(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石型界磁極を有して出力軸に固定された第１のロータと、
永久磁石型界磁極を有するとともに前記第１のロータに対して相対回動可能に配置される第２のロータと、
前記両ロータの界磁極により形成される界磁束の両方と鎖交する電機子コイルを有してハウジングに固定されるステータコアと、
前記第１のロータに対する前記第２のロータの相対回動を所定角度範囲内に規制するロータ相対回動規制機構と、
を有することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項２】
請求項１記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対回動規制機構は、
前記第２のロータが前記第１のロータに対して第１の所定相対角度値以上時計方向（回転方向）へ相対回動するのを禁止する時計方向相対回動禁止ストッパと、
前記第２のロータが前記第１のロータに対して第２の所定相対角度値以上反時計方向（反回転方向）へ相対回動するのを禁止する反時計方向相対回動禁止ストッパと、
を有することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項３】
請求項２記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対回動規制機構は、
一端が前記第１のロータに、他端が前記第２のロータに係止されて前記両ロータを周方向互いに逆側に弾性付勢する弾性体を有することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項４】
請求項１記載の複数ロータ型同期機において、
前記両ロータは、円筒形状に形成された前記ステータコアの両周面に個別に対面して配置されることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項５】
請求項４記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対回動規制機構は、前記両ロータのうち、径方向内側に位置する前記第２のロータの更に径方向内側に配置されていることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項６】
請求項１記載の複数ロータ型同期機の制御方法において、
前記電機子コイルの電流値又は通電位相を制御して前記両ロータ間の相対角度を調整することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項７】
少なくとも一方は永久磁石型界磁極を有して相対回動可能に同軸配置された一対のロータと、ハウジングに固定されるステータコアと、前記ステータコアに巻装されて前記両ロータの界磁束と鎖交する電機子コイルとを有し、検出した前記両ロータ間の相対角度に基づいて前記両ロータ間の相対角度を所望値に変更するロータ相対角度調整部を有する複数ロータ型同期機において、
前記両ロータは、前記ステータコアの内周面に対面する内側ロータ、及び、前記ステータコアの外周面に対面する外側ロータからなり、
前記ロータ相対角度調整部は、前記内側ロータの径内側に収容されていることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項８】
請求項７記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対角度調整部は、
前記両ロータに周方向に係合する弾性部材を有し、前記両ロータの電磁トルクを変更し、前記電磁トルクと前記弾性部材の設定荷重とにより前記両ロータ間の相対角度を設定することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項９】
請求項８記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対角度調整部は、
前記ロータの電磁トルクの変更による単一の前記弾性部材の伸縮により、前記弾性部材の中立状態に対応する前記両ロータの中立相対位置を中心として前記両ロータを一方向又は他方向へ相対回転させることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１０】
請求項８記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対角度調整部は、前記両ロータの一方に支承されて前記両ロータの他方を互いに反対方向に弾性付勢する一対の弾性部材を有し、
ロータの電磁トルクの変更による前記両弾性部材の伸縮により、非通電時における前記両弾性部材の弾性付勢力の均衡状態に対応する前記両ロータの中立相対位置を中心として前記両ロータを一方向又は他方向へ相対回転させることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１１】
請求項９又は１０記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対角度調整部は、
前記中立相対位置からの前記一方向又は他方向への前記両ロータ間の相対回動を所定相対位置で停止させる一対のストッパを有することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１２】
請求項１１記載の複数ロータ型同期機において、
前記一対のストッパの一方が前記両ロータの相対回動を停止させる場合に前記両ロータは最大電動トルクを発生し、前記一対のストッパの他方が前記両ロータの相対回動を停止させる場合に前記両ロータは最大発電トルクを発生することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１３】
請求項７乃至１２のいずれか記載の複数ロータ型同期機において、
前記両ロータの一方は、他方よりも２倍以上大きな慣性質量を有していることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１４】
請求項１３記載の複数ロータ型同期機において、
大慣性質量側の前記ロータは、エンジンのクランクシャフトに固定され、小慣性質量側の前記ロータは、前記ロータ相対角度調整部を介して前記大慣性質量側の前記ロータに相対角度変更可能に係合されていることを特徴とする複数ロータ型同期機。
【請求項１５】
請求項８乃至１４記載の複数ロータ型同期機において、
前記ロータ相対角度調整部と、前記両ロータを相対角度無段階変更可能に係合することを特徴とする複数ロータ型同期機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数ロータ型同期機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石型同期機は他の形式の同期機に比較して高出力でコンパクト化が容易であり、ハイブリッド車や電気自動車の車両走行モータに好適であるが、車両走行モータでは、低速トルク確保のために磁石磁界を十分大きく確保すると、高速回転時に過大な電機子巻線誘起電圧が駆動回路の半導体駆動素子などに印加されるため、高速回転時の磁石磁界を低減する減磁手段を設ける必要があった。
【０００３】
特開平１０ー３０４６３３号公報は、永久磁石型ロータコア内に、これら永久磁石を磁気的に短絡する磁気短絡部材を軸方向に挿通し、更にロータコアの径内側に静止ヨークを設けてそれに界磁コイルを巻装し、界磁コイルへの通電により磁気短絡部材を流れる短絡磁束量を調節し、これにより電機子巻線と有効に鎖交する有効界磁束量を制御して電機子巻線の発電電圧を調節可能とする静止界磁コイル式磁石併用同期機を提案している。
【０００４】
また、特開平１１ー７８５５８号公報は、車両用回転電機をクランクシャフトと変速機との間に介設されてクランクシャフトにより駆動されるリヤ配置型車両用回転電機を提案している。このリヤ配置型車両用回転電機は、エンジン前部に装備される従来のフロント配置型車両用回転電機に比較して、エンジン前部にベルトに沿ってこの車両用回転電機以外の補機を増設する等の構成を可能とし、更にこのベルトにより近年必要になりつつある大出力の車両用回転電機の駆動のために小径の回転電機用プーリとベルトとの滑りが大きくなるという問題も解消することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した公報の静止界磁コイル式磁石併用同期機は、構造が複雑であるという欠点があった。
【０００６】
また、上記した従来のリヤ配置型車両用回転電機は、クランクシャフトとその後方のクラッチやトルクコンバータなどのトルク伝達要素との間に介設されるためパワートレイン長が増大し、それを囲むハウジングを含めてパワートレインが大型、大重量となり、振動、変形抑止のための剛性確保の点でも不利となった。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、簡素な構造をもち、信頼性、実用性に優れた複数ロータ型同期機を提供することをその目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明の複数ロータ型同期機は、永久磁石型界磁極を有して出力軸に固定された第１のロータと、永久磁石型界磁極を有するとともに前記第１のロータに対して相対回動可能に配置される第２のロータと、前記両ロータの界磁極により形成される界磁束の両方と鎖交する電機子コイルを有してハウジングに固定されるステータコアと、前記第２のロータを前記第１のロータに対して所定角度範囲内で相対回動可能としかつ前記角度範囲外への相対回動禁止とするロータ相対回動規制機構とを有することを特徴としている。
【０００９】
本構成によれば、上記所定相対角度範囲内で第２のロータの角度を調整することにより、両ロータの永久磁石の合成磁束により構成される電機子コイルに作用する界磁束ベクトルの位相（電機子コイル通電電流の位相を基準とする）や大きさを調整することができる。
【００１０】
このため、たとえば低速回転時において大きな電動トルクが要求される場合には、両ロータの相対角度を両ロータが大きな電動トルクを発生するよう調節し、高速回転時においてはこのような大電動トルクが不必要（特に車両用では）であるので、両ロータの相対角度を両ロータが小さいトルク電動トルクを発生するよう調節することができ、低速大トルク発生能力を確保しつつ、高速時に電機子コイルが大きな逆起電力を発生するのを簡素な構造で抑止することができる。
【００１１】
この発明で重要な点は、電機子コイルが両ロータの界磁極磁束（界磁束）とそれぞれ鎖交することであり、これを実現するには、共通の電機子コイルが両界磁束と鎖交する構成でもよいし、一方のロータの界磁束と鎖交する電機子コイルと、他方のロータの界磁束と鎖交する電機子コイルとを直列接続してもよい。これにより、電源からからみた電機子コイルに鎖交する合成界磁束量は両ロータの相対回動により変更されることになる。
【００１２】
好適な態様において、上述した大トルク発生角度位置において、両ロータの界磁極は小さい相対角度位置に設定される。これにより電機子コイルには大きな合成界磁束が鎖交することになり、大きな電動トルクを発生することができる。発電動作時に大きな発電電圧を得ることもできる。
【００１３】
好適な態様において、上述した小トルク発生角度位置において、両ロータの界磁極間の相対角度位置は大きくされ、これにより電機子コイルには小さい合成界磁束が鎖交することになり、電機子コイルの逆起電力を許容可能な小さい値に設定することができる。
【００１４】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の複数ロータ型同期機において、前記ロータ相対回動規制機構は、前記第２のロータが前記第１のロータに対して第１の所定相対角度値以上時計方向（回転方向）へ相対回動するのを禁止する時計方向相対回動禁止ストッパと、前記第２のロータが前記第１のロータに対して第２の所定相対角度値以上反時計方向（反回転方向）へ相対回動するのを禁止する反時計方向相対回動禁止ストッパとを有することを特徴としている。
【００１５】
本構成によれば、両ロータは２つの安定相対回動角度位置のどちらかに制御される。これにより、両安定位置にて異なる大きさの合成界磁束が電機子コイルと鎖交することになる。
【００１６】
すなわち、たとえば回転方向側の安定相対角度位置にて第２のロータは電動トルク（駆動トルク）を発生して第１のロータを回転方向に付勢することができ、反回転方向側の安定相対角度位置にて第２のロータは発電トルク（負荷トルク）を発生して第１のロータを反回転方向に付勢することができる。
【００１７】
たとえば電動動作において、回転方向側の安定相対角度位置にて両ロータの界磁極が同一角度位置をもつ場合、これにより電機子コイルには大きな合成界磁束が鎖交することになり、電動動作時には大駆動トルクを発生することができる。また、反回転方向側の安定相対角度位置では両ロータの界磁極間の相対角度が増加されるため、これにより電機子コイルには小さい合成界磁束が鎖交することになり、電機子コイルの逆起電力を許容可能な小さい値に設定することができ、駆動トルクは小さくなり、第１のロータの駆動トルクが第２のロータの発電トルクで低減される。
【００１８】
その他の構成において、たとえば発電動作において、反回転方向側の安定相対角度位置にて両ロータの界磁極は同一角度位置をもつ場合には、これにより電機子コイルには大きな合成界磁束が鎖交することになり、発電動作時には大発電トルク（負荷トルク）を発生することができる。また、回転方向側の安定相対角度位置では両ロータの界磁極間の相対角度が増加されるので、これにより電機子コイルには小さい合成界磁束が鎖交することになり、電機子コイルの逆起電力を許容可能な小さい値に設定することができ、これにより第１のロータの発電動作を第２のロータの電動動作で減少させて、発電電圧を小さくすることができ、第１のロータの発電トルクが第２のロータの駆動（電動）トルクで低減される。
【００１９】
請求項３記載の構成によれば請求項２記載の複数ロータ型同期機において、前記ロータ相対回動規制機構は、一端が前記第１のロータに、他端が前記第２のロータに係止されて前記両ロータを周方向互いに逆側に弾性付勢する弾性体を有することを特徴としている。
【００２０】
本構成によれば、請求項２記載の作用に加えて更に、第２のロータに作用する時計方向（回転方向）の電磁力と、第２のロータを反時計方向（反回転方向）へ付勢する弾性付勢力とが均衡する角度位置を、第２のロータがもつことができ、この角度位置における両ロータ間の界磁極間の角度差に応じて電機子コイルと鎖交する界磁束量を調節することができる。
【００２１】
たとえば、低速電動動作（たとえばトルクアシスト時）において、第２のロータが最大限時計方向へ相対回動した角度位置にて最大の合成界磁束量を電機子コイルと鎖交させて大きな電動トルクを発生させることができる。高速電動動作においては、電流位相をたとえば反時計方向へ回動させる。すると、第２のロータの電磁力（駆動トルク）が小さくなり、弾性体が第２のロータを反時計方向へ弾性付勢して第２のロータは反時計方向へ相対回動し、両ロータの合成駆動トルクは減少する。また、電機子コイルと鎖交する合成界磁束量も減少する。
【００２２】
請求項４記載の構成によれば請求項１記載の複数ロータ型同期機において、前記両ロータは、円筒形状に形成された前記ステータコアの両周面に個別に対面して配置されることを特徴としている。
【００２３】
本構成によれば、簡素な構造で小型軽量化が可能となる。
【００２４】
請求項５記載の構成によれば請求項４記載の複数ロータ型同期機において、前記ロータ相対回動規制機構は、前記両ロータのうち、径方向内側に位置する前記第２のロータの更に径方向内側に配置されていることを特徴としている。
【００２５】
本構成によれば、簡素な構造で小型軽量化が可能となる。
【００２６】
請求項６記載の構成によれば請求項１記載の複数ロータ型同期機の制御方法において、前記電機子コイルの電流値又は通電位相を制御して前記両ロータ間の相対角度を調整することを特徴としている。本構成によれば簡素な制御により両ロータ間の相対角度を調節することができる。
【００２７】
請求項７記載の複数ロータ型同期機は、永久磁石型界磁極を有して相対回動可能に同軸配置された一対のロータと、ハウジングに固定されるステータコアと、前記ステータコアに巻装されて前記両ロータの界磁束と鎖交する電機子コイルとを有し、検出した前記両ロータ間の相対角度に基づいて前記両ロータ間の相対角度を所望値に変更するロータ相対角度調整部を有し、前記両ロータは、前記ステータコアの内周面に対面する内側ロータ、及び、前記ステータコアの外周面に対面する外側ロータからなり、前記ロータ相対角度調整部は、前記内側ロータの径内側に収容されていることを特徴としている。
【００２８】
本構成によれば、両ロータ間の相対角度を調整することができるので、電機子コイルと鎖交する合成磁石磁束ベクトルの大きさを変更することができ、弱め界磁電流を流すことなく高速回転時の逆起電圧を抑止しつつ、低速回転時のトルクを増大することができる。したがって、本構成は低速時に大トルクを必要とし、使用回転数範囲が広い自動車エンジン連結発電電動機に特に好適である。また、本構成によれば、軸長を短縮することができ、特にリヤ配置型車両用回転電機に用いた場合に、パワートレインの体格重量を削減し、その剛性を強化することができる。
【００３１】
請求項８記載の構成は請求項７記載の複数ロータ型同期機において更に、前記ロータ相対角度調整部は、前記両ロータに周方向に係合する弾性部材を有し、前記両ロータの電磁トルクを変更し、前記電磁トルクと前記弾性部材の設定荷重とにより前記両ロータ間の相対角度を設定することを特徴としている。
【００３２】
本構成によれば、弾性部材を介して両ロータを相対回動可能に連結するので、電機子コイル電流の大きさ及び位相により決定される両ロータ間の電磁トルクと弾性部材の弾性付勢力とにより両ロータ間の相対角度を決定することができ、両ロータ間の相対角度変更を簡素な構造、制御で実現することができる。
【００３３】
請求項９記載の構成は請求項８記載の複数ロータ型同期機において更に、前記ロータ相対角度調整部が、前記ロータの電磁トルクの変更による単一の前記弾性部材の伸縮により、前記弾性部材の中立状態に対応する前記両ロータの中立相対位置を中心として前記両ロータを一方向又は他方向へ相対回転させることを特徴としている。
【００３４】
本構成によれば、簡素な構成で、発電領域から電動領域にわたる広い範囲で鎖交磁束量を調整することができる。
【００３５】
請求項１０記載の構成は請求項８記載の複数ロータ型同期機において更に、前記ロータ相対角度調整部が、前記両ロータの一方に支承されて前記両ロータの他方を互いに反対方向に弾性付勢する一対の前記弾性部材を有し、ロータの電磁トルクの変更による前記両弾性部材の伸縮により、非通電時における前記両弾性部材の弾性付勢力の均衡状態に対応する前記両ロータの中立相対位置を中心として前記両ロータを一方向又は他方向へ相対回転させることを特徴としている。
【００３６】
本構成によれば、簡素な構成で、発電領域から電動領域にわたる広い範囲で鎖交磁束量を調整することができる。
【００３７】
請求項１１記載の構成は請求項９又は１０記載の複数ロータ型同期機において更に、前記ロータ相対角度調整部が、前記中立相対位置からの前記一方向又は他方向への前記両ロータ間の相対回動を所定相対位置で停止させる一対のストッパを有することを特徴としている。
【００３８】
本構成によれば、中立相対位置、一対のストッパ位置の３点で安定に両ロータ間の相対角度を保持することができ、所望の鎖交磁束量を得る制御を簡素化することができる。
【００３９】
請求項１２記載の構成は請求項１１記載の複数ロータ型同期機において更に、前記一対のストッパの一方が前記両ロータの相対回動を停止させる場合に前記両ロータは最大電動トルクを発生し、前記一対のストッパの他方が前記両ロータの相対回動を停止させる場合に前記両ロータは最大発電トルクを発生することを特徴としている。
【００４０】
本構成によれば、特に車両用発電電動機として重要な低速大電動トルク発生領域（エンジン始動時）、低速大発電トルク発生領域（大回生制動時）、高速小電動トルク発生領域（通常走行時）を、容易に設定することができる。
【００４１】
請求項１３記載の構成は請求項７乃至１２のいずれか記載の複数ロータ型同期機において更に、前記両ロータの一方は、他方よりも２倍以上大きな慣性質量を有していることを特徴としている。
【００４２】
本構成によれば、両ロータ間の相対角度を中立相対位置からシフトするために両ロータの電磁トルクを変更する際に、両ロータの慣性質量の差に起因する両者の角度変化速度の差を利用して、両ロータ間の相対角度の変更を行うことができるので、制御が簡単となる。
【００４３】
たとえば、慣性質量が小さいロータの電動トルク又は発電トルクを常に最大とするように電機子コイル電流の位相、電流量を制御すれば、慣性質量が小さいロータは慣性質量が大きいロータに対して速やかに相対回動することができる。
【００４４】
請求項１４記載の構成は請求項１３記載の複数ロータ型同期機において更に、大慣性質量側の前記ロータが、エンジンのクランクシャフトに固定され、小慣性質量側の前記ロータは、前記ロータ相対角度調整部を介して前記大慣性質量側の前記ロータに相対角度変更可能に係合されているので、電機子コイルの電流、位相変更に伴う慣性質量が大きいロータの回動量の変動を抑止することができ、その結果、回動量の変動速度が大きい慣性質量が小さいロータを、動きが鈍い慣性質量が大きいロータに対して速やかに相対回動させることができる。
【００４５】
請求項１５記載の構成は請求項８乃至１４記載の複数ロータ型同期機において更に、前記ロータ相対角度調整部と、前記両ロータを相対角度無段階変更可能に係合することを特徴としている。
【００４６】
本構成によれば、両ロータの電磁トルクと弾性部材の弾性付勢力との協同により、任意のロータ間角度を得ることができ、それにより電機子コイルと鎖交する有効磁束量を無段階に調節することができる。
【００４７】
【発明を実施するための態様】
本発明の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００４８】
【実施例１】
（全体構成）
本発明の車両用複数ロータ型同期機の全体構成を図１を参照して以下に説明する。
【００４９】
（全体構造の説明）
この実施例の複数ロータ型同期機を軸方向模式断面図である図１、及び、径方向模式断面図である図２を参照して説明する。
【００５０】
この車両用回転電機は、ステータ２１０、外側ロータ２２０、内側ロータ２３０、回転子支持フレ−ム２４０、固定子支持フレ−ム２５０を有している。
【００５１】
（固定子の構造）
ステータ２１０は、外側ロータ２２０及び内側ロータ２３０の間の径方向隙間に配置される円筒状の固定子鉄心２１１と、固定子鉄心（ステータコア）２１１に巻装されて両ロ−タ部３、４と電磁結合する電機子コイル２１２とからなる。
【００５２】
固定子鉄心２１１は、輪板形状をもつ多数の電磁鋼板を軸方向に積層してなる積層電磁鋼板からなり、図２に示すように、外周面側に周方向所定ピッチで形成された多数の外周側スロット２１３を有し、内周面側に周方向所定ピッチで形成された多数の内周側スロット２１３’とを有している。スロット２１３、２１３’は、図２に示すように、周方向同一位置に形成されており、スロット２１３、２１３の間にはティース２１４が形成され、スロット２１３’、２１３’の間にはティース２１４’が形成されている。スロット２１３、２１３’の間にはコアバック２１５が形成されている。固定子鉄心２１１は、コアバック２１５を軸方向に貫通する複数の貫通孔２１６を有している。固定子鉄心２１１は、貫通孔２１６に圧入された棒状支持部材（ボルト）２５２により略輪板状の固定子支持フレ−ム２５０の内周部に固定されている。固定子支持フレ−ム２５０は環状の段差をもつ輪板からなり、固定子支持フレ−ム２５０の外周部は固定子鉄心２１１の前側かつ径外側にて図示しないハウジングに締結されている。
【００５３】
電機子コイル２１２は、周方向同位置の外周側スロット２１３及び内周側スロット２１３’にそれぞれ集中巻き（トロイダル巻き）された各集中巻きコイル部を固定子鉄心２１１の内周側スロット２１３’の数（＝外周側スロット２１３の数）だけ有している。
【００５４】
各集中巻きコイル部の巻き初め端及び巻き終わり端は軸方向フロント側に突出され、それらを組み合わせ接続して三相巻線が構成されている。この実施例では、Ｕ相の集中巻きコイル部はｎ番目のスロットに、Ｖ相の集中巻きコイル部はｎ＋１番目のスロットに、Ｗ相の集中巻きコイル部はｎ＋２番目のスロットに巻装されている。
【００５５】
（回転子の構造）
それぞれ略円筒形状を有する外側ロータ２２０及び内側ロータ２３０は回転子を構成しており、外側ロータ２２０の内周面は小電磁ギャップを隔ててステータ２１０の外周面に電磁結合し、内側ロータ２３０の外周面は小電磁ギャップを隔ててステータ２１０の内周面に電磁結合している。
【００５６】
外側ロータ２２０は、部分円筒状の永久磁石２２１と円筒状の軟鉄筒２２２とからなり、永久磁石２２１は軟鉄筒２２２の内周面に互いに周方向所定間隔を隔てて固定されている。内側ロータ２３０は、部分円筒状の永久磁石２３１と円筒状の軟鉄筒２３２とからなり、永久磁石２３１は軟鉄筒２３２の外周面に互いに周方向所定間隔を隔てて固定されている。永久磁石２２１は径方向に着磁されてそれぞれ周方向極性交互に配置され、永久磁石２３１も径方向に着磁されてそれぞれ周方向極性交互に配置され、これらの永久磁石２２１、２３１は、本発明でいう界磁極を構成している。
【００５７】
回転子支持フレ−ム２４０は、外側ロータ２２０の外周面が固定される外側筒部２４０１と、内側ロータ２３０の内周面を周方向相対回動可能に支承する内側筒部２４０２と、径方向へ延在して両筒部２４０１、２４０２のリア側の端部同士を連結する円盤部２４０３とを有している。内側筒部２４０２の前端はクランクシャフト１１０の後端に締結され、円盤部２４０３の後端面は図示しないクラッチ機構を通じてトランスミッションに連結されている。
【００５８】
（内側ロータ２３０支持構造）
次に、内側ロータ２３０の支持構造を図１、図２を参照して説明する。  内側ロータ２３０の内周面には、略円筒状の筒部２３４が圧入され、筒部２３４の内周面には周方向所定間隔を隔てて径方向内側に突出する突起２３４１が周方向一定ピッチで設けられている。回転子支持フレ−ム２４０の内側筒部２４０２には、一対の球軸受け２３５，２３６が嵌着され、内側筒部２４０２の外周面には周方向所定間隔を隔てて径方向外側に突出する突起２４０２１、２４０２２が周方向交互に設けられている。互いに周方向に隣接する突起２３４１とその時計方向側に隣接する突起２４０２１との間には略部分円筒状の弾性体（ここではゴム片）２３８が収容されている。
【００５９】
これにより、筒部２３４及びこの筒部２３４に固定された内側ロータ２３０は、図２において、突起２３４１が相対的に時計回転方向に回動して突起２４０２１に衝接する角度位置から、突起２４０２２に衝接する角度位置までの角度範囲で外側ロータ２２０に対して相対回動可能となっている。
【００６０】
図２において、弾性体２３８の反時計方向の一端は突起２３４１に、時計方向の他端は突起２４０２１に接しており、突起２３４１は弾性体２３８により突起２４０２２に反時計方向へ押しつけられている。
【００６１】
ここで説明した筒部２３４、突起２３４１、回転子支持フレ−ム２４０の内側筒部２４０２、球軸受け２３５、２３６、突起２４０２１、２４０２２、突起２３４１、弾性体２３８は、本発明でいうロータ相対回動規制機構、ロータ相対角度調整部を構成している。
【００６２】
（動作説明）
外側ロータ２２０の界磁極の位置をモニタし、それに基づいて位相、周波数が決定された三相交流電圧を電機子コイル２１２に印加して、トルクを発生することは通常の永久磁石界磁極型の同期機の場合と同じであるので、説明を省略する。
【００６３】
次に、この実施例の特徴をなす外側ロータ２２０に対する内側ロータ２３０の相対角度位置の変更例を、この複数ロータ型同期機を電動動作（トルクアシスト）させる場合を例として、図２、図３を参照して説明する。ただし、この実施例では、弾性体２３８は、図２に示す最大限反時計側（反回転方向側）の位置においても弾性体２３８のバネ力（弾性付勢力）の下限値ｍｉｎで内側ロータ２３０を反時計方向へ付勢しているものとする。図３は内側ロータ２３０が外側ロータ２２０に対して最大限時計側（時計方向側）に変位した場合を示す。
【００６４】
図２は、内側ロータ２３０は弾性体２３８に付勢されて、内側ロータ２３０が外側ロータ２２０に対して最大限反時計側（反回転方向側）に変位した図２の位置にある。この位置では突起２３４１は弾性体２３８により突起２４０２２に押しつけられている。内側ロータ２３０に作用する電動電磁力（時計方向の電磁力）が弾性付勢力の下限値ｍｉｎ以下であれば、内側ロータ２３０はこの位置に留まる。
【００６５】
内側ロータ２３０に与える電磁力を下限値ｍｉｎ以下にするには、電機子コイル２１２の電流量及びその通電位相の一方又は両方を調節すればよい。両ロータ２２０，２３０の電動電磁力の大きさは電機子コイル２１２の通電位相と電流量とにより決定されるが、外側ロータ２２０と内側ロータ２３０とは図２に示す角度差をもつため、両電動トルクの和すなわち合成電動トルクは小さくすることができる。また、電機子コイル２１２と鎖交する合成界磁束量は小さくなり、高速運転時でも電機子コイル２１２の逆起電力は小さくなる。図４に、この両ロータ間の角度差が大きい状態の合成トルク特性の一例を示す。なお、内側ロータ２３０の電動電磁力は弾性体２３８を通じて出力される。
【００６６】
内側ロータ２３０の電動電磁力（時計方向の電磁力）を増大すると、弾性付勢力と電磁力とのバランス点が時計方向へ移動するために内側ロータ２３０の相対回動角度は移動する。内側ロータ２３０の電磁力の増大は電流量を増大させるか通電位相を制御すればよい。この内側ロータ２３０の相対回動により、両ロータ２２０，２３０の電動トルクベクトルの位相差が小さくなり、合成電動トルクが増大する。
【００６７】
内側ロータ２３０の電動電磁力（時計方向の電磁力）を更に増大すると、弾性付勢力と電磁力とのバランス点が更に時計方向へ移動し、内側ロータ２３０は外側ロータ２２０に対して最大限時計側（時計方向側）に変位した位置（図３）に達する。したがって、内側ロータ２３０が弾性付勢力の最大値（図３における弾性付勢力の値）以上となると、内側ロータ２３０は図３に示す位置に保持される。この位置では、両ロータの永久磁石２２１、２３１の角度差がほとんどないので、電機子コイル２１２には大きな界磁束量が作用し、大電動トルクを発生することができる。図５に、この両ロータ間の角度差が０の状態の合成トルク特性を示す。  図３の状態から図２の状態への移行は上記と逆に電流の減少又は通電位相の変更により内側ロータ２３０に与える電動電磁力を低減すればよい。
【００６８】
結局、この実施例では、内側ロータ２３０に与える電動電磁力が弾性付勢力値ｍｉｎ以下又は発電電磁力（反時計側電磁力）である場合に図２の位置をもち、内側ロータ２３０に与える電動電磁力が弾性付勢力値と等しい場合に図２と図３との中間位置をもち、内側ロータ２３０に与える電動電磁力が弾性付勢力値ｍａｘ以上である場合に図３の位置をもつことがわかる。したがって、低速で大トルクが要求される場合（たとえばエンジン始動など）では図３の位置で運転し、高速では図２の位置で運転して電機子コイル２１２の逆起電力を低減するという好ましい動作を行うことができる。図６に電動トルクのしきい値ｘで図２のモードと図３のモードとを切り替えること制御例を図６に示す。もちろん、内側ロータ２３０を相対回動角度範囲の中間範囲で運転することもなんら差し支えない。
【００６９】
すなわち、この実施例では、内側ロータ２３０が外側ロータ２２０に対して相対回動可能であるため、外側ロータ２２０のトルク値に対して、内側ロータ２３０はその相対回動角度位置に応じて決定される可変のトルク値をもつことができるわけである。
【００７０】
発電時には、外側ロータ２２０が電機子コイル２１２を発電させるように電機子コイル２１２の通電位相範囲を設定することができる。この通電位相及び電流量に応じて内側ロータ２３０に作用する電磁力が決定されるが、図２の位置にて、内側ロータ２３０の電磁力を所定の電動トルク値ｍｉｎ以下又は発電モードで運転することができ、電動トルクが上記電動トルク値ｍｉｎ以上に増加すると、内側ロータ２３０は弾性体２３８を圧縮して時計方向へ相対回動する。
【００７１】
（実施例効果）
上記説明した複数ロータ型同期機を用いた車両用回転電機では、高速走行に際してトルクアシストする場合に、電機子コイル２１２に通電する電流の大きさや通電位相を変更することにより、電機子コイル２１２に誘導される逆起電力を低減することができる。また、高速走行時にインバータ制御不調などが生じても、大きな発電電圧が電機子コイル２１２に誘導されることがなく、電源系の安全性を向上することができる。更に説明すると、高速走行時には図２に示す状態となっており、この状態で制御不調となった場合、内側ロータ２３０は弾性体２３８により反時計方向へ弾性付勢されるため、図２に示す角度位置にそのまま保持され、その結果、電機子コイル２１２に鎖交する合成界磁束量は小さいままであり。誘導される開放起電圧を小さく維持することができる。
【００７２】
（変形態様）
この実施例の複数ロータ型同期機を軸方向模式断面図である図７を参照して説明する。
【００７３】
この車両用回転電機は、たとえば燃料電池車の走行用回転電機として用いられるものであり、ステータ１、外側ロータ２、内側ロータ３、回転子支持フレ−ム４、固定子支持フレ−ム５を有している。ステータ１は、外側ロータ２及び内側ロータ３は実施例１と同一構造を有する。
【００７４】
回転子支持フレ−ム４は、外側ロータ２の外周面が固定される第１板部４１と、内側ロータ３の内周面が固定される第２板部４２からなる。第１板部４１は、外側ロータ２の外周面が固定される筒部４１１と、円盤部４１２と、回転軸１００に相対回転不能に嵌着される筒部４１３とを有する。第２板部４２は、内側ロータ２の内周面が固定される筒部４２１と、円盤部４２２と、回転軸１００に軸受けメタル１１０を通じて相対回転自在に嵌着される筒部４２３とを有する。
【００７５】
筒部４２３の後端面と筒部４１３の前端面との間にばね収容室１１１が設けられており、このばね収容室１１１にコイルスプリング（弾性体）２００が収容されている。コイルスプリング２００の一端は筒部４１３に係止され、他端は筒部４２３を反時計方向に付勢している。
【００７６】
筒部４１３の前端面には所定角度範囲で凹設された切り欠き溝部４１３０があり、筒部４２３の後端面は、前記筒部４１３の切り欠き溝部４１３０に突出する突部４２３０をもつ。突部４２３０はこの切り欠き溝部４１３０を区画する筒部４１３の一対の端面と当接して相対回動を所定角度範囲に規制される。
【００７７】
これにより、内側ロータ３は、外側ロータ２に対して所定の相対回動角度範囲で相対回動可能となっており、コイルスプリング２００により外側ロータ２を基準として反回転方向に弾性付勢されているので、実施例１と同じ作用をなすことができる。
【００７８】
【実施例２】
実施例２の車両用複数ロータ型同期機を以下に説明する。図８は本質的に図１と同じ実施例２の同期機の軸方向模式断面図、図９は本質的に図２と同じ図８の同期機の径方向模式断面図である。
（構造）
図８において、固定子巻線（電機子コイルともいう）２１２は、固定子２１０の電磁鉄心２１１に巻装されている。すなわち、固定子巻線２１２は、スロット２１３’を紙面に垂直な長手方向すなわち電磁鉄心２１１を積層方向に通って裏側に出てコアバック２１５の側面を上がってスロット２１３に入り、再度、電磁鉄心２１１を積層方向に通って紙面側にもどり、更にスロット２１３を通って同一の巻き方を巻数回繰り返した後、３スロットピッチ周方向に離れたスロットに同様に巻線された巻線とともに１相の相巻線を構成している。
【００７９】
図９において、２２０は外側回転子、２３０は内側回転子である。界磁磁極（磁石磁極）をなす磁石２２１、２３１は、ロータヨーク２２２、２３２に固定されている。２４０は、前記両回転子を固定する回転子支持ステーであり、エンジンクランク軸１１０に連結されている。固定子コア（電磁鉄心）２１１はピン２５２によりステー２５０に固定され、ステー２５０は図示しないエンジンフレ−ムやトランスミッションに固定されている。
【００８０】
２３４は、内側ロータ２３０を支持する内側ロータ支持ステーであり、ベアリング２３７、２３８により回転子支持ステー２４０に対して相対回転可能になっており、相対位置調節機構を構成している。２９１は、回転角センサであり、両回転子２２０、２３０間の相対回転位置を検出する。
【００８１】
２３５は第一の弾性部材であり、弾性部材２３５の一端は、回転子支持ステー２４０の周面に突設された突出部２４０ー１に支承されている。弾性部材２３５の他端は、スペーサ２４９を周方向一方側（図９では反時計方向）へ弾性付勢し、スペーサ２４９は、この弾性付勢により回転子支持ステー２４０の周面に突設された突出部２４０ー２に当接している。
【００８２】
２３６は第二の弾性部材であり、弾性部材２３６の一端は、回転子支持ステー２４０の周面に突設された突出部２４０ー３に支承され、弾性部材２３６の他端は、内側ロータ支持ステー２３４の内周面に突設された突出部２３４ー１を周方向逆側（図９では時計方向）に弾性付勢し、突出部２３４ー１は、スペーサ２４９に対する弾性部材２３５の弾性付勢方向と逆方向へ、スペーサ２４９を弾性付勢している（図１０参照）。
【００８３】
２４８ー１は、一端が突出部２４０ー１に支承されるストッパであり、ストッパの他端は、内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１に当接して、突出部２３４ー１の周方向一方側（図９では時計方向）の相対最大回動角を規定する。
【００８４】
２４８ー２は、一端が突出部２４０ー３に支承されるストッパであり、ストッパの他端は、内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１に当接して、突出部２３４ー１の周方向他方側（図９では反時計方向）の相対最大回動角を規定する。
【００８５】
結局、内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１は、弾性部材２３５により反時計方向に、弾性部材２３６により時計方向に弾性付勢され、ストッパ２４８ー１とストッパ２４８ー２との間で回転子支持ステー２４０に対して相対回動可能となっている。
【００８６】
支持ステー２４０に対する内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１の相対角度と、突出部２３４ー１に掛かる弾性部材２３５の荷重（弾性付勢力）Ｆ１、弾性部材２３６の荷重（弾性付勢力Ｆ２）との関係を、図１０、図１１に示す。
【００８７】
上記説明した内側ロータ支持ステー２３４、ベアリング２３７、２３８、回転子支持ステー２４０、弾性部材２３５、２３６、突出部２４０ー１、スペーサ２４９、突出部２４０ー２、突出部２４０ー３、突出部２３４ー１、ストッパ２４８ー１、２４８ー２は、本発明でいうロータ相対回動規制機構、ロータ相対角度調整部を構成している。
（動作）
上記回転電機の動作を、以下に説明する。ただし、非通電状態において、外側ロータ２２０の磁石２２１の周方向中心と、内側ロータ２３０の磁石２３１の周方向中心とが一致し、磁石極性が逆配置となっているものとする。
【００８８】
まず、通電を開始して起動する場合について以下に説明する。
【００８９】
図１２に示す中立相対位置では、外側ロータ２２０の磁石と内側ロータの磁石とは互いに電気角度πだけずれており、電機子コイルは両磁石の磁束の差に相当する合成磁束と鎖交している。
【００９０】
図１２に示す通電位相にて通電を行うと、外側ロータ２２０にトルク（電磁トルク）Ｔｏが、内側ロータ２３０にトルク（電磁トルク）Ｔｉが発生し、両者は互いに逆方向となる。
【００９１】
弾性部材２３５のばね荷重（弾性付勢力）をＦ１、弾性部材２３６のばね荷重（弾性付勢力）をＦ２とすれば、回転方向への電磁力に抗するバネ荷重（弾性付勢力）｜Ｆ１ーＦ２｜によるトルクＴｆが内側ロータ２３０に作用する。また、反回転方向への電磁力に抗するバネ荷重Ｆ２によるトルクＴｒが内側ロータ２３０に作用する。磁石磁束量の差によりトルクＴｏはＴｉより大きく、ＴｉはＴｆより大きく、ＴｆはＴｒに略等しいとする。これらのトルクにより、両ロータ２２０、２３０は角加速度βｏ、βｉで、通電開始点ｔ０から加速される。この時の両ロータ２２０、２３０の角度の時間変化を図１４に示す。なお、両ロータ２２０、２３０に作用するトルクと角加速度の関係は、外側ロータ２２０の慣性質量をＩｏ、内側ロータ２３０の慣性質量をＩｉとすると、Ｔｏ−Ｔｆ＝Ｉｏ・βｏ、ＴｉーＴｆ＝Ｉｉ・βｉとなる。外側ロータ２２０の慣性質量Ｉｏは内側ロータ２３０の慣性質量Ｉｉより格段に大きいため、図１４に示すように、外側ロータ２２０よりも内側ロータ２３０の回転立ち上がりは格段に早くなる。
【００９２】
したがって、図１２の状態で通電を開始し、内側ロータ２３０の磁石が最大電動トルクを生じるように電流位相を与えるようにすると、通電開始の瞬間には両ロータ２２０、２３０には逆方向の電磁トルクが生じて外側ロータ２２０は反時計方向へ回転しようとするが、外側ロータ２２０の慣性質量が大きいために通電開始から所定短時間後における外側ロータ２２０の変位はわずかである（図１４参照）。しかし、内側ロータ２３０の慣性質量は小さいので、内側ロータ２３０はこの所定短時間後には大きく時計方向へ回動し、結局、両ロータ２２０、２３０は図１５に示す相対角度位置になる。この時、図１５に示すように、内側ロータステーの突起部２３４ー１は、バネ荷重｜Ｆ１ーＦ２｜に抗してスペーサ２４９を介してバネ２３５をストッパ２４８ー１で定まる位置まで圧縮し、最終的に、両ロータ２２０、２３０の相対角度位置が決定される。
【００９３】
図１５に示す角度位置では、電流位相に対して両ロータ２２０、２３０の磁石はそれぞれ時計方向へ最大の電磁トルクを発生する。つまり、図１６に示すように両ロータ２２０、２３０のトルクＴｏ１、Ｔｉ１は同方向となり、その結果、図１６に示すように、大きな合成トルクＴ１＝Ｔｏ１＋Ｔｉ１を得ることができる。Ｔｏ１はこの時に外側ロータ２２０に生じるトルク、Ｔｉ１はこの時に内側ロータ２３０に生じるトルクである。したがって、このモードは、エンジン始動や加速時のトルクアシスト等の高トルク発生時に好適である。
【００９４】
その後、始動或いは高トルクアシストが終了すると、通電量はトルク必要量に応じて削減され、両ロータ２２０、２３０に作用するトルクが減少する。これにより、内側ロータ２３０に作用するトルクＴｉ２がばね荷重トルクＴｆより小さくなると、ばね荷重により内側ロータ２３０が外側ロータ２２０に対して相対的に回動して図１２の位置に復帰する。その結果、電機子コイルに作用する合成鎖交磁束は略両磁石の差となって大幅に減少し、電機子コイルの逆起電圧が高速回転時に過大となる問題を良好に解決することができる。
【００９５】
この高速低トルク運転時或は低出力時の通電位置を図１７に示し、両ロータ２２０、２３０に生じるトルクを図１８に示す。この時の合成トルクＴ２は｜Ｔｏ２ーＴｉ２｜となる。ただし、Ｔｏ２はこの時に外側ロータ２２０に生じるトルク、Ｔｉ２はこの時に内側ロータ２３０に生じるトルクである。ＴｆはＴｉ２よりも大きいものとする。
【００９６】
次に回生時の動作について説明する。
【００９７】
高速低トルクあるいは低出力での回生は、図１９に示す通電位相で通電することによりなされる。両ロータ２２０、２３０の発生トルクＴ３は、図２０に示すように、Ｔ３＝Ｔｏ３ーＴｉ３となる。但し、ＴｒはＴｉ３より大きくなる。Ｔｏ３はこの時に外側ロータ２２０に生じるトルク、Ｔｉ３はこの時に内側ロータ２３０に生じるトルクである。
【００９８】
次に、図１９、図２０に示す定常状態から高トルク回生状態への移行について以下に説明する。内側ロータ２３０の磁石が反時計方向へ最大トルクを発生するよう電流位相を制御しつつ電機子コイル電流を増大すると、エンジン始動時とは逆に慣性質量が小さい内側ロータ２３０は慣性質量が大きい外側ロータ２２０に対して弾性部材２３６を圧縮しつつ外側ロータ２２０に対して反時計方向へ相対回動し、図２３、図２４に示す状態となる。すなわち、図２１、図２２に示すように電流が流れ、両ロータ２２０、２３０には、図１７、図１８と同様に、トルクＴｏ４、Ｔｉ４が生じる。Ｔｏ４はこの時に外側ロータ２２０に生じるトルク、Ｔｉ４はこの時に内側ロータ２３０に生じるトルク、Ｔrはばね荷重トルクである。ばね荷重トルクＴrは反回転方向への力に抗するバネ荷重Ｆ２によるトルクである。
【００９９】
両ロータ２２０、２３０のトルクと角加速度との関係は、それぞれの角加速度及び慣性質量をβｏ４、βｉ４、及びＩｏ、Ｉｉとすれば、Ｔｏ４−Ｔｒ＝Ｉｏ・βｏ４、Ｔｉ４ーＴｒ＝Ｉｉ・βｉ４となる。
【０１００】
外側ロータ２２０の慣性質量Ｉｏは、内側ロータ２３０の慣性質量Ｉｉより格段に大きいので、内側ロータ２３０は外側ロータ２２０よりも格段に高速に立ち上がる。すなわち、内側ロータ支持ステーの突起部２３４ー１は、反回転方向トルクＴｉ４によりバネ２３６の荷重Ｆ２に抗してバネ２３６を圧縮し、これにより両ロータ２２０、２３０の相対角度はストッパ２４８ー２で定まる位置に決定される。その結果、両ロータ２２０、２３０は、図２３に示す電流により同方向のトルクＴｏ５、Ｔｉ５が得られ、図２４に示す合成トルクＴ５＝Ｔｏ５＋Ｔｉ５が生じて、高トルク回生動作がなされる。Ｔｏ５はこの時に外側ロータ２２０に生じるトルク、Ｔｉ５はこの時に内側ロータ２３０に生じるトルクである。
（実施例効果）
上記説明したようにこの実施例では、界磁束が一定である磁石界磁式回転機においても、高トルク低速状態、低トルク高速状態のぞれぞれに最適な界磁束を設定することができるので、高トルク低速状態に適した設計でも高速時にその逆起電圧を低減するための弱め界磁電流を流す必要がなく、インバータ電流を低減することができ、電動動作及び発電動作の両方において、効率及び出力範囲を向上させることができる。また、上記と逆に低トルク高速に適した設計でも低速時にその出力トルクを向上させるために大電流を流す必要がなく、インバータ電流を削減でき、効率及び出力範囲を向上させることができる。また、上記の構成により逆起電圧低減が可能であるので、始動時及び回生時の高トルク設定が可能となり、低温始動やディーゼルエンジン始動に好適となる。また、低ギヤ比での回生が可能となってエンジンフリクションによる回生ロスを低減することができる。更に、上記メリットをロータを支持するステー内に配置された弾性体とストッパーだけで実現することができるので、構成が簡素となる。
【０１０１】
エンジン始動時の制御動作を、図２５に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【０１０２】
この複数ロータ型同期機の電機子コイルへ電流を給電するインバータは、周知のように上アーム、下アームにそれぞれ３相のスイッチング素子をもち、合計６個のスイッチング素子はコントローラにより所定順序で断続制御される。このようなインバータ制御回路装置の構成及び制御動作は周知であり、この実施例では説明は省く。
（エンジン始動制御）
エンジン始動時の制御動作を図２５に示すフローチャートを参照して説明する。
【０１０３】
なお、図示しない２つの角度センサにより両ロータ２２０、２３０の角度を定期実行する割り込みルーチン（図示省略）で検出し、２つのロータの角度差を演算して相対角度θを得るものとする。
【０１０４】
まず、両ロータ２２０、２３０間の相対角度θが機械的中立点（静止位置、θ＝０）すなわち図１０に示す状態にあるかどうかを判定し（Ｓ１０２）、中立点にあれば、図１２に示す通電を行って慣性が小さい方のロータ（ここでは内側ロータ２３０）のトルクを常にＭＡＸとする通電を行い、両ロータ２２０、２３０の相対角度θを、両ロータ２２０、２３０の鎖交磁束の合計がＭＡＸとなる＋π（図１５参照）だけシフトさせる（Ｓ１０４）。
【０１０５】
次に、両ロータ２２０、２３０の相対角度θが＋πとなるまで待機し（Ｓ１０６）、なれば、図１５に示すように両ロータ２２０、２３０の回転方向へのトルクが最大となるように通電を行い（Ｓ１０８）、エンジン始動時の高トルク負荷に対応させる。
【０１０６】
次に、エンジンが始動したかどうかを調べ（Ｓ１１０）、始動したら、エンジン始動用の最大トルク発生用の大電流通電を停止し（Ｓ１１２）、図示省略したメインルーチンにリターンする。
（回生制動制御）
回生制動時の制御動作を図２６に示すフローチャートを参照して説明する。
【０１０７】
なお、図示しない２つの角度センサにより両ロータ２２０、２３０の角度を定期実行する割り込みルーチン（図示省略）で検出し、２つのロータの角度差を演算して相対角度θを得るものとする。
【０１０８】
まず、相対角度θが機械的中立点（静止位置、θ＝０）にあるかどうかを判定し（Ｓ１２２）、中立点にあれば、図２１に示す通電を行って慣性が小さい方のロータ（ここでは内側ロータ２３０）の反回転方向のトルク（制動トルク）をＭＡＸとする通電を行い、両ロータ２２０、２３０の相対角度θを、両ロータ２２０、２３０の鎖交磁束の合計がＭＡＸとなるーπ（図２３参照）までシフトさせる（Ｓ１２４）。
【０１０９】
次に、相対角度θ＝ーπかどうかを判定し（Ｓ１２６）、ＹＥＳであれば、図２３に示すように、両ロータ２２０、２３０に対する反回転方向のトルクを最大とする通電を行い（Ｓ１２８）、回生制動等の高トルク負荷に対応させる。
【０１１０】
次に、回生制動指令が解除されるまで上記通電を行い、指令が解除されたら（Ｓ１３０）、ＭＡＸトルク通電を解除して（Ｓ１３２）、図示省略したメインルーチンにリターンする。
【０１１１】
なお、上記フローチャートでは、エンジン始動時及び高回生制動時のみを説明したが、上記説明した高アシスト時の制御も同様に行えることはもちろんである。
【０１１２】
【実施例３】
実施例３の車両用複数ロータ型同期機を以下に説明する。この同期機の構造は実施例１のそれと本質的に同じであり、この実施例の同期機の軸方向模式断面図は図８により示される。図２７はこの同期機の径方向模式断面図である。
（構造）
２１０は固定子であり、固定子巻線２１２は、電磁鉄心２１１のスロット２１３’を紙面に垂直  長手方向、すなわち電磁鉄心２１１を積層方向に通って裏側に出てコアバック２１５の側面を上がってスロット２１３に入り、再度、電磁鉄心２１１を積層方向に通って紙面側にもどり、又、スロット２１３を通って同一の巻き方を巻数回繰り返した後、３スロットピッチ周方向に離れたスロットに同様に巻線された巻線ととともに１相の集中巻群を構成する。
【０１１３】
図２７において、２２０は外側回転子（外側ロータともいう）、２３０は内側回転子（内側ロータともいう）であり、磁石２２１、２３１が固定されて、磁石界磁を構成している。
【０１１４】
２４０は、両ロータ２２０、２３０を支持する回転子支持ステーであり、エンジンクランク軸１１０に連結されている。固定子コア２１１は、ピン２５２でステー２５０に固定され、図示しないエンジンフレ−ムやトランスミッションに固定されている。２３４は、内側ロータ２３０を支持する内側ロータ支持ステーであり、ベアリング２３７、２３８により、回転子支持ステー２４０に対して相対回転可能となっている。  ２３５は弾性部材である。弾性部材２３５の一端は回転子支持ステー２４０の周面に突設された突出部２４０ー１に固定され、弾性部材２３５の他端は内側ロータステー２３４の内周面に突設された突出部２３４ー１に固定されている。弾性部材２３５は、内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１が、回転子支持ステー２４０のもう一方の突出部２４０ー２まで移動可能となるように配置されている。
（動作）
次にその動作について説明する。この実施例の同期機の回転数ートルク特性を図２８に示す。
【０１１５】
エンジン連結発電電動機として使用されるこの実施例の磁石界磁同期機は、低速では電動側、発電側ともに高トルクが要求され、大きな磁石磁束量が必要となる。けれども、自動車用エンジンは高速回転領域まで運転されるので、このエンジンに連結されたこの実施例の磁石界磁同期機は、なんらかの手段で高速回転時における有効鎖交磁石磁束量の低減、たとえば減磁制御などを行って、逆起電圧増大を防止する必要があった。この実施例は、車両用磁石界磁同期機における優れた有効鎖交磁石磁束量制御の方式を提供するものである。
【０１１６】
以下、更に具体的に説明する。
（低速高電動トルク運転）
この実施例の磁石界磁同期機における低速高電動トルク領域における内部状態を図２９に示す。外側ロータ２２０の磁石２２１の磁束は内側ロータ２３０の磁石２３１の磁束に対して相対角度０となった状態で電機子コイル２１２と鎖交し、最大トルクを発生する。この時の通電位相に対する両ロータ２２０、２３０のトルク及び合成トルクの特性を図５に示す。
（高速低電動トルク運転）
この実施例の磁石界磁同期機における高速低電動トルク領域における内部状態を図３０に示す。外側ロータ２２０の磁石２２１は内側ロータ２３０の磁石２３１に対して位相（相対角度）がずれており、電機子コイル２１２と鎖交する合成磁束量が減少し、トルクが減少する。また、逆起電圧も低減できるので高速対応が可能となる。この時の通電位相に対する両ロータ２２０、２３０のトルク及び合成トルクの特性を図４に示す。
（高速低発電トルク運転）
この実施例の磁石界磁同期機における低速高発電トルク領域における内部状態を図３１に示す。外側ロータ２２０の磁石２２１と内側ロータ２３０の磁石２３１との間の相対角度は、図２９に示す状態に対して位相が２πだけずれており、図２９に示す低速高電動トルク運転と同じく、電機子コイル２１２と鎖交する合成磁束量、発電トルクは最大となる。このモードは、たとえば、回生制動時などにおいて利用される。
（高速低電動トルク運転から低速高発電トルク運転への移行）
次に、この実施例の特徴をなす高速低電動トルク運転から低速高発電トルク運転への移行制御について以下に説明する。通常の運転（高速低電動トルク運転）では図３０に示すロータ配置となっている。この定常状態では、図２７に示すように弾性部材２３５は圧縮されずに自然長の状態となっている。
【０１１７】
この定常状態から、弾性部材２３５のバネｆよりも大となる圧縮力Ｆを発生させるように内側ロータ２３０の磁石界磁に最大トルクが生じるように電流位相制御しつつ電機子コイルに通電し、内側ロータ２３０を弾性部材２３５圧縮方向に付勢すると、両ロータ２２０、２３０の相対位置は、図３１に示される状態となる。なお、この電機子コイル電流の変化により、外側ロータ２２０の磁石の電磁トルクも変化するが、両ロータ２２０、２３０の慣性質量差により外側ロータ２２０による弾性部材２３５の付勢は小さく、この過渡的電流変化期間において弾性部材２３５は主として内側ロータ２３０の電磁トルク変動に依存して伸縮する。
（高速低電動トルク運転から低速高電動トルク運転への移行）
次に、この実施例の特徴をなす高速低電動トルク運転から低速高電動トルク運転への移行制御について以下に説明する。このモードはたとえば低速時のトルクアシストなどにおいて利用することができる。
【０１１８】
内側ロータ２３０の磁石界磁に対して適当な位相にて通電することにより、弾性部材２３５のバネ力ｆより大なる電磁力を発生させることにより、外側ロータ２２０に対して内側ロータ２３０を弾性部材２３５伸長方向へ付勢し、弾性部材２３５を伸ばし、内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー１を回転子支持ステー２４０の径内側の内周面の突出部２４０ー２の位置まで移動させる。すなわち、内側ロータ２３０が外側ロータ２２０に対して相対回動して図２９に示す状態となり、大きな電動トルクを発生することができる。この制御は低速時に行われるので、逆起電圧は許容レベル以下に維持することができる。
（実施例効果）
この実施例では、弾性部材２３５を最大限圧縮した状態がＭＡＸ発電トルクを発生する状態であり、低速高電動トルクに対応している。電流値を低減していくと、内側ロータが発生する電磁トルクが弾性部材２３５を圧縮する力が減少して弾性部材２３５は自然長に近づき、内側ロータ２３０の磁石２３１は外側ロータ２２０の磁石２２１に対してその界磁磁束を十分に弱める位相にシフトし（定常状態となり）、高速低トルクに対応する。
【０１１９】
弾性部材２３５を最大限伸ばした状態が正のＭＡＸ電動トルクを発生する状態であり、この状態から電流値を低減していくと、内側ロータ２３０が発生する電磁トルクが弾性部材２３５を伸ばす力が弱まって弾性部材２３５は自然長に近づき、内側ロータ２３０の磁石２３１は外側ロータ２２０の磁石２２１に対してその界磁磁束を十分に弱める位相にシフトし（定常状態となり）、高速低トルクに対応する。
【０１２０】
結局、この実施例では、定常状態で自然長となり、所定相対角度範囲で伸縮する弾性部材２３５にて両ロータ２２０、２３０を結合する。この時、両ロータ２２０、２３０の磁石は所定の相対角度だけずれている。そして、好適には内側ロータ２３０の磁石位置を基準として電機子コイル電流の位相を制御することにより、又は、電流量を制御することにより、内側ロータ２３０の電磁トルクが時計方向又は反時計方向に最大とする。その結果、内側ロータ２３０は弾性部材２３５を圧縮又は伸長し、内側ロータ２３０は外側ロータ２２０に対して、ストッパにて許容される最大時計方向相対回動位置又は最大反時計方向相対回動位置にシフトされる。これら最大時計方向相対回動位置又は最大反時計方向相対回動位置では、内側ロータ２３０の磁石はほぼ外側ロータ２２０の磁石と同じ位置をもち、その結果、電動時、発電時に最大トルクを発生することができる。弾性部材２３５の伸縮量とバネ荷重との関係を図３２に示す。
【０１２１】
上記構成、動作を採用することにより、界磁束が一定である磁石界磁式回転機においても、高トルク低速状態に最適な界磁束と低トルク高速状態に最適な界磁束を設定することができる。したがって、高トルク低速に適した設計で高速時にその逆起電圧を低減するための弱め界磁電流を流す必要がなく、インバータ容量を低減することができるうえ、電動側、発電側において効率及び出力範囲を向上させることができる。
【０１２２】
また、上記と逆に低トルク高速に適した設計で低速時にその出力トルクを向上させるために大電流を流す必要がなく、インバータ電流を低減することができ、効率及び出力範囲を向上させることができる。
【０１２３】
また、上記メリットをロータを支持するステー内に配置された弾性体とストッパーから構成可能なので安価で少スペースの改良で実現することができる。
【０１２４】
この実施例において、回転子支持ステー２４０、内側ロータ支持ステー２３４、ベアリング２３７、２３８、弾性部材２３５、突出部２４０ー１、突出部２３４ー１、突出部２４０ー２は本発明でいうロータ相対回動規制機構、ロータ相対角度調整部を構成している。
【０１２５】
【実施例４】
実施例４を図３３〜図３７を参照して説明する。
【０１２６】
図３３において、外側ロータ２２０及び固定子２１０の構造はロータ間角度変更可変型結合部を除いて実施例３と同じである。内側ロータ２３０、内側ロータ支持ステー２３４は、回転子支持ステー２４０に対して相対回動可能となっている。
【０１２７】
（ロータ間角度変更可変型結合部）
ロータ間角度変更可変型結合部を拡大図示して図３４に示す。ただし。図３４は周方向を直線転回した展開断面図である。
【０１２８】
２３５ー１、２３５ー２は弾性部材であり、弾性部材２３５ー１の一端は内側ロータ支持ステー２３４の内周面に突設された突出部２３４ー２に係合し、他端はスペーサ２３６に係合している。弾性部材２３５ー２の一端は回転子支持ステー２４０の外周面に突設された突出部２４０ー３に係合し、他端は内側ロータ支持ステー２３４の内周面に突設された突出部２３４ー３に係合している。
【０１２９】
２つの弾性部材２３５ー１、２３５ー２に力を与えない状態にて、両ロータ２２０、２３０は、内側ロータ支持ステー２３４の内周面に突設された突出部２３４ー４の位置で安定する。この時の弾性部材２３５ー１の持つバネ力ｆ１と弾性部材２３５ー２の持つバネ力ｆ２との関係は、ｆ１≧ｆ２となっている。
（低トルク領域（定常状態）から高トルク領域への移行）
低トルク領域から高トルク領域への移行制御について以下に説明する。
【０１３０】
発電側において、内側ロータ２３０の磁石界磁に対して適当な位相に通電することにより、弾性部材２３５ー１、２３５ー２の合成バネ力（ｆ１ーｆ２）より大なるトルクを回転方向と逆向きに発生させる。これにより、弾性部材２３５ー１は圧縮され、弾性部材２３５ー２が伸長し、回転子支持ステー２４０の突出部２４０ー３と内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー２との間の角度を狭める。この状態を図３５に示す。この時、外側ロータ２２０の磁石２２１の磁束と内側ロータ２３０の磁石２３１の磁束とは、電機子コイル電流に対して最大となるよう鎖交し、正の最大トルクを発生することができる。
【０１３１】
電動側において内側ロータ２３０の磁石界磁に対して適当な位相に通電することにより、弾性部材２３５ー２のバネ力より大なるトルクを回転方向と同じ向きに発生させる。これにより、弾性部材２３５ー２は圧縮され、回転子支持ステー２４０の突出部２４０ー３と内側ロータ支持ステー２３４の突出部２３４ー３との間の角度を狭める。この状態を図３６に示す。この時、外側ロータ２２０の磁石２２１の磁束と内側ロータ２３０の磁石２３１の磁束が電機子コイル２１２に対して共に最大となるよう鎖交し、正の最大トルクを発生することができる。この実施例における弾性部材２３５ー１、２３５ー２の伸縮量と回転機の駆動状態との関係を図３７に示す。
（追記）
上記実施例２から４において、両ロータ間の相対角度は、非通電時に上記中立相対位置又はばね自然長位置で機械的に安定し、所定値以上の大電動電流通電及び大発電電流通電によりストッパ位置で安定する３点安定制御位置をもつので、制御を簡素化することができる。
【０１３２】
また、上記実施例では、両ロータが径方向に配列される例を示したが、両ロータを軸方向にタンデム配置してもよいことはもちろんである。
【０１３３】
更に、上記実施例２〜４において、両ロータ間の相対角度は、非通電時に上記中立位置で安定するが、この場合の両ロータの界磁磁石の位置は、各界磁磁石の周方向中心位置が一致する場合の他に、各界磁磁石の周方向中心位置がずれていてもよいことはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例１の車両用複数ロータ型同期機の一実施態様を示す軸方向模式断面図である。
【図２】  図１に示す車両用複数ロータ型同期機の径方向模式断面図である。
【図３】  図１に示す車両用複数ロータ型同期機の大電動トルク発生時を示す車両用複数ロータ型同期機の径方向模式断面図である。
【図４】  図２に示す内側ロータ位置におけるトルクー通電位相特性を示す特性図である。
【図５】  図３に示す内側ロータ位置におけるトルクー通電位相特性を示す特性図である。
【図６】  図１に示す複数ロータ型同期機のトルクー回転数関係を示す特性図である。
【図７】  実施例１の車両用複数ロータ型同期機の変形態様を示す軸方向模式断面図である。
【図８】  実施例２の車両用複数ロータ型同期機の大電動トルク発生時を示す車両用複数ロータ型同期機の軸方向模式断面図である。
【図９】  図８の同期機の径方向模式断面図である。
【図１０】ロータ間角度変更可変型結合部の構造を示す模式図である。
【図１１】ロータ間角度変更可変型結合部の機械的特性を示す図である。
【図１２】同期機の起動開始時点の状態を示す径方向模式半断面図である。
【図１３】図１２のトルク状態を示す図である。
【図１４】図１２における通電開始時点以降のロータ変位を示す図である。
【図１５】同期機のエンジン始動状態を示す径方向模式半断面図である。
【図１６】図１５のトルク状態を示す図である。
【図１７】同期機の小トルク電動トルク発生状態を示す径方向模式半断面図である。
【図１８】図１７のトルク状態を示す図である。
【図１９】同期機の小トルク発電状態を示す径方向模式半断面図である。
【図２０】図１９のトルク状態を示す図である。
【図２１】同期機の大回生制動開始状態を示す径方向模式半断面図である。
【図２２】図２１のトルク状態を示す図である。
【図２３】同期機の大回生制動状態を示す径方向模式半断面図である。
【図２４】図２３のトルク状態を示す図である。
【図２５】エンジン始動動作を示すフローチャートである。
【図２６】回生動作を示すフローチャートである。
【図２７】実施例３の同期機の径方向模式断面図である。
【図２８】図２７の同期機のトルクー回転数特性を示す図である。
【図２９】図２７の同期機の低速高電動トルク領域における内部状態を示す径方向模式断面図である。
【図３０】図２７の同期機の高速低電動トルク領域における内部状態を示す径方向模式断面図である。
【図３１】図２７の同期機の低速高発電トルク領域における内部状態を示す径方向模式断面図である。
【図３２】実施例３の弾性部材の変位と荷重との関係を示す特性図である。
【図３３】実施例４の同期機の径方向模式断面図である。
【図３４】実施例４の同期機の要部拡大した模式展開断面図である。
【図３５】実施例４の同期機の径方向模式断面図である。
【図３６】実施例４の同期機の径方向模式断面図である。
【図３７】実施例４の弾性部材の変位と荷重との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
２２０：外側ロータ（第１のロータ）
２３０：内側ロータ（第２のロータ）
２１２：電機子コイル
２１１：ステータコア
２３４１：突起（ロータ相対回動規制機構）
２４０２１、２４０２２：突起（ロータ相対回動規制機構）
２３８：弾性体（ロータ相対回動規制機構）
【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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【図３７】
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