JP2002165426A - 複数ロータ型同期機 - Google Patents
複数ロータ型同期機Info
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- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】簡素な構造をもち、信頼性、実用性に優れた永
久磁石型同期機を提供すること。 【解決手段】ステータ２１０の径方向両側に個別に設け
られた内側ロータ２３０は外側ロータ２２０に対して、
所定角度範囲で相対回動可能となっており、弾性体２３
８で反回転方向に弾性付勢されている。このようにすれ
ば、電機子コイル２１２と鎖交する磁束量を簡単に調節
できる。
久磁石型同期機を提供すること。 【解決手段】ステータ２１０の径方向両側に個別に設け
られた内側ロータ２３０は外側ロータ２２０に対して、
所定角度範囲で相対回動可能となっており、弾性体２３
８で反回転方向に弾性付勢されている。このようにすれ
ば、電機子コイル２１２と鎖交する磁束量を簡単に調節
できる。
Description
【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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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する複数ロータ型同期
機において、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ことを特徴としている。
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する複数ロータ型同期
機において、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。
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。
【００２９】請求項８記載の構成によれば請求項７記載
の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している。
の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している。
【００３０】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。
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９記載の構成は請求項７又は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。
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。
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１０記載の構成は請求項９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。
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。
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１１記載の構成は請求項９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。
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。
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１２記載の構成は請求項１０又は１
１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。
１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。
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１３記載の構成は請求項１２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。
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。
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１４記載の構成は請求項７乃至１３
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。
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。
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。
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１５記載の構成は請求項１４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。
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１６記載の構成は請求項９乃至１５
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、２１
３’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２５
０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。
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、２１
３’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２５
０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。
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。
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。
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、２３
１は、本発明でいう界磁極を構成している。
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、２３
１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２４０
１、２４０２のリア側の端部同士を連結する円盤部２４
０３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。
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２４０
１、２４０２のリア側の端部同士を連結する円盤部２４
０３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２
４０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２４０２
１、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。
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２
４０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２４０２
１、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２３
４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２４
０２１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。
４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２４
０２１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２４０
２１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。
の一端は突起２３４１に、時計方向の他端は突起２４０
２１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２３４
１、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。
１、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。
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ｍｉ
ｎ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。
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ｍｉ
ｎ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２３
８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。
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２３
８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２１
２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。
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２１
２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。
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。
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。
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２
３０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。
３０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ｍｉ
ｎ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。
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ｍｉ
ｎ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。
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。
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。
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。
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４
１３に係止され、他端は筒部４２３を反時計方向に付勢
している。
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４
１３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。
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。
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２１
１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２
１１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。
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２１
１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２
１１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、２３
０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２５
２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。
０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２５
２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。
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２
３５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。
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２
３５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２４
９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）。
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２４
９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。
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。
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。
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。
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２３
４、ベアリング２３７、２３８、回転子支持ステー２４
０、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２２
１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。
４、ベアリング２３７、２３８、回転子支持ステー２４
０、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２２
１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。
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。
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。
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Ｆ
２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、２
３０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。
をＦ１、弾性部材２３６のばね荷重（弾性付勢力）をＦ
２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、２
３０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２
３０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２２
０、２３０の相対角度位置が決定される。
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２
３０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２２
０、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。
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。
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。
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２
３０に生じるトルクである。
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２
３０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。
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βｏ
４、βｉ４、及びＩｏ、Ｉｉとすれば、Ｔｏ４−Ｔｒ＝
Ｉｏ・βｏ４、Ｔｉ４ーＴｒ＝Ｉｉ・βｉ４となる。
度との関係は、それぞれの角加速度及び慣性質量をβｏ
４、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２３
６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２２
０、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。
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２３
６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２２
０、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。
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２
５に示すフローチャートを参照して説明する。
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２
５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。
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１
０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）。
度θが機械的中立点（静止位置、θ＝０）すなわち図１
０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１
５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。
θが＋πとなるまで待機し（Ｓ１０６）、なれば、図１
５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。
（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。
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２２
０、２３０の鎖交磁束の合計がＭＡＸとなるーπ（図２
３参照）までシフトさせる（Ｓ１２４）。
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２２
０、２３０の鎖交磁束の合計がＭＡＸとなるーπ（図２
３参照）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。
（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。
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。
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２１
３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。
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２１
３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。
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１１
０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２３
４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。
する回転子支持ステーであり、エンジンクランク軸１１
０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２３
４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。
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２
９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２２
０、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３
０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３
１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。
における低速高電動トルク領域における内部状態を図２
９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２２
０、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３
０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３
１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２２
０、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２
３０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。
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２２
０、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２
３０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。
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。
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２
３０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。
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２
３０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。
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。
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。
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２
４０、内側ロータ支持ステー２３４、ベアリング２３
７、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。
４０、内側ロータ支持ステー２３４、ベアリング２３
７、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。
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。
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。
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２
３５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。
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２
３５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。
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２
３５ー２が伸長し、回転子支持ステー２４０の突出部２
４０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。
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２
３５ー２が伸長し、回転子支持ステー２４０の突出部２
４０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２３
０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３
７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。
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２３
０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３
７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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
る。
【図３６】実施例４の同期機の径方向模式断面図であ
る。
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。
示す特性図である。
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）
構） ２３８：弾性体（ロータ相対回動規制機構）
Claims (16)
- 【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
イルとを有する複数ロータ型同期機において、 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９】請求項７又は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１０】請求項９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１１】請求項９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１２】請求項１０又は１１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１３】請求項１２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１４】請求項７乃至１３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１５】請求項１４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１６】請求項９乃至１５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。
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