JP5109904B2

JP5109904B2 - 回転電機

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Publication number: JP5109904B2
Application number: JP2008248577A
Authority: JP
Inventors: 草瀬　　新; 裕也水間
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2008-09-26
Filing date: 2008-09-26
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2028-09-26
Also published as: JP2010081753A

Description

本発明は、電気変速機の機能を有するブラシレス構造の回転電機に関する。

従来技術として、特許文献１に記載された車両用駆動装置がある。
この車両用駆動装置は、エンジンの駆動軸に結合される入力軸と、この入力軸と一体に回転する第１のロータと、この第１のロータの外周に所定のギャップを有して回転可能に配置される第２のロータと、この第２のロータの外周に所定のギャップを有してハウジングに固定されるステータとを備える。
第１のロータは、入力軸に固定されるロータコアと、このロータコアに巻装される電機子巻線とを有する。この電機子巻線は、入力軸に取り付けられるスリップリングに接続され、さらに、スリップリングの外周に配置されるブラシを介して第１のインバータに接続されている。

第２のロータは、ロータコアの外周に配置される中空のロータヨークと、そのロータヨークの内径側に配置される内側磁石と、ロータヨークの外径側に配置される外側磁石とを有する。ロータヨークは、入力軸と同軸上に配置される回転軸に連結され、さらに、回転軸は、遊星ギヤ装置を介して車両の駆動輪に接続されている。
ステータは、ハウジングに固定されるステータコアと、このステータコアに巻装される多相巻線とを有し、この多相巻線が第２のインバータに接続されている。

続いて、上記の車両用駆動装置の作動を車両発進の際を例に上げて説明する。
車両の駆動輪が静止した状態では、駆動輪に連結された第２のロータが静止しているため、この第２のロータの内側磁石が形成するＮＳ交互磁界は静止している。この状態でエンジンが回転を始めると、エンジンの駆動軸に結合された入力軸と一体に第１のロータが回転して、第２のロータの内側磁石が形成する磁界分布中を第１のロータの電機子巻線が移動することにより、電機子巻線に誘起電圧が発生する。この発生電圧は、スリップリングとブラシを経て第１のインバータにより整流されて直流電力として出力され、主に第２のインバータに供給され、一部はバッテリにも供給される。この発電時には、第２のロータが発電反力（発電に伴う回転反力）を受けるため、この発電反力によって第２のロータに回転力が加わる。

また、発電電力を受電した第２のインバータは、その電力を交流に変換してステータの多相巻線に供給することにより、多相巻線に回転磁界が形成されるため、その回転磁界と第２のロータの外側磁石との間に電動トルクが発生する。これにより、第２のロータは、上記の発電反力と電動トルクの働きにより、出力動力が増大する。
上記の様に、エンジンの動力効率のよい高速動力パワーを、低速な車両駆動輪に対してトルクを増大して作用させることができる。すなわち、電気的にトルクコンバータの作用をさせることができる。また、車両の制動停止時には、ステータと第２のロータとの間でステータの多相巻線に生じる電力を第２のインバータを経由してバッテリに蓄電（回生）することもでき、この電力を次の発進や加速に利用することが可能である。
特許第３０５２８２０号公報

ところが、上記の従来技術は、第１のロータに電機子巻線が巻装され、この電機子巻線に発生した電力を取り出すためにスリップリングとブラシを必要する。しかし、ブラシとスリップリングは、接触不良等の故障を引き起こす原因にもなるため、車両の基本機能に関わる製品の信頼性が損なわれるという問題がある。
また、本製品は、エンジンの駆動軸と車輪駆動系との間に組み込まれるため、例えば、スタータやオルタネータ等の補器部品とは異なり、本製品だけを簡単に取り外すことはできない。このため、消耗品であるブラシの交換等のメンテナンスが容易ではない。
さらに、エンジンの全駆動動力に匹敵する巨大なパワーをスリップリングとブラシを介して取り出すことは困難であり、容量が制約される。
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、電機変速機の機能を有するブラシレス構造の回転電機を提供することにある。

（請求項１の発明）
本発明の回転電機は、車両エンジンの駆動軸に連結される第１の回転軸と、この第１の回転軸と同軸上に配置され、且つ、車輪駆動系に連結される第２の回転軸と、第１の回転軸と一体に回転する第１の回転子と、第１の回転子の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、第２の回転軸と一体に回転する第２の回転子と、この第２の回転子の径方向外側にギャップを有して配置される固定子とを備える。

第１の回転子は、第１の回転軸に固定される第１の回転子鉄心と、この第１の回転子鉄心に固定されて磁界を発生させる永久磁石とを有し、第２の回転子は、第２の回転軸に固定される第２の回転子鉄心と、この第２の回転子鉄心の内径側に巻装される三相交流巻線と、第２の回転子鉄心の外径側に巻装される界磁巻線と、第１の回転子との相対回転によって三相交流巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換して界磁巻線に供給する整流器とを有し、固定子は、ハウジングに固定される固定子鉄心と、この固定子鉄心の内径側に巻装され、外部の蓄電装置よりインバータを介して三相電流が通電される三相電機子巻線とを有することを特徴とする。

本発明の回転電機は、第１の回転子が発電機の界磁として働き、第１の回転子鉄心に永久磁石が固定されている。この構成によれば、永久磁石によって磁界を発生させるので、第１の回転子に励磁電流を流す必要はなく、励磁電流を流すための電線も不要である。その結果、第１の回転子を電機子とする従来技術（特許文献１）の様に、スリップリングとブラシを使用する必要がないので、信頼性の高い製品を提供できる。また、消耗品であるブラシを使わないため、メンテナンスに掛かる手間を少なくできる。
また、発電電力がスリップリングおよびブラシを通らなくても良いので、エンジン動力による巨大な発電電力をそのまま励磁に供して、電動力の源泉となる励磁起磁力を著しく高めることができる。このため、電機子側の三相電流は少なくてすみ、また、その少ない条件のもとでも極めて大きな電動力を得ることができる。

（請求項２の発明）
本発明の回転電機は、車両エンジンの駆動軸に連結される第１の回転軸と、この第１の回転軸と同軸上に配置され、且つ、車輪駆動系に連結される第２の回転軸と、第１の回転軸の外周にギャップを有して回転不能に配置され、外部より直流電流が通電されて磁界を発生させる第１の界磁巻線と、第１の回転軸と一体に回転する第１の回転子と、第１の回転子の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、第２の回転軸と一体に回転する第２の回転子と、この第２の回転子の径方向外側にギャップを有して配置される固定子とを備える。

第１の回転子は、第１の回転軸に固定される界磁鉄心と、この界磁鉄心と一体に設けられ、且つ、第１の界磁巻線の径方向外側にギャップを有して配置される複数の爪状磁極から成る第１の界磁磁極群と、第１の界磁巻線の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、第１の界磁磁極群の爪状磁極と噛み合う様に周方向に交互に配置される複数の爪状磁極から成る第２の界磁磁極群と、第１の界磁磁極群と第２の界磁磁極群とを機械的に結合する非磁性の固定リングとを有し、第２の回転子は、第２の回転軸に固定される第２の回転子鉄心と、この第２の回転子鉄心の内径側に巻装される三相交流巻線と、第２の回転子鉄心の外径側に巻装される第２の界磁巻線と、第１の回転子との相対回転によって三相交流巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換して第２の界磁巻線に供給する整流器とを有し、固定子は、ハウジングに固定される固定子鉄心と、この固定子鉄心の内径側に巻装され、外部の蓄電装置よりインバータを介して三相電流が通電される三相電機子巻線とを有することを特徴とする。

本発明の回転電機は、第１の界磁巻線が第１の回転軸の外周にギャップを有して回転不能に配置されている。その第１の界磁巻線の径方向外側にギャップを有して第１の界磁磁極群と第２の界磁磁極群とが配置されている。この構成によれば、第１の界磁巻線が回転することはないので、第１の界磁巻線に励磁電流を流すための経路にスリップリングとブラシを設ける必要はない。これにより、信頼性の高い製品を提供でき、且つ、消耗品であるブラシを使わないため、メンテナンスに掛かる手間を少なくできる。
従来技術（特許文献１）では、第１のロータを電機子として構成しているのに対し、本発明では、電機子ではなく界磁としているため、小電流ですむが、電流を巻線に通じる必要がある。しかし、従来例と異なり、第１の界磁巻線は静止しているため、スリップリングおよびブラシを介することなく、第１の界磁巻線の許容電流一杯まで通電できる。

（請求項３の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、第２の回転子鉄心は、請求項１に記載した界磁巻線、または、請求項２に記載した第２の界磁巻線が巻装される外径側の構造が、磁気的に突極性または逆突極性を有するリラクタンス型に設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、第１の回転子と第２の回転子との回転差が少ない時でも、第２の回転子にリラクタンストルクが得られる位相角でインバータを通電制御することにより、第２の回転子が回転を始めることができる。すなわち、第２の界磁巻線が巻装される第２の回転子鉄心の外径側をリラクタンス型構造とすることで、請求項１に記載した界磁巻線、または、請求項２に記載した第２の界磁巻線に通電される励磁電流が少なくとも、リラクタンストルクを利用して第２の回転子に回転力を発生させることができる。

（請求項４の発明）
請求項１または２に記載した回転電機において、第２の回転子鉄心は、請求項１に記載した界磁巻線、または、請求項２に記載した第２の界磁巻線が巻装される外径側の鉄心と、三相交流巻線が巻装される内径側の鉄心とが別体に設けられ、外径側の鉄心は、同形状を有する一組の界磁コアによって構成され、この一組の界磁コアは、内径側の鉄心の外周に嵌合する円筒状のボス部と、このボス部の軸方向両端から径方向外側へ延びるディスク部と、このディスク部の外周から軸方向へ突き出る複数の爪状磁極とを有し、互いの爪状磁極が交互に噛み合う様に組み合わされ、請求項１に記載した界磁巻線、または、請求項２に記載した第２の界磁巻線は、ボス部の周囲にループ状に巻装されていることを特徴とする。

上記の構成によれば、一般的な交流発電機に使用されるランデル型ポールコアと同形状の界磁コアを用いることができる。このランデル型の界磁コアによれば、円筒状ボス部の周囲に界磁巻線をループ状に巻装するので、例えば、鉄心のスロットに巻線を挿入する構造と比較した場合に、巻線構造が簡単である。また、巻線抵抗が少なく、より多くの界磁電流を流すことができるので、大きな界磁を形成することが出来、第２の回転子に発生する電動トルクを大きくできる。

本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。

図１は回転電機１の構成を示す概略図、図２は回転電機１の径方向断面図である。
本実施例の回転電機１は、図１に示す様に、エンジンＥの側面に固定されるハウジング２と、このハウジング２に軸受３を介して回転自在に支持される入力軸４（本発明の第１の回転軸）と、この入力軸４と同軸上に配置され、且つ、ハウジング２に軸受５を介して回転自在に支持される出力軸６（本発明の第２の回転軸）と、入力軸４と一体に回転する第１の回転子７と、第１の回転子７の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、出力軸６と一体に回転する第２の回転子８と、この第２の回転子８の径方向外側にギャップを有して配置される固定子９とを備える。

入力軸４は、エンジンＥの駆動軸（図示せず）に連結され、エンジンＥの回転動力が伝達されて回転する。
出力軸６は、車両の駆動輪（図示せず）に動力を伝達する車輪駆動系１０（例えば、トランスミッションのギヤ軸）に連結されている。
第１の回転子７は、入力軸４に固定される第１の回転子鉄心１１と、この第１の回転子鉄心１１に固定される複数の永久磁石１２とで構成される。複数の永久磁石１２は、それぞれ円弧状に設けられて、図２に示す様に、第１の回転子鉄心１１の表面全周に貼り付けられ、且つ、周方向に隣り合う永久磁石１２同士の磁極が異なる様に着磁されている。つまり、Ｎ極磁石とＳ極磁石とが周方向に交互に配置されている。

第２の回転子８は、連結アーム１３を介して出力軸６に固定される第２の回転子鉄心１４と、この第２の回転子鉄心１４の内径側に巻装される三相交流巻線１５と、第２の回転子鉄心１４の外径側に巻装される界磁巻線１６と、三相交流巻線１５と界磁巻線１６との間に接続される整流器１７（図３参照）とで構成される。
第２の回転子鉄心１４は、図２に示す様に、第１の回転子７と対向する内径側に三相交流巻線１５が挿入される複数のスロットが形成されると共に、周方向に隣合うスロット同士の間に鉄心歯部１４ａが設けられている。また、固定子９と対向する外径側は、界磁巻線１６が挿入される複数のスロットが形成されると共に、各スロットの内径側にそれぞれ円弧状のスリット１８（フラックスバリア）が形成されて、磁気的な突極性を有するリラクタンス型構造に設けられている。

整流器１７は、図３に示す様に、６個のダイオードにより交流電圧を直流電圧に変換する周知の働きを有する。すなわち、第１の回転子７との相対回転によって三相交流巻線１５に発生する交流電圧が整流器１７により直流電圧に変換されて界磁巻線１６に供給される。なお、この整流器１７は、第２の回転子鉄心１４に組み込まれており、第２の回転子鉄心１４と一体に回転する。
固定子９は、ハウジング２に固定される固定子鉄心１９と、この固定子鉄心１９の内径側に巻装される三相電機子巻線２０とで構成される。固定子鉄心１９の内径側には、三相電機子巻線２０が挿入される複数のスロットが形成され、周方向に隣合うスロット同士の間に鉄心歯部１９ａが設けられている。三相電機子巻線２０は、図３に示す様に、インバータ２１を介して外部の蓄電装置２２（車載バッテリ）に接続されている。

次に、本実施例の回転電機１の作動を図４〜図７を基に説明する。
なお、図中、入力軸４の回転数をｎ１、出力軸６の回転数をｎ２とする。
Ａ）発進モード〔図４（ａ）参照〕
エンジンＥの回転動力が入力軸４に伝達されて、入力軸４と一体に第１の回転子７が回転すると、Ｓ極とＮ極とに交互に着磁された複数の永久磁石１２が回転することにより、第２の回転子８に設けられた三相交流巻線１５に交流電圧が発生する。この発電は、エンジンＥの駆動力からみると反作用をする動力負荷となることから、三相交流巻線１５を有する第２の回転子８は、発電に伴う回転反力を受けて回転しようとする。つまり、第２の回転子８に発電トルクが発生する。三相交流巻線１５に発生した交流電圧は、整流器１７により直流電圧に変換されて界磁巻線１６に供給される。一方、固定子鉄心１９に巻装された三相電機子巻線２０に蓄電装置２２からインバータ２１を介して三相電流を通電し、界磁巻線１６が発生する界磁と同期させて回転磁界を形成すると、電動力が発生して、第２の回転子８にモータトルクが発生する。これにより、エンジン動力と電池電力とのパラレルな構成で、第２の回転子８に発電トルクとモータトルクとを併せて発生でき、強力な発進が出来る。

なお、住宅街等で車庫入れをする様な場合は、騒々しいエンジンＥは動かさず、蓄電装置２２の電力だけで発進することもできる。この場合、図４（ｂ）に示す様に、エンジンＥが停止しているため、最初は、第２の回転子８の三相電機子巻線２０が発電することはなく、従って、三相電機子巻線２０から整流器１７を通じて界磁巻線１６に界磁通電されることはない。しかし、第２の回転子８のリラクタンストルクが得られる位相角でインバータ２１を通電制御して、蓄電装置２２の電力より三相電機子巻線２０に三相電流を流すことにより、第２の回転子８にリラクタンストルクが作用して第２の回転子８が回転を始めることができる。第２の回転子８が回転を始めると、静止している第１の回転子７との間に回転数差が生じるため、三相電機子巻線２０で発電が開始され、整流器１７を介して界磁巻線１６に通電が開始される。前記通電位相角を徐々に界磁巻線１６による磁性トルクに最適な位相角での通電制御にシフトしていくことにより、電動力が益々増加して、上記パラレルな駆動時の時と同様、強力な発進トルクへと増加していく。

Ｂ）加速モード（図５参照）
エンジンＥが高速回転すると、第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差が大きくなるため、発電量が増加して界磁がさらに強化される。すなわち、発電トルクと電動トルクが共に増加して、強力なトルクが出力される。

Ｃ）高速巡航モード（図６参照）
この高速巡航では、エンジンＥと駆動輪側とがほぼ同一回転で回転数差が少なく、第１の回転子７と第２の回転子８との間の発電電力が少ないため、第２の回転子８と固定子９との間の界磁起磁力は弱くなる。しかし、高速回転中であり、むしろ界磁が弱い方が、固定子９の三相電機子巻線２０に誘起される電圧が抑制されるため、インバータ２１からの電流を三相電機子巻線２０に流し込むことが出来て、トルクを稼ぐことができる。
なお、高速に至る前に、中速度でも第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差が少ない状態は発生するが、必要に応じて前記のように無励磁時でもリラクタンストルクを発生できるので、同様に巡航走行が可能である。車両トルク不足となると、当然エンジン回転が上がる操作を行うことになるため、第１の回転子７と第２の回転子８との間の回転数差が生じて発電力が増し、発電トルクならびに更に強化された電動トルクが加わることになる。
なお、平坦路や緩い下り坂が続くコース等では、エンジンＥを止めて電動力のみで走行することもある。この場合は、図６（ｂ）に示す様に、入力軸４および第１の回転子７が停止しているため、第１の回転子７と第２の回転子８との間に回転差があり、界磁巻線１６に励磁できるので、第２の回転子８に電動トルクを得ることができる。

Ｄ）減速モード（図７参照）
この減速モードでは、ａ）エンジンＥが回転しつつ減速する場合と、ｂ）エンジンＥは切っていて電動走行状態から減速する場合とがある。
ａ）エンジン回転中に減速する場合〔図７（ａ）参照〕。
最初は、駆動車輪側、すなわち出力軸６側と、エンジン側、すなわち入力軸４側との回転数差が少ないため、界磁起磁力は弱いが、固定子９の三相電機子巻線２０に通電する電機子電流の位相角の制御により、固定子９と第２の回転子８との間は、リラクタンス作用によるリラクタンス発電機として制動発電し、インバータ２１を介した蓄電装置２２への回生発電作用を行うことができる。すなわち、車両質量体の運動エネルギを電気エネルギに変換して蓄電装置２２に充電しつつ車両を制動できる。
エンジン自体が回転慣性エネルギを失い、入力軸４と出力軸６との回転数差が生じると、前記のリラクタンス発電作用は、さらに普通の電磁石発電作用を次第に強めることとなり、回生制動がより強力に行われることになる。
ｂ）エンジンＥは切っていて電動走行状態から減速する場合〔図７（ｂ）参照〕。
前述のように、入力軸４と出力軸６との回転数差が始めから大きいため、制動回生発電をより短時間に確実に効率良く行うことができる。

なお、図４〜図７の図中に示す符号２３は、第１の回転子７と第２の回転子８との間を断続する電子制御式の多板クラッチであり、例えば、発進モードや高速巡航モードにおいて、入力軸４の回転数と出力軸６の回転数とが略同じになると、図示しないＥＣＵ（電子制御装置）を通じてクラッチ２３がＯＮ状態となり、電池電力を使うことなく、エンジン動力だけで出力軸６を駆動できる。

次に、回転電機１の作動特性を図８に示すトルク特性図を基に説明する。
グラフの縦軸には、第２の回転子８すなわち出力軸６のトルクと、第２の回転子８の界磁巻線１６の通電電流とを示している。また、同ブラフの横軸には、第２の回転子８の回転数（ｒｐｍ）を示している。
回転子が二つあるモータ特性を一つのグラフで説明するため、第１の回転子７の回転数をエンジン回転数がアイドル付近の６００ｒｐｍのところと、少し加速を始めかけたところの１０００ｒｐｍと、車両が加速に入るあたりの１５００ｒｐｍの三つの場合に分けて、それぞれの特性を一つのグラフに示す。

まず、基準として、第１の回転子７が発電作用をしない時、すなわち、第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差がない時を取り上げる。この場合は、リラクタンストルクによる電動トルクのみが第２の回転子８に作用する。第２の回転子８が低回転である時は、固定子鉄心１９に巻装された三相電機子巻線２０に生じる逆起電圧（誘導電圧）が低いため、電流を外部から大きく流し込むことができる。これにより、トルクは発生できるが、電流にも制約があるため、その制約に対応した、図中破線のフラットなトルク特性となる。
第２の回転子８の回転数がある程度上昇して、三相電機子巻線２０に生じる逆起電圧がシステムの電圧制約に近づいてくると、その電圧を抑制するために電流を減らし、また、通電位相を変えて主磁束を弱める作用が必要となる。これにより、トルクも次第に減り、図中の破線双曲線の方へと移行していく。

次に、第１の回転子７と第２の回転子８との間に回転数差がある一般の条件での作動を前述の三つの回転数（６００ｒｐｍ、１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ）の場合について説明する。
まず、第１の回転子７が６００ｒｐｍの時は、第１の回転子７の回転数はグラフ横軸の原点辺り、すなわち、略ゼロで起動していないが、この時は、第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差により三相電機子巻線２０に発電が生じるため、同グラフの下の方の曲線に示す如く、発電電力を整流した界磁電流が生成されている。この発電トルクにより、同グラフの薄い網掛けにした領域のトルクが第２の回転子８に与えられると共に、前記界磁起磁力の効果により、破線に示されたリラクタンストルクだけでなく、濃い網掛けに示す領域の界磁電流によるトルク向上成分も加わり、同グラフのようにトルクが大きく向上する。

このトルクを受けた第２の回転子８は、次第に回転数を上げて、第１の回転子７の回転数６００ｒｐｍに近くなると、図中凹みがある領域に差し掛かり、ここでは、リラクタンストルクだけの作用となる。このようになる前に、エンジン回転数をアップして、例えば１０００ｒｐｍ、また１５００ｒｐｍへと移行していくと、第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差が維持できるので、特性曲線の凹みに落ち込むことなく、発電トルクも界磁電流作用に基づく電動トルクも維持向上できる。
上記のようにして得られる発電トルクと電動トルクの合計出力トルクは、破線に示す第１の回転子７と第２の回転子８との回転数差がないものと比べて、全域において大きなトルク特性を得ることができる。

（実施例１の効果）
本実施例の回転電機１は、入力軸４に伝達されるエンジンＥの高速回転の動力を、低速高トルクの動力へ電気的に変換して出力軸６に伝達する電機変速機の機能を有すると共に、減速時には制動時に得られた回生エネルギをインバータ２１を介して蓄電装置２２に充電できる優れた機能を有している。
また、本実施例の回転電機１は、第１の回転子７が発電機の界磁として働き、第１の回転子鉄心１１に永久磁石１２が固定されている。この構成によれば、永久磁石１２によって磁界を発生させるので、第１の回転子７に界磁コイルを設ける必要はなく、この界磁コイルに励磁電流を流すための電線も不要である。その結果、第１の回転子７を電機子とする従来技術（特許文献１）の様に、スリップリングとブラシを使用する必要がないので、信頼性の高い製品を提供できる。また、消耗品であるブラシを使わないため、メンテナンスに掛かる手間を少なくできる。

図９は回転電機１の径方向断面図、図１０は第２の回転子鉄心１４の外径側の構造を示す平面図である。
実施例１に記載した第２の回転子鉄心１４は、界磁巻線１６が巻装される外径側がリラクタンス構造を有する一例であるが、例えば、ランデル型鉄心を採用することもできる。具体的に説明すると、第２の回転子鉄心１４は、図９に示す様に、界磁巻線１６（本発明の第２の界磁巻線）が巻装される外径側の鉄心１４Ａと、三相交流巻線１５が巻装される内径側の鉄心１４Ｂとが別体に設けられ、外径側の鉄心１４Ａは、同形状を有する一組の界磁コア（ランデル型鉄心）によって構成されている。

一組の界磁コアは、内径側の鉄心１４Ｂの外周に嵌合する円筒状のボス部１４ｂ（図９参照）と、図１０に示す様に、ボス部１４ｂの軸方向両端から径方向外側へ延びるディスク部１４ｃと、このディスク部１４ｃの外周から軸方向へ突き出る複数の爪状磁極１４ｄとを有し、互いの爪状磁極１４ｄが交互に噛み合う様に組み合わされている。
界磁巻線１６は、図９および図１０に示す様に、ボス部１４ｂの周囲にループ状に巻装され、実施例１と同様に、三相電機子巻線２０で発電された交流電圧が整流器１７で直流電圧に変換されて界磁巻線１６に供給される。この界磁巻線１６に励磁電流が流れて界磁が形成されると、一方の界磁コアの全ての爪状磁極１４ｄがＳ極となり、他方の界磁コアの全ての爪状磁極１４ｄがＮ極となる。

本実施例は、第２の回転子鉄心１４の外径側の構造が実施例１の場合と異なるだけで、回転電機１の作用および効果は実施例１と同じである。また、本実施例の構成によれば、円筒状ボス部１４ｂの周囲に界磁巻線１６をループ状に巻装するので、例えば、鉄心のスロットに巻線を挿入する構造と比較した場合に、巻線構造が簡単である。更に、巻線抵抗が少なく、より多くの界磁電流を流すことができるので、大きな界磁を形成することが出来、第２の回転子８に発生する電動トルクを大きくできる効果もある。

図１１は回転電機１の構成を示す概略図、図１２は界磁巻線２４（本発明の第１の界磁巻線）を第１の回転子７に組み合わせた状態を示す平面図である。
実施例１では、磁界を形成する手段として、第１の回転子鉄心１１の表面に永久磁石１２を貼り付けているが、永久磁石１２に限定する必要はなく、界磁巻線２４を採用することもできる。
その界磁巻線２４を用いた場合の一例を以下に説明する。
なお、第２の回転子８、および、固定子９の構造は、実施例１と同じである。
界磁巻線２４は、図１１に示す様に、絶縁材で被覆された鉄製のボビン２５に巻回され、このボビン２５が入力軸４の外周にギャップを有して配置され、且つ、台座２６を介してハウジング２に固定されている。

第１の回転子７は、入力軸４に固定される界磁鉄心２７と、この界磁鉄心２７と一体に設けられる第１の界磁磁極群２８と、この第１の界磁磁極群２８と電気的に絶縁される第２の界磁磁極群２９と、第１の界磁磁極群２８と第２の界磁磁極群２９とを結合する固定リング３０とを有する。
界磁鉄心２７は、図１１に示す様に、台座２６に固定されるボビン２５の軸方向一端側と反対側（図示右側）の側面にギャップを有して配置される。
第１の界磁磁極群２８は、図１２に示す様に、界磁鉄心２７の外周から界磁巻線２４の径方向外側を覆う様に軸方向へ突き出る複数の爪状磁極によって形成される。
第２の界磁磁極群２９は、図１２に示す様に、第１の界磁磁極群２８の爪状磁極と噛み合う様に周方向に交互に配置される複数の爪状磁極によって形成される。
固定リング３０は、非磁性体であり、第１の界磁磁極群２８の複数の爪状磁極と第２の界磁磁極群２９の複数の爪状磁極とを機械的に結合している。

上記の構成によれば、ボビン２５に巻回された界磁巻線２４が第１の回転子７と共に回転することはなく、台座２６を介してハウジング２に固定されているので、永久磁石１２に替えて界磁巻線２４を使用した場合でも、ブラシレス構造にできる。
また、第１の回転子７は、一般的な交流発電機に使用されるランデル型ポールコアと同形状の界磁コアを用いることができる。このランデル型の界磁コアによれば、円筒状ボス部の周囲に界磁巻線２４をループ状に巻装するので、例えば、鉄心のスロットに巻線を挿入する構造と比較した場合に、巻線構造が簡単である。

回転電機の構成を示す概略図である。回転電機の径方向断面図である。回転電機の電気回路図である。回転電機の作動説明図である（発進モード）。回転電機の作動説明図である（加速モード）。回転電機の作動説明図である（高速巡航モード）。回転電機の作動説明図である（減速モード）。回転電機の作動トルク特性図である。回転電機の径方向断面図である（実施例２）。第２の回転子鉄心の外径側の構造を示す平面図である（実施例２）。回転電機の構成を示す概略図である（実施例３）。界磁巻線を第１の回転子に組み合わせた状態を示す平面図である（実施例３）。

符号の説明

１回転電機
２ハウジング
４入力軸（第１の回転軸）
６出力軸（第２の回転軸）
７第１の回転子
８第２の回転子
９固定子
１０車輪駆動系
１１第１の回転子鉄心
１２永久磁石
１４第２の回転子鉄心
１４Ａ第２の回転子鉄心の外径側の鉄心（実施例２）
１４Ｂ第２の回転子鉄心の内径側の鉄心（実施例２）
１４ｂ円筒状のボス部（実施例２）
１４ｃディスク部（実施例２）
１４ｄ爪状磁極（実施例２）
１５三相交流巻線
１６界磁巻線
１７整流器
１９固定子鉄心
２０三相電機子巻線
２１インバータ
２２蓄電装置
２４第１の界磁巻線（実施例３）
２７界磁鉄心（実施例３）
２８第１の界磁磁極群（実施例３）
２９第２の界磁磁極群（実施例３）
３０固定リング（実施例３）

Claims

車両エンジンの駆動軸に連結される第１の回転軸と、
この第１の回転軸と同軸上に配置され、且つ、車輪駆動系に連結される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸と一体に回転する第１の回転子と、
前記第１の回転子の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、前記第２の回転軸と一体に回転する第２の回転子と、
この第２の回転子の径方向外側にギャップを有して配置される固定子とを備え、
前記第１の回転子は、前記第１の回転軸に固定される第１の回転子鉄心と、この第１の回転子鉄心に固定されて磁界を発生させる永久磁石とを有し、
前記第２の回転子は、前記第２の回転軸に固定される第２の回転子鉄心と、この第２の回転子鉄心の内径側に巻装される三相交流巻線と、前記第２の回転子鉄心の外径側に巻装される界磁巻線と、前記第１の回転子との相対回転によって前記三相交流巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換して前記界磁巻線に供給する整流器とを有し、
前記固定子は、ハウジングに固定される固定子鉄心と、この固定子鉄心の内径側に巻装され、外部の蓄電装置よりインバータを介して三相電流が通電される三相電機子巻線とを有することを特徴とする回転電機。
車両エンジンの駆動軸に連結される第１の回転軸と、
この第１の回転軸と同軸上に配置され、且つ、車輪駆動系に連結される第２の回転軸と、
前記第１の回転軸の外周にギャップを有して回転不能に配置され、外部より直流電流が通電されて磁界を発生させる第１の界磁巻線と、
前記第１の回転軸と一体に回転する第１の回転子と、
前記第１の回転子の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、前記第２の回転軸と一体に回転する第２の回転子と、
この第２の回転子の径方向外側にギャップを有して配置される固定子とを備え、
前記第１の回転子は、前記第１の回転軸に固定される界磁鉄心と、この界磁鉄心と一体に設けられ、且つ、前記第１の界磁巻線の径方向外側にギャップを有して配置される複数の爪状磁極から成る第１の界磁磁極群と、前記第１の界磁巻線の径方向外側にギャップを有して配置され、且つ、前記第１の界磁磁極群の爪状磁極と噛み合う様に周方向に交互に配置される複数の爪状磁極から成る第２の界磁磁極群と、前記第１の界磁磁極群と前記第２の界磁磁極群とを機械的に結合する非磁性の固定リングとを有し、
前記第２の回転子は、前記第２の回転軸に固定される第２の回転子鉄心と、この第２の回転子鉄心の内径側に巻装される三相交流巻線と、前記第２の回転子鉄心の外径側に巻装される第２の界磁巻線と、前記第１の回転子との相対回転によって前記三相交流巻線に発生する交流電圧を直流電圧に変換して前記第２の界磁巻線に供給する整流器とを有し、
前記固定子は、ハウジングに固定される固定子鉄心と、この固定子鉄心の内径側に巻装され、外部の蓄電装置よりインバータを介して三相電流が通電される三相電機子巻線とを有することを特徴とする回転電機。
請求項１または２に記載した回転電機において、
前記第２の回転子鉄心は、請求項１に記載した前記界磁巻線、または、請求項２に記載した前記第２の界磁巻線が巻装される外径側の構造が、磁気的に突極性または逆突極性を有するリラクタンス型に設けられていることを特徴とする回転電機。
請求項１または２に記載した回転電機において、
前記第２の回転子鉄心は、請求項１に記載した前記界磁巻線、または、請求項２に記載した前記第２の界磁巻線が巻装される外径側の鉄心と、前記三相交流巻線が巻装される内径側の鉄心とが別体に設けられ、前記外径側の鉄心は、同形状を有する一組の界磁コアによって構成され、この一組の界磁コアは、前記内径側の鉄心の外周に嵌合する円筒状のボス部と、このボス部の軸方向両端から径方向外側へ延びるディスク部と、このディスク部の外周から軸方向へ突き出る複数の爪状磁極とを有し、互いの爪状磁極が交互に噛み合う様に組み合わされ、
請求項１に記載した前記界磁巻線、または、請求項２に記載した前記第２の界磁巻線は、前記ボス部の周囲にループ状に巻装されていることを特徴とする回転電機。