(57)【要約】【課題】ブラシレスで可変的に界磁生成ができて発電も電動もでき、回転子が発熱せず、遠心耐力もあるシンプルな回転電機を提供することである。【解決手段】回転電機１０は、電機子Ａｒと、電機子鉄心１６の内外両面に対して空隙Ｇを介して配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極をそれぞれ有する第１ロータ１２と第２ロータ１９を含む回転子Ｒｏと、回転軸２１と、第１ロータ１２、第２ロータ１９および電機子Ａｒとともに通電に伴って磁気回路が形成されるディスク１７（ヨークＹｏ）と、界磁起磁力を生成する界磁巻線１４（界磁起磁力生成手段）とを有し、電機子鉄心１６は主磁束通路として周方向に磁束が流れるのを遮り径方向に磁束が流れるように複数の鉄心歯を放射状に備え、第１ロータ１２および第２ロータ１９は磁気回路を形成せずに、界磁起磁力生成手段Ｆｓとは独立した起磁力を与える第１磁石を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子鉄心（１６）と、前記電機子鉄心のスロット（１６ａ）に巻装される電機子巻線（１５）とを含む電機子（Ａｒ）と、
前記電機子鉄心の内外両面に対して空隙（Ｇ１）を介して配置され、前記電機子と同数の極数であって周方向に交互に異なる極性の磁極をそれぞれ有する第１ロータ（１２）と第２ロータ（１９）とを含む回転子（Ｒｏ）と、
前記回転子と直接的または間接的に固定される回転軸（２１）と、
前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記電機子とともに、通電に伴って磁気回路（ＭＣ）が形成されるヨーク（Ｙｏ）と、
界磁起磁力（ＡＴ）を生成する界磁起磁力生成手段（Ｆｓ）とを有し、
前記電機子鉄心は、主磁束通路として周方向に磁束が流れるのを遮り、径方向に前記磁束が流れるように複数の鉄心歯（１６ｂ）を放射状に備え、
前記第１ロータおよび前記第２ロータは、前記磁気回路を形成せずに、前記界磁起磁力生成手段とは独立した起磁力を与える第１磁石（Ｍａ１，Ｍｂ１）を備えることを特徴とする回転電機（１０）。
【請求項２】
前記界磁起磁力生成手段は、前記ヨーク、前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記電機子鉄心で囲まれる空間内に巻装される界磁巻線（１４）であり、
前記ヨークは、前記回転子の一部（１７）として構成され、
前記第１ロータの磁極と前記第２ロータの磁極とは、一つおきに前記ヨークとの間で前記磁気回路を形成す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１ロータおよび前記第２ロータのうちで一方または双方は、前記磁極の相互間に径方向に着磁された第２磁石（Ｍａ２，Ｍｂ２）を有す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】
前記ヨーク（２４）は、前記電機子を支持する電機子支持体（１１ｃ）を含み、
前記第１ロータを軸方向に沿って貫通する複数の第１アーム部（２６）と、前記ヨークと空隙を介して設けられて環状に成形される第１環状部（２５）とを含む第１アーム体（２７）と、
前記第２ロータを軸方向に沿って貫通する複数の第２アーム部（２２）と、前記ヨークと空隙を介して設けられて環状に成形される第２環状部（２３）とを含む第２アーム体（２８）とを有し、
前記ヨーク、前記第１アーム体、前記第２アーム体および前記電機子は、通電に伴って前記磁気回路が形成される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ロータおよび前記第２ロータのうちで一方または双方は、前記磁極の相互間に周方向に対向して着磁された極間磁石（Ｍａ１，Ｍｂ１）と、各磁極の一つおきに磁極の表面に径方向に着磁された極央磁石（Ｍａ２，Ｍｂ２）とを有し、
前記電機子とは反対側の面であって、前記極央磁石を備える内外の各極の片面には前記ヨークに連接するアーム部（１３，１８）が挿入配置されている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。
【請求項６】
前記電機子鉄心のスロットには、前記電機子巻線と前記界磁巻線とを共存して巻装することを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
前記電機子巻線は、複数相の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が出入りする中性点（Ｐｍ）を有し、
前記界磁起磁力生成手段は、前記電機子巻線に流す前記相電流に零相成分または直流成分を重畳した非対称三相交流を通電することによって、前記界磁起磁力を発生させることを特徴とする請求項１，３，４，５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項８】
前記電機子巻線は、前記電機子鉄心に対して集中巻されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項９】
前記電機子鉄心は、前記回転子とは反対側に設けられて非磁性材の前記電機子支持体に固定されることを特徴とする請求項７または８に記載の回転電機。
【請求項１０】
前記第１ロータ（１２Ｆ）および前記第２ロータ（１９Ｆ）のうちで一方または双方は、環状の磁性鋼板を積層して成形される積層体であって、１磁極おきに前記空隙側表面に配設または埋設される磁石（Ｍａ２，Ｍｂ２）と、前記磁石の相互間に挿入して固定されるアーム部（１３，１８）とを有することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１１】
前記ヨーク（２９）は、断面形状がＵ字状に成形された磁性材であって、前記第１ロータと前記第２ロータとを固定することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１２】
前記第１ロータおよび前記第２ロータは、前記第２磁石の磁極（ＭＰ）と、前記第２磁石の磁極とは反対極性であるコンシクエント極（ＣＰ）とが交互に形成されることを特徴とする請求項１１に記載の回転電機。
【請求項１３】
前記第１ロータ（１２Ｈ）および前記第２ロータ（１９Ｈ）のうちで一方または双方は、前記磁極の相互間に前記磁石（Ｍａ１，Ｍｂ２）を有し、１磁極おきに前記ヨークとの間に磁気遮蔽空間部（Ｓｐ）が設けられることを特徴とする請求項１１または１２に記載の回転電機。
【請求項１４】
前記電機子は、電気角で２π／３ピッチとなる短節集中巻であって、前記回転子の１磁極に対して複数跨ぎで前記電機子巻線が巻装されることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１５】
前記電機子鉄心は、周方向に隣り合う前記鉄心歯の相互間を結合するブリッジ（１６ｃ）を有することを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１６】
前記電機子鉄心は、周方向に隣り合う前記鉄心歯の径方向中央部が前記ブリッジで結合され、
前記電機子巻線は、前記ブリッジを跨いで内径側の前記スロットと外径側の前記スロットとにわたって巻装されることを特徴とする請求項１５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、固定子である電機子と、回転子とを有する回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ；Hybrid Electric Vehicle）用モータに関する従来の技術を述べる。このモータには、ＩＰＭ（Interior Permanent Magnet）と呼ばれるマグネットトルクとリラクタンストルクを利用した高出力モータが用いられる。ところが、マグネットトルクを発揮する永久磁石は、高速回転で誘導起電圧の上昇に伴い弱め界磁用の逆界磁方向となる電機子電流の通電が余分に必要であり損失が増したり、また無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失などが生じたりする問題点がある。
【０００３】
永久磁石ではなく電磁石を適用すれば可変界磁になるので、上述したような問題点を解消できる。電磁石を適用するには、ブラシとスリップリングをつけて通電する方法が考えられるが、信頼性や多くの部品追加による全体寸法増加やコストアップの問題点がある。また、誘導機やスイッチトリラクタンスモータとしてブラシレスで可変界磁可能とする方法もあるが、通電に伴う回転子（ロータ）の発熱によって軸受け損傷や遠心体力不足、あるいは騒音振動などの問題点がある。ブラシレスで可変的に界磁生成ができて発電も電動もでき、回転子が発熱せず、遠心耐力もあるシンプルな回転電機が望まれている。
【０００４】
従来では、回転電気機械用のロータにおいて、ブリッジ長を確保しつつ、ブリッジの変形を低減することを目的とする回転電気機械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）。この回転電気機械は、ロータコアにおける空隙の外周側部分と内周側部分とは一対のブリッジ部で連結され、空隙には永久磁石が挿入される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−２３６４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の技術を適用したとしても、永久磁石を必要とする。そのため、電機子電流の通電が余分に必要であり損失が増したり、また無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失などが生じたりする問題点が残る。
【０００７】
本発明は、「電機子巻線と界磁巻線をともに電機子（静止系）に設け、かつ、回転子には巻線をもたない構成にできれば、上述した問題点は全て解消される」という着想から創作されたものである。そこで、ブラシレスで可変的に界磁生成ができて発電も電動もでき、回転子が発熱せず、遠心耐力もあるシンプルな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第１の発明は、回転電機（１０）において、電機子鉄心（１６）と、前記電機子鉄心のスロット（１６ａ）に巻装される電機子巻線（１５）とを含む電機子（Ａｒ）と、前記電機子鉄心の内外両面に対して空隙（Ｇ１）を介して配置され、前記電機子と同数の極数であって周方向に交互に異なる極性の磁極をそれぞれ有する第１ロータ（１２）と第２ロータ（１９）とを含む回転子（Ｒｏ）と、前記回転子と直接的または間接的に固定される回転軸（２１）と、前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記電機子とともに、通電に伴って磁気回路（ＭＣ）が形成されるヨーク（Ｙｏ）と、界磁起磁力（ＡＴ）を生成する界磁起磁力生成手段（Ｆｓ）とを有し、前記電機子鉄心は、主磁束通路として周方向に磁束が流れるのを遮り、径方向に前記磁束が流れるように複数の鉄心歯（１６ｂ）を放射状に備え、前記第１ロータおよび前記第２ロータは、前記磁気回路を形成せずに、前記界磁起磁力生成手段とは独立した起磁力を与える第１磁石（Ｍａ１，Ｍｂ１）を備えることを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、ヨーク、回転子（第１ロータ、第２ロータ）および電機子（固定子，ステータ）によって磁気回路が形成される。当該磁気回路の形成によって、電機子による回転磁界と、界磁起磁力生成手段によって生成される界磁極との間に磁気力が生まれて回転子が回転するので、ブラシレスで性能を向上できる。回転子は巻線を持たないので発熱せず、遠心耐力がある。
【００１０】
第２の発明は、前記界磁起磁力生成手段は、前記ヨーク、前記第１ロータ、前記第２ロータおよび前記電機子鉄心で囲まれる空間内に巻装される界磁巻線（１４）であり、前記ヨークは、前記回転子の一部（１７）として構成され、前記第１ロータの磁極と前記第２ロータの磁極とは、一つおきに前記ヨークとの間で前記磁気回路を形成することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、磁気回路に含まれる空隙の数が抑制され、かつ、第１ロータの磁極と第２ロータの磁極は一つおきにヨークとの間で磁気回路が形成されるので、より性能を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明は、前記電機子巻線は、複数相の相電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）が出入りする中性点（Ｐｍ）を有し、前記界磁起磁力生成手段は、前記電機子巻線に流す電機子電流に零相成分または直流成分を重畳した非対称三相交流を通電することによって、前記界磁起磁力を発生させることを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、非対称三相交流を通電することによって、電機子の外径側と内径側との間に界磁起磁力（静止界磁磁界）が磁石起磁力とはまた別に生成される。よってブラシレスで回転電機の性能を向上させることができる。また、非対称三相交流の通電に伴って電機子に界磁極を生成する場合は、不要となる界磁巻線の分だけ電機子巻線を多く巻装することができるので、より性能を向上させることができる。
【００１４】
なお、「鉄心」はコアとも呼び、「巻線」はコイルとも呼ぶ。「界磁起磁力」は、界磁巻線に通電して生成してもよく、界磁巻線の有無を問わず電機子巻線に非対称三相交流を通電して生成してもよい。「電機子巻線」や「界磁巻線」は、１本の導体線でもよく、複数本の導体線を電気的に接続して一本状にしたものでもよく、三相以上であれば相数を問わない。「巻装」は巻いて装うことを意味し、巻き回す「巻回」と同義に用いる。「回転電機」は、回転する部材（例えば軸やシャフト等）を有する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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】回転電機の第１構成例を模式的に示す断面図である。
【図２】電機子鉄心の第１構成例であり、図１に示すII−II線の部分断面図である。
【図３】第１ロータと第２ロータの第１構成例であり、図１に示すII−II線の部分断面図である。
【図４】ディスクの構成例であり、図１に示す矢印IVから見た平面図である。
【図５】制御装置の第１構成例を示す模式図である。
【図６】磁気回路の第１成形例を示す模式図である。
【図７】回転電機の第２構成例を模式的に示す断面図である。
【図８】第１ロータと第２ロータの第２構成例であり、図７に示すVIII−VIII線の部分断面図である。
【図９】アーム体の構成例であり、図７に示す矢印IXから見た平面図である。
【図１０】アーム体の構成例であり、図９に示す矢印Ｘ方向から見た平面図である。
【図１１】磁気回路の第２成形例を示す模式図である。
【図１２】回転電機の第３構成例を模式的に示す断面図である。
【図１３】第１ロータと第２ロータの第３構成例であり、図１２に示すXIII−XIII線の部分断面図である。
【図１４】磁気回路の第３成形例を示す模式図である。
【図１５】回転電機の第４構成例を模式的に示す断面図である。
【図１６】電機子鉄心の第２構成例であり、図１５に示すXVI−XVI線の部分断面図である。
【図１７】第１ロータと第２ロータの第４構成例であり、図１５に示すXVI−XVI線の部分断面図である。
【図１８】制御装置の第２構成例を示す模式図である。
【図１９】相電流の経時的変化を示すチャート図である。
【図２０】図１９の時刻ｔ１における起磁力ベクトルを示す模式図である。
【図２１】図１９の時刻ｔ２における起磁力ベクトルを示す模式図である。
【図２２】図１９の時刻ｔ３における起磁力ベクトルを示す模式図である。
【図２３】図１９の時刻ｔ４における起磁力ベクトルを示す模式図である。
【図２４】生成される静止界磁磁界と電機子回転磁界を示す模式図である。
【図２５】各相の界磁起磁力を示す模式図である。
【図２６】電動出力トルクと界磁起磁力の関係例を示すグラフ図である。
【図２７】回転電機の第５構成例を模式的に示す断面図である。
【図２８】第１ロータと第２ロータの第５構成例であり、図２７に示すXXVIII−XXVIII線の部分断面図である。
【図２９】電機子鉄心の第３構成例を示す模式図である。
【図３０】図２８に示す電機子鉄心の変形例を示す模式図である。
【図３１】第１ロータと第２ロータの第６構成例を模式的に示す部分断面図である。
【図３２】回転電機の第６構成例を模式的に示す断面図である。
【図３３】電機子と回転子の構成例であり、図３２に示すXXXIII−XXXIII線の部分断面図である。
【図３４】磁気回路の第４成形例を示す模式図である。
【図３５】回転電機の第７構成例を模式的に示す断面図である。
【図３６】電機子と回転子の構成例であり、図３５に示すXXXVI−XXXVI線の部分断面図である。
【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に接続することを意味する。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いるとは限らない。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。
【００１７】
英数字の連続符号は記号「〜」を用いて略記する。符号の英文字は大文字と小文字とで別の要素を意味する。例えば、図２に示す電機子鉄心１６Ａとスロット１６ａは別の要素である。「外径側」は径方向における外側や外周側を意味し、「内径側」は径方向における内側や内周側を意味する。部材間の固定方法（連接を含む）は問わない。「配設」は、全部または一部を露出させるか否かを問わずに所定の配置で設けられることを意味する。「埋設」は、埋め込んで設けられることを意味する。第１ロータ１２，電機子鉄心１６，第２ロータ１９は磁性材であるのに対して、これら以外の要素の材質（材料）は特に明示しない限り磁性材でもよく非磁性材でもよい。磁性材は、主に軟磁性材であるが、磁束が流れることを条件として材質（材料）を問わない。
【００１８】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図６を参照しながら説明する。図１に示す回転電機１０Ａは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ａは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ａ，外径側アーム部１３，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ａ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ａ，軸受２０，回転軸２１などを有する。
【００１９】
非磁性のアルミ合金製のハウジング１１は、ハウジング本体部１１ａやカバー部１１ｂなどを有する。ハウジング本体部１１ａは、第１ロータ１２Ａ，外径側アーム部１３，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ａ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ａ，回転軸２１などを収容可能であれば形状を問わない。カバー部１１ｂは、ハウジング本体部１１ａを塞ぐ部材であり、ハウジング本体部１１ａに対して着脱可能に構成するとよい。例えば、ハウジング本体部１１ａは開口部位を有するカップ状に成形し、カバー部１１ｂはハウジング本体部１１ａの開口部位を塞ぐ円板状に成形する。ハウジング本体部１１ａおよびカバー部１１ｂと、回転軸２１との間には軸受２０（ベアリング）が介在されることで、回転軸２１は回転自在に支持される。なお、軸方向に延びる回転軸２１は、回転する限りにおいて任意の形状で成形してよい。
【００２０】
第１ロータ１２Ａ，外径側アーム部１３，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ａは、いずれも回転子Ｒｏの構成要素に含まれる。第１ロータ１２Ａは第１ロータ１２の一例であり、第２ロータ１９Ａは第２ロータ１９の一例である。複数の外径側アーム部１３は、第１ロータ１２Ａをディスク１７に固定する部材であって、第１ロータ１２Ａに挿入配置される。複数の内径側アーム部１８は、第２ロータ１９Ａをディスク１７に固定する部材であって、第２ロータ１９Ａに挿入配置される。挿入配置は、各ロータに成形される穴（貫通穴であるか否かを問わない）に差し込んで固定する。外径側アーム部１３と内径側アーム部１８は、いずれも形態（数量，長さ，太さ、断面形状等）を任意に設定してよく、本形態では磁性材で成形される。ディスク１７は、図示する形状に限らず任意の形状で成形され、回転軸２１に固定される。この構成によって、第１ロータ１２Ａと第２ロータ１９Ａは回転軸２１とともに回転する。本形態のディスク１７は磁性材で成形され、一部または全部が「ヨークＹｏ」に相当する。なお、第１ロータ１２Ａ，第２ロータ１９Ａ，ディスク１７の構成例については後述する（図３，図４を参照）。
【００２１】
界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ａは、いずれも電機子Ａｒの構成要素に含まれる。界磁巻線１４は、ディスク１７（ヨークＹｏ）、第１ロータ１２Ａ、第２ロータ１９Ａおよび電機子鉄心１６Ａで囲まれる空間内に巻装されるトロイダル巻線である。本形態の界磁巻線１４は「界磁起磁力生成手段Ｆｓ」に相当する。電機子巻線１５は、巻き方を問わず、電機子鉄心１６Ａのスロット１６ａ（図２を参照）に巻装される。
【００２２】
図２に示す電機子鉄心１６Ａは、電機子鉄心１６の一例である。この電機子鉄心１６Ａは、磁性鋼板を積層する積層体で成形され、スロット１６ａ，鉄心歯１６ｂ，ブリッジ１６ｃなどを有する。複数の鉄心歯１６ｂは、主磁束通路として周方向に磁束φが流れるのを遮り、矢印で示す径方向に磁束φが流れるように放射状に備えられる。鉄心歯１６ｂは、外径側部材と内径側部材とが嵌合するように成形してもよく、図示しないがブリッジ１６ｃと合わせて一体成形してもよい。ブリッジ１６ｃは、周方向に隣り合う鉄心歯１６ｂの相互間を結合する。本形態のブリッジ１６ｃは、鉄心歯１６ｂの径方向端部（内径側端部と外径側端部）の相互間を結合する。スロット１６ａは、周方向に隣り合う鉄心歯１６ｂと、ブリッジ１６ｃとで囲まれる空間である。図２の例では、複数相の電機子巻線１５をスロット１６ａに巻装した状態を示す。すなわちスロット１６ａごとに、Ｕ相巻線Ｕ１，Ｕ相巻線Ｕ２，Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ相巻線Ｖ２，Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ相巻線Ｗ２の順番で巻装する。一例として、凡例で示す方向に電流が流れるように巻装される。
【００２３】
図３に示す第１ロータ１２Ａと第２ロータ１９Ａは、二点鎖線で示す電機子鉄心１６Ａの内外両面に対して空隙（ギャップ）Ｇ１を介して配置される。第１ロータ１２Ａと電機子鉄心１６Ａとの間の空隙Ｇ１と、電機子鉄心１６Ａと第２ロータ１９Ａの間の空隙Ｇ１は、同じでもよく、異なってもよい。
【００２４】
第１ロータ１２Ａは周方向に着磁された複数の磁石Ｍａ１を備え、第２ロータ１９Ａは周方向に着磁された複数の磁石Ｍｂ１を備える。複数の磁石Ｍａ１，Ｍｂ１は、それぞれ周方向に隣り合う磁石は対向して（すなわち交互に逆方向の極性となるように）着磁される。磁石Ｍａ１，Ｍｂ１は、いずれも「第１磁石」や「極間磁石」に相当する。磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の磁極に基づいてマグネットトルクが得られる。当該磁極を形成する磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の配置によって、第１ロータ１２Ａと第２ロータ１９Ａには、それぞれ周方向に交互に異なる極性の磁極（Ｎ極，Ｓ極）が形成される。形成される磁極の数は、電機子Ａｒ（具体的には電機子鉄心１６Ａ）と同数が望ましい。こうして各ロータに形成される磁極に基づいてリラクタンストルクが得られ、各磁極は後述するコンシクエント極ＣＰに相当する（図３３を参照）。
【００２５】
界磁巻線１４に通電すると、第１ロータ１２Ａと第２ロータ１９Ａとの間には、電機子鉄心１６Ａを介して巻線界磁ＡＴ１が生じる。巻線界磁ＡＴ１は界磁起磁力ＡＴに相当する。なお磁石Ｍａ１，Ｍｂ１は、図６に示す磁気回路ＭＣ１を形成せずに、界磁巻線１４（界磁起磁力生成手段Ｆｓ）とは独立した起磁力を与える。
【００２６】
図４に示すディスク１７は、円板の周縁部に沿って配置される複数の外径側アーム部１３や、内径側円周に沿って配置される複数の内径側アーム部１８などを有する。図４には、外径側アーム部１３と内径側アーム部１８をいずれも「６」とする構成例を示すが、上述したように各アーム部を６以外の数で設定してもよい。
【００２７】
図５には、回転電機１０Ａの作動を制御する制御装置３０Ａの構成例を示す。制御装置３０Ａは、制御装置３０の一例であり、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）やコンピュータなどが該当する。本形態の制御装置３０Ａは、制御部３１やスイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwb，Ｓｆなどを有する。
【００２８】
制御部３１は、回転電機１０Ａを電動機として作動させたり、回転電機１０Ａを発電機として作動させたりする制御を行う。制御部３１は、スイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwb，Ｓｆに対して個別にオン／オフの制御信号を出力する（信号線や信号の図示は省略する）。電動機として作動させる制御では、電池Ｅから供給される電力を受けて、スイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwb，Ｓｆのオン／オフを個別に制御して電力変換を行い、界磁巻線１４や電機子巻線１５に電流を流す。発電機として作動させる制御では、電機子巻線１５に発生する逆起電力を受けて、スイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwbを経て電池Ｅに充電する。電池Ｅは「電力源」に相当し、充放電が可能な二次電池が該当し、数量や容量等を問わない。なお、二次電池以外の電力源（例えば太陽電池や発電機等）を電池Ｅに含めてもよい。
【００２９】
スイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwb，Ｓｆは、いずれもスイッチング制御が可能な任意のスイッチング素子（半導体素子）を少なくとも含む。例えば、ＦＥＴ（具体的にはＭＯＳＦＥＴ，ＪＦＥＴ，ＭＥＳＦＥＴ等）、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、パワートランジスタなどが該当する。上述した各スイッチング部には、いずれもフリーホイールダイオードとして機能するダイオードを含めたり、制御部３１から伝達される制御信号に基づいてスイッチング素子を駆動する駆動回路を含めたり、その他にスイッチングを行う上で必要な素子や回路等を含めたりしてもよい。
【００３０】
スイッチング部Ｓua，Ｓubは直列接続される。スイッチング部Ｓva，Ｓvbとスイッチング部Ｓwa，Ｓwbについても同様に直列接続される。直列接続されるスイッチング部Ｓua，Ｓubと、スイッチング部Ｓva，Ｓvbと、スイッチング部Ｓwa，Ｓwbとは、図示するように並列接続されて電池Ｅの両端に接続される。スイッチング部Ｓuaとスイッチング部Ｓubとの間の接続点Ｐｕは、直列接続されるＵ相巻線Ｕ１，Ｕ２に接続される。スイッチング部Ｓvaとスイッチング部Ｓvbとの間の接続点Ｐｖは、直列接続されるＶ相巻線Ｖ１，Ｖ２に接続される。スイッチング部Ｓwaとスイッチング部Ｓwbとの間の接続点Ｐｗは、直列接続されるＷ相巻線Ｗ１，Ｗ２に接続される。Ｕ相巻線Ｕ２，Ｖ相巻線Ｖ２，Ｗ相巻線Ｗ２の片端は中性点Ｐｍに接続される。スイッチング部Ｓｆと界磁巻線Ｆ（界磁巻線１４に相当する）とは、直列接続されるとともに、電池Ｅの両端に接続される。
【００３１】
図６には、界磁巻線１４（界磁巻線Ｆ）や電機子巻線１５（Ｕ相巻線Ｕ１，Ｕ相巻線Ｕ２，Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ相巻線Ｖ２，Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ相巻線Ｗ２）に通電して生じる磁気回路ＭＣ１を示す。磁気回路ＭＣ１は、磁気回路ＭＣの一例である。この磁気回路ＭＣ１は、第１ロータ１２Ａ，外径側アーム部１３，ディスク１７（ヨークＹｏ），内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ａ，電機子鉄心１６Ａを通るように磁束φが流れて形成される。磁気回路ＭＣ１に示す矢印は一例であり、回転子Ｒｏの位置や電流の向き等に応じて逆向きにもなる。磁気回路ＭＣ１の形成とともに、図３に示す巻線界磁ＡＴ１も生じる。
【００３２】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は図７〜図１１を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、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する。よって、主に実施の形態１と相違する点を説明する。
【００３３】
図７に示す回転電機１０Ｂは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｂは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｂ，外径側アーム部１３，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ａ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ｂ，軸受２０，回転軸２１，第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６などを有する。
【００３４】
回転電機１０Ｂは、図１の回転電機１０Ａと比べて、次の点で相違する。第１に、第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６を新たに有する。第２に、第１ロータ１２Ａに代えて第１ロータ１２Ｂを適用し、第２ロータ１９Ａに代えて第２ロータ１９Ｂを適用する。第３に、ヨークＹｏはディスク１７に代えてヨーク部材２４を適用する。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００３５】
新たに備える第２アーム部２２，第２環状部２３，第１環状部２５，第１アーム部２６は、第１ロータ１２Ｂ，外径側アーム部１３，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ｂとともに、回転子Ｒｏの構成要素に含まれる。これらの要素の構成例については後述する（図９，図１０を参照）。
【００３６】
界磁巻線１４は、ヨーク部材２４（ヨークＹｏ）、第１ロータ１２Ｂ、第２ロータ１９Ｂおよび電機子鉄心１６Ａで囲まれる空間内に巻装されるトロイダル巻線である。本形態の界磁巻線１４は「界磁起磁力生成手段Ｆｓ」に相当する。
【００３７】
磁性材で成形されるヨーク部材２４は、ハウジング１１に対して直接的または間接的に固定される。図示しないが、ハウジング１１を磁性材で成形する場合には、ハウジング１１の一部としてヨーク部材２４を成形してもよい。ヨーク部材２４は、電機子鉄心１６Ａを固定する電機子支持体１１ｃを有する。結果として、電機子鉄心１６Ａはヨーク部材２４を介してハウジング１１に固定される。
【００３８】
図８には、第１ロータ１２Ｂと第２ロータ１９Ｂの構成例を示す。第１ロータ１２Ｂは第１ロータ１２の一例であり、第２ロータ１９Ｂは第２ロータ１９の一例である。複数の第１アーム部２６は、第１ロータ１２Ｂに挿入配置され、第１環状部２５を第１ロータ１２Ｂ（ひいてはディスク１７）に固定する部材である。外径側アーム部１３と第１アーム部２６は、第１ロータ１２Ｂに対して交互に挿入配置される。複数の第２アーム部２２は、第２ロータ１９Ｂに挿入配置され、第２環状部２３を第２ロータ１９Ｂ（ひいてはディスク１７）に固定する部材である。内径側アーム部１８と第２アーム部２２は、第２ロータ１９Ｂに対して交互に挿入配置される。
【００３９】
図９，図１０には、いずれも磁性材で成形される第１アーム体２７と第２アーム体２８の構成例を示す。第１アーム体２７は、第１環状部２５や第１アーム部２６などを有する。複数の第１アーム部２６は第１環状部２５から軸方向（図面左右方向）に延びる。第２アーム体２８は、第２環状部２３や第２アーム部２２などを有する。複数の第２アーム部２２は、第２環状部２３から軸方向（図面左右方向）に延びる。第１環状部２５と第２環状部２３は、いずれもヨーク部材２４と空隙Ｇ２を介して配置される。
【００４０】
図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電して生じる磁気回路ＭＣ２を図１１に示す。磁気回路ＭＣ２は、磁気回路ＭＣの一例である。この磁気回路ＭＣ２は、第１ロータ１２Ｂ，第１アーム部２６，第１環状部２５，ヨーク部材２４（ヨークＹｏ），第２環状部２３，第２アーム部２２，第２ロータ１９Ｂ，電機子鉄心１６Ａを通るように磁束φが流れて形成される。磁気回路ＭＣ２に示す矢印は一例であり、回転子Ｒｏの位置や電流の向き等に応じて逆向きにもなる。磁気回路ＭＣ２の形成とともに、図８に示す巻線界磁ＡＴ１も生じる。
【００４１】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は図１２〜図１４を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１，２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する。よって、主に実施の形態１，２と相違する点を説明する。
【００４２】
図１２に示す回転電機１０Ｃは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｃは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｃ，外径側アーム部１３，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ａ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ｃ，軸受２０，回転軸２１，第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６などを有する。
【００４３】
回転電機１０Ｃは、図７の回転電機１０Ｂと比べて、次の点で相違する。第１に、第１ロータ１２Ｂに代えて第１ロータ１２Ｃを適用し、第２ロータ１９Ｂに代えて第２ロータ１９Ｃを適用する。第２に、ヨークＹｏはディスク１７およびヨーク部材２４を適用する。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００４４】
図１３には、第１ロータ１２Ｃと第２ロータ１９Ｃの構成例を示す。第１ロータ１２Ｃは第１ロータ１２の一例であり、第２ロータ１９Ｃは第２ロータ１９の一例である。第１ロータ１２Ｃは、図８の第１ロータ１２Ｂと比べて、さらに複数の磁石Ｍａ２を有する。第２ロータ１９Ｃは、図８の第２ロータ１９Ｂと比べて、さらに複数の磁石Ｍｂ２を有する。磁石Ｍａ２，Ｍｂ２は、いずれも「第２磁石」や「極央磁石」に相当する。
【００４５】
各磁石Ｍａ２，Ｍｂ２は、径方向に着磁され、各磁極の一つおきに磁極の表面に設けられる。より具体的には、各磁石Ｍａ２は外径側アーム部１３よりも第１ロータ１２Ｃの内径側に設けられる。各磁石Ｍｂ２は内径側アーム部１８よりも第２ロータ１９Ｃの外径側に設けられる。上記磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の配置により、磁石界磁ＡＴ２が生じる。
【００４６】
図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電して生じる磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３を図１４に示す。磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３は、磁気回路ＭＣの一例である。磁気回路ＭＣ２は、実施の形態２に説明した経路で磁束φが流れて形成される（図１４を参照）。磁気回路ＭＣ３は、図６の磁気回路ＭＣ１とは逆順に、第１ロータ１２Ｃ，スロット１６ａ，第２ロータ１９Ｃ，内径側アーム部１８，ディスク１７（ヨークＹｏ），外径側アーム部１３を通るように磁束φが流れて形成される。磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３に示す矢印は一例であり、回転子Ｒｏの位置や電流の向き等に応じてそれぞれ逆向きにもなる。磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３の形成とともに、図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【００４７】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は図１５〜図２６を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜３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する。よって、主に実施の形態１〜３と相違する点を説明する。
【００４８】
図１５に示す回転電機１０Ｄは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｄは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｄ，外径側アーム部１３，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ｄ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ｄ，軸受２０，回転軸２１，第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６などを有する。
【００４９】
回転電機１０Ｄは、図７の回転電機１０Ｂと比べて、次の点で相違する。第１に、第１ロータ１２Ｂに代えて第１ロータ１２Ｄを適用し、第２ロータ１９Ｂに代えて第２ロータ１９Ｄを適用する。第２に、電機子鉄心１６Ａに代えて電機子鉄心１６Ｄを適用する。第３に、界磁巻線１４を無くし、非対称三相交流を通電することで界磁起磁力ＡＴを発生させる。第４に、電機子支持体１１ｃおよびディスク１７は非磁性材で成形する。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００５０】
図１６に示す電機子鉄心１６Ｄは、電機子鉄心１６の一例である。この電機子鉄心１６Ｄは、磁性鋼板を積層する積層体で成形され、周方向に並ぶ複数の鉄心歯１６ｂなどを有する。各鉄心歯１６ｂには、複数相の電機子巻線１５が巻装される。図１６に示す例では、Ｕ相巻線１５Ｕ，Ｖ相巻線１５Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｗを個々の鉄心歯１６ｂに集中巻で巻装している。なお図１６では、複数の鉄心歯１６ｂを固定する部材（例えば電機子支持体１１ｃ等）の図示を省略する。
【００５１】
図１７に示す第１ロータ１２Ｄと第２ロータ１９Ｄは、二点鎖線で示す電機子鉄心１６Ｄの内外両面に対して空隙Ｇ１を介して配置される。第１ロータ１２Ｄは図３の第１ロータ１２Ａと同様の構成であり、第２ロータ１９Ｄは図３の第２ロータ１９Ａと同様の構成である。電機子巻線１５に非対称三相交流を通電することによって、第１ロータ１２Ｄと第２ロータ１９Ｄとの間には、電機子鉄心１６ｄを介して静止界磁磁界ＡＴｆが生じる。静止界磁磁界ＡＴｆは界磁起磁力ＡＴに相当する。言い換えると、非対称三相交流の通電によって、界磁巻線１４への通電と同等の界磁極を電機子Ａｒに生成する。このように、電機子巻線１５に非対称三相交流を通電して静止界磁磁界ＡＴｆを生じさせるように制御する点で、制御装置３０Ｂは「界磁起磁力生成手段Ｆｓ」に相当する。
【００５２】
電機子巻線１５に非対称三相交流を通電する制御装置３０Ｂの構成例を図１８に示す。図１８に示す制御装置３０Ｂは、実施の形態１（図２６）の制御装置３０Ａに備えるスイッチング部Ｓｆの代えて、スイッチング部Ｓfa，Ｓfbを備える点が相違する。スイッチング部Ｓfa，Ｓfbは直列接続されるとともに、電池Ｅの両端に接続される。スイッチング部Ｓuaとスイッチング部Ｓubとの間の接続点Ｐｆは、中性点Ｐｍに接続される。
【００５３】
以下の説明では、Ｕ相電流Ｉｕは中性点ＰｍからＵ相巻線Ｕ１を経て接続点Ｐｕに向かって流れるものとする。Ｖ相電流Ｉｖは中性点ＰｍからＶ相巻線Ｖ１を経て接続点Ｐｖに向かって流れるものとする。Ｗ相電流Ｉｗは中性点ＰｍからＷ相巻線Ｗ１を経て接続点Ｐｗに向かって流れるものとする。
【００５４】
図１９には、縦軸を相電流とし、横軸を時間として、制御装置３０ＢによるＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗの制御例を示す。時刻ｔ０から時刻ｔｓまでの期間を「１周期」とする。対称三相交流電流で制御する場合は、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗのいずれも最小電流値Ｉminから最大電流値Ｉmaxまでの間で変化させるものとする。この場合は、界磁電流Ｉｆは０[Ａ]になる。
【００５５】
界磁電流Ｉｆを流すためには、非対称三相交流電流を電機子巻線１５（すなわちＵ相巻線Ｕ１、Ｖ相巻線Ｖ１およびＷ相巻線Ｗ１）に流せばよい。図１９に示す制御例は、Ｕ相電流Ｉｕに零相成分の電流Ｉｚを重畳することにより、非対称三相交流電流を実現する例である。この場合のＵ相電流Ｉｕは、最小電流値Ｉmin＋Ｉｚから最大電流値Ｉmax＋Ｉｚまでの間で変化させることになる。なお図示しないが、Ｖ相電流Ｉｖに零相成分の電流Ｉｚを重畳してもよく、Ｗ相電流Ｉｗに零相成分の電流Ｉｚを重畳してもよく、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗのうちで２相の電流に零相成分の電流Ｉｚを重畳してもよい。いずれにせよ界磁電流ＩｆはＩｆ＞０になるので、スイッチング部Ｓfa，Ｓfbのオン／オフを制御して電池Ｅに戻す（あるいは接地して逃がす）。
【００５６】
図１９に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５におけるベクトル図を図２０〜図２４に示す。これらの図において、電機子回転磁界ＡＴａは電機子巻線１５への通電によって生成される磁界（回転磁界）を示し、静止界磁磁界ＡＴｆは非対称三相交流の通電によって生成される界磁極（静止磁界）を示す。以下では、動ベクトルを混成して考える概念のベクトル算法として説明に供する。
【００５７】
図２０に示すベクトル図は、Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流ＩｖがＩｕ＞０，Ｉｖ＜０であり、Ｗ相電流Ｉｗが０[Ａ]となるときの起磁力ベクトルを示す。Ｕ相電流ＩｕとＶ相電流Ｉｖの合成ベクトルは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの合成ベクトルに等しい。第二の回転磁界ＡＴｒは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの相乗作用によって生成される合成ベクトルである（後述する図２１〜図２３でも同様である）。なお、第二の回転磁界ＡＴｒの合成ベクトルは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａは周波数が異なるので純粋な静止ベクトルの合成ではないが、第二の回転磁界ＡＴｒの概念を理解し易くするために用いる。
【００５８】
図２１に示すベクトル図は、Ｕ相電流ＩｕとＷ相電流ＩｗがＩｕ＞０，Ｉｗ＜０であり、Ｖ相電流Ｉｖが０[Ａ]となるときの起磁力ベクトルを示す。Ｕ相電流ＩｕとＷ相電流Ｉｗの合成ベクトルは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの合成ベクトルに等しい。
【００５９】
図２２に示すベクトル図は、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流ＩｗがＩｕ＞０，Ｉｖ＞０，Ｉｗ＜０であるときの起磁力ベクトルを示す。相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗの合成ベクトルは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの合成ベクトルに等しい。
【００６０】
図２３に示すベクトル図は、Ｖ相電流ＩｖとＶＷ相電流ＩｗがＩｖ＜０，Ｉｗ＞０であり、Ｕ相電流Ｉｕが０[Ａ]となるときの起磁力ベクトルを示す。Ｖ相電流ＩｖとＶＷ相電流Ｉｗの合成ベクトルは、静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの合成ベクトルに等しい。
【００６１】
図２０〜図２３に示す静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａをまとめて表すと図２４のようになる。図２４に示すように、静止界磁磁界ＡＴｆは静止する磁界であるのに対して、電機子回転磁界ＡＴａは時間の経過とともに回転（変化）する磁界である。よって、生成される静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの相乗作用により、第二の回転磁界ＡＴｒが電機子Ａｒに生まれる。
【００６２】
上述した零相成分の電流Ｉｚの重畳に代えて、電池Ｅから供給される電力を受けて、スイッチング部Ｓfa，Ｓfbのオン／オフを制御することによって零相電流を流してもよい。単相の零相電流は、界磁電流Ｉｆとなって、３相の電機子巻線１５（すなわちＵ相巻線Ｕ１、Ｖ相巻線Ｖ１およびＷ相巻線Ｗ１）に流れる各電流に重畳して流れる。
【００６３】
当然のことながら、スイッチング部Ｓua，Ｓva，Ｓwa，Ｓub，Ｓvb，Ｓwbのオン／オフを制御することによってＵ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗを流す。界磁電流Ｉｆが静止界磁磁界ＡＴｆを生成し、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗが電機子回転磁界ＡＴａを生成する。生成される静止界磁磁界ＡＴｆと電機子回転磁界ＡＴａの相乗作用により、第二の回転磁界ＡＴｒが電機子Ａｒに生まれる。
【００６４】
図２５に一例として示すように、１周期分の鉄心歯１６ｂについてそれぞれＵ相界磁起磁力ＡＴｕ，Ｖ相界磁起磁力ＡＴｖ，Ｗ相界磁起磁力ＡＴｗが生成される。なお１周期分の鉄心歯１６ｂは、図２５の例では３つであるが、３つ以外の数量で界磁起磁力ＡＴが生成する構成としてもよい。１周期の平均界磁起磁力ＡＴavarageは、角周波数を「ω」、時間を「ｔ」、巻き数を「Ｎ」とすると、次式のように表される。
【００６５】
【数１】
2016093052.tif 000003
【００６６】
回転電機１０Ｄを電動機として作動させる場合において、電動出力トルク[Ｎｍ]と界磁起磁力[ＡＴ（アンペア・ターン）]の関係例を図２６に示す。界磁起磁力を増やすにつれて、特性線Ｌ１で示すように電動出力トルクが増加する。すなわち界磁巻線１４が無く、電機子巻線１５を備える電機子Ａｒの構成でも、界磁起磁力を増やすにつれて、電動出力トルクが増加する。特性線Ｌ１は、次に示す条件下で得られたものである。
（ａ）電機子Ａｒの外径は１３０[ｍｍ]
（ｂ）鉄心歯１６ｂの径方向厚さは４０[ｍｍ]
（ｃ）回転数は２００[ｒｐｍ]
（ｄ）電機子巻線１５への通電電流は１７０[Ａ・ｒｍｓ／相]
（ｅ）１スロット当たりのターン数は１０
なお、上述したいずれかの条件が変われば特性線Ｌ１の変化も変わるが、概ね図２６に示すような増加傾向を示す。
【００６７】
電機子鉄心１６Ｄの界磁電流Ｉｆへの通電によって静止した界磁極が生成され、電機子巻線１５への通電によって電機子回転磁界ＡＴａが生成され、これらの相乗作用により第二の回転磁界ＡＴｒ（図２０〜図２４を参照）が電機子鉄心１６Ｄに生まれる。変調子として作用する第１ロータ１２Ｄ，第２ロータ１９Ｄは、その第二の回転磁界ＡＴｒと同期して回転する。第二の回転磁界ＡＴｒ（動界磁）を生成できるので、第１ロータ１２Ｄ，第２ロータ１９Ｄには巻線や永久磁石等を必要としない。よって、ブラシレス励磁でありながら可変界磁が可能となる。そのため、電機子巻線１５に直軸磁束を打ち消すための余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時にも残っていた磁石磁束がもたらす磁気吸引力による引きずり損失なども生じない。図示しないが、第１ロータ１２Ｄと第２ロータ１９Ｄは、それぞれ図１３の第１ロータ１２Ｃと第２ロータ１９Ｃで構成しても同様の作用効果が得られる。
【００６８】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は図２７，図２８を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜４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する。よって、主に実施の形態１〜４と相違する点を説明する。
【００６９】
図２７に示す回転電機１０Ｅは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｅは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｅ，外径側アーム部１３，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ｄ，ディスク１７，内径側アーム部１８，第２ロータ１９Ｅ，軸受２０，回転軸２１などを有する。
【００７０】
回転電機１０Ｅは、図１の回転電機１０Ａと比べて、次の点で相違する。第１に、第１ロータ１２Ａに代えて第１ロータ１２Ｅを適用し、第２ロータ１９Ａに代えて第２ロータ１９Ｅを適用する。第２に、図２の電機子鉄心１６Ａに代えて、図１６の電機子鉄心１６Ｄを適用する。電機子巻線１５は、実施の形態４（図１６）と同様に、Ｕ相巻線１５Ｕ，Ｖ相巻線１５Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｗを個々の鉄心歯１６ｂに集中巻で巻装する。第３に、界磁巻線１４を無くし、非対称三相交流を通電することで界磁起磁力ＡＴを発生させる。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００７１】
図２８に示す第１ロータ１２Ｅと第２ロータ１９Ｅは、二点鎖線で示す電機子鉄心１６Ｄの内外両面に対して空隙Ｇ１を介して配置される。第１ロータ１２Ｅは図３の第１ロータ１２Ａや図１７の第１ロータ１２Ｄと同様の構成であり、第２ロータ１９Ｅは図３の第２ロータ１９Ａや図１７に示す第２ロータ１９Ｄと同様の構成である。
【００７２】
回転電機１０Ｅを電動機として作動させると、実施の形態４（図２６）に示す特性線Ｌ１が得られる。すなわち、界磁起磁力を増やすにつれて、電動出力トルクが増加する。非対称三相交流を通電すると、第二の回転磁界ＡＴｒ（動界磁）を生成できるので、第１ロータ１２Ｅ，第２ロータ１９Ｅには巻線や永久磁石等を必要としない。よって、ブラシレス励磁でありながら可変界磁が可能となる。そのため、電機子巻線１５に直軸磁束を打ち消すための余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時にも残っていた磁石磁束がもたらす磁気吸引力による引きずり損失なども生じない。図示しないが、第１ロータ１２Ｄと第２ロータ１９Ｄは、それぞれ図１３の第１ロータ１２Ｃと第２ロータ１９Ｃで構成しても同様の作用効果が得られる。
【００７３】
〔実施の形態６〕
実施の形態６は図２９，図３０を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜５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する。よって、主に実施の形態１〜５と相違する点を説明する。
【００７４】
実施の形態６は、実施の形態１〜３と同様に、界磁巻線１４を備える構成の回転電機１０Ｆである。図示しない回転電機１０Ｆは、電機子鉄心１６Ａを除いて、図１の回転電機１０Ａと同じである。具体的には、電機子鉄心１６Ａに代えて、図２９，図３０に示す電機子鉄心１６Ｆを適用する。なお図２９，図３０では、複数の鉄心歯１６ｂを固定する部材（例えば電機子支持体１１ｃ等）の図示を省略する。
【００７５】
図２９に示す電機子鉄心１６Ｆは、実施の形態４（図１６）と同様に磁性鋼板を積層する積層体で成形され、周方向に並ぶ複数の鉄心歯１６ｂなどを有する。図２９に示す例では、電機子巻線１５（Ｕ相巻線１５Ｕ，Ｖ相巻線１５Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｗ）を個々の鉄心歯１６ｂに集中巻で巻装している。また、界磁巻線１４は、電機子巻線１５と共存して巻装する。鉄心歯１６ｂに巻装される界磁巻線１４により、通電時には矢印で示す径方向の静止界磁磁界ＡＴｆが生成される。
【００７６】
図３０に示す電機子鉄心１６Ｆは、図２９に示す電機子鉄心１６Ｆと比べて、界磁巻線１４と電機子巻線１５を交互に内径側と外径側に配置する点が相違するに過ぎない。よって、鉄心歯１６ｂに巻装される界磁巻線１４により、通電時には矢印で示す径方向の静止界磁磁界ＡＴｆが生成される。図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電されると、図６に示す磁気回路ＭＣ１が形成される。
【００７７】
図示しないが、実施の形態２（図７）や実施の形態３（図１２）と同様に、界磁巻線１４を無くすとともに、第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６を備える構成としてもよい。この場合には、図１１，図１３に示す磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３が形成される。磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の形成とともに、図３，図６，図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【００７８】
〔実施の形態７〕
実施の形態７は図３１を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜６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する。よって、主に実施の形態１〜６と相違する点を説明する。
【００７９】
実施の形態７は、実施の形態１〜３と同様に、界磁巻線１４を備える構成の回転電機１０Ｇである。図示しない回転電機１０Ｇは、第１ロータ１２Ａおよび第２ロータ１９Ａを除いて、図１の回転電機１０Ａと同じである。具体的には、第１ロータ１２Ａおよび第２ロータ１９Ａに代えて、図３１に示す第１ロータ１２Ｇおよび第２ロータ１９Ｇを適用する。第１ロータ１２Ｇと第２ロータ１９Ｇは、いずれも環状の磁性鋼板を積層して成形される積層体である。第１ロータ１２Ｇと第２ロータ１９Ｇは、それぞれ１磁極（Ｎ極，Ｓ極）おきに空隙Ｇ１側に磁石Ｍａ２，Ｍｂ２が配設または埋設される。磁石Ｍａ２，Ｍｂ２は、矢印で示すように径方向に着磁される。磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の相互間には、それぞれ外径側アーム部１３と内径側アーム部１８が挿入して固定される。図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電されると、図６に示す磁気回路ＭＣ１が形成される。
【００８０】
図示しないが、実施の形態２（図７）や実施の形態３（図１２）と同様に、界磁巻線１４を無くすとともに、第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６を備える構成としてもよい。この場合には、図１１，図１３に示す磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３が形成される。磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の形成とともに、図３，図６，図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【００８１】
〔実施の形態８〕
実施の形態８は図３２〜図３４を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜７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する。よって、主に実施の形態１〜７と相違する点を説明する。
【００８２】
図３２に示す回転電機１０Ｈは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｈは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｈ，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ｈ，ディスク１７，第２ロータ１９Ｈ，軸受２０，回転軸２１，ヨーク部材２９などを有する。
【００８３】
回転電機１０Ｈは、図１の回転電機１０Ａと比べて、次の点で相違する。第１に、第１ロータ１２Ａに代えて第１ロータ１２Ｈを適用し、第２ロータ１９Ａに代えて第２ロータ１９Ｈを適用する。第２に、外径側アーム部１３と内径側アーム部１８に代えて、回転子Ｒｏに含まれるヨーク部材２９を適用する。第３に、電機子鉄心１６Ａに代えて電機子鉄心１６Ｈを適用する。第４に、ディスク１７は実施の形態１と形状が異なり、ヨーク部材２９と回転軸２１の間に介在される。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００８４】
「ヨークＹｏ」に相当するヨーク部材２９は、断面がＵ字状で環状に成形され、ディスク１７を介して回転軸２１に固定される。このヨーク部材２９は、第１ロータ１２Ｈの外径側を固定し、第２ロータ１９Ｈの内径側を固定する。すなわち、第１ロータ１２Ｈおよび第２ロータ１９Ｈは、ヨーク部材２９およびディスク１７を介して回転軸２１に間接的に固定されることになる。この構成によって、第１ロータ１２Ｈと第２ロータ１９Ｈは回転軸２１とともに回転する。
【００８５】
図３３に示す第１ロータ１２Ｈおよび第２ロータ１９Ｈは、それぞれ図３１に示す第１ロータ１２Ｇおよび第２ロータ１９Ｇと同様に、１磁極（Ｎ極，Ｓ極）おきに空隙Ｇ１側に磁石Ｍａ２，Ｍｂ２が配設または埋設される。第１ロータ１２Ｈおよび第２ロータ１９Ｈは、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２（第２磁石）により磁極ＭＰ、当該磁極ＭＰとは反対極性であるコンシクエント極ＣＰとが交互に形成される。磁極ＭＰに基づいて主にマグネットトルクが得られ、コンシクエント極ＣＰに基づいて主にリラクタンストルクが得られる。
【００８６】
電機子鉄心１６Ｈは、電機子鉄心１６の一例である。この電機子鉄心１６Ｈは、電機子鉄心１６Ａと同様に磁性鋼板を積層する積層体で成形され、スロット１６ａ，鉄心歯１６ｂ，ブリッジ１６ｃなどを有する。電機子鉄心１６Ｈが電機子鉄心１６Ａと相違するのは、ブリッジ１６ｃである。すなわち図示するように、本形態のブリッジ１６ｃは、鉄心歯１６ｂの径方向中央部の相互間を結合する。ブリッジ１６ｃが中央部にあることで、ブリッジ１６ｃの外径側と内径側にそれぞれスロット１６ａが形成される。
【００８７】
電機子巻線１５は、ブリッジ１６ｃを跨いで内径側のスロット１６ａと外径側のスロット１６ａとにわたって巻装される。内径側のスロット１６ａと外径側のスロット１６ａとでは、周方向に１つずれる。各スロット１６ａは、破線で示す電機子巻線１５が径方向に層状に収容される。各スロット１６ａに収容する電機子巻線１５の本数は、図３３では４本であるが、４本以外で任意数に設定してよい。
【００８８】
図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電されると、図３４に示す磁気回路ＭＣ４が形成される。磁気回路ＭＣ４は、磁気回路ＭＣの一例である。この磁気回路ＭＣ４は、第１ロータ１２Ｈ，ヨーク部材２９（ヨークＹｏ），第２ロータ１９Ｈ，電機子鉄心１６Ｈを通るように磁束φが流れて形成される。磁気回路ＭＣ４に示す矢印は一例であり、回転子Ｒｏの位置や電流の向き等に応じて逆向きにもなる。磁気回路ＭＣ４の形成とともに、図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【００８９】
図示しないが、実施の形態２（図７）や実施の形態３（図１２）と同様に、界磁巻線１４を無くすとともに、第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６を備える構成としてもよい。この場合には、図１１，図１３に示す磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３が形成される。磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の形成とともに、図３，図６，図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【００９０】
〔実施の形態９〕
実施の形態９は図３５，図３６を参照しながら説明する。なお図示や説明を簡単にするため、特に明示しない限り、実施の形態１〜８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する。よって、主に実施の形態１〜８と相違する点を説明する。
【００９１】
図３５に示す回転電機１０Ｉは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｉは、ハウジング１１，第１ロータ１２Ｉ，界磁巻線１４，電機子巻線１５，電機子鉄心１６Ｉ，ディスク１７，第２ロータ１９Ｉ，軸受２０，回転軸２１，ヨーク部材２９などを有する。
【００９２】
回転電機１０Ｉは、図３２の回転電機１０Ｉと比べて、次の点で相違する。第１に、第１ロータ１２Ｈに代えて第１ロータ１２Ｉを適用し、第２ロータ１９Ｈに代えて第２ロータ１９Ｉを適用する。第２に、電機子鉄心１６Ｈに代えて電機子鉄心１６Ｉを適用する。以下では、主に相違する要素について説明する。
【００９３】
図３６に示す第１ロータ１２Ｉおよび第２ロータ１９Ｉは、いずれも環状の磁性鋼板を積層して成形される積層体である。第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉは、それぞれ１磁極（Ｎ極，Ｓ極）おきに空隙Ｇ１側に磁石Ｍａ１，Ｍｂ１（第１磁石）が配設または埋設される。磁極を形成する磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の配置によって、第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉには、それぞれ周方向に交互に異なる極性の磁極（Ｎ極，Ｓ極）が形成される。形成される磁極の数は、電機子Ａｒ（具体的には電機子鉄心１６Ｉ）と同数が望ましい。
【００９４】
第１ロータ１２Ｉおよび第２ロータ１９Ｉと、ヨーク部材２９との間には、１磁極おきに磁気遮蔽空間部Ｓｐが設けられる。こうして形成される各磁極は界磁起磁力の起磁力を選択的に界磁極に作用させるようにするとともに、リラクタンストルクを増すことを狙った図３３でのコンシクエント極ＣＰに相当する。図３６の構成例では第１ロータ１２Ｉの外径側と第２ロータ１９Ｉの内径側をそれぞれ凹ませているが、いずれか一方のロータを凹ませてもよく、対応する部位のヨーク部材２９を凹ませてもよい。複数の磁気遮蔽空間部Ｓｐを確保することによって、界磁巻線１４（界磁起磁力生成手段Ｆｓ）による起磁力は、磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の１磁極おきに選択的に励磁力が印加できる。そのため、回転電機１０Ｉは、高性能と広界磁調整幅の確保が両立し易くなる。
【００９５】
第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉは、それぞれ磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の相互間であって、電機子鉄心１６Ｉ側に複数の凹部Ｈｏが設けられる。言い換えれば、凹部Ｈｏを除く部位の第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉは、電機子鉄心１６Ｉに近接する。第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉとの間は、電機子鉄心１６Ｉを介して径方向に磁束φが流れる磁束通路として継ぐので、リラクタンストルクを大きく確保することができる。よって、リラクタンストルクを高められる。また、磁石Ｍａ１，Ｍｂ１に基づくマグネットトルクとあわせて総合トルクを高めることができる。
【００９６】
電機子鉄心１６Ｉは、電機子鉄心１６の一例である。この電機子鉄心１６Ｉは、電機子鉄心１６Ａと同様に磁性鋼板を積層する積層体で成形され、スロット１６ａ，鉄心歯１６ｂ，ブリッジ１６ｃなどを有する。電機子鉄心１６Ｉが電機子鉄心１６Ａと相違するのは、ブリッジ１６ｃである。すなわち図示するように、本形態のブリッジ１６ｃは、鉄心歯１６ｂの径方向中央部の相互間を結合する。ブリッジ１６ｃが中央部にあることで、ブリッジ１６ｃの外径側と内径側にそれぞれスロット１６ａが形成される。
【００９７】
電機子巻線１５は、ブリッジ１６ｃを跨いで内径側のスロット１６ａと外径側のスロット１６ａとにわたって巻装される。具体的には、電気角で２π／３ピッチとなる短節集中巻であって、回転子Ｒｏ（第１ロータ１２Ｉと第２ロータ１９Ｉ）の１磁極（Ｎ極，Ｓ極）に対して複数（図３６では２）跨ぎで巻装される。
【００９８】
図５に示す制御装置３０Ａによる制御が行われ、界磁巻線１４や電機子巻線１５に通電されると、図３４に示す磁気回路ＭＣ４が形成される。磁気回路ＭＣ４の形成に伴う作用効果は、上述した実施の形態８と同様である。
【００９９】
図示しないが、実施の形態２（図７）や実施の形態３（図１２）と同様に、界磁巻線１４を無くすとともに、第２アーム部２２，第２環状部２３，ヨーク部材２４，第１環状部２５，第１アーム部２６を備える構成としてもよい。この場合には、図１１，図１３に示す磁気回路ＭＣ２，ＭＣ３が形成される。磁気回路ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３の形成とともに、図３，図６，図１３に示す巻線界磁ＡＴ１や磁石界磁ＡＴ２も生じる。
【０１００】
〔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１〜９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。
【０１０１】
上述した実施の形態１〜９では、第１ロータ１２（第１ロータ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉのいずれか）と、電機子鉄心１６（１６Ａ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ，１６Ｈ，１６Ｉのいずれか）と、第２ロータ１９（第２ロータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｇ，１９Ｈ，１９Ｉのいずれか）を有する構成とした（図１，図７，図１２，図１５，図２７，図２９，図３０，図３１，図３２を参照）。この形態に代えて、第１ロータ１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｇ，１２Ｈ，１２Ｉと、電機子鉄心１６Ａ，１６Ｄ，１６Ｅ，１６Ｆ，１６Ｈ，１６Ｉと、第２ロータ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，１９Ｄ，１９Ｅ，１９Ｇ，１９Ｈ，１９Ｉとは、上述した実施の形態１〜９以外で任意に組み合わせて構成してもよい。一例として、実施の形態１における界磁巻線１４を無くし、実施の形態３における制御装置３０Ｂによって非対称三相交流を通電する制御を行う構成などが該当する。回転電機１０の定格や体格等に合わせて適切に組み合わせてもよい。要素の組み合わせが相違するに過ぎないので、実施の形態１〜９と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０２】
電機子巻線１５として、実施の形態１，２，３，７ではＵ相巻線Ｕ１，Ｕ相巻線Ｕ２，Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ相巻線Ｖ２，Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ相巻線Ｗ２を適用し（図２を参照）、実施の形態４，５，６ではＵ相巻線１５Ｕ，Ｖ相巻線１５Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｗを適用する構成とした（図１６，図２９，図３０を参照）。この形態に代えて、実施の形態１，２，３，７にＵ相巻線１５Ｕ，Ｖ相巻線１５Ｖ，Ｗ相巻線１５Ｗを適用してもよく、実施の形態４，５，６にＵ相巻線Ｕ１，Ｕ相巻線Ｕ２，Ｖ相巻線Ｖ１，Ｖ相巻線Ｖ２，Ｗ相巻線Ｗ１，Ｗ相巻線Ｗ２を適用してもよい。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相以外の相として巻装してもよく、４相以上の多相で電機子巻線１５を巻装してもよい。相形態や相数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜７と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０３】
上述した実施の形態８，９では、内径側のスロット１６ａから外径側のスロット１６ａに向かうように巻装する構成とした（図３３，図３６を参照）。この形態に代えて、外径側のスロット１６ａから内径側のスロット１６ａに向かうように巻装してもよく、これらの混在させてもよい。巻装形態が相違するに過ぎないので、実施の形態８，９と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０４】
上述した実施の形態１，２，５，８，９では、ハウジング１１の一部として電機子支持体１１ｃを形成する構成とした（図１，図７，図２７，図３２，図３５を参照）。また実施の形態３，４では、ヨーク部材２４の一部として電機子支持体１１ｃを形成する構成とした（図１２，図１５を参照）。この形態に代えて、別個の部材で形成される電機子支持体１１ｃを用いて電機子鉄心１６を支持する構成としてもよい。電機子鉄心１６を直接的に支持するか間接的に支持するかの相違に過ぎないので、各実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０５】
磁性鋼板を積層する積層体について、実施の形態１，４，６，８，９では電機子鉄心１６（１６Ａ，１６Ｄ，１６Ｆ，１６Ｈ，１６Ｉ）に適用し（図１，図７，図２７，図３２，図３５を参照）、実施の形態７，９では第１ロータ１２Ｇ，１２Ｉと第２ロータ１９Ｇ，１９Ｉに適用する構成とした（図３１，図３６を参照）。この形態に代えて、第１ロータ１２Ｇ，１２Ｉと第２ロータ１９Ｇ，１９Ｉ以外の第１ロータ１２と第２ロータ１９に適用してもよく、ヨーク部材２４，２９に適用してもよい。いずれの要素について、磁性材の単体で成形してもよい。積層体で成形するか単体で成形するかの相違に過ぎないので、各実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０６】
上述した実施の形態１〜９では、磁石Ｍａ１，Ｍａ２，Ｍｂ１，Ｍｂ２を単体で構成した（図２，図５等を参照）。この形態に代えて、単体の磁石を複数個に分割した分割磁石で磁石Ｍａ１，Ｍａ２，Ｍｂ１，Ｍｂ２を構成してもよい。磁石を分割するか否かの相違に過ぎないので、実施の形態１〜９と同様の作用効果を得ることができる。
【０１０７】
〔作用効果〕
上述した実施の形態１〜９および他の実施の形態によれば、以下に示す各効果を得ることができる。
【０１０８】
（１）回転電機１０は、電機子鉄心１６と、電機子鉄心１６のスロット１６ａに巻装される電機子巻線１５とを含む電機子Ａｒと、電機子鉄心１６の内外両面に対して空隙Ｇ１を介して配置され、電機子Ａｒ（具体的には電機子鉄心１６Ａ）と同数の極数であって周方向に交互に異なる極性の磁極をそれぞれ有する第１ロータ１２と第２ロータ１９とを含む回転子Ｒｏと、回転子Ｒｏと直接的または間接的に固定される回転軸２１と、第１ロータ１２、第２ロータ１９および電機子Ａｒとともに、通電に伴って磁気回路ＭＣが形成されるヨークＹｏと、界磁起磁力ＡＴを生成する界磁起磁力生成手段Ｆｓとを有し、電機子鉄心１６は、主磁束通路として周方向に磁束φが流れるのを遮り、径方向に磁束φが流れるように複数の鉄心歯１６ｂを放射状に備え、第１ロータ１２および第２ロータ１９は、磁気回路ＭＣを形成せずに、界磁起磁力生成手段Ｆｓとは独立した起磁力を与える磁石Ｍａ１，Ｍｂ１（第１磁石）を備える構成とした（図１，図３，図７，図１２，図１５，図２７，図２９，図３０を参照）。この構成によれば、ヨークＹｏ、回転子Ｒｏ（第１ロータ１２，第２ロータ１９など）および電機子Ａｒ（電機子巻線１５，電機子鉄心１６など）によって磁気回路ＭＣが形成される。当該磁気回路ＭＣの形成によって、電機子Ａｒによる電機子回転磁界ＡＴａと、界磁起磁力生成手段Ｆｓによって生成される界磁極（Ｎ極，Ｓ極）との間に磁気力が生まれて回転子Ｒｏが回転するので、ブラシレスで性能を向上できる。回転子Ｒｏは巻線を持たないので発熱せず、遠心耐力がある。
【０１０９】
（２）界磁起磁力生成手段Ｆｓは、ヨークＹｏ、第１ロータ１２、第２ロータ１９および電機子鉄心１６で囲まれる空間内に巻装される界磁巻線１４であり、ディスク１７（ヨークＹｏ）は回転子Ｒｏの一部として構成され、第１ロータ１２の磁極と第２ロータ１９の磁極とは、一つおきにヨークＹｏとの間で磁気回路ＭＣを形成する構成とした（図１，図６，図１２，図１４を参照）。この構成によれば、磁気回路ＭＣに含まれる空隙Ｇの数が抑制され、かつ、第１ロータ１２の磁極と第２ロータ１９の磁極は一つおきにディスク１７との間で磁気回路ＭＣが形成されるので、より性能を向上させることができる。
【０１１０】
（３）第１ロータ１２および第２ロータ１９の双方は、磁極の相互間に径方向に着磁された磁石Ｍａ２，Ｍｂ２（第２磁石）を有する構成とした（図１２〜図１４，図３１，図３３を参照）。第１ロータ１２および第２ロータ１９のいずれか一方について構成してもよい。これらの構成によれば、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２によって磁極の相互間における磁束φの漏れを抑制することができるので、より性能を向上させることができる。
【０１１１】
（４）ヨーク部材２４（ヨークＹｏ）は、電機子Ａｒを支持する電機子支持体１１ｃを含み、第１ロータ１２を軸方向に沿って貫通する複数の第１アーム部２６と、ヨークＹｏと空隙Ｇを介して設けられて環状に成形される第１環状部２５とを含む第１アーム体２７と、第２ロータ１９を軸方向に沿って貫通する複数の第２アーム部２２と、ヨークＹｏと空隙Ｇを介して設けられて環状に成形される第２環状部２３とを含む第２アーム体２８とを有し、ヨークＹｏ、第１アーム体２７、第２アーム体２８および電機子Ａｒは、通電に伴って磁気回路ＭＣが形成される構成とした（図７〜図１１を参照）。この構成によれば、界磁巻線１４の固定を堅固に行え、かつ、冷却性優れる。また、回転子Ｒｏを軽量化できるので応答性を向上させることができる。
【０１１２】
（５）第１ロータ１２および第２ロータ１９の双方は、磁極の相互間に周方向に対向して着磁された磁石Ｍａ１，Ｍｂ１（極間磁石）と、各磁極の一つおきに磁極の表面に径方向に着磁された磁石Ｍａ２，Ｍｂ２（極央磁石）とを有し、電機子Ａｒとは反対側の面であって、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２を備える内外の各極の片面にはヨークＹｏに連接する内径側アーム部１８（アーム部）が挿入配置されている構成とした（図１２，図１３を参照）。第１ロータ１２および第２ロータ１９のいずれか一方について構成してもよい。これらの構成によれば、界磁巻線１４側の励磁だけでなく、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２側の励磁力も高まるので、高性能化することができる。
【０１１３】
（６）電機子鉄心１６Ｆのスロット１６ａには、電機子巻線１５と界磁巻線１４とを共存して巻装する構成とした（図２９，図３０を参照）。この構成によれば、界磁巻線１４は電機子巻線１５とともに巻装されるので、界磁巻線１４の固定を堅固に行える。
【０１１４】
（７）電機子巻線１５は、複数相の相電流（Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）が出入りする中性点Ｐｍを有し、界磁起磁力生成手段Ｆｓは、電機子巻線１５に流す相電流に零相成分または直流成分を重畳した非対称三相交流を通電することによって、界磁起磁力ＡＴを発生させる構成とした（図１８，図１９を参照）。この構成によれば、非対称三相交流を通電することによって、電機子Ａｒに界磁極（静止界磁磁界ＡＴｆ）が磁石起磁力とはまた別に生成される（図２０〜図２４を参照）。よって、ブラシレスで回転電機１０の性能を向上させることができる。また、非対称三相交流の通電に伴って電機子Ａｒに界磁極を生成する場合は、不要となる界磁巻線１４の分だけ電機子巻線１５を多く巻装することができるので、より性能を向上させることができる。
【０１１５】
（８）電機子巻線１５は、電機子鉄心１６に対して集中巻される構成とした（図１６，図２９，図３０を参照）。この構成によれば、励磁力を強めることができる。
【０１１６】
（９）電機子鉄心１６Ｄは、回転子Ｒｏに含まれるディスク１７とは反対側に設けられて非磁性材の電機子支持体１１ｃに固定される構成とした（図１５を参照）。この構成によれば、電機子鉄心１６Ｄは電機子支持体１１ｃに固定されるので、剛性を高めることができる。
【０１１７】
（１０）第１ロータ１２Ｇ，１２Ｉと第２ロータ１９Ｇ，１９Ｉの双方は、環状の磁性鋼板を積層して成形される積層体であって、１磁極ピッチおきに空隙Ｇ側表面に配設または埋設される磁石Ｍａ２，Ｍｂ２と、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の相互間に挿入して固定される外径側アーム部１３および内径側アーム部１８（アーム部）とを有する構成とした（図３１，図３６を参照）。第１ロータ１２と第２ロータ１９のいずれか一方を積層体で成形してもよい。これらの構成によれば、遠心力に対して強固になるので、回転速度を向上させることができる。
【０１１８】
（１１）ヨーク部材２９（ヨークＹｏ）は、断面形状がＵ字状に成形された磁性体であって、第１ロータ１２と第２ロータ１９とを固定する構成とした（図３２，図３５を参照）。この構成によれば、第１ロータ１２と第２ロータ１９の固定を安定化させるとともに、磁気回路ＭＣの形成による回転電機１０の性能に寄与することができる。
【０１１９】
（１２）第１ロータ１２および第２ロータ１９の双方は、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２（第２磁石）の磁極と、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の磁極ＭＰとは反対極性であるコンシクエント極ＣＰとが交互に形成される構成とした（図３３を参照）。図示しないが、第１ロータ１２および第２ロータ１９のうちで一方に磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の磁極とコンシクエント極ＣＰとが交互に形成される構成としてもよい。これらの構成によれば、コンシクエント極ＣＰどうしで界磁起磁力生成手段Ｆｓの起磁力にもとづく磁束φが生じ、界磁制御を行うことができる。また、磁石Ｍａ２，Ｍｂ２の個数を半減することができるので、コスト低減を図るとともに、回転電機１０の軽量化を図ることができる。
【０１２０】
（１３）第１ロータ１２および第２ロータ１９の双方は、磁極（Ｎ極とＳ極）の相互間に磁石Ｍａ１，Ｍｂ１を有し、１磁極おきにヨーク部材２９（ヨークＹｏ）との間に磁気遮蔽空間部Ｓｐが設けられる構成とした（図３６を参照）。第１ロータ１２および第２ロータ１９のうちで一方に磁気遮蔽空間部Ｓｐを設ける構成としてもよい。これらの構成によれば、界磁起磁力生成手段Ｆｓによる起磁力は磁石Ｍａ１，Ｍｂ１の１磁極おきに選択的に励磁力が印加できて、高性能と広界磁調整幅の確保が両立し易くなる。
【０１２１】
（１４）電機子Ａｒ（具体的には電機子鉄心１６Ｉ）は、電気角で２π／３ピッチとなる短節集中巻であって、回転子Ｒｏの１磁極（Ｎ極とＳ極）に対して複数跨ぎで電機子巻線１５が巻装される構成とした（図３６を参照）。この構成によれば、電機子巻線１５がコンパクトとなり、電機子鉄心１６Ｉも小型化できるので、回転電機１０Ｉを小型化して性能を高めることができる。
【０１２２】
（１５）電機子鉄心１６は、周方向に隣り合う鉄心歯１６ｂの相互間を結合するブリッジ１６ｃを有する構成とした（図２，図３３，図３６を参照）。この構成によれば、ブリッジ１６ｃによって鉄心歯１６ｂを堅固に固定することができる。
【０１２３】
（１６）電機子鉄心１６Ｄは周方向に隣り合う鉄心歯１６ｂの径方向中央部がブリッジ１６ｃで結合され、電機子巻線１５はブリッジ１６ｃを跨いで内径側のスロット１６ａと外径側のスロット１６ａとにわたって巻装される構成とした（図３２を参照）。この構成によれば、鉄心歯１６ｂのスペースが定まり、高周波磁気力振動が生じる場合に電機子巻線１５の絶縁皮膜が損傷するのを抑制することができる。
【符号の説明】
【０１２４】
１０（１０Ａ〜１０Ｅ）  回転電機
１２（１２Ａ〜１２Ｅ，１２Ｇ〜１２Ｉ）  第１ロータ（回転子）
１５  電機子巻線（電機子）
１６（１６Ａ，１６Ｄ，１６Ｆ，１６Ｈ，１６Ｉ）  電機子鉄心（電機子）
１６ａ  スロット
１６ｂ  鉄心歯
１９（１９Ａ〜１９Ｅ，１９Ｇ〜１９Ｉ）  第２ロータ（回転子）
２１  回転軸
３０（３０Ａ，３０Ｂ）  制御装置
Ａｒ  電機子
Ｆｓ  界磁起磁力生成手段
ＭＣ  磁気回路
Ｍａ１，Ｍａ３，Ｍｂ１，Ｍｂ２  磁石
Ｒｏ  回転子
Ｙｏ  ヨーク
【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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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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