(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（１０Ａ）において、固定子１２は、Ｍ極対で電機子コア１２ｃに巻回される電機子コイル１２ａと、Ｎ極対の界磁源（界磁コイル１２ｆ，界磁磁界ＡＴｆ）とを有し、回転子１３（１３Ａ）は、固定子１２と対面する側に複数の凸状部を含むＫ個の軟磁性体１１ａ，１３ａを有し、電機子コイル１２ａ、界磁源および軟磁性体１１ａ，１３ａは、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たす。この構成によれば、磁気変調原理によって回転子１１，１３が回転することで、界磁極が電機子コイル１２ａに交番電磁作用を及ぼすことができ、ブラシレスでかつ性能を向上できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも電機子コア（１２ｃ）と電機子コイル（１２ａ）を含む電機子である固定子（１２）と、前記固定子と空隙（Ｇｉ，Ｇｏ）を介して回転自在に設けられる回転子（１１，１３）とを有する回転電機（１０）において、
前記固定子は、Ｍ極対（Ｍは自然数）で前記電機子コアに巻回される前記電機子コイルと、Ｎ極対（Ｎは自然数）の界磁極（１２ｆ，ＡＴｆ）とを有し、
前記回転子は、前記固定子と対面する側に複数の凸状部（１１ａ２）を含むＫ個（Ｋは自然数）の軟磁性体（１１ａ，１３ａ）を有し、
前記電機子コイル、前記界磁極および前記軟磁性体は、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たすことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
Ｎ極対の前記界磁極は、前記電機子コアに巻回される界磁コイル（１２ｆ）に通電することによって生成される界磁極、または、前記電機子コイルに対して零相電流または直流成分（α）を重畳した非対称三相交流を通電することによって生成される界磁極（ＡＴｆ）であ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】
前記空隙を介して前記固定子を挟むように配置される複数の前記回転子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】
複数の前記回転子のうちで一方または双方の回転子にかかるＫ個の前記軟磁性体は、磁気的に分離されるセグメント（１１ａ，１３ａ）であることを特徴とする請求項３に記載の回転電機。
【請求項５】
一方の前記回転子（１１）はＫ個の前記セグメントを有し、
他方の前記回転子（１３Ｂ）はＫ個の前記突極（１３ｃ）を有する歯車形状で構成されることを特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項６】
前記固定子は、隣り合う前記電機子コアの相互間に配置される永久磁石（Ｍｉ，Ｍｏ）を有し、
前記永久磁石は、前記電機子コアの極性と対向するように磁化されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項７】
一以上の前記軟磁性体は、一方または双方の周方向端面（１１ａ１）が面取りされてい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８】
一以上の前記軟磁性体は、双方の周方向端部に前記凸状部を有することを特徴とする請求項１から７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、固定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、「固定子（ステータ）に備える巻線への通電によって固定子に界磁極を生成するように構成し、かつ回転子は軟磁性体のみで構成できれば、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。そこて、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、少なくとも電機子コア（１２ｃ）と電機子コイル（１２ａ）を含む電機子である固定子（１２）と、前記固定子と空隙（Ｇｉ，Ｇｏ）を介して回転自在に設けられる回転子（１１，１３）とを有する回転電機（１０）において、前記固定子は、Ｍ極対（Ｍは自然数）で前記電機子コアに巻回される前記電機子コイルと、Ｎ極対（Ｎは自然数）の界磁極（１２ｆ，ＡＴｆ）とを有し、前記回転子は、前記固定子と対面する側に複数の凸状部（１１ａ２）を含むＫ個（Ｋは自然数）の軟磁性体（１１ａ，１３ａ）を有し、前記電機子コイル、前記界磁極および前記軟磁性体は、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たすことを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、Ｍ極対の電機子回転磁界と、Ｎ極対の静止界磁磁界とから、新たな第二の回転磁界が固定子に生まれる。変調子である回転子は、第二の回転磁界によって回転する。このような磁気変調原理によって回転子が回転するので、ブラシレスでかつ性能を向上できる。
【００１０】
第２の発明は、Ｎ極対の前記界磁極は、前記電機子コアに巻回される界磁コイル（１２ｆ）に通電することによって生成される界磁極、または、前記電機子コイルに対して零相電流または直流成分（α）を重畳した非対称三相交流を通電することによって生成される界磁極（ＡＴｆ）であることを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、界磁極は、電機子コアに巻回される界磁コイルに通電して生成してもよく、電機子コイルに対して零相電流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も生成してもよい。いずれにせよ回転子には界磁極が確実に生成されるので、磁気変調原理が作用し、ブラシレスで回転電機の性能（例えば出力や逆起電力等）を向上させることができる。
【００１２】
第３の発明は、前記空隙を介して前記固定子を挟むように配置される複数の前記回転子を有することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、トルク発生面である空隙面積（ギャップ面積）が広げられるので、回転電機の性能がより向上する。空隙面積は、固定子と回転子の間で空隙を介して磁束が通る部位の面積である。
【００１４】
なお、「コア」は鉄心とも呼び、「コイル」は巻線とも呼ぶ。「界磁極」は、界磁コイルに通電して生成してもよく、界磁コイルの有無を問わず電機子コイルに非対称三相交流を通電して生成してもよい。「電機子コイル」と「界磁コイル」は、複数の導体線を電気的に接続して一本状にしたものを含み、三相以上であれば相数を問わない。「巻回」は巻き回すことを意味し、巻いて装う「巻装」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構成例を示す模式図である。
【図２】電機子鉄心における電機子と界磁コイルの配列を部分的に表す模式図である。
【図３】制御装置の第１構成例を示す模式図である。
【図４】軟磁性体と電機子コアの間で流れる磁束を説明する模式図である。
【図５】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６】回転電機の第２構成例を示す模式図である。
【図７】軟磁性体と電機子コアの間で流れる磁束を説明する模式図である。
【図８】回転電機の第３構成例を示す模式図である。
【図９】回転電機の第４構成例を示す模式図である。
【図１０】回転電機の第５構成例を示す模式図である。
【図１１】回転電機の第６構成例を示す模式図である。
【図１２】制御装置の第２構成例を示す模式図である。
【図１３】相電流の経時的変化を示すチャート図である。
【図１４】図１３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１５】図１３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１６】図１３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１７】図１３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１８】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１９】回転電機の第７構成例を示す模式図である。
【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。見易くするためにハッチングは最小限に抑えるので、断面であってもハッチングしない要素がある。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。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、回転子１３Ａとセグメント１３ａ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。
【００１７】
〔実施の形態１〕
実施の形態１は図１〜図５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、回転子１１，１３Ａや固定子１２Ａなどを有する。回転子と固定子を除いて、回転電機１０Ａの構成に必要な要素（例えば回転軸，軸受，ハウジングなど）は図示および説明を省略する。なお、図１では分かり易くするために回転子１１，１３Ａや固定子１２Ａが左右方向に直線状に並べて示すが、実際には各要素が円周上に沿って並ぶ（図８，図９，図１０等を参照）。
【００１８】
回転子１１，１３Ａは、いずれも「変調子」に相当し、回転自在に設けられる。回転子１１は、内径側の回転子であって、複数（本形態ではＫ個）のセグメント１１ａなどを有する。回転子１３Ａは、外径側の回転子であって、複数（本形態ではＫ個）のセグメント１３ａなどを有する。セグメント１１ａ，１３ａは、軟磁性体で成形され、界磁コイル１２ｆへの通電によって界磁極が生成される。周方向に隣り合うセグメント１１ａ，１３ａどうしは、磁気的に分離される。全てのセグメント１１ａ，１３ａは、直接的または間接的に図示しない回転軸（シャフト）と固定される。
【００１９】
回転軸と間接的に固定する場合は、例えば非磁性体で成形される被固定物（例えばブリッジやフレームなど）に固定されたり、回転子コアの一部として成形されたりする。いずれの場合も固定方法を問わない。要するに、セグメント１１ａ，１３ａと回転軸とが同期して回転するように固定されていればよい。本形態では、回転子１１と回転子１３Ａは同期して回転するように固定される。
【００２０】
固定子１２Ａは、固定子１２の一例であり、回転子１１，１３Ａに挟まれて備えられる。回転子１１と固定子１２Ａとの間には空隙Ｇｉが設けられ、固定子１２Ａと回転子１３Ａとの間には空隙Ｇｏが設けられる。空隙Ｇｉ，Ｇｏの大小関係は問わない。
【００２１】
固定子１２Ａは、電機子コイル１２ａ，界磁コイル１２ｆ，コアティース１２ｔ，スロット１２ｓなどを有する。電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆは、いずれもスロット１２ｓに収容してコアティース１２ｔに巻回される。コアティース１２ｔは、電機子コア１２ｃの一部を形成し、端部（図１では径方向の端部）には周方向に突出する凸部を有する。本形態のコアティース１２ｔは、図示するように端部を除いて長方形状に成形される。スロット１２ｓは、周方向のコアティース１２ｔの相互間に形成されるコイル収容空間であり、収容可能なコイルの数は任意に設定してよい。電機子コイル１２ａに通電すると、固定子１２Ａとして作用する複数（本形態ではＭ極対）の磁極が生成される。界磁コイル１２ｆに通電すると、固定子１２Ａに複数（本形態ではＮ極対）の界磁極が生成される。
【００２２】
電機子コイル１２ａは、複数相（本形態では３相）のコイルからなり、断面形状を問わない。図１の構成例では、Ｕ相コイルＵ１（Ｕ１ｒ），Ｕ２（Ｕ２ｒ）、Ｖ相コイルＶ１（Ｖ１ｒ），Ｖ２（Ｖ２ｒ）、Ｗ相コイルＷ１（Ｗ１ｒ），Ｗ２（Ｗ２ｒ）からなる。各相のコイルは、１つのスロット１２ｓに対して１本以上が収容される。また、図３に示すように、Ｕ相コイルＵ１（Ｕ１ｒ），Ｕ２（Ｕ２ｒ）は直列接続される。Ｖ相コイルＶ１（Ｖ１ｒ），Ｖ２（Ｖ２ｒ）とＷ相コイルＷ１（Ｗ１ｒ），Ｗ２（Ｗ２ｒ）も同様に直列接続される。
【００２３】
Ｕ相コイルＵ１，Ｕ２、Ｖ相コイルＶ１，Ｖ２、Ｗ相コイルＷ１，Ｗ２に対して、それぞれに流れる電流と逆向きに流れるコイルには符号「ｒ」を付加して示す。例えば、Ｕ相コイルＵ１ｒは、Ｕ相コイルＵ１の一部であり、Ｕ相コイルＵ１とは逆向きに電流が流れるに過ぎない（図示する凡例を参照）。Ｕ相コイルＵ１からＵ相コイルＵ１ｒまでの間隔（図１の構成例では６スロット）は、後述するコイルエンド部ＣＥ（図２を参照）に相当し、電機子コイル極ピッチＰ１１とする。符号「ｒ」の付加と電機子コイル極ピッチＰ１１については、いずれもＵ相コイルＵ１（Ｕ１ｒ）以外の電機子コイル１２ａにも同様に適用している。
【００２４】
界磁コイル１２ｆは、複数（本形態では３）のコイルからなり、断面形状を問わない。図１の構成例では、界磁コイルＦ１（Ｆ１ｒ），Ｆ２（Ｆ２ｒ），Ｆ３（Ｆ３ｒ）からなる。１つのスロット１２ｓに対して１本以上の界磁コイルが収容される。電機子コイル１２ａと同様に、界磁コイルＦ１，Ｆ２，Ｆ３に流れる電流と逆向きに流れるコイルには符号「ｒ」を付加して示す。すなわち界磁コイルＦ１ｒは、コアティース１２ｔに巻回される界磁コイルＦ１の一部であり、界磁コイルＦ１とは逆向きに電流が流れるに過ぎない。界磁コイルＦ１から界磁コイルＦ１ｒまでの間隔（図１の構成例では３スロット）は、後述するコイルエンド部ＣＥ（図２を参照）に相当し、界磁コイル極ピッチＰ１３とする。符号「ｒ」の付加と界磁コイル極ピッチＰ１３については、界磁コイルＦ１（Ｆ１ｒ）以外の界磁コイル１２ｆにも同様に適用している。
【００２５】
界磁コイル１２ｆの巻回例や、界磁コイルＦ１，Ｆ２，Ｆ３と界磁コイルＦ１ｒ，Ｆ２ｒ，Ｆ３ｒとの関係については、図２に示す通りである。図中に示す矢印は電流の向きであるが、図示する方向と逆方向に流れる場合もある。各コイルのうちで、スロット１２ｓに収容される部位がスロット収容部であり、スロット１２ｓに収容されずに電機子コア１２ｃから突出する部位がコイルエンド部ＣＥである（図２を参照）。図２には、Ｕ相コイルＵ１，Ｕ１ｒ間のコイルエンド部ＣＥと、界磁コイルＦ１，Ｆ１ｒ間のコイルエンド部ＣＥを代表して示す。図示しないが、他相のコイルについても同様である。以下では、特に明示しない限り、符号「ｒ」を省略する。
【００２６】
電機子コイル１２ａによって生成されるＭ極対の磁極と、界磁コイル１２ｆへの通電によって生成されるＮ極対の界磁極と、セグメント１１ａ，１３ａの個数であるＫ個は、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たすように設定する。この関係式を満たすことで、固定子１２Ａと回転子１１，１３Ａとの間において磁気変調原理が作用し、磁気伝達トルクが発生する。以下では、Ｍ＋Ｎ＝Ｋの関係式を満たすＭ＝６（分布巻ｑ＝２），Ｎ＝１２（分布巻ｑ＝３），Ｋ＝１８の組み合わせを代表して説明する。
【００２７】
上述のように構成される回転電機１０Ａを制御する制御装置について、図３を参照しながら説明する。図３に示す制御装置２０Ａは、制御装置２０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。この制御装置２０Ａは、制御部２１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２１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２１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、電機子コイル１２ａや界磁コイル１２ｆに電流を流す。発電機として作動させる制御では、電機子コイル１２ａ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動作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２１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相コイル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相コイル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相コイルＷ１，Ｗ２に接続される。Ｕ相コイルＵ２，Ｖ相コイルＶ２，Ｗ相コイルＷ２の片端は中性点Ｐｍに接続される。スイッチング部Ｓｆと界磁コイルＦ１，Ｆ２，Ｆ３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】
上述した制御装置２０Ａにおいて、回転電機１０Ａを電動機として作動させる制御が行われると、図４に示すような変調磁束φｋ流れる。セグメント１１ａとセグメント１３ａは同様に構成されて作用するので、以下ではセグメント１１ａを代表して説明する。なお、図４では電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの図示を省略する。
【００３２】
図４に示すセグメント１１ａは、面取り部１１ａ１や凸状部１１ａ２などを有する。面取り部１１ａ１は、セグメント１１ａにおける双方の周方向（図面左右方向）端面が面取りされる部位である。凸状部１１ａ２は、セグメント１１ａにおける双方の周方向端部であって、固定子１２（コアティース１２ｔ）と対面する側に設けられる部位である。
【００３３】
変調磁束φｋは、変調子である回転子１１，１３Ａを周方向に縦断して流れる磁束である。図４に示す変調磁束φｋは、あるコアティース１２ｔ（図面左端）から空隙Ｇｉを介して一方側（図面左側）の凸状部１１ａ２に流れ込む。セグメント１１ａを流れた後、変調磁束φｋは他方側（図面右側）の凸状部１１ａ２から空隙Ｇｉを介して他のコアティース１２ｔ（図面右端）に流れ込む。図示するように、空隙Ｇｉを介して変調磁束φｋが流れるのは、凸状部１１ａ２に最も接近しているコアティース１２ｔである。このように変調磁束φｋが流れることで、磁気変調原理によって回転子１１が回転する。
【００３４】
図示しないが、セグメント１３ａとコアティース１２ｔとの間も同様に変調磁束φｋが流れる。回転子１１，１３Ａに備えるセグメント１１ａ，１３ａの双方で変調磁束φｋが流れるので、トルク発生面でもある空隙面積が広げられ、回転電機１０Ａの性能が向上する。空隙面積は、空隙Ｇｉ，Ｇｏにおいてセグメント１１ａ，１３ａとコアティース１２ｔとがそれぞれ対向する面の面積である。
【００３５】
回転電機１０Ａ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５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。図５に実線で示す特性線Ｌ１は、次に示す条件下で得られたものである。
（ａ）回転子１１，１３Ａおよび固定子１２Ａの外径は１３０[ｍｍ]
（ｂ）電機子コア１２ｃの径方向厚さは４０[ｍｍ]
（ｃ）回転数は２００[ｒｐｍ]
（ｄ）電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆ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５に示すような増加傾向を示す。
【００３６】
固定子１２Ａの界磁コイル１２ｆへの通電によって静止した界磁極が生成され、電機子コイル１２ａ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ＡＴ２（例えば図１４〜図１７を参照）が固定子１２Ａに生まれる。変調子である回転子１１，１３Ａは、その第二の回転磁界ＡＴ２と同期して回転する。磁気変調原理に基づいて静止界磁磁界ＡＴｆで第二の回転磁界ＡＴ２（動界磁）を作れるので、回転子１１，１３Ａにはコイルや永久磁石の装着を必要としない。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、電機子コイル１２ａ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。
【００３７】
〔実施の形態２〕
実施の形態２は図６，図７を参照しながら説明する。なお図示および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。
【００３８】
図６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、回転子１１，１３Ｂや固定子１２Ａなどを有する。なお、実施の形態１と同様に、回転子と固定子を除いて、回転電機１０Ｂの構成に必要な要素は図示および説明を省略する。図６でも分かり易くするために回転子１１，１３Ｂや固定子１２Ａが左右方向に直線状に並べて示すが、実際には各要素が円周上に沿って並ぶ（図８，図９，図１０等を参照）。
【００３９】
回転電機１０Ｂは、回転電機１０Ａの回転子１３Ａ（図１を参照）に代えて、軟磁性体で成形される回転子１３Ｂを備える点が相違する。この回転子１３Ｂは、外径側の回転子であって、回転子コア１３ｂや複数（本形態ではＫ個）の突極１３ｃなどを有する。複数の突極１３ｃは、回転子コア１３ｂから固定子１２Ａ（コアティース１２ｔ）側に向けて突出する凸状部位である。この突極１３ｃは、実施の形態１に示すセグメント１３ａと同様に作用する。よって、界磁コイル１２ｆに通電すると、固定子１２Ａに複数（本形態ではＮ極対）の界磁極が生成される。
【００４０】
制御装置２０Ａにおいて、回転電機１０Ｂを電動機として作動させる制御が行われると、図７に示すような変調磁束φｋが流れる。セグメント１１ａとコアティース１２ｔの間については実施の形態１（図４）に示した通りであるので、以下では回転子１３Ｂとコアティース１２ｔの間で流れる磁束について説明する。なお、図７でも電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの図示を省略する。
【００４１】
図７に示す変調磁束φｋは、あるコアティース１２ｔ（図面左端）から空隙Ｇｏを介して一方側（図面左側）の突極１３ｃに流れ込む。回転子コア１３ｂを流れた後、変調磁束φｋは他方側（図面右側）の突極１３ｃから空隙Ｇｏを介して他のコアティース１２ｔ（図面右端）に流れ込む。図示するように、空隙Ｇｏを介して変調磁束φｋが流れるのは、突極１３ｃに最も接近しているコアティース１２ｔである。このように変調磁束φｋが流れることで、磁気変調原理によって回転子コア１３ｂが回転する。
【００４２】
回転電機１０Ｂを電動機として作動させると、実施の形態１（図５）に示す特性線Ｌ１が得られる。図示しないが、回転子１１についても回転子１３Ｂと同様に構成してもよい。いずれにして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。回転子１１，１３Ｂは界磁コイル１２ｆへの通電によって界磁極が生成されるので、永久磁石を必要としない。よって、電機子コイル１２ａに余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失なども生じない。
【００４３】
〔実施の形態３〕
実施の形態３は図８を参照しながら説明する。なお図示および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。
【００４４】
図８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、回転子１１，１３Ａや固定子１２Ｃなどを有する。なお実施の形態１と同様に、回転子と固定子を除いて、回転電機１０Ｃの構成に必要な要素は図示および説明を省略する。
【００４５】
回転電機１０Ｃは、回転電機１０Ａの固定子１２Ａ（図１を参照）に代えて、電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの巻回形態が異なる固定子１２Ｃを備える点が相違する。この固定子１２Ｃは、コアティース１２ｔが図示するように端部を除いて四角形状（正方形に近い形状）に成形される。
【００４６】
電機子コイル１２ａは、複数相（本形態では３相）のコイルからなり、断面形状を問わない。図８の構成例では、Ｕ相コイルＵ（Ｕｒ），Ｖ相コイルＶ（Ｖｒ），Ｗ相コイルＷ（Ｗｒ）からなる。Ｕ相コイルＵ（Ｕｒ）は、実施の形態１のＵ相コイルＵ１（Ｕ１ｒ），Ｕ２（Ｕ２ｒ）に相当する。同様に、Ｖ相コイルＶ（Ｖｒ）はＶ相コイルＶ１（Ｖ１ｒ），Ｖ２（Ｖ２ｒ）に相当し、Ｗ相コイルＷ（Ｗｒ）はＷ相コイルＷ１（Ｗ１ｒ），Ｗ２（Ｗ２ｒ）に相当する。本形態では、電機子コイル極ピッチＰ１１を「３スロット」として巻回する。Ｕ相コイルＵとＵ相コイルＵｒとの間に示す太線や、Ｖ相コイルＶとＶ相コイルＶｒとの間に示す太線などは、いずれもコイルエンド部ＣＥを模式的に示す線状の連続部位である。
【００４７】
界磁コイル１２ｆは、界磁コイルＦ（Ｆｒ）からなる。界磁コイルＦ（Ｆｒ）は、実施の形態１の界磁コイルＦ１（Ｆ１ｒ），Ｆ２（Ｆ２ｒ），Ｆ３（Ｆ３ｒ）に相当する。本形態では、界磁コイル極ピッチＰ１３を「１スロット」として巻回する。界磁コイルＦと界磁コイルＦｒとの間に示す太線は、いずれもコイルエンド部ＣＥを模式的に示す線状の連続部位である。
【００４８】
回転電機１０Ｃを電動機として作動させると、実施の形態１（図５）に示す特性線Ｌ１が得られる。すなわちコアティース１２ｔの形状や電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの巻回形態が異なる構成でも、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。図示しないが、回転子１１，１３Ａの一方または双方を実施の形態２（図６）に示す回転子１３Ｂと同様に構成しても、同様の作用効果が得られる。回転子１１，１３Ａは界磁コイル１２ｆへの通電によって界磁極が生成されるので、永久磁石を必要としない。よって、電機子コイル１２ａに余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失なども生じない。
【００４９】
〔実施の形態４〕
実施の形態４は図９を参照しながら説明する。なお図示および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。
【００５０】
図９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、回転子１１，１３Ａや固定子１２Ｄなどを有する。なお実施の形態１と同様に、回転子と固定子を除いて、回転電機１０Ｄの構成に必要な要素は図示および説明を省略する。
【００５１】
回転電機１０Ｄは、回転電機１０Ａの固定子１２Ａ（図１を参照）に代えて、電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの巻回形態が異なる固定子１２Ｄを備える点が相違する。この固定子１２Ｄは、複数の径方向位置（周方向に異なる角度の位置）における電機子コア１２ｃの外径側と内径側にそれぞれスロット１２ｓが設けられ、径方向に沿って電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆが個別に巻回される。すなわち電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆは、実施の形態１〜３と異なり、「トロイダル巻」によってスロット１２ｓに収容して電機子コア１２ｃに巻回される。
【００５２】
電機子コイル１２ａは、複数相（本形態では３相）のコイルからなり、断面形状を問わない。図９の構成例では、実施の形態３（図８）と同様に、Ｕ相コイルＵ（Ｕｒ），Ｖ相コイルＶ（Ｖｒ），Ｗ相コイルＷ（Ｗｒ）からなる。界磁コイル１２ｆは、実施の形態３（図８）と同様に、界磁コイルＦ（Ｆｒ）からなる。界磁コイルＦと界磁コイルＦｒとの間に示す太線や、Ｕ相コイルＵとＵ相コイルＵｒとの間に示す太線などは、いずれもコイルエンド部ＣＥを模式的に示す線状の連続部位である。
【００５３】
回転電機１０Ｄを電動機として作動させると、実施の形態１（図５）に示す特性線Ｌ１が得られる。すなわち電機子コア１２ｃの形状や電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆの巻回形態が異なる構成でも、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。図示しないが、回転子１１，１３Ａの一方または双方を実施の形態２（図６）に示す回転子１３Ｂと同様に構成しても、同様の作用効果が得られる。回転子１１，１３Ａは界磁コイル１２ｆへの通電によって界磁極が生成されるので、永久磁石を必要としない。よって、電機子コイル１２ａに余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失なども生じない。
【００５４】
〔実施の形態５〕
実施の形態５は図１０を参照しながら説明する。なお図示および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。
【００５５】
図１０に示す回転電機１０Ｅは、実施の形態３（図８）に示す回転電機１０Ｃの変形例である。回転電機１０Ｃの固定子１２Ｃ（図８を参照）に代えて、固定子１２Ｅを備える点が相違する。固定子１２Ｅは、固定子１２Ｃの構成に加えて、複数の永久磁石Ｍｉ，Ｍｏを有する。それぞれの永久磁石Ｍｉ，Ｍｏは、スロット１２ｓの開口部を塞ぐように、コアティース１２ｔ（具体的には周方向に突出する凸部）の相互間に設けられる。具体的には、永久磁石Ｍｉは内径側のコアティース１２ｔ間に設けられ、永久磁石Ｍｏは外径側のコアティース１２ｔ間に設けられる。
【００５６】
図１０には、電機子コイル１２ａへの通電によってコアティース１２ｔに生成される極性（磁極）の一例を示す。径方向に生成され、「Ｎ」はＮ極を示し、「Ｓ」はＳ極を示す。永久磁石Ｍｉ，Ｍｏは、コアティース１２ｔに生成される極性と対向するように磁化される磁極と対向するように磁化される。言い換えると、コアティース１２ｔの極性がＮ極であれば永久磁石Ｍｉ，ＭｏのＮ極側を配置し、コアティース１２ｔの極性がＳ極であれば永久磁石Ｍｉ，ＭｏのＳ極側を配置する。このように構成すると、セグメント１１ａ，１３ａに生成される界磁極に伴う磁気漏れを防ぐ効果が生まれる。その他については実施の形態３と同様の構成であるので、実施の形態３と同様の作用効果が得られる。
【００５７】
〔実施の形態６〕
実施の形態６は図１１〜図１８を参照しながら説明する。なお図示および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。
【００５８】
図１１に示す回転電機１０Ｆは、回転電機１０の一例である。この回転電機１０Ｆは、回転子１１，１３Ａや固定子１２Ｆなどを有する。なお、実施の形態１と同様に、回転子と固定子を除いて、回転電機１０Ｆの構成に必要な要素は図示および説明を省略する。図１１でも分かり易くするために回転子１１，１３Ａや固定子１２Ｆが左右方向に直線状に並べて示すが、実際には各要素が円周上に沿って並ぶ（図８，図９，図１０等を参照）。
【００５９】
回転電機１０Ｆは、回転電機１０Ａの回転子１３Ａ（図１を参照）に代えて、電機子コイル１２ａが巻回される固定子１２Ｆを備える点が相違する。図１１に示す固定子１２Ｆの電機子コイル１２ａは、Ｕ相コイルＵ１（Ｕ１ｒ），Ｕ２（Ｕ２ｒ）、Ｖ相コイルＶ１（Ｖ１ｒ），Ｖ２（Ｖ２ｒ）、Ｗ相コイルＷ１（Ｗ１ｒ），Ｗ２（Ｗ２ｒ）からなる。実施の形態１とは異なって界磁コイル１２ｆを巻回しないので、固定子１２Ｆに生成される複数（本形態ではＮ極対）の界磁極は、電機子コイル１２ａに対して零相電流または直流成分を重畳した非対称三相交流を通電して実現する。言い換えると、非対称三相交流の通電によって、界磁コイル１２ｆへの通電と同等の界磁極を固定子１２Ｆに生成する。
【００６０】
図１２に示す制御装置２０Ｆは、実施の形態１（図３）の制御装置２０Ａ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。
【００６１】
以下の説明では、Ｕ相電流Ｉｕは中性点ＰｍからＵ相コイルＵ１，Ｕ２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相コイルＶ１，Ｖ２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相コイルＷ１，Ｗ２を経て接続点Ｐｗに向かって流れるものとする。
【００６２】
図１３には、縦軸を相電流とし、横軸を時間として、制御装置２０Ｆ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。
【００６３】
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コイル１２ａ（すなわちＵ相コイルＵ１，Ｕ２、Ｖ相コイルＶ１，Ｖ２およびＷ相コイルＷ１，Ｗ２）に流せばよい。図１３に示す制御例は、Ｕ相電流Ｉｕに直流成分（電流α）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＋αから最大電流値Ｉmax＋α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に直流成分を重畳してもよく、Ｗ相電流Ｉｗに直流成分を重畳してもよく、Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗのうちで２相の電流に直流成分を重畳してもよい。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）。
【００６４】
図１３に示す時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５におけるベクトル図を図１４〜図１８に示す。これらの図において、電機子回転磁界ＡＴａは電機子コイル１２ａ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。
【００６５】
図１４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ＡＴ２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１５〜図１７でも同様である）。なお、第二の回転磁界ＡＴ２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ＡＴ２の概念を理解し易くするために用いる。
【００６６】
図１５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。
【００６７】
図１６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。
【００６８】
図１７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。
【００６９】
図１４〜図１７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１８のようになる。図１８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ＡＴ２が固定子１２Ａに生まれる。
【００７０】
上述した直流成分の重畳に代えて、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／オフを制御して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相の電機子コイル１２ａ（すなわちＵ相コイルＵ１，Ｕ２、Ｖ相コイルＶ１，Ｖ２およびＷ相コイルＷ１，Ｗ２）に流れる各電流に重畳して流れる。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ＡＴ２が固定子１２Ａに生まれる。
【００７１】
回転電機１０Ｆを電動機として作動させると、実施の形態１（図５）に示す特性線Ｌ１が得られる。すなわち界磁コイル１２ｆを無くし、電機子コイル１２ａを備える固定子１２Ｆ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。図示しないが、回転子１１，１３Ａの一方または双方を実施の形態２（図６）に示す回転子１３Ｂと同様に構成しても、同様の作用効果が得られる。回転子１１，１３Ａは電機子コイル１２ａに対して零相電流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極が生成されるので、永久磁石を必要としない。よって、電機子コイル１２ａに余分な電流を流す必要がなく損失が抑えられ、無負荷時の磁石吸引力による引きずり損失なども生じない。
【００７２】
〔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１〜６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。
【００７３】
上述した実施の形態１，２，３，５では、全てのスロット１２ｓにおける径方向の一方側（例えば内径側）に電機子コイル１２ａを巻回し、他方側（例えば外径側）に界磁コイル１２ｆを巻回する構成とした（図１，図６，図８，図１０を参照）。この形態に代えて、一以上のスロット１２ｓにおける径方向の一方側と他方側で電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆとを入れ替えて巻回する構成としてもよい。例えば図１９に示す回転電機１０Ｇは、実施の形態１（図１）に示す回転電機１０Ａの変形例であり、一のスロット１２ｓおきに電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆとを交互に入れ替えて巻回する構成例を示す。図示しないが、二以上のスロット１２ｓおきに電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆとを交互に入れ替えて巻回する構成としてもよい。実施の形態２，３，５に示す回転電機１０（１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｅ）についても同様に適用することができる。いずれの構成にせよ、電機子コア１２ｃ（電機子鉄心）に同等の大きさの界磁極も生成することができる。すなわち回転子１１と回転子１３を同等のトルクで回転させることができる。
【００７４】
上述した実施の形態１〜６では、電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆをそれぞれ３相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）で巻回する構成とした（図１，図６，図８〜図１１を参照）。この形態に代えて、４相以上の多相で電機子コイル１２ａと界磁コイル１２ｆをそれぞれ巻回する構成としてもよい。相数が相違するに過ぎないので、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【００７５】
上述した実施の形態１〜６では、回転電機１０（１０Ａ〜１０Ｆ）は複数の回転子１１，１３と固定子１２とを有するダブルロータ型で構成した（図１，図６，図８〜図１１を参照）。この形態に代えて、回転子１１，１３のうちで一方の回転子と、固定子１２とを有するシングルロータ型の回転電機１０を構成してもよい。回転子の数が相違するに過ぎないので、ダブルロータ型に比べてトルクが低下する点を除いて、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【００７６】
上述した実施の形態１〜６では、電機子コイル１２ａによって生成されるＭ極対の磁極と、界磁コイル１２ｆによって回転子１１，１３に生成されるＮ極対の界磁極と、セグメント１１ａ，１３ａの個数であるＫ個は、Ｍ＋Ｎ＝Ｋの関係式を満たすＭ＝６，Ｎ＝１２，Ｋ＝１８の組み合わせを適用して構成した（図１，図６，図８〜図１１を参照）。この形態に代えて、Ｍ＝６，Ｎ＝１２，Ｋ＝１８の組み合わせ以外であって、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たすＭ，Ｎ，Ｋ（いずれも自然数）の組み合わせを適用して構成してもよい。例えば、Ｍ＝１８，Ｎ＝６，Ｋ＝１２（Ｍ−Ｎ＝Ｋの一例）の組み合わせなどが該当する。回転電機１０（１０Ａ〜１０Ｇ）の種類や定格等に応じて、最適の数値を適用するとよい。いずれにせよ、上記関係式を満たすことで、固定子１２と回転子１１，１３との間において磁気変調原理が作用し、磁気伝達トルクが発生する。よって、実施の形態１〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【００７７】
上述した実施の形態５では、コアティース１２ｔ（具体的には内径側と外径側とでそれぞれ周方向に突出する凸部）の相互間に設けられる永久磁石Ｍｉ，Ｍｏをそれぞれ１個で構成とした（図１０を参照）。この形態に代えて、一以上の永久磁石Ｍｉ，Ｍｏは、それぞれ複数個の分割永久磁石で構成してもよい。分割永久磁石は、永久磁石Ｍｉ，Ｍｏよりも体格が小さい永久磁石である。１個か複数個かの相違に過ぎないので、実施の形態５と同様の作用効果を得ることができる。
【００７８】
上述した実施の形態１，３〜６では、セグメント１１ａ，１３ａについて双方の周方向端面に面取り部１１ａ１を設け、双方の周方向端部に凸状部１１ａ２を設ける構成とした（図１，図４，図６，図８〜図１１を参照）。この形態に代えて、面取り部１１ａ１はセグメント１１ａ，１３ａについて一方の周方向端面に設けてもよい。凸状部１１ａ２は、双方の周方向端部以外の部位に設けてもよい。いずれの構成にせよ、変調磁束φｋが流れることで、磁気変調原理によって回転子１１，１３が回転する。よって、実施の形態１，３〜６と同様の作用効果を得ることができる。
【００７９】
〔作用効果〕
上述した実施の形態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。
【００８０】
（１）回転電機１０（１０Ａ〜１０Ｇ）において、固定子１２は、Ｍ極対で電機子コア１２ｃに巻回される電機子コイル１２ａと、Ｎ極対の界磁極（界磁コイル１２ｆ，静止界磁磁界ＡＴｆ）とを有し、回転子１３は、固定子１２と対面する側に複数の凸状部１１ａ２を含むＫ個の軟磁性体１１ａ，１３ａを有し、電機子コイル１２ａ、界磁極および軟磁性体１１ａ，１３ａは、｜Ｍ±Ｎ｜＝Ｋの関係式を満たす構成とした（図１，図６，図８〜図１１，図１９を参照）。この構成によれば、Ｍ極対の電機子回転磁界ＡＴａと、Ｎ極対の静止界磁磁界ＡＴｆとから、新たな第二の回転磁界ＡＴ２が固定子１２に生まれる。変調子である回転子１１，１３は、第二の回転磁界ＡＴ２によって回転する。このような磁気変調原理によって回転子１１，１３が回転するので、ブラシレスでかつ性能を向上できる。
【００８１】
（２）Ｎ極対の界磁極は、電機子コア１２ｃに巻回される界磁コイル１２ｆ（Ｆ１，Ｆ１ｒ，Ｆ２，Ｆ２ｒ，Ｆ３，Ｆ３ｒ）に通電することによって生成される界磁極（図１，図６，図８〜図１０，図１９を参照）、または、電機子コイル１２ａに対して零相電流または直流成分を重畳した非対称三相交流（Ｕ相電流Ｉｕ，Ｖ相電流Ｉｖ，Ｗ相電流Ｉｗ）を通電することによって生成される界磁極である構成とした（図１１〜図１８を参照）。この構成によれば、固定子１２に界磁極（静止界磁磁界ＡＴｆ）が確実に生成されるので、磁気変調原理が作用し、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固定子１２に界磁極を生成する場合は、不要となる界磁コイル１２ｆの分だけ電機子コイル１２ａを多く巻回することができるので、回転電機１０を高性能化することができる。
【００８２】
（３）空隙Ｇｉ，Ｇｏを介して固定子１２を挟むように配置される二の回転子１１，１３を有する構成とした（図１，図６，図８〜図１１，図１９を参照）。三以上の回転子を備える構成としてもよい。具体的には、内径側に複数の回転子１１を備えたり、外径側に複数の回転子１３を備えたりする。いずれの構成にせよ、トルク発生面である空隙面積が広げられるので、回転電機１０の性能がより向上する。
【００８３】
（４）複数の回転子１３のうちで一方または双方の回転子１１，１３にかかるＫ個の軟磁性体１１ａ，１３ａは、磁気的に分離されるセグメント１１ａ，１３ａである構成とした（図１，図８〜図１１，図１９を参照）。この構成によれば、セグメント間をパスする磁気回路が独立で自由な磁気ポテンシャルに決まることになり、回転電機１０の性能が高まる。また、磁性体をセグメント１１ａ，１３ａにすることで各軟磁性体１１ａ，１３ａ間での磁束漏れを抑制できるため、強め界磁磁束が有効に磁気変調され、良好なトルク増加作用が得られる。
【００８４】
（５）一方の回転子１１はＫ個のセグメント１１ａを有し、他方の回転子１３ＢはＫ個の突極１３ｃを有する歯車形状で構成される構成とした（図６，図７を参照）。この構成によれば、他方の回転子１３Ｂは歯車形状で構成されるので、一方の回転子１１に構成されるセグメント１１ａの遠心耐力設計が容易に行える。
【００８５】
（６）固定子１２は、隣り合う電機子コア１２ｃ（コアティース１２ｔを含む）の相互間に配置される永久磁石Ｍｉ，Ｍｏを有し、永久磁石Ｍｉ，Ｍｏは電機子コア１２ｃの極性と対向するように磁化される構成とした（図１０を参照）。この構成によれば、電機子コア１２ｃの極性と対向するように磁化される永久磁石Ｍｉ，Ｍｏによって、電機子コア１２ｃ（特にコアティース１２ｔ）間で磁気漏れを防ぐ効果が生まれるので、さらに性能が向上する。
【００８６】
（７）一以上のセグメント１１ａ，１３ａは、一方または双方の周方向端面が面取りされている面取り部１１ａ１を有する構成とした（図１，図６，図８〜図１１，図１９を参照）。この構成によれば、周方向端面からの磁束漏れを抑制することできる。よって、強め界磁磁束がさらに有効に磁気変調され、トルクをより増加させることができる。
【００８７】
（８）一以上のセグメント１１ａ，１３ａは、双方の周方向端部に凸状部１１ａ２を有する構成とした（図１，図６，図８〜図１１，図１９を参照）。この構成によれば、双方の凸状部１１ａ２のうちで一方の凸状部１１ａ２に磁束が入るように流れ、他方の凸状部１１ａ２から磁束が出るように流れる。すなわち、軟磁性体１１ａ，１３ａと電機子コア（具体的にはコアティース１２ｔ）との間で磁束の出入りを分けられ、一つの凸状部１１ａ２で磁束の流れが互いに逆向きになるのが防止される。よって、磁気変調原理がさらに高められ、回転電機１０の性能をさらに向上させることができる。
【符号の説明】
【００８８】
１０（１０Ａ〜１０Ｇ）  回転電機
１１，１３  回転子（ロータ）
１１ａ，１３ａ  セグメント（軟磁性体）
１１ａ２  凸状部
１２  固定子（ステータ）
１２ａ  電機子コイル（電機子巻線）
１２ｃ  電機子コア（電機子鉄心）
１２ｆ  界磁コイル（界磁巻線）
２０（２０Ａ，２０Ｆ）  制御装置
ＡＴａ  回転磁界
ＡＴｆ  界磁磁界
Ｇｉ，Ｇｏ  空隙
【図１】
2016077064.tif 000003
【図２】
2016077064.tif 000004
【図３】
2016077064.tif 000005
【図４】
2016077064.tif 000006
【図５】
2016077064.tif 000007
【図６】
2016077064.tif 000008
【図７】
2016077064.tif 000009
【図８】
2016077064.tif 000010
【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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