などの簡易な回路構成を追加するだけで、高効率に回転駆動することができる領域を広く取ることができる。
【００３５】
ここで、本実施形態では、１磁極の外側のフラックスバリア１７ｂの間に巻線コイル２１を形成することを一例にして説明するが、これに限るものではなく、磁束の通過する磁路周りに形成すればよい。例えば、図８に示すように、１磁極内で内側に位置するフラックスバリア１７ｂ間のｄ軸の励磁路周りを周回するように巻線コイル３１を巻付形成してもよい。また、図９に示すように、Ｖ字空間１７で永久磁石１６の両側に位置するフラックスバリア１７ｂの間に巻線コイル４１を巻き付け形成して、その永久磁石１６内を通過する磁束の変化により逆起電力を生じさせるようにしてもよく、また、図１０に示すように、その永久磁石１６の表裏のいずれか一方の一面側に通過する磁束に対して直交する巻付方向の巻線コイル５１を巻付形成してもよい。これらの巻線コイル２１、３１、４１、５１は、１種類に限らず、２種以上を組み合わせてもよく、磁束量が大きく変化する箇所に配設するのが有利である。
【００３６】
また、本実施形態では、固定子１１側にステータティース１５を備えて駆動コイルを配設するとともに、回転子１２側に永久磁石１６を埋め込むＩＰＭモータ構造に適用して、その回転子１２側に励磁コイルの巻線コイル２１を配設する場合を一例にして説明するが、これに限るものではない。例えば、固定子１１側に永久磁石を配設する構造に適用して、その固定子１１側に励磁コイルを配設しても同様の作用効果を得ることができ、さらに、リラクタンストルクのみでも高調波の生じる（生じさせる）構造であれば適用することができる。
【００３７】
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、各請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
これまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３９】
１０   電動回転機
１１   固定子
１２   回転子
１３   回転軸
１５   ステータティース
１６   永久磁石
１７   Ｖ字空間
１７ｂ フラックスバリア
１８   スロット
２０   センタブリッジ
２１、３１、４１、５１      巻線コイル
２２、２７    ダイオード
２３、２８    スイッチ
２４   コンデンサ
Ｉｉ   誘導電流
Ｉｏ   放電電流
ｍ     磁束
ｍｈ   高調波磁束
【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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