JP2010068663A - 補機駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】原動機と補機の間に設けられた回転機を有する場合において、回転機のトルクリップルおよびコギングトルクを低減することができ、それにより、商品性を向上させることができる補機駆動装置を提供することを目的とする。
【解決手段】補機駆動装置1では、回転機10が、電機子列を有するステータ16と、永久磁石列を有する第1ロータ14と、軟磁性体列を有する第2ロータ15などを備えており、ロータ14は補機4に連結され、ロータ15はエンジン3に連結されている。回転機10は、3組の電動機構造において、電機子17〜19に発生する磁極と永久磁石列の磁極との間の電気角の位相が、回転方向に対して電気角2π/3ずつずれるように制御されるとともに、電機子17〜19に発生する磁極と軟磁性体列の軟磁性体コア15a〜15cとの間の電気角の位相が、回転方向に対して電気角π/3ずつずれるように制御される。
【選択図】図10

Description

本発明は、補機を駆動する補機駆動装置に関し、特に原動機と補機の間に設けられた回転機を有する補機駆動装置に関する。

従来の補機駆動装置として、特許文献１に記載されたものを本出願人は既に提案している。この補機駆動装置は、内燃機関（以下「エンジン」という）および回転機を動力源として、車両に搭載されたエアコンのコンプレッサなどの補機を駆動するものであり、特許文献１の図１に示す例では、回転機は、エンジンと補機の間に設けられている。

この回転機は、ＰＤＵを介してＥＣＵおよびバッテリに電気的に接続されており、ＥＣＵによってその運転状態が制御される。回転機は、円筒状のケースと、ケースに回転自在に支持された入力軸および出力軸と、ケースの内壁に周方向に沿って設けられたステータと、ケース内に収容された第１ロータと、第１ロータとステータの間に設けられた第２ロータなどを備えており、これらのステータ、第１ロータおよび第２ロータは、互いに同心に配置されている。

この回転機の入力軸の一端部には、エンジンのクランクシャフトが直結され、他端部には、第２ロータが同心に固定されている。また、回転機の出力軸の一端部は、第１ロータが同心に固定され、他端部には、プーリが固定されている。このプーリは、ベルトを介して補機のプーリに連結されており、それにより、回転機の出力軸の動力は、２つのプーリおよびベルトを介して、補機に伝達される。

また、ステータは、所定間隔で配置された複数の電機子を備えており、隣り合う各３つの電機子のコイルは、バッテリの電力がＰＤＵを介して供給されたときに、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相を示しながら移動磁界を発生する３相コイルとして構成されている。さらに、第１ロータの外周面には、永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、複数の永久磁石で構成されており、これらの永久磁石は、互いに等間隔でかつ隣り合う各２つが互いに異なる極性で配置されている。

一方、第２ロータの外周面には、２つの軟磁性体列が周方向に沿って互いに平行に延びている。これら２つの軟磁性体列は、周方向に沿って所定間隔で並ぶ複数の軟磁性体コアで構成されているとともに、一方の軟磁性体列の軟磁性体コアは、他方の軟磁性体列の軟磁性体コアに対して、電気角π／２ずつずれるように配置されている。

以上の補機駆動装置によれば、エンジン運転中は、クランクシャフトの回転に伴って、回転機の第２ロータが回転する。それに起因して、第２ロータの２つの軟磁性体列の軟磁性体コアを介して、磁力が第１ロータに作用することで、補機が駆動されるとともに、ステータにおいて回転磁界が発生し、発電動作が実行される。

特開２００８−４３１３８号公報

上記従来の補機駆動装置によれば、回転機の構造上の特性に起因して、第２ロータの回転中、第２ロータの一方の軟磁性体列の軟磁性体コアを介して第１ロータに作用する磁力すなわちトルクと、他方の軟磁性体列の軟磁性体コアを介して第１ロータに作用する磁力すなわちトルクとが、交互に強くなったり、弱くなったりする。その際、第２ロータの回転角に対するトルクの変化度合（勾配）が、増大方向と減少方向とで異なることによって、トルクリップルおよびコギングトルクが発生してしまう（後述する図１５参照）。その結果、商品性が低下してしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、原動機と補機の間に設けられた回転機を有する場合において、回転機のトルクリップルおよびコギングトルクを低減することができ、それにより、商品性を向上させることができる補機駆動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、原動機（エンジン３）に連結され、補機４を駆動する補機駆動装置１，１Ａ，１Ｂであって、回転磁界を発生させるためのステータ１６と、ステータ１６に対して相対的に回転自在の第１ロータ１４および第２ロータ１５とを有し、第１ロータ１４および第２ロータ１５の一方が原動機（エンジン３）に機械的に連結され、第１ロータ１４および第２ロータ１５の他方が補機４に機械的に連結されるとともに、ステータ１６と第１ロータ１４と第２ロータ１５との間で、回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力する回転機１０，１０Ａ，１０Ｘと、ステータ１６における電力の入出力状態を制御する制御装置（ＥＣＵ２、ＰＤＵ３０）と、を備え、ステータ１６は、電機子列を有し、電機子列は、互いに間隔を存して所定の円周方向に並んだ複数の電機子（第１〜第３電気子１７〜１９）で構成され、エネルギの入出力に伴って電機子列に発生する磁極により、回転磁界を発生させ、第１ロータ１４は、電機子列に対向するように配置された磁極列を有し、磁極列は、互いに間隔を存して所定の円周方向に並んだ複数の磁極（永久磁石１４ｃ）で構成され、複数の磁極は隣り合う各２つが互いに異なる極性を有し、第２ロータ１５は、軟磁性体列を有し、軟磁性体列は、互いに間隔を存して所定の円周方向に並んだ複数の軟磁性体（第１〜第３軟磁性体コア１５ａ〜１５ｃ）で構成されるとともに、電機子列と磁極列の間に配置され、電機子列、磁極列および軟磁性体列を１組の回転機構造として、ｍ（ｍは３以上の整数）組の回転機構造をさらに備え、制御装置は、回転磁界の発生中、ｍ組の回転機構造において、電機子列に発生する磁極と磁極列の磁極との間の所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態になるとともに、電機子列に発生する磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態になるように、ステータ１６における電力の入出力状態を制御することを特徴とする。

この補機駆動装置によれば、回転機の第１ロータおよび第２ロータの一方が原動機に機械的に連結され、第１ロータおよび第２ロータの他方が補機に機械的に連結されている。さらに、ステータと第１ロータと第２ロータとの間で、回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギが入出力されるとともに、制御装置によって、ステータにおける電力の入出力状態が制御されるので、原動機および／または回転機の動力によって、補機を駆動することができるとともに、原動機の動力または補機の運動エネルギによって、回転機での電力回生が可能になる。

また、制御装置によって、回転磁界の発生中、ｍ組の回転機構造において、電機子列に発生する磁極と磁極列の磁極との間の所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態になるとともに、電機子列に発生する磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態になるように、ステータにおける電力の入出力状態が制御される。ここで、この回転機の逆起電圧の算出式（後述する式（６５）〜（６７））は、後述するように、特許文献１の回転機における逆起電圧の算出式（後述する式（２８）〜（３０））と同じになるので、この回転機を、特許文献１の回転機と同様に、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように制御することができる。これに加えて、回転機がｍ組の回転機構造を備えているので、２組の回転機構造を備えた特許文献１の回転機と比べて、各組の回転機構造における磁束量が２／ｍになることによって、各組の回転機構造におけるコギングトルク成分およびトルクリップル成分の振幅を２／ｍに低減することができる。これに加えて、回転機がｍ組の回転機構造を備えているので、電機子列に発生する磁極と磁極列の磁極との間の所定の円周方向における電気角の位相差、および電機子列に発生する磁極と軟磁性体列の軟磁性体との間の所定の円周方向における電気角の位相差を、より細かく設定することができる。それにより、各組の回転機構造におけるコギングトルク成分およびトルクリップル成分が、互い重なり合って打ち消し合う箇所を増やすことができる（後述する図１４参照）。その結果、トルクリップルおよびコギングトルクを従来よりも低減することができ、商品性を向上させることができる。特に、回転機構造の組数が多いほど、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。

請求項２に係る発明は、原動機（エンジン３）に連結され、補機４を駆動する補機駆動装置１Ｃ〜１Ｅであって、回転磁界を発生させるためのステータ９０と、ステータ９０に対して相対的に回転自在の第１ロータ７０および第２ロータ８０とを有し、第１ロータ７０および第２ロータ８０の一方が原動機（エンジン３）に機械的に連結され、第１ロータ７０および第２ロータ８０の他方が補機４に機械的に連結されるとともに、ステータ９０と第１ロータ７０と第２ロータ８０との間で、回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力する回転機６０，６０Ａ〜６０Ｃと、ステータ９０における電力の入出力状態を制御する制御装置（ＥＣＵ２、ＰＤＵ３０）と、を備え、ステータ９０は、仮想の円柱面に沿うように配置された複数の電機子９１を有し、エネルギの入出力に伴って複数の電機子９１に発生する磁極により、回転磁界を発生させ、第１ロータ７０は、互いに間隔を存して仮想の円柱面に沿うように並んだ複数の磁極（永久磁石７２）を有し、複数の磁極は、隣り合う各２つの極性が互いに異なるとともに、複数の電機子９１との間に間隙を存するように配置され、第２ロータ８０は、互いに間隔を存して仮想の円柱面に沿うように並ぶとともに、複数の電機子９１と複数の磁極（永久磁石７２）との間に配置された複数の軟磁性体（軟磁性体コア８１）を有し、複数の電機子９１の各々は、仮想の円柱面に沿う第１所定方向に延びており、複数の磁極（永久磁石７２）の各々は、各磁極の両端部間の電気角がθａとなるように、仮想の円柱面に沿う第２所定方向に延びており、複数の軟磁性体（軟磁性体コア８１）の各々は、各軟磁性体の両端部間の電気角がθｂとなるように、仮想の円柱面に沿う第３所定方向に延びており、回転磁界の発生中、複数の電機子９１に発生する磁極の両端部間の電気角をθｓとしたときに、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように構成されていることを特徴とする。

この補機駆動装置によれば、回転機の第１ロータおよび第２ロータの一方が原動機に機械的に連結され、第１ロータおよび第２ロータの他方が補機に機械的に連結されている。さらに、ステータと第１ロータと第２ロータとの間で、回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギが入出力されるとともに、制御装置によって、ステータにおける電力の入出力状態が制御されるので、原動機および／または回転機の動力によって、補機を駆動することができるとともに、原動機の動力または補機の運動エネルギによって、回転機での電力回生が可能になる。

また、回転磁界の発生中、複数の電機子に発生する磁極の両端部間の電気角をθｓとしたときに、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように、回転機が構成されている。このように回転機を構成した場合、後述するように、ｍ組の回転機構造を備えた請求項１の回転機において、値ｍを無限大に設定した回転機構造を備えたものに相当することになり、それにより、請求項１の回転機と同じ動作状態が得られる。すなわち、この回転機の運転状態を、請求項１の回転機と同様に、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように制御することができる。同じ理由により、請求項１の回転機と比べて、トルクリップルおよびコギングトルクをさらに低減でき、その結果、トルクリップルおよびコギングトルクを従来よりも低減することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の補機駆動装置１Ｃ〜１Ｅにおいて、３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように構成されていることを特徴とする。

この補機駆動装置によれば、請求項２に係る補機駆動装置の回転機を実現することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る補機駆動装置について説明する。なお、以下の説明では、図１の左側および右側をそれぞれ「左」および「右」という。同図に示すように、本実施形態の補機駆動装置１は、ＥＣＵ２と、図示しない車両に搭載されたエンジン３と、このエンジン３の動力によって駆動される補機４と、エンジン３と補機４の間に設けられ、両者に機械的に連結された回転機１０などを備えている。

ＥＣＵ２は、回転機１０およびエンジン３などを制御するためのものであり、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＣＰＵおよびＩ／Ｏインターフェースなどからなるマイクロコンピュータ（いずれも図示せず）で構成されている。

ＥＣＵ２には、クランク角センサ２０、プーリ角センサ２１、ＰＤＵ３０などが接続されている。クランク角センサ２０は、エンジン３のクランクシャフトの回転角度位置を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。本実施形態の場合、ＥＣＵ２は、このクランク角センサ２０の検出信号に基づき、後述する第２ロータ１５の回転角度位置や第２ロータ電気角θ２などを算出する。

また、プーリ角センサ２１は、後述する駆動プーリ７の回転角度位置を検出し、それを表す検出信号をＥＣＵ２に出力する。本実施形態の場合、ＥＣＵ２は、このプーリ角センサ２１の検出信号に基づき、後述する第１ロータ１４の回転角度位置や第１ロータ電気角θ１などを算出する。さらに、ＰＤＵ３０は、インバータなどを含む電気回路で構成され、回転機１０およびバッテリ３１に接続されている。ＥＣＵ２は、後述するように、２つのセンサ２０，２１の検出信号に基づき、ＰＤＵ３０を介して、回転機１０の運転を制御し、それにより、補機４の駆動状態を制御する。

一方、エンジン３は、ガソリンを燃料とする多気筒内燃機関であり、ＥＣＵ２によって、その運転状態が制御される。また、補機４は、車両用エアコンディショナーのコンプレッサで構成されており、回転軸４ａを有している。この回転軸４ａは、軸受４ｂによって回転自在に支持されており、その先端部には、従動プーリ５が同心に固定されている。

この従動プーリ５は、ベルト６の歯と噛み合う歯付きプーリで構成されており、この従動プーリ５と後述する駆動プーリ７との間には、ベルト６が掛け渡されている。それにより、駆動プーリ７の回転に伴って、従動プーリ５が回転し、補機４が駆動される。

次に、図２および図３を参照しながら、回転機１０について説明する。図２は、回転機１０の断面構成を模式的に示したものであり、図３（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ、図２のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線およびＣ−Ｃ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に示したものである。なお、両図においては、理解の容易化のために断面部分のハッチングが省略されている。

図２に示すように、回転機１０は、車両の駆動系ハウジング（図示せず）に固定されたケース１１と、互いに同心の入力軸１２および出力軸１３と、ケース１１内に収容され、出力軸１３と一体に回転する第１ロータ１４と、ケース１１内に収容され、入力軸１２と一体に回転する第２ロータ１５と、ケース１１の周壁１１ｃの内周面に固定されたステータ１６などを備えている。これらの第１ロータ１４、第２ロータ１５およびステータ１６は、互いに同心の状態で、径方向の内側から外側に向かって配置されている。

ケース１１は、左右の側壁１１ａ，１１ｂと、これらの側壁１１ａ，１１ｂの外周端部に固定された円筒状の周壁１１ｃなどで構成されている。左右の側壁１１ａ，１１ｂの中心部には、軸受１１ｄ，１１ｅがそれぞれ取り付けられており、入力軸１２および出力軸１３はそれぞれ、これらの軸受１１ｄ，１１ｅによって回転自在に支持されている。さらに、２つの軸１２，１３は、図示しないスラスト軸受などによって、その軸線方向の移動が規制されている。

また、入力軸１２は、その左端部がエンジン３のクランクシャフトに直結されており、右端部には、第２ロータ１５が同心に固定されている。それにより、エンジン３の運転中、エンジン３の動力によって第２ロータ１５が駆動される。さらに、出力軸１３の左端部には、第１ロータ１４が同心に固定され、右端部には、駆動プーリ７が同心に固定されている。それにより、回転機１０の運転中で第１ロータ１４が回転しているときには、回転機１０の動力によって駆動プーリ７が駆動される。

一方、第１ロータ１４は、出力軸１３の左端部に同心に固定された回転盤部１４ａと、この回転盤部１４ａの外端部に固定された円筒状のリング部１４ｂなどを備えている。このリング部１４ｂは、軟磁性体で構成され、その外周面には、永久磁石列が周方向に沿って設けられている。この永久磁石列は、２ｎ（ｎは整数）個の永久磁石１４ｃで構成されており、これらの永久磁石１４ｃ（磁極）は、隣り合う各２つが互いに異なる極性を有するとともに、電気角πに相当する所定角度の間隔で配置されている（図３（ａ）〜（ｃ）参照）。また、各永久磁石１４ｃは、左右方向に所定幅を有している。

さらに、ステータ１６は、ケース１１の周壁１１ｃの内周面に取り付けられたリング状の取付部１６ａと、この取付部１６ａの内周面に周方向に沿って設けられた３つの第１〜第３電機子列を有している。これらの第１〜第３電機子列は、回転磁界を発生するものであり、エンジン３側から駆動プーリ７側に向かって順に配置されているとともに、後述するＰＤＵ３０に電気的に接続されている。

また、第１電機子列は、３ｎ個の第１電機子１７で構成され、これらの第１電機子１７は、取付部１６ａの内周面に、電気角２π／３に相当する所定角度の間隔で配置されている（図３（ａ）参照）。第１電機子１７の各々は、鉄芯１７ａと、鉄芯１７ａに集中巻きで巻かれたコイル１７ｂなどを備えており、３ｎ個のコイル１７ｂは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相コイルを構成している。

この第１電機子列では、ＥＣＵ２によって、第１電機子１７への電力の入出力状態が制御されることで、鉄芯１７ａの内側端部に磁極が発生するように構成されており、これらの磁極の発生に伴い、第１回転磁界が、第１ロータ１４の永久磁石列との間に第１電機子列に沿って回転するように発生する。以下、鉄芯１７ａの内側端部に発生する磁極を、「第１電機子磁極」という。これらの第１電機子磁極の数は、ＥＣＵ２によって、永久磁石１４ｃの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）になるように制御される。

さらに、第２電機子列は、３ｎ個の第２電機子１８で構成され、これらの第２電機子１８は、取付部１６ａの内周面に、電気角２π／３に相当する所定角度の間隔で配置されている（図３（ｂ）参照）。第２電機子１８の各々は、鉄芯１８ａと、鉄芯１８ａに集中巻きで巻かれたコイル１８ｂなどを備えており、３ｎ個のコイル１８ｂは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相コイルを構成している。

この第２電機子列でも、ＥＣＵ２によって、第２電機子１８への電力の入出力状態が制御されることで、鉄芯１８ａの内側端部に磁極が発生するように構成されており、これらの磁極の発生に伴い、第２回転磁界が、第１ロータ１４の永久磁石列との間に第２電機子列に沿って回転するように発生する。以下、鉄芯１８ａの内側端部に発生する磁極を、「第２電機子磁極」という。ＥＣＵ２によって、これらの第２電機子磁極の数も、第１電機子磁極の数と同様に、永久磁石１４ｃの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）になるように制御される。

また、第３電機子列は、３ｎ個の第３電機子１９で構成され、これらの第３電機子１９は、取付部１６ａの内周面に、電気角２π／３に相当する所定角度の間隔で配置されている（図３（ｃ）参照）。また、第３電機子１９の各々は、鉄芯１９ａと、鉄芯１９ａに集中巻きで巻かれたコイル１９ｂなどを備えており、３ｎ個のコイル１９ｂは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の三相コイルを構成している。

この第３電機子列でも、第３電機子１９への電力の入出力状態が制御されることで、鉄芯１９ａの内側端部に磁極が発生するように構成されており、これらの磁極の発生に伴い、第３回転磁界が、第１ロータ１４の永久磁石列との間に第３電機子列に沿って回転するように発生する。以下、鉄芯１９ａの内側端部に発生する磁極を、「第３電機子磁極」という。ＥＣＵ２によって、これらの第３電機子磁極の数も、第１および第２電機子磁極の数と同様に、永久磁石１４ｃの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）になるように制御される。

以上の第１〜第３電機子列では、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、第２電機子列の三相コイルの各々は、第１電機子列の三相コイルの各々に対して、同図の下側に向かって電気角２π／３に相当する角度分ずつずれた状態に配置され、第３電機子列の三相コイルの各々は、第２電機子列の三相コイルの各々に対して、同図の下側に向かって電気角２π／３に相当する角度分ずつずれた状態に配置されている。

なお、この回転機１０のステータ１６では、第１電機子列と第２電機子列と第３電機子列との間で磁束が漏れないようにするために、バックヨーク（図示せず）が設置されており、それにより、３つの電機子列間で磁気短絡が発生しないように構成されている。

一方、第２ロータ１５は、入力軸１２の右端部に固定された回転盤部１５ｄと、この回転盤部１５ｄの外端部から駆動プーリ７側に延びる支持部１５ｅと、この支持部１５ｅに固定され、第１ロータ１４の永久磁石列とステータ１６の第１〜第３電機子列の間に配置された第１〜第３軟磁性体コア列を有している。これらの第１〜第３軟磁性体コア列はそれぞれ、軟磁性体（例えば鋼板の積層体）製の、２ｎ個の第１〜第３軟磁性体コア１５ａ〜１５ｃ（軟磁性体）で構成されている。

第１軟磁性体コア（以下「第１コア」という）１５ａは、第１電機子列と永久磁石列の間に、電気角πに相当する所定角度の間隔で周方向に沿って設けられているとともに、永久磁石列の永久磁石１４ｃとの径方向の間隙が第１電機子列の鉄芯１７ａとの径方向の間隙と等しくなるように、構成されている。また、第２軟磁性体コア（以下「第２コア」という）１５ｂは、第２電機子列と永久磁石列の間に、電気角πに相当する所定角度の間隔で周方向に沿って設けられているとともに、永久磁石列の永久磁石１４ｃとの径方向の間隙が第２電機子列の鉄芯１８ａとの径方向の間隙と等しくなるように、構成されている。

さらに、第３軟磁性体コア（以下「第３コア」という）１５ｃは、第３電機子列と永久磁石列の間に、電気角πに相当する所定角度の間隔で周方向に沿って設けられているとともに、永久磁石列の永久磁石１４ｃとの径方向の間隙が第３電機子列の鉄芯１９ａとの径方向の間隙と等しくなるように、構成されている。また、以上の第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃでは、第２コア１５ｂの各々は、第１コア１５ａの各々に対して、図３の下側に電気角π／３に相当する角度分ずつずれた状態に配置され、第３コア１５ｃの各々は、第２コア１５ｂの各々に対して、同図の下側に電気角π／３に相当する角度分ずつずれた状態に配置されている。

次に、以上のように構成された回転機１０の動作原理を説明するために、まず、図４に示す回転機４０について説明する。この回転機４０は、本出願人が特許文献１の補機駆動装置において用いたものである。また、図５は、図４のＤ−Ｄ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開したものであり、図６は、図５と等価の構成を示すものである。

図４に示すように、回転機４０は、ケース４６と、ケース４６に固定された２つの軸受４７，４７と、これらの軸受４７，４７に回動自在にそれぞれ支持された第１軸４１および第２軸４２と、ケース４６内に設けられた第１ロータ４３と、ケース４６内に第１ロータ４３に対向するように設けられたステータ４４と、両者４３，４４の間に所定の間隔を存した状態で設けられた第２ロータ４５などを備えている。第１ロータ４３、第２ロータ４５およびステータ４４は、第１軸４１の径方向の内側から外側に向かってこの順で並んでいる。なお、２つの軸４１，４２は、互いに同心に配置されている。

第１ロータ４３は、２ｎ個の第１永久磁石４３ａおよび第２永久磁石４３ｂを有しており、第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂはそれぞれ、第１軸４１の周方向（以下、単に「周方向」という）に等間隔で並んでいる。これらの第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂは、リング状の固定部４３ｃの外周面に、軸線方向に並び、互いに接した状態で取り付けられている。以上の構成により、第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂは、第１軸４１と一体に回動自在になっている。

また、図５および図６に示すように、第１軸４１を中心として、周方向に隣り合う各２つの第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂの間のピッチは、電気角πに設定されている。また、第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂの極性は、軸線方向に並んだもの同士は同じ極性で、周方向に隣り合う各２つについては互いに異なっている。以下、第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂの磁極をそれぞれ、「第１磁極」および「第２磁極」という。

ステータ４４は、第１および第２回転磁界をそれぞれ発生させるものであり、周方向に等間隔で並んだ３ｎ個の電機子４４ａを有している。各電機子４４ａは、鉄芯４４ｂと、鉄芯４４ｂに集中巻で巻回されたコイル４４ｃなどで構成されている。鉄芯４４ｂの内周面の軸線方向の中央部には、周方向に延びる溝４４ｄが形成されている。３ｎ個のコイル４４ｃは、ｎ組のＵ相、Ｖ相およびＷ相の３相コイルを構成している（図５，６参照）。また、電機子４４ａは、ケース４６の周壁４６ａの内周面に、リング状の固定部４４ｅを介して取り付けられている。

さらに、電機子４４ａは、図示しない可変電源に接続されており、可変電源から電力が供給されたときに、鉄芯４４ｂの第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極がそれぞれ発生するように構成されている。また、これらの磁極の発生に伴って、第１ロータ４３の第１永久磁石４３ａ側の部分との間および第２永久磁石４３ｂ側の部分との間に、第１および第２回転磁界が周方向に回転するようにそれぞれ発生する。以下、鉄芯４４ｂの第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂ側の端部に発生する磁極をそれぞれ、「第１電機子磁極」および「第２電機子磁極」という。また、これらの第１および第２電機子磁極はそれぞれ、第１永久磁石４３ａの磁極と同じ数（すなわち２ｎ個）に設定される。

第２ロータ４５は、第１永久磁石４３ａと同じ数（すなわち２ｎ個）の第１軟磁性体コア（以下「第１コア」という）４５ａおよび第２軟磁性体コア（以下「第２コア」という）４５ｂを有している。これらのコア４５ａ，４５ｂはそれぞれ、周方向に電気角πに相当する所定角度の間隔で並んでいるとともに、両者の位相差は電気角π／２に相当する角度分ずれている。また、第１および第２コア４５ａ，４５ｂはいずれも、軟磁性体（具体的には複数の鋼板を積層したもの）で構成されている。

第１および第２コア４５ａ，４５ｂはそれぞれ、円板状のフランジ４５ｅの外端部に、軸線方向に若干延びる棒状の連結部４５ｃ，４５ｄを介して取り付けられており、フランジ４５ｅは、第２軸４２に一体に同心状に設けられている。以上の構成により、第１および第２コア４５ａ，４５ｂは、第２軸４２と一体に回動自在になっている。

以上の回転機４０の場合、特許文献１で説明されているように、２つのロータ４３，４５およびステータ４４の間でのエネルギの入出力関係と、ロータ４３，４５の回転速度および回転磁界の回転速度の関係とが、遊星歯車装置における３つの部材（サンギヤ、リングギヤおよびプラネタリキャリア）のトルクの関係および回転速度の関係と同じ動作特性を示すように、回転機４０を制御することができる。

次に、以上のように構成された回転機４０の電圧方程式の導出法について説明する。この回転機４０の場合、一般的な１ロータタイプのブラシレスＤＣモータと比較して、ステータ４４の構成は同じであるのに対し、永久磁石などで構成された第１ロータ４３だけでなく、軟磁性体などで構成された第２ロータ４５を有するという点が異なっている。このことから、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合とほぼ同じであるのに対し、第１および第２ロータ４３，４５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃに発生する逆起電圧（すなわち逆起電力，誘導起電力）は、一般的なブラシレスＤＣモータの場合と異なるものとなる。

この逆起電圧は、具体的には、以下に述べるように求められる。図７は、２ｎ個の第１永久磁石４３ａ、２ｎ個の第１コア４５ａおよび３ｎ個の電機子４４ａを１組の回転機構造（すなわち電動機構造）とした場合において、この回転機構造に相当する等価回路の一例を示している。なお、同図は、便宜上、極数＝２の場合を示しているが、回転機４０の極数は、前述したように２ｎである。この場合、第１コア４５ａを介さずに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ直接、通過する第１永久磁石４３ａの磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１は、下式（１）〜（３）でそれぞれ表される。

ここで、Ψｆｂは、各相のコイル４４ｃを直接、通過する第１永久磁石４３ａの磁束の最大値である。また、θｅ１は、第１ロータ電気角であり、基準となるステータ４４の１つの電機子４４ａ（以下「基準電機子」という）に対する第１ロータ４３の回転角を電気角で表したものである。この第１ロータ電気角θｅ１は、具体的には、図示しない回転角センサを用いて第１ロータ４３の回転角を検出し、その検出値を電気角に変換することによって算出される。

また、第１コア４５ａを介してＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石４３ａの磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２は、下式（４）〜（６）でそれぞれ表される。

ここで、Ψｆａは、第１コア４５ａを介して各相のコイル４４ｃを通過する第１永久磁石４３ａの磁束の最大値である。また、θｅ２は、第２ロータ電気角であり、上記基準電機子に対する第２ロータ４５の回転角を電気角で表したものである。この第２ロータ電気角θｅ２は、具体的には、図示しない回転角センサを用いて第２ロータ４５の回転角を検出し、その検出値を電気角に変換することによって算出される。

Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石４３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述したＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃを直接、通過する磁束Ψｕａ１、Ψｖａ１、Ψｗａ１と、第１コア４５ａを介して通過する磁束Ψｕａ２、Ψｖａ２、Ψｗａ２との和、すなわち、（Ψｕａ１＋Ψｕａ２）、（Ψｖａ１＋Ψｖａ２）および（Ψｗａ１＋Ψｗａ２）でそれぞれ表される。したがって、これらの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａは、上述した式（１）〜（６）より、下式（７）〜（９）でそれぞれ表される。

また、これらの式（７）〜（９）を変形すると、下式（１０）〜（１２）が得られる。

さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ通過する第１永久磁石４３ａの磁束Ψｕａ、Ψｖａ、Ψｗａを時間微分することによって、第１永久磁石４３ａおよび／または第１コア４５ａの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃに発生する逆起電圧（以下、それぞれ「第１Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ１」「第１Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ１」「第１Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ１」という）がそれぞれ得られる。したがって、これらの第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１は、式（１０）〜（１２）を時間微分することにより得られた下式（１３）〜（１５）でそれぞれ表される。

ここで、ωｅ２は、θｅ２の時間微分値、すなわち、第２ロータ４５の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第２ロータ電気角速度」という）であり、ωｅ１は、θｅ１の時間微分値、すなわち、第１ロータ４３の角速度を電気角速度に換算した値（以下「第１ロータ電気角速度」という）である。

また、図８は、２ｎ個の第２永久磁石４３ｂ、２ｎ個の第２コア４５ｂおよび３ｎ個の電機子４４ａを１組の回転機構造とした場合において、この回転機構造に相当する等価回路の一例を示している。この場合、第２永久磁石４３ｂおよび／または第２コア４５ｂの回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃに発生する逆起電圧は、上述した第１永久磁石４３ａおよび第１コア４５ａの場合と同様に、次のようにして求められる。以下、これらのＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃに発生する逆起電圧をそれぞれ、「第２Ｕ相逆起電圧Ｖｃｕ２」「第２Ｖ相逆起電圧Ｖｃｖ２」「第２Ｗ相逆起電圧Ｖｃｗ２」という。

すなわち、前述したように第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂは互いに一体であるので、各相のコイル４４ｃを直接、通過する第２永久磁石４３ｂの磁束の最大値は、各相のコイル４４ｃを直接、通過する第１永久磁石４３ａの磁束の最大値と等しく、かつ、第２コア４５ｂを介して各相のコイル４４ｃを通過する第２永久磁石４３ｂの磁束の最大値は、第１コア４５ａを介して各相のコイル４４ｃを通過する第１永久磁石４３ａの磁束の最大値と等しい。また、前述したように、第１および第２コア４５ａ，４５ｂの間の電気角は、互いに電気角π／２ずれている（図８参照）。以上から、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石４３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂ（すなわち第２コア４５ｂを介して通過する磁束と、介さずに直接、通過する磁束との和）は、下式（１６）〜（１８）でそれぞれ表される。

また、これらの式（１６）〜（１８）を変形すると、下式（１９）〜（２１）が得られる。

さらに、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃをそれぞれ通過する第２永久磁石４３ｂの磁束Ψｕｂ、Ψｖｂ、Ψｗｂを時間微分することによって、上述した第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２がそれぞれ得られる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２は、式（１９）〜（２１）を時間微分することにより得られた下式（２２）〜（２４）でそれぞれ表される。

また、前述したように、ステータ４４は、その鉄芯４４ｂの第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂ側の端部に、互いに異なる極性の磁極が発生するように構成されている。さらに、第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂのうち、軸線方向に並んだもの同士の極性は、同じになっている。これらのことから明らかなように、軸線方向に並んだ第１および第２永久磁石４３ａ，４３ｂの電気角は、互いに電気角πずれている。このため、第１および／または第２のロータ４３，４５の回転に伴ってＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃに発生する逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗはそれぞれ、前述した第１Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｖ１、Ｖｃｗ１と、第２Ｕ相〜Ｗ相の逆起電圧Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ２、Ｖｃｗ２との差、すなわち、（Ｖｃｕ１−Ｖｃｕ２）、（Ｖｃｖ１−Ｖｃｖ２）および（Ｖｃｗ１−Ｖｃｗ２）となる。したがって、これらの逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗは、式（１３）〜（１５）および式（２２）〜（２４）より、下式（２５）〜（２７）で表される。

ここで、回転機４０全体の総磁束量をΨとすると、Ψ＝２・Ψｆａが成立するので、これを上記式（２５）〜（２７）に適用すると、下式（２８）〜（３０）が得られる。

また、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃの電圧（以下、それぞれ「Ｕ相電圧Ｖｕ」「Ｖ相電圧Ｖｕ」「Ｗ相電圧Ｖｗ」という）は、Ｕ相〜Ｗ相の電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに対する電圧と、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃの逆起電圧Ｖｃｕ，Ｖｃｖ，Ｖｃｗとの和でそれぞれ表される。したがって、回転機４０の電圧方程式は、下式（３１）のようになる。

ここで、Ｒｕ，ＲｖおよびＲｗはそれぞれＵ相〜Ｗ相のコイル４４ｃの抵抗であり、Ｌｕ，ＬｖおよびＬｗはそれぞれ、Ｕ相〜Ｗ相のコイル４４ｃの自己インダクタンスであり、いずれも所定値である。また、Ｍｕｖは、Ｕ相コイル４４ｃとＶ相コイル４４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｖｗは、Ｖ相コイル４４ｃとＷ相コイル４４ｃの間の相互インダクタンスであり、Ｍｗｕは、Ｗ相コイル４４ｃとＵ相コイル４４ｃの間の相互インダクタンスであり、いずれも所定値である。さらに、ｓは微分演算子である。

また、上記の式（３１）を参照すると明らかなように、この式（３１）の（２θｅ２−θｅ１）および（２ωｅ２−ωｅ１）を、一般的なブラシレスＤＣモータのロータの電気角θｅおよび電気角速度ωｅにそれぞれ置き換えた数式は、一般的なブラシレスＤＣモータの電圧方程式において磁束量を値１／２に設定したものに相当する。このことから、回転機４０を作動させるためには、前述した第１および第２回転磁界のベクトルの電気角θｘを、θｘ＝（２θｅ２−θｅ１）が成立するように制御すればよいことが判る。また、以上の点は、極数やコイル４４ｃの相数にかかわらず成立する。

一方、本実施形態の回転機１０の場合、前述したように、ＥＣＵ２によって、第１〜第３電機子１７〜１９への電力の入出力状態が制御されることで、第１〜第３回転磁界が発生する。ここで、回転機１０の構成において、永久磁石１４ｃ、第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃの回転半径と、第１〜第３電機子１７〜１９における第１〜第３回転磁界の回転半径とが無限大に大きいものと仮定すると、永久磁石１４ｃ、３つのコア１５ａ〜１５ｃは直線的に移動し、かつ３つの電機子１７〜１９の磁界も直線的に移動するものと見なすことができるので、前述した図３の構成は、図９の構成と等価であると見なすことができる。

さらに、図９の構成において、第１〜第３回転磁界を図１０に示すように３つの仮想磁石１７ｘ〜１９ｘの回転に置き換えた場合、本実施形態では、仮想磁石１７ｘ〜１９ｘの磁極（すなわち第１〜第３電機子磁極）の極性および互いの位相において同図１０に示す関係が成立するように、第１〜第３電機子１７〜１９への供給電力が制御される。なお、同図中の黒塗りで示す磁極が永久磁石の磁極を表しており、この点は以下の図面においても同様である。

同図１０を参照すると明らかなように、第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃの場合、互いに隣り合う２つのコアは、同図の下側に電気角π／３ずつずれている。すなわち、第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃはスキュー配置されている。さらに、仮想磁石１７ｘ〜１９ｘの磁極すなわち第１〜第３電機子磁極の場合、互いに隣り合う２つの磁極は、同図の下側に電気角２π／３ずつずれた状態に制御される。

ここで、前述した永久磁石列、第１軟磁性体コア列および第１電機子列を１組の回転機構造（以下「第１回転機構造」という）とした場合、この第１回転機構造に相当する等価回路の一例は、図１１に示すものとなる。また、永久磁石列、第２軟磁性体コア列および第２電機子列を１組の回転機構造（以下「第２回転機構造」という）とした場合、この第２回転機構造に相当する等価回路の一例は、図１２に示すものとなる。

さらに、永久磁石列、第３軟磁性体コア列および第３電機子列を１組の回転機構造（以下「第３回転機構造」という）とした場合、この第３回転機構造に相当する等価回路の一例は、図１３に示すものとなる。なお、これらの図１１〜図１３は、便宜上、極数＝２の場合を例示したものである。以上のような３つの回転機構造の各々では、回転磁界が発生した際、各回転機構造の永久磁石、軟磁性体コアおよび電機子の間に、磁気回路（図示せず）が構成される。

次に、以上のような３つの回転機構造を有する回転機１０の逆起電圧について説明する。第１および第２ロータ１４，１５が回転した場合、３つの回転機構造のＵ相にそれぞれ表れる磁束Ψｕ１〜Ψｕ３は、下式（３２）〜（３４）に示すものとなる。

ここで、ψｆは、３つのコア１５ａ〜１５ｃを介して３つのＵ相コイル１７ｂ〜１９ｂを通過する永久磁石１４ｃの磁束の最大値である。また、θ１は、第１ロータ電気角であり、基準位置に対する第１ロータ１４の回転角を電気角で表したものである。さらに、θ２は、第２ロータ電気角であり、基準位置に対する第２ロータ１０の回転角を電気角で表したものである。これらの電気角θ１，θ２はそれぞれ、プーリ角センサ２１およびクランク角センサ２０の検出信号に基づいて算出される。これに加えて、ω１，ω２はそれぞれ、２つの電気角θ１，θ２の時間微分値を表している。

次いで、三角関数の積和公式ｃｏｓαｃｏｓβ＝（１／２）｛ｃｏｓ（α＋β）＋ｃｏｓ（α−β）｝を上式（３２）〜（３４）に適用すると、下式（３５）〜（３７）が得られる。

ここで、回転機１０のＵ相全体に表れる磁束Ψｕは、３つのΨｕ１〜Ψｕ３の和となるので、磁束Ψｕは下式（３８）によって算出される。

以上の磁束Ψｕの算出式の導出法と同じ手法により、回転機１０のＶ相全体およびＷ相全体に表れる磁束Ψｖ，Ψｗの算出式を導出すると、下式（３９），（４０）が得られる。

ここで、３つのコア１５ａ〜１５ｃを介することなく、３つのＵ相コイル１７ｂ〜１９ｂを直接、通過する永久磁石１４ｃの磁束は、極めて小さく、その影響を無視できる。これと同様に、３つのコア１５ａ〜１５ｃを介することなく、Ｖ相コイル１７ｂ〜１９ｂおよびＷ相コイル１７ｂ〜１９ｂをそれぞれ直接、通過する永久磁石１４ｃの磁束も、極めて小さく、その影響を無視できる。以上の理由によって、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の逆起電圧はそれぞれ、磁束Ψｕ、Ψｖ、Ψｗを時間微分した値ｄΨｕ／ｄｔ、ｄΨｖ／ｄｔ、ｄΨｗ／ｄｔに相当することになり、それにより、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の逆起電圧の算出式は、以上の式（３８）〜（４０）を時間微分することによって、下式（４１）〜（４３）として導出される。

ここで、回転機１０全体の総磁束量をΨとすると、Ψ＝３・ψｆが成立するので、これを式（４１）〜（４３）に適用すると、下式（４４）〜（４６）が得られる。

以上の逆起電圧ｄΨｕ／ｄｔ、ｄΨｖ／ｄｔ、ｄΨｗ／ｄｔの算出式（４４）〜（４６）を、前述した回転機４０の逆起電圧Ｖｃｕ、Ｖｃｖ、Ｖｃｗの算出式（２８）〜（３０）と比較すると、両者は同じであることが判る。

したがって、この回転機１０の場合においても、前述した第１〜第３回転磁界のベクトルの電気角θｙを、θｙ＝（２θ２−θ１）が成立するように制御することによって、回転機１０を、回転機４０と同様に、遊星歯車装置と同じ作動特性を示すように運転することができる。

次に、図１４および図１５を参照しながら、以上のように構成された回転機１０におけるコギングトルクについて説明する。図１４は、回転機１０において、第１ロータ１４を回転させたときのコギングトルクの発生状態を示したものであり、同図（ａ）〜（ｃ）のＴｒｑ１〜Ｔｒｑ３はそれぞれ、第１〜第３回転機構造におけるコギングトルク成分を表しており、ＴｒｑＲは正の所定値を表している。また、同図（ｄ）のＴｒｑ４は、３つのコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３の和、すなわち回転機１０全体のコギングトルクを表している。

一方、図１５は、比較のために、前述した回転機４０におけるコギングトルクの発生状態を示したものであり、同図（ａ），（ｂ）のＴｒｑＡ，ＴｒｑＢはそれぞれ、回転機４０の２組の回転機構造におけるコギングトルク成分を表しており、同図（ｃ）のＴｒｑＣは、２つのコギングトルク成分ＴｒｑＡ，ＴｒｑＢの和、すなわち回転機４０全体のコギングトルクを表している。

両図を比較すると明らかなように、回転機１０のコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３の振幅は、回転機４０のコギングトルク成分ＴｒｑＡ，ＴｒｑＢの振幅±ＴｒｑＲと比べて、その２／３倍の値［±（２／３）・ＴｒｑＲ］に減少していることが判る。これは、回転機１０の場合、３組の回転機構造を備えているので、２組の回転機構造を備えた回転機４０と比べて、各組の回転機構造における磁束量が２／３になるためである。また、同じ理由により、回転機１０におけるトルクリップルは、回転機４０と比べて２／３に減少することになる。

さらに、回転機１０全体のコギングトルクＴｒｑ４は、３つのコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３が互いに重なり合って打ち消し合うことで、回転機４０全体のコギングトルクＴｒｑＣよりもかなり小さい値に減少していることが判る。以上のように、回転機１０の場合、３組の回転機構造を備えていることによって、２組の回転機構造しか備えていない回転機４０と比べて、３つのコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３の振幅を２／３の値に低減できるとともに、これらが互いに重なり合って打ち消し合うように構成できる。その結果、コギングトルクおよびトルクリップルを回転機４０と比べて大幅に低減できる。

次に、図１６を参照しながら、補機駆動装置１の動作について説明する。以下の説明では、駆動プーリ７（すなわち第１ロータ１４）の回転速度を「プーリ回転速度ＶＰ」といい、クランクシャフト（すなわち第２ロータ１５）の回転速度を「クランク軸回転速度ＶＣ」といい、ステータ１６の回転磁界の回転速度を「磁界回転速度ＶＳ」という。なお、この磁界回転速度ＶＳは、ステータ１６における第１〜第３回転磁界を互いに同じ回転速度に制御したときのものであり、同図１６中の値ＶＲＥＦは、補機４を駆動するのに最適な、プーリ回転速度ＶＰの所定値を表している。

この場合、前述したように、回転機１０は、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように運転可能なものであり、より具体的には、３つの回転速度ＶＰ，ＶＣ，ＶＳの間において、ＶＣ＝（ＶＰ＋ＶＳ）／２の関係が成立するように運転可能に構成されている。そのため、エンジン停止中でＶＣ＝０の場合には、図１６（ａ）に示す関係が成立するように、回転機１０を作動させることができる。すなわち、磁界回転速度ＶＳをＶＳ＝−ＶＲＥＦになるように制御することで、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦに制御することができる。

また、エンジン３の運転中は、クランクシャフトの回転に伴って第２ロータ１５が回転するので、ＥＣＵ２により、ＰＤＵ３０を介してステータ１６に流れる電流を制御すると、誘導起電力がステータ１６に発生し、発電が行われる。それにより、電力がステータ１６に供給されていない場合でも、この誘導起電力に起因して、図１６（ｂ），（ｃ）に示すように、ステータ１６において、図１６（ａ）の回転磁界とは逆方向に回転する回転磁界が発生する。

その結果、ステータ１６で発生した電力をバッテリ３１に充電しながら、補機４を駆動することができる。すなわち、電力回生を実行しながら、補機４を駆動することができる。特に、図１６（ｂ）に示すように、エンジン３が低回転運転されている場合でも、図１６（ｃ）に示すように、エンジン３が高回転運転されている場合でも、ステータ１６に流れる電流を適切に制御することによって、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦになるように制御することができる。言い換えれば、エンジン回転数の高低にかかわらず、プーリ回転速度ＶＰを、補機４を駆動するのに最適な所定値ＶＲＥＦに制御することができる。

また、図１６（ｄ）に破線で示すように、クランク軸回転速度ＶＣが非常に小さい場合、ステータ１６で電力回生を実行しながら磁界回転速度ＶＳを制御しても、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦまで上昇させることができないときがある。そのような場合には、電力をステータ１６に供給し、磁界回転速度ＶＳを制御することによって、図１６（ｄ）に実線で示すように、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦに上昇させることができる。

以上のように、第１実施形態の補機駆動装置１によれば、エンジン３および回転機１０の動力によって、補機４を駆動することができる。また、前述したように、回転機１０が３組の回転機構造を備えていることによって、３つのコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３の振幅を、２組の回転機構造しか備えていない従来の補機駆動装置の回転機４０と比べて２／３の値に低減できるとともに、これらのコギングトルク成分Ｔｒｑ１〜Ｔｒｑ３が互いに重なり合って打ち消し合うように構成できる。その結果、コギングトルクおよびトルクリップルを従来と比べて大幅に低減でき、商品性を向上させることができる。

なお、第１実施形態は、原動機として、ガソリンを燃料とする内燃機関を用いた例であるが、本発明の原動機はこれに限らず、動力を発生する原動機であればよい。例えば、原動機として、軽油または天然ガスを燃料とする内燃機関や、スターリングエンジンなどの外燃機関、電気モータなどの回転機を用いてもよい。

また、第１実施形態の補機駆動装置１の回転機１０の第１ロータ１４において、永久磁石列に代えて、電機子列を設けるとともに、これらの電機子列に発生する磁極が永久磁石１４ｃの磁極と同じになるように、電機子列への供給電力を制御してもよい。

さらに、第１実施形態の回転機１０は、第１ロータ１４の永久磁石列とステータ１６の電機子列とを径方向に互いに対向するように配置するとともに、両者の間に、軟磁性体列を配置した例であるが、本発明の回転機において、第１ロータの永久磁石列とステータの電機子列とを回転機の回転軸線方向に互いに対向するように配置するとともに、両者の間に、軟磁性体列を配置するように構成してもよい。

一方、第１実施形態の補機駆動装置１は、回転機１０の第１〜第３回転機構造において、回転機１０の運転中、永久磁石１４ｃの磁極と、３つの軟磁性体コア１５ａ〜１５ｃと、３つの電機子１７〜１９に発生する磁極との位置関係が、前述した図１０に示す位置関係になるように、第１〜第３電機子１７〜１９への供給電力を制御した例であるが、本発明の電機子に発生する磁極と、第１ロータの永久磁石の磁極と、第２ロータの軟磁性体コアとの間の位置関係はこれに限らず、回転機１０の運転中、第１〜第３回転機構造において、電機子に発生する磁極と第１ロータの永久磁石の磁極との間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角２π／３ずつずれた状態になるとともに、電機子に発生する磁極と第２ロータの軟磁性体コアとの間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角π／３ずつずれた状態になるように、３つの電機子への供給電力が制御されるものであればよい。

例えば、電機子に発生する磁極と、第１ロータの永久磁石の磁極と、第２ロータの軟磁性体コアとの間の位置関係を、図１７に示すように構成してもよい。同図に示すように、この回転機１０Ｘでは、第２ロータ１５の第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃが同図の左右方向に同じ位置になるように配置され、永久磁石１４ｃに代えて、３つの永久磁石１４ｃ’が、隣り合う各２つが電機子１７〜１９の配置方向に対して電気角π／３ずつずれた状態に配置されている。この回転機１０Ｘでは、その運転中、第１〜第３回転機構造において、３つの電機子１７〜１９に発生する磁極すなわち仮想磁石１７ｘ〜１９ｘの磁極と、永久磁石１４ｃ’の磁極との間の電気角の位相差が、電機子１７〜１９の配置方向に対して電気角２π／３ずつずれた状態になるとともに、仮想磁石１７ｘ〜１９ｘの磁極と、第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃとの間の電気角の位相が、電機子１７〜１９の配置方向に対して電気角π／３ずつずれた状態になるように、第１〜第３電機子１７〜１９への供給電力が制御される。このように構成した場合でも、３つの電気角θｙ，θ１，θ２において、θｙ＝（２θ２−θ１）の関係が成立し、それにより、第１実施形態の回転機１０を用いた場合と同じ作用効果を得ることができる。

一方、図１０に示す３つの回転機構造において、永久磁石１４ｃと、３つの電機子１７〜１９の磁極とを左右方向に入れ換えて配置してもよい。これに加えて、永久磁石１４ｃを３つの永久磁石に分割し、これらの永久磁石を図１０の左右方向の同じ位置ではなく、回転機１０の回転方向に沿ってスキュー配置してもよい。以上の場合でも、３つの回転機構造において、上記の電気角のずれの関係が成立するように、第１〜第３電機子１７〜１９への供給電力を制御することによって、図１０に示す３つの回転機構造を備えた回転機１０と同じ作用効果を得ることができる。

また、第１実施形態の補機駆動装置１の回転機１０は、第１〜第３回転機構造を図１０に示すように配置した例であるが、第１〜第３回転機構造をこれらと異なるように配置してもよい。例えば、第１実施形態の回転機１０と同じ動作状態を確保しながら、第１〜第３回転機構造を、第２回転機構造⇒第３回転機構造⇒第１回転機構造の順に並ぶように構成してもよく、第１回転機構造⇒第３回転機構造⇒第２回転機構造の順に並ぶように構成してもよい。

さらに、第１実施形態の補機駆動装置１の回転機１０は、第１ロータ１４における１つの磁極を１つの永久磁石の磁極で構成した例であるが、１つの磁極を複数の永久磁石の磁極で構成してもよい。例えば、２つの永久磁石の磁極をＶ字状に並べて１つの磁極を構成した場合、磁力線の指向性を高めることができる。

また、第１実施形態の補機駆動装置１の回転機１０は、ステータ１６の電機子１７〜１９のコイルを集中巻とした例であるが、これらの電機子のコイルの巻き方として、分布巻などの他の巻き方を用いてもよい。

一方、第１実施形態は、補機駆動装置１の回転機１０を３組の回転機構造を備えるように構成した例であるが、本発明の回転機はこれに限らず、回転機を４組以上の回転機構造を備えるように構成してもよい。以下、ｍ（ｍは３以上の整数）組の回転機構造を備えた回転機（図示せず）における逆起電圧の算出式について説明する。

この回転機では、その運転中、ｍ組の回転機構造において、電機子に発生する磁極と永久磁石の磁極との間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角２π／ｍずつずれた状態になるとともに、電機子に発生する磁極と軟磁性体コアとの間の電気角の位相差が、電機子の配置方向に対して電気角π／ｍずつずれた状態になるように、電機子への供給電力が制御される。また、ｍ組の永久磁石列が、１つの第１ロータ上に設けられ、ｍ組の軟磁性体コア列が１つの第２ロータ上に設けられているものとする（いずれも図示せず）。さらに、以下の説明では、基準位置に対する第１および第２ロータの回転角に相当する電気角をそれぞれ、便宜上、第１および第２ロータ電気角θ１，θ２と表記し、これらの電気角θ１，θ２の時間微分値をそれぞれ、ω１，ω２と表記する。

この回転機の場合、ｍ組の回転機構造のうちのγ（１≦γ≦ｍ）番目の回転機構造のＵ相に表れる磁束Ψｕγの算出式は、下式（４７）に示すものになる。

ここで、ψｆは、軟磁性体コアを介してＵ相のコイルを通過する永久磁石の磁束の最大値である。

上式（４７）のγを値１から値ｍにそれぞれ置き換えると、下式（４８）〜（５０）が得られる。

次に、三角関数の積和公式ｃｏｓαｃｏｓβ＝（１／２）｛ｃｏｓ（α＋β）＋ｃｏｓ（α−β）｝を上式（４８）〜（５０）に適用すると、下式（５１）〜（５３）が得られる。

回転機のＵ相全体に表れる磁束Ψｕは、ｍ個のΨｕ１〜Ψｕｍの和となるので、下式（５４）が得られる。

ここで、上式（５４）の右辺の第２項における中括弧｛｝内の演算式に着目すると、この演算式は、下式（５５）のように書き換えることができる。

次に、級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて、上式（５５）の右辺の第１項を変形すると、下式（５６）が導出される。

さらに、級数の総和の公式およびオイラーの公式を用いて、上式（５５）の右辺の第２項を変形すると、下式（５７）が得られる。

以上の式（５６），（５７）より、下式（５８）が得られる。

したがって、上式（５８）を前述した式（５４）に適用すると、下式（５９）が最終的に導出される。

さらに、以上と同様の手法により、回転機のＶ，Ｗ相全体に表れる磁束Ψｖ，Ψｗの算出式を導出すると、下式（６０），（６１）が得られる。

そして、以上の式（５９）〜（６１）の左辺および右辺を時間微分すると、逆起電圧の算出式として、下式（６２）〜（６４）が得られる。

ここで、ｍ組の回転機構造を備えた回転機の場合、モータ全体の総磁束量をΨとすると、Ψｆ＝Ψ／ｍが成立するので、これを上記式（６２）〜（６４）に適用すると、下式（６５）〜（６７）が得られる。

これらの式（６５）〜（６７）は、前述した回転機１０における逆起電圧の算出式（４４）〜（４６）と同じである（すなわち、前述した回転機４０の逆起電圧の算出式（２８）〜（３０）とも同じである）。したがって、ｍ組の回転機構造を有する回転機においても、ｍ個の回転磁界のベクトルの電気角θｚを、θｚ＝（２θ２−θ１）が成立するように制御することによって、前述した回転機１０と同じように作動させることができる。それにより、ｍ組の回転機構造を有する回転機を備えた補機駆動装置においても、第１実施形態の補機駆動装置１と同じ作用効果を得ることができる。特に、この場合には、ｍの値が大きいほど、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。

一方、第１実施形態は、回転機１０の運転を制御する制御装置として、ＥＣＵ２およびＰＤＵ３０を用いた例であるが、回転機１０を制御する制御装置はこれに限らず、回転機１０の運転を制御できるものであればよい。例えば、回転機１０を制御する制御装置として、マイクロコンピュータを搭載した電気回路などを用いてもよい。

次に、図１８を参照しながら、第２実施形態に係る補機駆動装置１Ａについて説明する。同図に示すように、この補機駆動装置１Ａは、第１実施形態の補機駆動装置１と比較すると、回転機１０に代えて回転機１０Ａを備えている点と、駆動プーリ７に代えて駆動プーリ７Ａを備えている点とが異なっており、それら以外は、補機駆動装置１と同様に構成されているので、以下、回転機１０Ａおよび駆動プーリ７Ａを中心に説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態の補機駆動装置１と同じ構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略する。

この補機駆動装置１Ａの回転機１０Ａでは、径方向の内側から順に、ステータ１６、第２ロータ１５および第１ロータ１４が配置されており、ステータ１６は、固定部１６ｂを介してエンジン３の本体に固定されている。

また、駆動プーリ７Ａは、第１ロータ１４の外周面に固定されており、この駆動プーリ７Ａと従動プーリ５との間には、前述したベルト６が巻き掛けられている。また、第１ロータ１４のエンジン３側の端部は、中空の円筒部１４ｄになっており、この円筒部１４ｄは、その内周面で入力軸１２に回転自在に嵌合しているとともに、軸受１４ｅによって回転自在に支持されている。以上の構成により、駆動プーリ７Ａは、第１ロータ１４と一体に回転可能になっている。

また、この回転機１０Ａでは、第１ロータ１４の永久磁石１４ａと、第２ロータ１５の第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃと、ステータ１６の第１〜第３電機子１７〜１９との位置関係は、前述した回転機１０と同様に構成されており、それによって、この回転機１０Ａも、前述した回転機１０と同様に、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように運転可能になっている。

以上のように構成された第２実施形態の補機駆動装置１Ａによれば、第１実施形態の補機駆動装置１と同様に、コギングトルクおよびトルクリップルを従来と比べて大幅に低減でき、商品性を向上させることができる。これに加えて、この補機駆動装置１Ａでは、駆動プーリ７Ａと回転機１０Ａが一体化され、駆動プーリ７Ａが第１ロータ１４の径方向の外側に配置されているので、駆動プーリ７と回転機１０が軸線方向に並べて配置されている第１実施形態の補機駆動装置１と比べて、軸線方向のサイズを小型化することができる。

なお、第２実施形態の補機駆動装置１Ａにおいて、図１９に示すように、ワンウェイクラッチ５０を設けてもよい。このワンウェイクラッチ５０は、第１ロータ１４および固定部１６ｂに連結されており、このワンウェイクラッチ５０によって、第１ロータ１４は、エンジン運転中のクランクシャフトの回転方向と同じ方向に回転する場合にのみ、その回転が許容される。

以上のように構成した場合、第２実施形態の補機駆動装置１Ａと同じ作用効果を得ることができる。これに加えて、図２０に示すように、ステータ１６の回転磁界を、エンジン運転中のクランクシャフトの回転方向と同じ方向に回転するように発生させた場合、前述した回転機１０Ａの動作特性に起因して、第２ロータ１５が回転磁界と同じ方向に回転し、それに伴ってクランクシャフトが第２ロータ１５と一体に回転する。このように、クランクシャフトを駆動できることによって、エンジン３を始動させることができる。

次に、図２１を参照しながら、本発明の第３実施形態に係る補機駆動装置１Ｂについて説明する。同図に示すように、この補機駆動装置１Ｂは、第１実施形態の補機駆動装置１と比べると、回転機１０における、入出力軸１２、１３と２つのロータ１４，１５との連結関係が異なっており、それ以外は第１実施形態の補機駆動装置１と同様に構成されているので、以下、第１実施形態の補機駆動装置１と異なる点を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

この補機駆動装置１Ｂでは、回転機１０の第１ロータ１４が、入力軸１２を介してエンジン３のクランクシャフトに直結され、第２ロータ１５が、出力軸１３を介して駆動プーリ７に連結されている。前述したように、この回転機１０は、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように運転可能なものであり、本実施形態の場合、第１ロータ１４が入力軸１２に、第２ロータ１５が出力軸１３にそれぞれ固定されている関係上、３つの回転速度ＶＰ，ＶＣ，ＶＳの間において、ＶＰ＝（ＶＣ＋ＶＳ）／２の関係が成立するように、回転機１０を運転することが可能になる。そのため、本実施形態の補機駆動装置１Ｂの動作は、図２２に示すようになる。

まず、エンジン停止中でＶＣ＝０の場合には、図２２（ａ）に示すように、回転機１０の磁界回転速度ＶＳを制御することによって、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦに制御することができる。また、エンジン運転中の場合にも、エンジン停止中の場合と同様に、図２２（ｂ），（ｃ）に示すように、磁界回転速度ＶＳを制御することによって、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦに制御することができる。すなわち、エンジン回転数の高低にかかわらず、プーリ回転速度ＶＰを、補機４を駆動するのに最適な所定値ＶＲＥＦに制御することができる。

さらに、図２２（ｄ）に破線で示すように、クランク軸回転速度ＶＣが非常に高い場合、ステータ１６への電力供給によって磁界回転速度ＶＳを制御しても、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦまで上昇させることができないときがある。そのような場合には、ステータ１６における電力回生制御を実行しながら、磁界回転速度ＶＳを制御することによって、図２２（ｄ）に実線で示すように、プーリ回転速度ＶＰを所定値ＶＲＥＦに上昇させることができる。

以上のように構成された第３実施形態の補機駆動装置１Ｂによれば、第１実施形態の補機駆動装置１と同様に、コギングトルクおよびトルクリップルを従来と比べて大幅に低減でき、商品性を向上させることができる。

なお、第３実施形態の補機駆動装置１Ｂの回転機１０において、前述した回転機１０Ａのように、第１ロータ１４を第２ロータ１５の外側に、ステータ１６を第２ロータ１５の内側にそれぞれ配置するとともに、前述した駆動プーリ７Ａを、第１ロータ１４の径方向の外側にこれと一体に回転するように配置してもよい。そのように構成した場合には、軸線方向のサイズを小型化することができる。

次に、図２３を参照しながら、本発明の第４実施形態に係る補機駆動装置１Ｃについて説明する。同図に示すように、この補機駆動装置１Ｃは、第１実施形態の補機駆動装置１と比べると、回転機１０に代えて回転機６０を備えている点が異なっており、それ以外は第１実施形態の補機駆動装置１と同様に構成されている。したがって、以下、回転機６０を中心に説明するとともに、第１実施形態の補機駆動装置１と同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

まず、図２４は、回転機６０の一部を破断した分解斜視図であり、図２５は、この回転機６０を径方向の外側から中心に向かって透視したときの回転機構造の配置を模式的かつ平面的に示したものである。なお、以下の図２５の説明では、便宜上、図中の下向きの電気角を正値とし、上向きの電気角を負値として表記するとともに、後述する図２７，２８の説明においても同様に表記する。

この回転機６０は、径方向の内側から順に、第１ロータ７０、第２ロータ８０およびステータ９０を備えている。これらの第１ロータ７０、第２ロータ８０およびステータ９０は、いずれも円筒状のものであり、互いに同心に配置されているとともに、図示しないケース内に収容されている。

第１ロータ７０は、ベース７１と、このベース７１の外周面に固定された２ｆ（ｆは自然数）個の永久磁石７２などを有している。このベース７１は、鋼板を積層したものであり、出力軸１３に同心に固定されている。出力軸１３は、図示しない軸受によって、回転機６０の回転軸線回りに回転自在に支持されており、それにより、第１ロータ７０も、回転機６０の回転軸線回りに回転自在に構成されている。

また、２ｆ個の永久磁石７２（磁極）は、ベース７１の外周面の周方向に等間隔で並んでいるとともに、各永久磁石７２の両端部間が回転方向にずれた位置関係になるように、スキュー配置されている（図２５参照）。さらに、各永久磁石７２は、その表面が鋼板７３によってカバーされている。

一方、第２ロータ８０は、入力軸１２に同心に固定されており、その内周面が第１ロータ７０の外周面との間に所定の間隙を有するように構成されている。入力軸１２は、図示しない軸受によって回転機６０の回転軸線回りに回転自在に支持されており、それにより、第２ロータ８０も、回転機６０の回転軸線回りに回転自在に構成されている。さらに、第２ロータ８０は、永久磁石７２と同数（すなわち２ｆ個）の軟磁性体コア８１を、非磁性体（ステンレスや合成樹脂など）の保持部材８２によって一体に固定したものであり、これらの軟磁性体コア８１（軟磁性体）は、軸線方向に所定長さで延び、第２ロータ８０の周方向に互いに等間隔かつ平行に並んでいる。

また、ステータ９０は、回転磁界を発生させるものであり、３ｆ個の電機子９１を有している。これらの電機子９１は、円筒状の基部から内側に突出した３ｆ個の鉄芯９２と、これらの鉄芯９２に巻回されたコイル９３などで構成されており、これらのコイル９３は、ｆ組の３相コイルを構成している。また、３ｆ個の鉄芯９２は、ステータ９０の内周面の周方向に互いに等間隔で並んでおり、各鉄芯９２の両端部間は、永久磁石７２の両端部間と逆方向にずれた位置関係になるように、スキュー配置されている。

さらに、電機子９１は、ＰＤＵ３０を介してＥＣＵ２およびバッテリ３１に接続されており、電力回生制御時または力行制御時には、ＥＣＵ２によって、永久磁石７２の磁極と同じ数（すなわち２ｆ個）の磁極が鉄芯９２の先端部に発生するように、電力の入出力状態が制御される。以下、鉄芯９２の先端部に発生する磁極を、「電機子磁極」という。この電機子磁極の発生に伴い、回転磁界がステータ９０に沿って回転するように発生するとともに、電機子磁極、軟磁性体コア８１および永久磁石７２の間に、磁気回路（図示せず）が形成される。

以上の回転機６０では、回転磁界の発生中、電機子磁極の両端部間の電気角（すなわち鉄芯９２の両端部間の電気角）をθｓとし、永久磁石７２の両端部間の電気角をθａとし、軟磁性体コア８１の両端部間の電気角をθｂとした場合、θｓ＝２θｂ−θａが成立するとともに、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きく、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように構成されている。ここで、図２５の場合、θｂ＝０、θａ＝πであるので、θｓ＝−πとなる。

また、前述した図１７の回転機１０Ｘでは、３組の回転機構造における第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃが左右方向に延びる同一直線上に並ぶとともに、３つの永久磁石１４ｃ’，１４ｃ’，１４ｃ’の磁極と第１〜第３コア１５ａ〜１５ｃとの間の電気角の位相差は、電気角π／３ずつ大きくなるように配置されており、それにより、同図の右端の回転機構造では、永久磁石１４ｃ’の磁極とコア１５ｃとの間の電気角の位相差は２π／３となっている。したがって、前述したｍ組の回転機構造を備えた回転機を考えると、永久磁石の磁極と軟磁性体コアとの間の電気角の位相差において、位相差の最大値（以下「最大位相差」という）は（ｍ−１）π／ｍとなる。この最大位相差（ｍ−１）π／ｍは、ｍの値が大きいほど、値πに近づくことになるので、ｍ→∞とすると、最大位相差（ｍ−１）π／ｍ＝πと近似できることになる。

このように最大位相差＝πが成立する回転機構造を仮想の回転機構造とした場合、例えば、この仮想の回転機構造を図１７の回転機１０Ｘに１つ加えると、図２６に示す回転機１０Ｘ’のようになる。この回転機１０Ｘ’において、４つの永久磁石の中心間を結んだ線分と、４つの軟磁性体コアの中心間を結んだ線分と、４つの電機子磁極の中心間を結んだ線分を作成した場合、これらの３つの線分を左右方向に位置合わせしたときの三者の位置関係は、図２５における永久磁石７２、軟磁性体コア８１および電機子磁極の位置関係と等しいものになる。

すなわち、図２５に示す、回転機６０における永久磁石７２、軟磁性体コア８１および電機子磁極の配置は、ｍ組の回転機構造を備えた回転機において、ｍ→∞とした構成と等価のものであるので、この回転機６０も、ｍ組の回転機構造を備えた回転機と同じように動作することが判る。また、前述したように、ステータ９０での回転磁界の発生中、３つの電気角θｓ，θａ，θｂにおいて、θｓ＝２θｂ−θａが成立するとともに、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きく、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるという関係が成立するように、永久磁石７２、軟磁性体コア８１および電機子９１を配置することによって、ｍ組の回転機構造を備えた回転機と同じ動作状態を確保できる。

これに加えて、この回転機６０によれば、前述したｍ組の回転機構造を備えた回転機において、ｍ→∞に設定したものに相当するので、前述した回転機１０，１０Ａ，１０Ｘや、ｍ組の回転機構造を備えた回転機などと比べて、トルクリップルおよびコギングトルクをより低減することができる。さらに、軸線方向における回転機構造間の磁気短絡の発生を回避できるので、回転機６０の軸線方向のサイズを小型化することができる。以上により、補機駆動装置１Ｃの商品性を向上させることができる。

なお、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃは、回転機６０における回転機構造を図２５に示すように構成した例であるが、本発明の補機駆動装置における回転機の回転機構造はこれに限らず、前述したθｓ＝（２θｂ−θａ）が成立するような構成であればよい。例えば、回転機の回転機構造を、図２７に示す回転機６０Ａや、図２８に示す回転機６０Ｂのように構成してもよい。これらの場合にも、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように、永久磁石７２、軟磁性体コア８１およびステータ９０の電機子を配置すればよい。なお、これらの図２７，２８の場合、便宜上、回転機６０と同じ構成に関しては同じ符号を用いている。

図２７に示す回転機６０Ａの場合、ステータ９０の３ｆ個の電機子が互いに平行にかつ軸線方向に延びるように配置されるので、回転機６０と比べて、コイルの占積率を高めることができるとともに、コイルを鉄芯に巻き付ける作業が容易になるものの、永久磁石のねじれ度合が回転機６０よりも大きくなることで、製作が難しく、その分、製造コストが増大する。

一方、図２８に示す回転機６０Ｂの場合、第１ロータ７０の２ｆ個の永久磁石が互いに平行にかつ軸線方向に延びるように配置されるので、回転機６０と比べて、第１ロータ７０の製作が容易で、その分、製造コストを低減できるものの、鉄芯のねじれ度合が回転機６０よりも大きくなることで、製作が難しく、その分、製造コストが増大する。

また、以上の図２５，２７，２８に示す回転機構造は、永久磁石、電機子および軟磁性体コアのいずれか１つを軸線方向に延びるように配置した例であるが、永久磁石、電機子および軟磁性体コアの配置はこれに限らず、前述したθｓ＝（２θｂ−θａ）が成立し、２つの電気角θｓ，θａの一方が電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、２つの電気角θｓ，θａの他方が電気角θｂに対して電気角π分小さくなるような関係であればよい。例えば、永久磁石、電機子および軟磁性体コアをすべてスキュー配置してもよく、電機子を軸線方向に延びるように配置するとともに、電機子に発生する磁極が回転方向に対して斜めの状態（すなわちスキュー状態）で発生するように構成してもよい。

次に、図２９を参照しながら、第５実施形態に係る補機駆動装置１Ｄについて説明する。同図に示すように、この補機駆動装置１Ｄは、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと比較すると、回転機６０に代えて回転機６０Ｃを備えている点と、駆動プーリ７に代えて前述した駆動プーリ７Ａを備えている点とが異なっており、それら以外は、補機駆動装置１Ｃと同様に構成されているので、以下、回転機６０Ｃおよび駆動プーリ７Ａを中心に説明する。なお、以下の説明では、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと同じ構成については、同じ符号を付すとともに、その説明を省略する。

この補機駆動装置１Ｄの回転機６０Ｃでは、径方向の内側から順に、ステータ９０、第２ロータ８０および第１ロータ７０が配置されており、ステータ９０は、固定部９０ａを介してエンジン３の本体に固定されている。

また、駆動プーリ７Ａは、第１ロータ７０の外周面に固定されており、この駆動プーリ７Ａと従動プーリ５との間には、前述したベルト６が巻き掛けられている。また、第１ロータ７０のエンジン３側の端部は、中空の円筒部７０ａになっており、この円筒部７０ａは、その内周面で入力軸１２に回転自在に嵌合しているとともに、軸受７０ｂによって回転自在に支持されている。以上の構成により、駆動プーリ７Ａは、第１ロータ７０と一体に回転可能になっている。

また、この回転機６０Ｃでは、第１ロータ７０の永久磁石７２と、第２ロータ８０の軟磁性体コア８１と、ステータ９０の電機子９１との位置関係は、前述した回転機６０と同様に構成されており、それによって、この回転機６０Ｃも、前述した回転機６０と同様に、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように運転可能になっている。

以上のように構成された第５実施形態の補機駆動装置１Ｄによれば、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと同様に、コギングトルクおよびトルクリップルを従来と比べて大幅に低減でき、商品性を向上させることができる。これに加えて、この補機駆動装置１Ｄでは、駆動プーリ７Ａと回転機６０Ｃが一体化され、駆動プーリ７Ａが第１ロータ７０の径方向の外側に配置されているので、駆動プーリ７と回転機６０が軸線方向に並べて配置されている第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと比べて、軸線方向のサイズを小型化することができる。

なお、第５実施形態の補機駆動装置１Ｄにおいて、前述した図１９と同様に、第１ロータ７０および固定部９０ａに連結されたワンウェイクラッチを設けてもよい。このように構成した場合、クランクシャフトを駆動できることによって、エンジン３を始動させることができる。

次に、図３０を参照しながら、本発明の第６実施形態に係る補機駆動装置１Ｅについて説明する。同図に示すように、この補機駆動装置１Ｅは、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと比べると、回転機６０における、入出力軸１２、１３と２つのロータ７０，８０との連結関係が異なっており、それ以外は第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと同様に構成されているので、以下、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと異なる点を中心に説明するとともに、同じ構成に関しては同一の符号を付し、その説明を省略する。

この補機駆動装置１Ｅでは、回転機６０の第１ロータ７０が、入力軸１２を介してエンジン３のクランクシャフトに直結され、第２ロータ８０が、出力軸１３を介して駆動プーリ７に連結されている。さらに、前述したように、この回転機６０は、遊星歯車装置と同じ動作特性を示すように運転可能に構成されている。

以上のように構成された第６実施形態の補機駆動装置１Ｅによれば、第４実施形態の補機駆動装置１Ｃと同様に、コギングトルクおよびトルクリップルを従来と比べて大幅に低減でき、商品性を向上させることができる。

なお、第６実施形態の補機駆動装置１Ｅの回転機６０において、前述した回転機６０Ｃのように、第１ロータ７０を第２ロータ８０の径方向の外側に、ステータ９０を第２ロータ８０の径方向の内側にそれぞれ配置するとともに、前述した駆動プーリ７Ａを、第１ロータ７０の径方向の外側にこれと一体に回転するように配置してもよい。そのように構成した場合には、軸線方向のサイズを小型化することができる。

本発明の第１実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。 補機駆動装置の回転機の概略構成を示す模式的に示す断面図である。 （ａ）図２のＡ−Ａ線の位置と（ｂ）Ｂ−Ｂ線の位置と（ｃ）Ｃ−Ｃ線の位置とで周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に示す図である。 特許文献１の補機駆動装置における回転機の概略構成を示す断面図である。 図４のＤ−Ｄ線の位置で周方向に沿って破断した断面の一部を模式的に展開した図である。 図５の構成と機能的に等価の構成を示す図である。 図４の回転機の、第１永久磁石、第１軟磁性体コアおよびステータからなる回転機構造に相当する等価回路を示す図である。 図４の回転機の、第２永久磁石、第２軟磁性体コアおよびステータからなる回転機構造に相当する等価回路を示す図である。 図３の構成と機能的に等価の構成を示す図である。 図２の回転機の動作を説明するために、図９の第１〜第３電機子における回転磁界の磁極を仮想的な永久磁石の磁極に置き換えた図である。 図２の回転機の第１回転機構造に相当する等価回路を示す図である。 図２の回転機の第２回転機構造に相当する等価回路を示す図である。 図２の回転機の第３回転機構造に相当する等価回路を示す図である。 図２の回転機におけるコギングトルクの発生状態の一例を示す図である。 図４の回転機におけるコギングトルクの発生状態の一例を示す図である。 第１実施形態の補機駆動装置の動作を説明するための速度線図であって、（ａ）エンジン停止中の一例、（ｂ）エンジン低回転運転中の一例、（ｃ）エンジン高回転運転中の一例、（ｄ）エンジン極低回転運転中の一例をそれぞれ示す図である。 補機駆動装置の回転機における第１〜第３回転機構造の配置の変形例を示す図である。 第２実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。 第２実施形態の補機駆動装置の変形例を示す図である。 図１９の補機駆動装置の動作を説明するための速度線図である。 第３実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。 第３実施形態の補機駆動装置の動作を説明するための速度線図であって、（ａ）エンジン停止中の一例、（ｂ）エンジン低回転運転中の一例、（ｃ）エンジン高回転運転中の一例、（ｄ）エンジン極低回転運転中の一例をそれぞれ示す図である。 第４実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。 第４実施形態の補機駆動装置における回転機の一部を破断した分解斜視図である。 図２４の回転機における回転機構造の構成を模式的に示す図である。 図１７の回転機において、仮想の回転機構造を１つ追加した場合の例を示す図である。 第４実施形態の補機駆動装置の回転機における回転機構造の構成の変形例を模式的に示す図である。 第４実施形態の補機駆動装置の回転機における回転機構造の構成の他の変形例を模式的に示す図である。 第５実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。 第６実施形態に係る補機駆動装置の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 補機駆動装置
１Ａ〜１Ｅ 補機駆動装置
２ ＥＣＵ（制御装置）
３ エンジン（原動機）
４ 補機
１０ 回転機
１０Ａ 回転機
１０Ｘ 回転機
１４ 第１ロータ
１４ｃ 永久磁石（磁極）
１５ 第２ロータ
１５ａ 第１軟磁性体コア（軟磁性体）
１５ｂ 第２軟磁性体コア（軟磁性体）
１５ｃ 第３軟磁性体コア（軟磁性体）
１６ ステータ
１７ 第１電気子
１８ 第２電機子
１９ 第３電機子
３０ ＰＤＵ（制御装置）
６０ 回転機
６０Ａ 回転機
６０Ｂ 回転機
６０Ｃ 回転機
７０ 第１ロータ
７２ 永久磁石（磁極）
８０ 第２ロータ
８１ 軟磁性体コア（軟磁性体）
９０ ステータ
９１ 電機子
θａ 永久磁石（磁極）の両端部間の電気角
θｂ 軟磁性体コア（軟磁性体）の両端部間の電気角
θｓ 電機子に発生する磁極の両端部間の電気角

Claims (3)

1. 原動機に連結され、補機を駆動する補機駆動装置であって、
   回転磁界を発生させるためのステータと、当該ステータに対して相対的に回転自在の第１ロータおよび第２ロータとを有し、当該第１ロータおよび当該第２ロータの一方が前記原動機に機械的に連結され、当該第１ロータおよび当該第２ロータの他方が前記補機に機械的に連結されるとともに、前記ステータと前記第１ロータと前記第２ロータとの間で、前記回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力する回転機と、
   前記ステータにおける電力の入出力状態を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記ステータは、電機子列を有し、当該電機子列は、互いに間隔を存して所定の円周方向に並んだ複数の電機子で構成され、前記エネルギの入出力に伴って当該電機子列に発生する磁極により、前記回転磁界を発生させ、
   前記第１ロータは、前記電機子列に対向するように配置された磁極列を有し、当該磁極列は、互いに間隔を存して前記所定の円周方向に並んだ複数の磁極で構成され、当該複数の磁極は隣り合う各２つが互いに異なる極性を有し、
   前記第２ロータは、軟磁性体列を有し、当該軟磁性体列は、互いに間隔を存して前記所定の円周方向に並んだ複数の軟磁性体で構成されるとともに、前記電機子列と前記磁極列の間に配置され、
   前記電機子列、前記磁極列および前記軟磁性体列を１組の回転機構造として、ｍ（ｍは３以上の整数）組の回転機構造をさらに備え、
   前記制御装置は、前記回転磁界の発生中、前記ｍ組の回転機構造において、前記電機子列に発生する前記磁極と前記磁極列の前記磁極との間の前記所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角２π／ｍずつずれた状態になるとともに、前記電機子列に発生する前記磁極と前記軟磁性体列の前記軟磁性体との間の前記所定の円周方向における電気角の位相差が、電気角π／ｍずつずれた状態になるように、前記ステータにおける前記電力の入出力状態を制御することを特徴とする補機駆動装置。
2. 原動機に連結され、補機を駆動する補機駆動装置であって、
   回転磁界を発生させるためのステータと、当該ステータに対して相対的に回転自在の第１ロータおよび第２ロータとを有し、当該第１ロータおよび当該第２ロータの一方が前記原動機に機械的に連結され、当該第１ロータおよび当該第２ロータの他方が前記補機に機械的に連結されるとともに、前記ステータと前記第１ロータと前記第２ロータとの間で、前記回転磁界の発生に伴って形成される磁気回路を介して、エネルギを入出力する回転機と、
   前記ステータにおける電力の入出力状態を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記ステータは、仮想の円柱面に沿うように配置された複数の電機子を有し、前記エネルギの入出力に伴って当該複数の電機子に発生する磁極により、前記回転磁界を発生させ、
   前記第１ロータは、互いに間隔を存して前記仮想の円柱面に沿うように並んだ複数の磁極を有し、当該複数の磁極は、隣り合う各２つの極性が互いに異なるとともに、前記複数の電機子との間に間隙を存するように配置され、
   前記第２ロータは、互いに間隔を存して前記仮想の円柱面に沿うように並ぶとともに、前記複数の電機子と前記複数の磁極との間に配置された複数の軟磁性体を有し、
   前記複数の電機子の各々は、前記仮想の円柱面に沿う第１所定方向に延びており、
   前記複数の磁極の各々は、当該各磁極の両端部間の電気角がθａとなるように、前記仮想の円柱面に沿う第２所定方向に延びており、
   前記複数の軟磁性体の各々は、当該各軟磁性体の両端部間の電気角がθｂとなるように、前記仮想の円柱面に沿う第３所定方向に延びており、
   前記回転磁界の発生中、前記複数の電機子に発生する前記磁極の両端部間の電気角をθｓとしたときに、θｓ＝２θｂ−θａが成立するように構成されていることを特徴とする補機駆動装置。
3. 前記３つの電気角θｓ，θａ，θｂは、前記２つの電気角θｓ，θａの一方が前記電気角θｂに対して電気角π分大きいとともに、前記２つの電気角θｓ，θａの他方が前記電気角θｂに対して電気角π分小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の補機駆動装置。

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