(57)【要約】【課題】フラックススイッチングモータの構造を採用しつつ、安価な構造で直流界磁を発生させて同等の機能を得る。【解決手段】ロータ１０とステータ２０を備える回転電機１００であって、ロータの半径方向外方に突出する複数のロータ突極部１１と、ステータの半径方向内方に突出する複数のステータ突極部２１とを備え、ステータはステータ突極部間をスロットとして電機子コイル２５および界磁コイル２６を配置し、電機子コイルは、リード線２５ｗに交流電流を入力して交流励磁し、界磁コイルは、電機子コイルの交流励磁で生じる空間高調波を鎖交させて発生させる誘導電圧を整流するダイオード３０をリード線２６ｗに接続して直流励磁させる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸を中心にして回転するロータと、前記ロータを回転自在に収容するステータと、を備える回転電機であって、
前記ロータ側に形成されて前記回転軸を中心にする半径方向外方に向かって突出する複数のロータ突極部と、
前記ステータ側に形成されて前記回転軸を中心にする半径方向内方に向かって突出する複数のステータ突極部と、を備え、
前記ステータは、前記ステータ突極部の間をスロットとして巻線を巻き掛けて形成する電機子コイルおよび界磁コイルを有し、
前記電機子コイルは、交流電流を入力して交流励磁する入力配線を設け、
前記界磁コイルは、前記電機子コイルの交流励磁で生じる空間高調波の鎖交によって発生される誘導電圧を整流するダイオードと接続する、回転電機。
【請求項２】
前記ステータは、前記電機子コイルを形成する電機子スロットと、前記界磁コイルを形成する界磁スロットとを前記ロータの回転方向に交互に有し、
前記電機子スロットおよび前記界磁スロットは、前記回転軸を挟む対向位置に位置するようにそれぞれ２箇所に設けられて、前記回転軸を中心にする回転方向に均等配置されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項３】
前記ダイオードは、前記電機子コイルの交流励磁に基づいて直流励磁されたときに電気的にプラス側となる前記界磁コイルの端部にアノード側が接続され、前記電機子コイルの交流励磁に基づいて直流励磁されたときに電気的にマイナス側となる前記界磁コイルの端部にカソード側が接続される、請求項１または請求項２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、ステータおよびロータの双方に突極構造を設けて、所謂、フラックススイッチングモータとして機能する磁気回路を形成して回転駆動させる回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機に含まれるリラクタンスモータでは、永久磁石を埋め込むことによるマグネットトルクを利用することなく、リラクタンス力のみで大きな出力トルクを得ることができるように各種工夫がなされている。
【０００３】
この種のリラクタンス力を利用する回転電機には、ステータおよびロータの双方に突極構造を設けて磁気回路を形成することにより回転駆動させる、所謂、フラックススイッチングモータが提案されている。このフラックススイッチングモータは、永久磁石または巻線コイルへの直流電力供給による直流励磁と、巻線コイルへの交流電力供給による交流励磁とを機能させて、ロータを回転駆動させることを基本的構造としている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１３５８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような回転電機にあっては、直流励磁用に、大きな磁力を有する永久磁石として高価なネオジウム磁石等を採用するのではコスト高になってしまい、また、巻線コイルを設けるにしても直流電源が必要になってしまいコスト高になってしまう。
【０００６】
そこで、本発明は、フラックススイッチングモータの構造を採用しつつ、安価な構造で直流界磁を発生させて同等の機能を得ることのできる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】
【０００７】
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するロータと、前記ロータを回転自在に収容するステータと、を備える回転電機であって、前記ロータ側に形成されて前記回転軸を中心にする半径方向外方に向かって突出する複数のロータ突極部と、前記ステータ側に形成されて前記回転軸を中心にする半径方向内方に向かって突出する複数のステータ突極部と、を備え、前記ステータは、前記ステータ突極部の間をスロットとして巻線を巻き掛けて形成する電機子コイルおよび界磁コイルを有し、前記電機子コイルは、交流電流を入力して交流励磁する入力配線を設け、前記界磁コイルは、前記電機子コイルの交流励磁で生じる空間高調波の鎖交によって発生される誘導電圧を整流するダイオードと接続するものである。
【発明の効果】
【０００８】
このように本発明の一態様によれば、ステータの内周側で交互に配置されている電機子コイルに交流電流を入力して交流励磁させたときに、発生する磁束やこの磁束に重畳する空間高調波が界磁コイルに鎖交することによって誘導電流を発生させ、この誘導電流は、ダイオードにより整流されて直流電流として界磁コイルに入力することにより直流励磁させることができる。
【０００９】
したがって、直流励磁用の永久磁石や直流電源を必要とすることなく、交流励磁と共に直流励磁を発生させることができ、従来のフラックススイッチングモータと同等にロータを回転駆動させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、その本体部分を示す回転軸に直交する断面構成図である。
【図２】図２は、本実施形態の回転電機の全体構成を図示する模式図である。
【図３】図３は、本実施形態の回転電機と対比する比較例の回転電機を示す模式図である。
【図４】図４は、図３に示す回転電機の界磁コイル（ＤＣコイル）に直流電力のみ供給した場合に、回転力を発生する磁束のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図５Ａ】図５Ａは、図３に示す回転電機の界磁コイルに直流電力のみ供給した場合に電機子コイルコイルに鎖交する磁束の変化を図示するグラフである。
【図５Ｂ】図５Ｂは、図５Ａに示す磁束の変化で電機子コイルに発生する誘起電圧を示すグラフである。
【図６】図６は、図３に示す回転電機の電機子コイル（ＡＣコイル）に交流電力のみ供給した場合に、回転力を発生する磁束のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図７】図７は、図３に示す回転電機の電機子コイルに交流電力のみ供給した場合に界磁コイルコイルに鎖交する磁束の変化を図示するグラフである。
【図８Ａ】図８Ａは、図３に示す回転電機の界磁コイルに直流電力のみ供給して反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転させる場合における、直流励磁磁束のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、図３に示す回転電機の電機子コイルに交流電力のみ供給して反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転させる場合における、単相正弦波の交流励磁磁束のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図８Ｃ】図８Ｃは、図３に示す回転電機の界磁コイルに直流電力を供給するのに加えて、電機子コイルに交流電力を供給して反時計回り（ＣＣＷ）方向に回転させる場合における、直流励磁磁束と交流励磁磁束とを合成した磁束のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図９Ａ】図９Ａは、本実施形態の回転電機の電機子コイルに交流電力を供給する際に発生する磁束に重畳する２次の空間高周波成分のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、本実施形態の回転電機の電機子コイルに交流電力を供給する際に発生する磁束に重畳する４次の空間高周波成分のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図９Ｃ】図９Ｃは、本実施形態の回転電機の電機子コイルに交流電力を供給する際に発生する磁束に重畳する６次の空間高周波成分のベクトル方向や分布を図示するフラックスライン図である。
【図１０】図１０は、本実施形態の回転電機の電機子コイルに交流電力を供給して鎖交させる磁束で発生する誘起電圧を整流することにより界磁コイルで発生する磁束の変化を図示するグラフである。
【図１１】図１１は、図１０に示す磁束を発生させる際の界磁コイルにおける界磁電流を示すグラフである。
【図１２】図１２は、本実施形態の回転電機の電機子コイルに交流電力を供給する交流励磁により回転を開始しつつ界磁コイルに発生する界磁電流を整流して直流励磁も活用する場合と、図３に示す回転電機のように直流電源から直流電力を供給する場合とで得られる出力トルクを比較するグラフである。
【図１３】図１３は、本発明の第１の他の態様に係る回転電機を示す図であり、その全体構成を図示する模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の第２の他の態様に係る回転電機を示す図であり、その界磁コイルを分割して並列させる本体部分を示す回転軸に直交する断面構成図である。
【図１５】図１５は、図１４の並列させる界磁コイル間を接続して全波整流するダイオードの接続回路図である。
【図１６】図１６は、本発明の第３の他の態様に係る回転電機を示す図であり、図１４の並列させる界磁コイル間を接続して全波整流するダイオードの接続回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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１２は本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図である。
【００１２】
図１において、回転電機１００は、回転軸１０１を中心にして一体回転するロータ１０と、このロータ１０を回転自在に収容するステータ２０と、を備えて、一般的なモータと基本構造を共通にしている。回転電機１００は、レアアースを必要とする高価な永久磁石によるマグネットトルクを必要とすることなく、ロータ１０を回転駆動させる、レアアースレスモータに構築されており、例えば、コストダウンと共に大出力を要求されるハイブリッド自動車や電気自動車に駆動源として好適に搭載される。
【００１３】
回転電機１００は、ロータ１０およびステータ２０の双方に突極部１１、２１を設けて、ステータ２０側のスロット２３、２４に配置する巻線コイル２５、２６の一方に電源５０を接続するとともに、巻線コイル２５、２６の他方をダイオード３０で短絡結線するだけの簡易な構造に作製されている。
【００１４】
この構造により、回転電機１００は、ステータ２０側の巻線コイル２５、２６のそれぞれで突極部２１を直流励磁または交流励磁させて磁極として機能させて磁気回路を形成することによりロータ１０を回転駆動させる、所謂、フラックススイッチングモータと同様に機能させることができるようになっている。
【００１５】
ロータ１０は、回転軸１０１を固定するハブ１９と、ハブ１９の外周面から回転軸１０１を中心にする均等位置２箇所で半径方向外方に突出している一対のロータ突極部１１と、を備えるように、同一材料で一体形成されている。このロータ１０は、例えば、損失少なく磁気回路を形成可能で機械強度にも優れる電磁鋼板を積層することで作製されている。
【００１６】
ステータ２０は、ロータ１０の収容空間２０ｓを内部に有する概略筒形状に形成されており、その内周面から回転軸１０１を中心にする均等位置４箇所で半径方向内方に突出している４つのステータ突極部２１と、をロータ１０と同様に、電磁鋼板を積層することで一体に作製されている。
【００１７】
ロータ１０のロータ突極部１１とステータ２０のステータ突極部２１は、互いの端面１１ａ、２１ａが微小の隙間（エアギャップ）Ｇを介して対面しつつ相対回転するように、その端面１１ａ、２１ａが回転軸１０１の軸心を中心にする円弧形状に形成されている。
【００１８】
ステータ２０のステータ突極部２１は、側面２１ｂの間が巻線コイル２５、２６を収容するスロット２３、２４として機能するように形成されている。回転軸１０１を中心にする対角位置の電機子スロット２３には、２組の電機子コイル（巻線コイル）２５Ａ、２５Ｂを収容しており、その電機子コイル２５Ａ、２５Ｂは、１つの電源で電力供給可能に、１本の巻き線を巻き掛けて形成されている。また、回転軸１０１を中心にする対角位置の界磁スロット２４にも、同様に、１つの電源でも電力供給可能に、１本の巻き線を巻き掛けて形成する２組の界磁コイル（巻線コイル）２６Ａ、２６Ｂが収容されている。
【００１９】
２組の電機子コイル２５Ａ、２５Ｂは、対角位置毎の電機子スロット２３内で周方向に並列されている状態に配索されて回転軸１０１と平行に延長された後に、それぞれがステータ２０の両端面側と平行になる姿勢で互いに離隔する方向（図１中に破線で示す方向）に屈曲されることにより回転軸１０１の軸周りに位置する湾曲形状になるように形成されている。
【００２０】
同様に、２組の界磁コイル２６Ａ、２６Ｂは、対角位置毎の界磁スロット２４内で周方向に並列されている状態に配索されて回転軸１０１と平行に延長された後に、それぞれがステータ２０の両端面側と平行になる姿勢で互いに離隔する方向（図１中に破線で示す方向）に屈曲されることにより回転軸１０１の軸周りに位置する湾曲形状になるように形成されている。
【００２１】
これにより、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂおよび界磁コイル２６Ａ、２６Ｂは、通電して励磁されることにより、ステータ２０の電機子スロット２３間および界磁スロット２４間に位置するステータ突極部２１の内端面２１ａと、ロータ１０のロータ突極部１１の外端面１１ａとの間で隙間Ｇを介して磁束を鎖交させる磁気回路を形成することができ、ステータ２０のステータ突極部２１を磁極として機能させることができる。
【００２２】
ここで、本実施形態では、ロータ１０には２つのロータ突極部１１を形成して、ステータ２０には４つのステータ突極部２１を形成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く、ロータ１０がバランスよく回転駆動可能に、回転軸１０１周りに巻線コイル２５、２６を均等配置可能に形成すればよい。
【００２３】
図２の模式図に示すように、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（Armature windings）には、それぞれ巻き線の端部を引き出したリード線（入力配線）２５ｗに、交流電源５０が電力供給可能に接続されており、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（Field pole windings）には、それぞれ巻き線の端部を引き出したリード線（入力配線）２６ｗに、一方向を短絡させるように後述するダイオード３０が接続されている。
【００２４】
ここで、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂのリード線２５ｗに交流電源５０を接続し、磁コイル２６Ａ、２６Ｂのリード線２６ｗに直流電源１５０を電力供給可能に接続すれば、図３の模式図に示すような上記の特許文献１に記載の回転電機２００と同様に機能させることができる。
【００２５】
この回転電機２００では、直流電源１５０から電力供給することにより、図４に示すベクトルＶ方向の磁束（フラックスライン）ＦＬを発生させて、ロータ１０のロータ突極部１１とステータ２０のステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの間を鎖交させ、そのロータ１０の回転を開始させることができる。
【００２６】
このとき、図５Ａに示すように、直流電源１５０が接続されている界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（ＤＣコイル）には、一定の直流電力が供給されているだけであるので、磁束に変化はない。交流電源５０が接続されている電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（ＡＣコイル）には、その交流電源５０がＯＦＦであっても、直流電源１５０の電力供給により発生する磁束がロータ突極部１１を介して鎖交する。
【００２７】
このロータ突極部１１は、回転していることから、あたかもステータ突極部２１に対する接続スイッチを入り切りするように機能して、図５Ａに示す波形で変動する磁束を電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに鎖交させる。この図５Ａに示す磁束が鎖交する電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（ＡＣコイル）には、図５Ｂに示すように変動する誘起電圧が発生する。なお、この機能から、回転電機２００は、フラックススイッチングモータとも言われる。
【００２８】
また、回転電機２００では、交流電源５０から電力供給することにより、図６に示すベクトルＶ方向の磁束（フラックスライン）ＦＬを発生させて、ロータ１０のロータ突極部１１とステータ２０のステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの間を鎖交させ、そのロータ１０の回転を開始させることもできる。
【００２９】
このとき、図７に示すように、交流電源５０が接続されている電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（ＡＣコイル）には、変動する交流電力が供給されるので、変動する磁束を発生させる。直流電源１５０が接続されている界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（ＤＣコイル）には、その直流電源１５０がＯＦＦであっても、交流電源５０の電力供給により発生する磁束がロータ突極部１１を介して鎖交する。このロータ突極部１１は、回転しており、ステータ突極部２１に鎖交させる磁束も変動していることから、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（ＤＣコイル）には、図７に示すように２倍の周期で変動する磁束が発生する。
【００３０】
そして、図８Ａに示すように、この回転電機２００では、直流電源１５０から界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに電力供給する際には、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの先行側領域Ａ側で鎖交する磁束が反時計回り（ＣＣＷ）方向にロータ１０を回転させようとする回転力（リラクタンス力）の発生に寄与する。一方、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの後追い側領域Ｂ側で鎖交する磁束は、反時計回り方向に回転しようとするロータ１０を時計回り方向に引きもどす回転力の発生に寄与する。
【００３１】
このことから、図８Ｂに示すように、この回転電機２００では、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの先行側領域Ａ側には、直流電源１５０の電力供給によるロータ１０の反時計回り方向への回転力を補助する回転力（リラクタンス力）を発生させる位相となるタイミングで交流電力を交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに供給する。同時に、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの後追い側領域Ｂ側で鎖交する磁束としては、ロータ１０を時計回り方向に引きもどす回転力（磁束）を相殺するようにベクトルＶ方向が逆向きとなる位相のタイミングの交流電力を交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに供給する。
【００３２】
このように、回転電機２００では、直流電源１５０から界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（ＤＣコイル）に直流電力を供給しつつ、交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（ＡＣコイル）には、ロータ１０の反時計回り方向への回転を妨げることなく補助する磁束を効果的に発生させる位相タイミングで交流電力を供給する。
【００３３】
これにより、この回転電機２００では、図８Ｃに示すように、直流電源１５０から界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに直流電力を供給しつつ、交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに交流電力をタイミングのよい位相で供給することにより、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの間で鎖交する磁束の密度を、後追い側領域Ｂよりも先行側領域Ａ側の方を高くして、反時計回り方向にロータ１０を回転させる回転力（リラクタンス力）を効率よく発生させることができる。
【００３４】
ここで、交流電源５０から交流電力を供給する電機子コイル２５Ａ、２５Ｂは、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａの間で鎖交する磁束を発生するが、その磁束には空間高調波成分が重畳している。その磁束に重畳する、例えば、２次の空間高調波成分は図９Ａのように、４次の空間高調波成分は図９Ｂのように、６次の空間高調波成分は図９Ｃのように、図示される。
【００３５】
図９Ａ〜図９Ｃによれば、ロータ１０とステータ２０の構造の場合には、６次の空間高調波成分よりも、低次の２次、４次の空間高調波成分の方が多くの磁束量でロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａ間に鎖交している。
【００３６】
ところで、この電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに交流電力を供給して発生させる磁束は、正弦波形で変動しつつ空間高調波成分も重畳して界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに鎖交することにより励磁させている（図７を参照）。このとき、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂでは、鎖交する磁束量の変動に応じて励磁効率も変化することから、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生させる磁束に重畳する空間高調波についても変動量の大きな高次の方が磁束の発生に効果的に寄与することができる。このため、磁束に重畳する空間高調波としては、低次の２次、４次などよりも６次以上の空間高調波が大きく発生するようにしてもよく、例えば、ロータ突極部１１やステータ突極部２１の相対的な突極形状で特有の空隙を形成するようにしてもよい。
【００３７】
そして、上述するように、回転電機１００では、図２に示すように、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂには、リード線２６ｗにダイオード３０を接続することにより、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂの導通方向における一方向が短絡結線されている。
【００３８】
また、図７に示すように、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生する磁束は正弦波形で変動して界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに鎖交するので、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂにはその正弦波形の２倍の周期で大きく変動する磁束が発生する。さらに、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生する磁束は正弦波形で変動しつつ空間高調波成分も重畳して変動しているので、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂには正弦波形の２倍の周期で大きく変動する磁束に加えて、空間高調波成分と同等の周期で変動する磁束が重畳している。
【００３９】
このため、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂには、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生する空間高調波成分の重畳する正弦波形の磁束の鎖交により正逆方向に変動する誘起電圧が生じる。
【００４０】
このことから、ダイオード３０は、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂの導通方向における一方向を短絡結線することにより、ロータ１０の回転を補助する磁束の発生に寄与する誘電電流は導通する一方、その磁束の発生を妨げる向きの誘導電流（逆起電力）は遮断するように接続されている。
【００４１】
すなわち、この回転電機１００では、図３に示す回転電機２００の直流電源５０とは電流の流れる向きが逆向きになるようにダイオード３０を界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに接続している。要するに、ダイオード３０は、回転電機２００のように直流電源５０を接続して直流励磁した際に電気的にプラス側となるリード線２６ｗにアノード側を接続し、その直流励磁した際に電気的にマイナス側となるリード線２６ｗにカソード側を接続している。
【００４２】
これにより、この回転電機１００では、図１０に示すように、交流電源５０が接続されて電力供給される電機子コイル２５Ａ、２５Ｂ（ＡＣコイル）には、空間高調波が重畳しつつ大きくは正弦波形で変動する磁束が発生する。また、ダイオード３０が接続されている界磁コイル２６Ａ、２６Ｂ（ＤＣコイル）には、そのダイオード３０により一方向に整流された誘起電圧で一定の磁束量に安定した磁束を発生させる。このとき、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに発生する誘起電圧はダイオード３０により整流されて断続的な波形に整形されるが、鎖交する磁束に重畳する空間高調波成分により発生する誘起電圧も存在し、また、励磁される磁束自体が瞬間的に変動することは難しいことから平滑化されて、図１０に示すように、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに発生する磁束は一定の磁束量で推移する安定した波形となっている。
【００４３】
このため、回転電機１００は、交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに交流電力を供給することによりロータ１０を回転させるのに加えて、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂにはその回転力を補助する磁束を発生させることができている。
【００４４】
この結果、図１１に示すように、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂでは、交流電源５０による電機子コイル２５Ａ、２５Ｂへの交流電力の供給開始当初（交流の１／４サイクル中）には、ダイオード３０の整流により誘起電圧の発生はなく、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生する正弦波形の磁束の鎖交により発生する界磁電流のみが発生する。この後（交流の１／４サイクル後）の界磁コイル２６Ａ、２６Ｂでは、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで発生する正弦波形の磁束の鎖交により発生する界磁電流に加えて、ダイオード３０で整流する界磁電流（誘起電流）を追加することができる。
なお、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂへの交流電力の供給開始当初の期間（上記実施形態では、交流の１／４サイクル）は、ロータ１０の電気的巻線時定数τ（τ＝Ｌ／Ｒ  Ｌ：ロータ巻線の自己インダクタンス、Ｒ：ロータ巻線の抵抗）によって決まるため、ロータの巻線時定数τに基づいて調整可能である。
【００４５】
これにより、回転電機１００は、図１２に示すように、直流電源１５０を界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに接続する回転電機２００と同等の出力トルクを得てロータ１０を回転駆動させることができ、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂにダイオード３０を接続することで、直流電源１５０を必要とすることのない自励式のフラックススイッチングモータとして構築することができる。
【００４６】
このように、本実施形態においては、ステータ２０の内面側の周方向に均等な４箇所にスロット２３、２４を形成して、回転軸１０１を挟む対角位置毎に電機子コイル２５Ａ、２５Ｂと界磁コイル２６Ａ、２６Ｂを収容し、電機子コイル２５Ａ、２５Ｂには交流電源５０を接続し、また、界磁コイル２６Ａ、２６Ｂには回転電機２００での直流励磁時に電気的にプラスとなる側にダイオード３０のアノードを接続し、電気的にマイナスとなる側にダイオード３０のカソードを接続している。
【００４７】
これにより、回転電機１００では、交流電源５０から電機子コイル２５Ａ、２５Ｂに電力を供給して発生する磁束がロータ突極部１１とステータ突極部２１との間で鎖交することにより、リラクタンス力を利用してロータ１０を回転させることができる。また、その鎖交する磁束の変動に応じて界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに発生する誘起電圧をダイオード３０で整流して、ロータ１０の回転を補助する磁束を発生させることができる。さらに、このときに電機子コイル２５Ａ、２５Ｂで形成する磁束には空間高調波成分が重畳して界磁コイル２６Ａ、２６Ｂに磁束を発生させることができるため、ロータ１０を効率よく回転させることができる。
【００４８】
したがって、回転電機１００は、回転電機２００のように直流電源１５０を接続することなく、また、高価な永久磁石をロータ側に埋め込むなどすることなく、その回転電機２００と同等のトルクを得て回転駆動させることができ、安価な自励式のフラックススイッチングモータとして利用することができる。
【００４９】
本実施形態の第１の他の態様としては、図１３に示すように、ダイオード３０のアノード側にスイッチ４０を介在させて界磁コイル２６Ａ、２６Ｂによる磁束発生をＯＮ／ＯＦＦ可能にしてもよい。
【００５０】
この第１の他の態様の場合には、スイッチ４０をＯＮ／ＯＦＦすることでロータ１０の回転を補助する界磁コイル２６Ａ、２６Ｂによる磁束発生期間を調整可能にすることができ、交流電源５０の入力電力による調整に加えて、ロータ１０を回転させる出力トルクを調整することができる。
【００５１】
本実施形態の第２の他の態様としては、図１４に示すように、直列接続されている界磁コイル２６Ａ、２６Ｂを２分割して、それぞれで直列接続されている界磁コイル２６Ａ１、２６Ｂ１と界磁コイル２６Ａ２、２６Ｂ２との２組を並列状態になるようにステータ２０の界磁スロット２４内に収容する。整流回路としては、ダイオード３０に代えて、図１５に示すように、界磁コイル２６Ａ１、２６Ｂ１を入力（Induced pole windings）側にして、界磁コイル２６Ａ２、２６Ｂ２を負荷（Field pole windings）側とするようにダイオード３１〜３４を使ってブリッジ全波整流回路を形成する。
【００５２】
また、本実施形態の第３の他の態様としては、図１４に示す界磁コイル２６Ａ１、２６Ｂ１と界磁コイル２６Ａ２、２６Ｂ２との２組を用いて、整流回路としては、ダイオード３０に代えて、図１６に示すように、界磁コイル２６Ａ１、２６Ｂ１を入力側にして、界磁コイル２６Ａ２、２６Ｂ２を負荷側とするようにダイオード３５、３６を使って単相全波整流回路（中性点クランプ全波整流回路）を形成する。
【００５３】
これら第２、第３の他の態様の場合には、上述実施形態の回転電機１００ではダイオード３０が誘起電圧を半波整流する構成であるのに対して、これらのダイオード３１〜３４またはダイオード３５、３６を備える整流回路では全波整流することにより誘起電圧を有効利用することができる。ただし、上述実施形態の回転電機１００でも上述するように、図１０に示すように、平滑化させて一定の磁束量で推移する磁束を界磁コイル２６Ａ、２６Ｂで発生させることができ、大差のない出力トルクでロータ１０を回転させることができる。
【００５４】
本実施形態の第４の他の態様としては、特に図示することは省略するが、回転軸１０１を中心にする回転方向の４箇所にステータ突極部２１を均等配置し、その回転方向の２箇所にロータ突極部１１を均等配置する構造に限るものではなく、ロータ突極部１１とステータ突極部２１は、ロータ１０を回転させるリラクタンス力を効果的に得られる比率や配置にすればよいことは言うまでもない。
【００５５】
また、ロータ突極部１１がロータ１０の直径方向を中心にする線対称となる突極形状に形成されているが、これに限るものではなく、例えば、回転方向に非対称となるように端面１１ａを延長させた形状に形成してもよい。
【００５６】
さらに、ロータ突極部１１とステータ突極部２１の端面１１ａ、２１ａを径方向で対面させてエアギャップＧを形成するラジアルギャップ構造に限らずに、回転軸１０１の延長方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造に作製しても同様に機能させることができる。
【００５７】
ロータ１０やステータ２０は、電磁鋼板の積層構造で作製するばかりでなく、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（SoftMagnetic 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い。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造にも好適である。また、アルミ導体を用いてロータ１０やステータ２０を作製しても同様に機能させることができる。
【００５８】
また、単相電力で回転させる単相モデルの回転電機１００を一例にして説明するが、これに限るものではなく、例えば、三相電力を利用する三相モデルの場合にも二重突極構造で発生する空間高調波を界磁エネルギ源とする自励式フラックススイッチングモータとして機能させることができる。
【００５９】
回転電機１００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。
【００６０】
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】
【００６１】
１０ ロータ
１１ ロータ突極部
１１ａ 外端面
２０ ステータ
２１ ステータ突極部
２１ａ 内端面
２３ 電機子スロット
２４ 界磁スロット
２５、２５Ａ、２５Ａ１、２５Ａ２、２５Ｂ、２５Ｂ１、２５Ｂ２ 電機子コイル（巻線コイル）
２６、２６Ａ、２６Ａ１、２６Ａ２、２６Ｂ、２６Ｂ１、２６Ｂ２ 界磁コイル（巻線コイル）
３０〜３６ ダイオード
４０ スイッチ
５０ 交流電源
１００ 回転電機
１０１ 回転軸
Ｇ エアギャップ（隙間）
【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８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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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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