JP6017992B2 - 回転電機システム - Google Patents

Description

本発明は、回転電機システムに関し、特に、第１回転子と第２回転子間、及び固定子と第２回転子間にトルクを作用させることが可能な回転電機システムに関する。

この種の回転電機システムの関連技術が下記特許文献１に開示されている。特許文献１による回転電機システムは、巻線が配設されエンジンに機械的に連結された第１ロータと、第１ロータの巻線と電磁気的に結合する永久磁石が配設され駆動軸に機械的に連結された第２ロータと、第２ロータの永久磁石と電磁気的に結合する巻線が配設されたステータと、第１ロータの巻線と電気的に接続されたスリップリングと、スリップリングと電気的に接触するブラシと、バッテリーとステータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第１インバータと、スリップリング及びブラシを介してバッテリーと第１ロータの巻線との間で電力を授受可能に制御する第２インバータと、を備える。特許文献１においては、第１ロータに伝達されたエンジンからの動力は、第１ロータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合により第２ロータに伝達されるため、エンジンの動力により駆動軸を駆動することができる。さらに、ステータの巻線と第２ロータの永久磁石との電磁気結合により、第１インバータを介してステータの巻線に供給された電力を用いて第２ロータに動力を発生させることによっても、駆動軸を駆動することができる。

特許文献１において、第１ロータと第２ロータ間に発生可能な最大トルクや、ステータと第２ロータ間に発生可能な最大トルクを増加させるためには、第２ロータの永久磁石により第１ロータやステータに流れる界磁磁束を増加させることが望ましい。その一方で、第１ロータの巻線やステータの巻線に発生する逆起電圧を減少させるためには、第２ロータの永久磁石により第１ロータやステータに流れる界磁磁束を減少させることが望ましい。そこで、第２ロータの永久磁石により第１ロータやステータに流れる界磁磁束を制御できることが望ましい。ただし、界磁磁束を制御するための界磁巻線を第２ロータに別途追加すると、第２ロータの界磁巻線に電流を流すために、スリップリング及びブラシも別途追加する必要があり、構成の複雑化を招くことになる。

そこで、特許文献１では、第１ロータ及びステータに界磁磁束を作用させる第２ロータの永久磁石を共通化し、永久磁石のＮ極及びＳ極の一方を第１ロータと対向配置させるとともに、永久磁石のＮ極及びＳ極の他方を磁性体を介してステータと対向配置させている。そして、第１ロータと第２ロータ間にトルクを作用させる場合には、ステータの巻線に流れる交流電流による磁束の方向が永久磁石による磁束の方向と同方向（強め界磁方向）となるようにステータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石により第１ロータに流れる界磁磁束量を増加させる強め界磁制御を実行する。一方、ステータの巻線に流れる交流電流による磁束の方向が永久磁石による磁束の方向と逆方向（弱め界磁方向）となるようにステータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石により第１ロータに流れる界磁磁束量を減少させる弱め界磁制御を実行する。また、ステータと第２ロータ間にトルクを作用させる場合には、第１ロータの巻線に流れる交流電流による磁束の方向が永久磁石による磁束の方向と同方向（強め界磁方向）となるように第１ロータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石によりステータに流れる界磁磁束量を増加させる強め界磁制御を実行する。一方、第１ロータの巻線に流れる交流電流による磁束の方向が永久磁石による磁束の方向と逆方向（弱め界磁方向）となるように第１ロータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石によりステータに流れる界磁磁束量を減少させる弱め界磁制御を実行する。

特開２０１１−２０５７４１号公報 特許第３５４３５００号公報 特開２００９−７３４７２号公報 特開２００９−２７４５３６号公報

特許文献１では、第１ロータとステータ間に第２ロータの永久磁石が配置されるため、ステータの巻線に流れる交流電流（ｄ軸電流）による磁束が第１ロータに作用しにくくなり、第１ロータに流れる界磁磁束量に影響しにくくなる。同様に、第１ロータの巻線に流れる交流電流（ｄ軸電流）による磁束がステータに作用しにくくなり、ステータに流れる界磁磁束量に影響しにくくなる。したがって、第１ロータやステータに流れる界磁磁束を効率よく制御することが困難である。

さらに、特許文献１では、ステータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石により第１ロータに流れる界磁磁束量を増加させる強め界磁制御を実行する際には、ステータの巻線に鎖交する磁束も増加するため、ステータの巻線に発生する逆起電圧が増加する。一方、ステータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石により第１ロータに流れる界磁磁束量を減少させる弱め界磁制御を実行する際には、ステータの巻線に鎖交する磁束も減少するため、ステータと第２ロータ間に作用するトルクが減少する。同様に、第１ロータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石によりステータに流れる界磁磁束量を増加させる強め界磁制御を実行する際には、第１ロータの巻線に鎖交する磁束も増加するため、第１ロータの巻線に発生する逆起電圧が増加する。一方、第１ロータの巻線に交流電流（ｄ軸電流）を流すことで、第２ロータの永久磁石によりステータに流れる界磁磁束量を減少させる弱め界磁制御を実行する際には、第１ロータの巻線に鎖交する磁束も減少するため、第１ロータと第２ロータ間に作用するトルクが減少する。

本発明は、第１回転子と第２回転子との間、及び固定子と第２回転子との間にトルクを作用させることが可能な回転電機システムにおいて、構成の複雑化を招くことなく第１回転子や固定子に流れる磁束を効率よく制御することを目的の１つとする。

また、本発明は、第１回転子と第２回転子との間、及び固定子と第２回転子との間にトルクを作用させることが可能な回転電機システムにおいて、巻線に発生する逆起電圧を抑制しつつトルク増幅を実現することを目的の１つとする。

本発明に係る回転電機システムは、上述した目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係る回転電機システムは、回転子巻線が配設された第１回転子と、固定子巻線が配設された固定子と、第１回転子及び固定子と対向し、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子と、を備え、第２回転子は、周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁石と、各々が周方向に隣接する磁石間に配置された複数の軟磁性材と、を含み、各軟磁性材は、第１回転子と対向する第１面と、固定子と対向する第２面と、周方向に隣接する一方の磁石の磁極面に面する第３面と、周方向に隣接する他方の磁石の磁極面に面する第４面と、を有し、第１面と第２面間で磁束を通し、さらに、第３面が面する磁石の磁極面と第４面が面する磁石の磁極面が互いに同じ極性であり、これらの磁極面がともにＮ極の場合は、磁石による磁束が第３及び第４面から第１及び第２面へ流れ、これらの磁極面がともにＳ極の場合は、磁石による磁束が第１及び第２面から第３及び第４面へ流れ、回転子巻線に流れる交流電流と、軟磁性材の第１面と第３及び第４面間を流れる磁石による磁束との相互作用により、第１回転子と第２回転子間にトルクが作用し、固定子巻線に流れる交流電流と、軟磁性材の第２面と第３及び第４面間を流れる磁石による磁束との相互作用により、固定子と第２回転子間にトルクが作用し、さらに、回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束及び固定子に作用する磁石による磁束の一方を弱め且つ他方を強めるように回転子巻線に交流電流を流す制御と、固定子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束及び固定子に作用する磁石による磁束の一方を弱め且つ他方を強めるように固定子巻線に交流電流を流す制御の少なくとも一方を実行することを要旨とする。

本発明の一態様では、回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束を弱め且つ固定子に作用する磁石による磁束を強めるように回転子巻線に流れる交流電流を制御することが好適である。

本発明の一態様では、回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、固定子巻線の交流電流による磁束が固定子に作用する磁石による磁束を弱め且つ第１回転子に作用する磁石による磁束を強めるように固定子巻線に流れる交流電流を制御することが好適である。

本発明の一態様では、回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束と固定子巻線の交流電流による磁束が互いに反発し合うように回転子巻線に流れる交流電流及び固定子巻線に流れる交流電流を制御することが好適である。

本発明の一態様では、周方向に隣接する軟磁性材間に空隙または非磁性材が設けられていることが好適である。

本発明の一態様では、各軟磁性材の内部に空隙及び非磁性材が設けられていないことが好適である。

また、本発明に係る回転電機システムは、回転子巻線が配設された第１回転子と、固定子巻線が配設された固定子と、第１回転子及び固定子と対向し、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子と、を備え、第２回転子は、周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の軟磁性材を含み、周方向に隣接する軟磁性材間に空隙または非磁性材が設けられ、各軟磁性材は、第１回転子と対向する第１面と、固定子と対向する第２面と、を有し、第１面と第２面間で磁束を通し、回転子巻線に交流電流を流すとともに、固定子巻線の交流電流による磁束が軟磁性材の第２面と第１面間を流れて第１回転子に作用するように固定子巻線に交流電流を流すことで、第１回転子と第２回転子間にトルクが作用し、固定子巻線に交流電流を流すとともに、回転子巻線の交流電流による磁束が軟磁性材の第１面と第２面間を流れて固定子に作用するように回転子巻線に交流電流を流すことで、固定子と第２回転子間にトルクが作用することを要旨とする。

本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間、及び固定子と第２回転子との間にトルクを作用させることが可能な回転電機システムにおいて、構成の複雑化を招くことなく第１回転子や固定子に流れる磁束を効率よく制御することができる。

また、本発明によれば、第１回転子と第２回転子との間、及び固定子と第２回転子との間にトルクを作用させることが可能な回転電機システムにおいて、巻線に発生する逆起電圧を抑制しつつトルク増幅を実現することができる。

本発明の実施形態に係る回転電機システムを備えるハイブリッド駆動装置の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの概略構成を示す図である。 ロータ巻線にｄ軸電流が流れた場合におけるｄ軸磁束の流れを示す図である。 ロータ巻線にｑ軸電流が流れた場合におけるｑ軸磁束の流れを示す図である。 ステータ巻線にｄ軸電流が流れた場合におけるｄ軸磁束の流れを示す図である。 ステータ巻線にｑ軸電流が流れた場合におけるｑ軸磁束の流れを示す図である。 ロータ巻線及びステータ巻線の両方に交流電流を流した場合におけるステータと出力側ロータ間のトルクを示す図である。 ロータ巻線及びステータ巻線の両方に交流電流を流した場合における入力側ロータと出力側ロータ間のトルクを示す図である。 ロータ巻線３０とステータ巻線２０が弱め界磁磁束を同時に発生した場合の磁束の流れを示す図である。 ステータ巻線に流れる交流電流及びロータ巻線に流れる交流電流を制御するための電子制御ユニットの機能ブロック図の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る回転電機システムの他の概略構成を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。

図１〜４は、本発明の実施形態に係る回転電機システムを備えるハイブリッド駆動システムの構成の概略を示す図であり、図１は全体構成の概略を示し、図２〜４は回転電機１０の構成の概略を示す。本実施形態に係るハイブリッド駆動システムは、動力（機械的動力）を発生可能な原動機として設けられたエンジン（内燃機関）３６と、エンジン３６と駆動軸３７（車輪３８）との間に設けられ、変速比の変更が可能な変速機（機械式変速機）４４と、エンジン３６と変速機４４との間に設けられ、動力（機械的動力）の発生及び発電が可能な回転電機１０と、を備える。なお、本実施形態に係るハイブリッド駆動システムについては、例えば車両を駆動するための動力出力システムとして用いることができる。

回転電機１０は、図示しないステータケースに固定されたステータ（固定子）１６と、ステータ１６に対し相対回転可能な第１ロータ（第１回転子）２８と、ロータ回転軸と直交する径方向においてステータ１６及び第１ロータ２８と所定の空隙を空けて対向し、ステータ１６及び第１ロータ２８に対し相対回転可能な第２ロータ（第２回転子）１８と、を有する。図１〜４に示す例では、ステータ１６は、第１ロータ２８より径方向外側の位置に第１ロータ２８と間隔を空けて配置されており、第２ロータ１８は、径方向においてステータ１６と第１ロータ２８との間の位置に配置されている。つまり、第１ロータ２８は第２ロータ１８より径方向内側の位置で第２ロータ１８と対向配置されており、ステータ１６は第２ロータ１８より径方向外側の位置で第２ロータ１８と対向配置されている。第１ロータ２８はエンジン３６と機械的に連結されていることで、第１ロータ２８にはエンジン３６からの動力が伝達される。一方、第２ロータ１８は変速機４４を介して駆動軸３７に機械的に連結されていることで、駆動軸３７（車輪３８）には第２ロータ１８からの動力が変速機４４で変速されてから伝達される。なお、以下の説明では、第１ロータ２８を入力側ロータとし、第２ロータ１８を出力側ロータとする。

ステータ１６は、ステータコア（固定子鉄心）５１と、ステータコア５１にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のステータ巻線（固定子巻線）２０と、を含む。ステータコア５１には、径方向内側へ（出力側ロータ１８へ向けて）突出した複数のティース５１ａがステータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各ステータ巻線２０がこれらのティース５１ａに巻回されていることで、磁極が構成される。複数相のステータ巻線２０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ステータ巻線２０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。図３，４に示す例では、３相のステータ巻線２０が巻装された６つのティース５１ａあたり、１つの磁極が構成される。

入力側ロータ２８は、ロータコア（回転子鉄心）５２と、ロータコア５２にその周方向に沿って配設された複数相（例えば３相）のロータ巻線（回転子巻線）３０と、を含む。ロータコア５２には、径方向外側へ（出力側ロータ１８へ向けて）突出した複数のティース５２ａがロータ周方向に沿って間隔をおいて配列されており、各ロータ巻線３０がこれらのティース５２ａに巻回されていることで、磁極が構成される。複数相のロータ巻線３０に複数相（例えば３相）の交流電流が流れることで、ロータ巻線３０は、ロータ周方向に回転する回転磁界を発生することができる。図３，４に示す例では、３相のロータ巻線３０が巻装された３つのティース５２ａあたり、１つの磁極が構成される。

出力側ロータ１８は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置された複数（図３，４に示す例では１６個）の永久磁石３３と、各々がロータ周方向に隣接する永久磁石３３間に配置された複数（永久磁石３３と同数、図３，４に示す例では１６個）の軟磁性材５３と、を含む。ロータ周方向に等間隔で分割配置された複数の軟磁性材５３の各々は、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）と所定の空隙を空けて対向する内周面（第１面）６１と、ステータ１６（ティース５１ａ）と所定の空隙を空けて対向する外周面（第２面）６２と、隣接する一方の永久磁石３３の磁極面に面する（接触する）側面（第３面）６３と、隣接する他方の永久磁石３３の磁極面に面する（接触する）側面（第４面）６４と、を有し、内周面６１と外周面６２間で磁束を通す。図３，４に示す例では、各永久磁石３３の磁極面が径方向に対して傾斜して配置され、各軟磁性材５３の側面６３，６４も径方向に対して傾斜して形成されている。そして、図３，４に示す例では、各軟磁性材５３において、内周面６１のロータ周方向幅が、ロータ周方向に３個離れたティース５２ａ間の間隔に等しく、外周面６２のロータ周方向幅が、ロータ周方向に６個離れたティース５１ａ間の間隔に等しい。以下の説明において、複数の永久磁石３３を区別する必要があるときは、以降３３−１，３３−２，３３−３の符号を用いて説明する。そして、複数の軟磁性材５３を区別する必要があるときは、以降５３−１，５３−２の符号を用いて説明し、軟磁性材５３の内周面６１、外周面６２、側面６３，６４についても、以降６１−１，６１−２，６２−１，６２−２，６３−１，６３−２，６４−１，６４−２の符号を用いて説明する。

各軟磁性材５３においては、側面６３が面する永久磁石３３の磁極面と側面６４が面する永久磁石３３の磁極面が互いに同じ極性であり、ロータ周方向に隣接する永久磁石３３の同極同士が軟磁性材５３を介して繋がっている。例えば軟磁性材５３−１においては、側面６３−１が接触する永久磁石３３−１の磁極面がＮ極面であり、側面６４−１が接触する永久磁石３３−２の磁極面がＮ極面である。一方、永久磁石３３−２を挟んで軟磁性材５３−１とロータ周方向に隣接する軟磁性材５３−２においては、側面６３−２が面する永久磁石３３−２の磁極面がＳ極面であり、側面６４−２が接触する永久磁石３３−３の磁極面がＳ極面である。そのため、ロータ周方向に隣接する軟磁性材５３（例えば軟磁性材５３−１，５３−２）においては、側面６３，６４が面する永久磁石３３の磁極面が互いに逆の極性であり、ロータ周方向において、側面６３，６４が永久磁石３３のＮ極面に接触する軟磁性材５３と、側面６３，６４が永久磁石３３のＳ極面に接触する軟磁性材５３が交互に配置される。また、ロータ周方向に隣接する軟磁性材５３（例えば軟磁性材５３−１，５３−２）間には、永久磁石３３の他に、磁気抵抗を高くするための空隙５４が設けられている。空隙５４に代えて非磁性材料を設けることも可能である。ただし、ロータ周方向に隣接する軟磁性材５３（例えば軟磁性材５３−１，５３−２）同士がブリッジで繋がっていてもよい。

永久磁石３３による界磁磁束の流れを図４に示す。図４の矢印に示すように、軟磁性材５３−１においては、永久磁石３３−１による界磁磁束が側面６３−１から内周面６１−１及び外周面６２−１へ流れるとともに、永久磁石３３−２による界磁磁束が側面６４−１から内周面６１−１及び外周面６２−１へ流れる。入力側ロータ２８に対しては、軟磁性材５３−１の内周面６１−１がＮ極面として機能し、界磁磁束が軟磁性材５３−１の内周面６１−１から入力側ロータ２８（ティース５２ａ）に作用する。ステータ１６に対しては、軟磁性材５３−１の外周面６２−１がＮ極面として機能し、界磁磁束が軟磁性材５３−１の外周面６２−１からステータ１６（ティース５１ａ）に作用する。一方、軟磁性材５３−２においては、永久磁石３３−２による界磁磁束が内周面６１−２及び外周面６２−２から側面６３−２へ流れるとともに、永久磁石３３−３による界磁磁束が内周面６１−２及び外周面６２−２から側面６３−３へ流れる。入力側ロータ２８に対しては、軟磁性材５３−２の内周面６１−２がＳ極面として機能し、界磁磁束が入力側ロータ２８（ティース５２ａ）から軟磁性材５３−２の内周面６１−２に作用する。ステータ１６に対しては、軟磁性材５３−２の外周面６２−２がＳ極面として機能し、界磁磁束がステータ１６（ティース５１ａ）から軟磁性材５３−２の外周面６２−２に作用する。このように、同一の軟磁性材５３における内周面６１と外周面６２が互いに同じ極性の磁極面として機能する。そして、ロータ周方向において、Ｎ極面として機能する内周面６１とＳ極面として機能する内周面６１が交互に配置され、Ｎ極面として機能する外周面６２とＳ極面として機能する外周面６２が交互に配置される。なお、各軟磁性材５３の内部には、内周面６１と外周面６２間、側面６３，６４と内周面６１間、及び側面６３，６４と外周面６２間で磁束をそれぞれ通しやすくするために、空隙及び非磁性材料が設けられていないことが好ましく、磁気抵抗の高い部分が設けられていないことが好ましい。

直流電源として設けられた充放電可能な蓄電装置４２は、例えば二次電池により構成することができ、電気エネルギーを蓄える。蓄電装置４２とステータ巻線２０との間で電力変換を行う第１電力変換装置として設けられたインバータ４０は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ステータ巻線２０の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４０は、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を直流に変換して、電気エネルギーを蓄電装置４２に回収する方向の電力変換も可能である。このように、インバータ４０は、蓄電装置４２とステータ巻線２０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。

スリップリング９５は、入力側ロータ２８と機械的に連結されており、さらに、ロータ巻線３０の各相と電気的に接続されている。回転が固定されたブラシ９６は、スリップリング９５に押し付けられて電気的に接触する。スリップリング９５は、ブラシ９６に対し摺動しながら（ブラシ９６との電気的接触を維持しながら）、入力側ロータ２８とともに回転する。ブラシ９６は、インバータ４１と電気的に接続されている。蓄電装置４２及びインバータ４０のいずれかとロータ巻線３０との間で電力変換を行う第２電力変換装置として設けられたインバータ４１は、スイッチング素子と、スイッチング素子に対し逆並列接続されたダイオード（整流素子）とを備える公知の構成により実現可能であり、スイッチング素子のスイッチング動作により蓄電装置４２からの直流電力を交流（例えば３相交流）に変換して、ブラシ９６及びスリップリング９５を介してロータ巻線３０の各相に供給することが可能である。さらに、インバータ４１は、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を直流に変換する方向の電力変換も可能である。その際には、ロータ巻線３０の交流電力がスリップリング９５及びブラシ９６により取り出され、この取り出された交流電力がインバータ４１で直流に変換される。インバータ４１で直流に変換された電力は、インバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０の各相へ供給可能である。つまり、インバータ４０は、インバータ４１からの直流電力と蓄電装置４２からの直流電力とのいずれか（少なくとも一方）を交流に変換してステータ巻線２０の各相へ供給することが可能である。また、インバータ４１で直流に変換された電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。このように、インバータ４１は、蓄電装置４２及びインバータ４０のいずれかとロータ巻線３０との間で双方向の電力変換を行うことが可能である。

電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング素子のスイッチング動作を制御してインバータ４０での電力変換を制御することで、ステータ巻線２０の各相に流れる交流電流を制御する。そして、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング素子のスイッチング動作を制御してインバータ４１での電力変換を制御することで、ロータ巻線３０の各相に流れる交流電流を制御する。さらに、電子制御ユニット５０は、エンジン３６の運転状態の制御、及び変速機４４の変速比の制御も行う。

インバータ４０のスイッチング動作により３相のステータ巻線２０に３相の交流電流が流れることで、ステータ巻線２０は、ステータ周方向に回転する回転磁界を発生する。そして、ステータ巻線２０の交流電流により発生した回転磁界と、軟磁性材５３の外周面６２と側面６３，６４間を流れる永久磁石３３による界磁磁束との電磁気相互作用（吸引及び反発作用）により、ステータ１６と出力側ロータ１８間にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。つまり、蓄電装置４２からインバータ４０を介してステータ巻線２０に供給された電力を出力側ロータ１８の動力（機械的動力）に変換することができ、ステータ１６及び出力側ロータ１８を同期電動機（ＰＭモータ部）として機能させることができる。さらに、出力側ロータ１８の動力をステータ巻線２０の電力に変換してインバータ４０を介して蓄電装置４２に回収することも可能である。電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作により例えばステータ巻線２０に流す交流電流の振幅や位相角を制御することで、ステータ１６と出力側ロータ１８間に作用するトルク（ＰＭモータトルク）を制御することができる。

また、入力側ロータ２８が出力側ロータ１８に対し相対回転して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との間に回転差が生じるのに伴ってロータ巻線３０に誘導起電力が発生し、この誘導起電力に起因してロータ巻線３０に誘導電流（交流電流）が流れることで回転磁界が生じる。そして、ロータ巻線３０の誘導電流により生じる回転磁界と、軟磁性材５３の内周面６１と側面６３，６４間を流れる永久磁石３３による界磁磁束との電磁気相互作用により、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクを作用させることができ、出力側ロータ１８を回転駆動することができる。そのため、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間で動力（機械的動力）を伝達することができ、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８を誘導電磁カップリング部として機能させることができる。

ロータ巻線３０の誘導電流により入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルク（電磁カップリングトルク）を発生させる際には、電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを許容するように、インバータ４１のスイッチング動作を行う。その際には、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング動作によりロータ巻線３０に流れる交流電流を制御することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間に作用する電磁カップリングトルクを制御することができる。一方、電子制御ユニット５０は、インバータ４１のスイッチング素子をオフ状態に維持してスイッチング動作を停止させることで、ロータ巻線３０に誘導電流が流れなくなり、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクは作用しなくなる。

エンジン３６が動力を発生している場合は、エンジン３６の動力が入力側ロータ２８に伝達され、入力側ロータ２８がエンジン回転方向に回転駆動する。入力側ロータ２８の回転速度が出力側ロータ１８の回転速度より高くなると、ロータ巻線３０に誘導起電力が発生する。電子制御ユニット５０は、ロータ巻線３０に誘導電流が流れるのを許容するように、インバータ４１のスイッチング動作を行う。これによって、ロータ巻線３０の誘導電流と永久磁石３３による界磁磁束との電磁気相互作用により入力側ロータ２８から出力側ロータ１８にエンジン回転方向の電磁カップリングトルクが作用して出力側ロータ１８がエンジン回転方向に回転駆動する。このように、入力側ロータ２８に伝達されたエンジン３６からの動力は、入力側ロータ２８のロータ巻線３０と出力側ロータ１８の永久磁石３３との電磁気結合によって、出力側ロータ１８へ伝達される。出力側ロータ１８に伝達された動力は、変速機４４で変速されてから駆動軸３７（車輪３８）へ伝達されることで、車両の前進駆動等、負荷の正転駆動に用いられる。したがって、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を正転方向に回転駆動することができ、車両を前進方向に駆動することができる。さらに、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８との回転差を許容することができるため、車輪３８の回転が停止してもエンジン３６がストールすることはない。そのため、回転電機１０を発進装置として機能させることができ、摩擦クラッチやトルクコンバータ等の発進装置を別に設ける必要がなくなる。

さらに、ロータ巻線３０に発生した交流電力は、スリップリング９５及びブラシ９６を介して取り出される。取り出された交流電力はインバータ４１で直流に変換される。そして、インバータ４０のスイッチング動作により、インバータ４１からの直流電力がインバータ４０で交流に変換されてからステータ巻線２０に供給されることで、ステータ巻線２０に交流電流が流れ、ステータ１６に回転磁界が形成される。このステータ１６の回転磁界と出力側ロータ１８の永久磁石３３による界磁磁束との電磁気相互作用によっても、出力側ロータ１８にエンジン回転方向のトルクを作用させることができる。これによって、出力側ロータ１８のエンジン回転方向のトルクを増幅させるトルク増幅機能を実現することができる。また、インバータ４１からの直流電力を蓄電装置４２に回収することも可能である。

さらに、蓄電装置４２からステータ巻線２０へ電力供給するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、エンジン３６の動力を用いて車輪３８を正転方向に回転駆動するとともに、ステータ巻線２０への供給電力を用いて発生させた出力側ロータ１８の動力により車輪３８の正転方向の回転駆動をアシストすることができる。また、負荷の減速運転時には、電子制御ユニット５０は、ステータ巻線２０から蓄電装置４２へ電力回収するようにインバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の動力をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によってステータ巻線２０の電力に変換して蓄電装置４２に回収することができる。

また、エンジン３６の動力を用いずに回転電機１０の動力を用いて負荷を駆動する（車輪３８を回転駆動する）ＥＶ（Electric Vehicle）走行を行う場合は、電子制御ユニット５０は、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、負荷の駆動制御を行う。例えば、電子制御ユニット５０は、蓄電装置４２からの直流電力を交流に変換してステータ巻線２０へ供給するように、インバータ４０のスイッチング動作を制御することで、ステータ巻線２０への供給電力をステータ巻線２０と永久磁石３３との電磁気結合によって出力側ロータ１８の動力に変換し、駆動軸３７（車輪３８）を回転駆動する。このように、エンジン３６が動力を発生していなくても、ステータ巻線２０への電力供給により車輪３８を回転駆動することができる。

ここで、ステータ１６及び出力側ロータ１８において、軟磁性材５３の外周面６２のロータ周方向中央位置を通る磁石磁束の方向をｄ軸（磁束軸）とし、ｄ軸と電気角で９０°ずれた位置（外周面６２のロータ周方向端部位置）をｑ軸（トルク軸）とする。そして、軟磁性材５３の外周面６２において、ロータ周方向中央位置を通るｄ軸磁束を最大にする（ロータ周方向端部位置を通るｑ軸磁束を最小にする）ためのステータ巻線２０の電流をｄ軸電流とし、ロータ周方向端部位置を通るｑ軸磁束を最大にする（ロータ周方向中央位置を通るｄ軸磁束を最小にする）ためのステータ巻線２０の電流をｑ軸電流とする。同様に、入力側ロータ２８及び出力側ロータ１８において、軟磁性材５３の内周面６１のロータ周方向中央位置を通る磁石磁束の方向をｄ軸とし、ｄ軸と電気角で９０°ずれた位置（内周面６１のロータ周方向端部位置）をｑ軸とする。そして、軟磁性材５３の内周面６１において、ロータ周方向中央位置を通るｄ軸磁束を最大にする（ロータ周方向端部位置を通るｑ軸磁束を最小にする）ためのロータ巻線３０の電流をｄ軸電流とし、ロータ周方向端部位置を通るｑ軸磁束を最大にする（ロータ周方向中央位置を通るｄ軸磁束を最小にする）ためのロータ巻線３０の電流をｑ軸電流とする。

ロータ巻線３０にｄ軸電流が流れた場合におけるｄ軸磁束の流れを図５に示す。図５の矢印に示すように、ロータ巻線３０のｄ軸電流によるｄ軸磁束は、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）から軟磁性材５３−１の内周面６１−１に作用し、軟磁性材５３−１を内周面６１−１から外周面６２−１へ流れ、ステータ１６（ティース５１ａ）に作用する。さらに、ステータ１６を流れるｄ軸磁束は、ティース５１ａから軟磁性材５３−２の外周面６２−２に作用し、軟磁性材５３−２を外周面６２−２から内周面６１−２へ流れ、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）に戻る。図４，５の矢印に示すように、ロータ巻線３０のｄ軸電流によるｄ軸磁束が、入力側ロータ２８にとっては永久磁石３３による界磁磁束と逆方向に振る舞うとともに、ステータ１６にとっては永久磁石３３による界磁磁束と同方向に振る舞う。そのため、永久磁石３３により入力側ロータ２８に作用する界磁磁束を弱めるように、ロータ巻線３０のｄ軸電流によりｄ軸磁束を発生させることで、永久磁石３３によりステータ１６に作用する界磁磁束を強めることができる。また、永久磁石３３により入力側ロータ２８に作用する界磁磁束を強めるように、ロータ巻線３０のｄ軸電流によりｄ軸磁束を発生させることで、永久磁石３３によりステータ１６に作用する界磁磁束を弱めることもできる。このように、ロータ巻線３０のｄ軸電流によるｄ軸磁束は、軟磁性材５３の内周面６１と外周面６２間を流れてステータ１６に作用することで、ステータ１６を流れる磁束に影響を与える。

一方、ロータ巻線３０にｑ軸電流が流れた場合におけるｑ軸磁束の流れを図６に示す。図６に示すように、ロータ巻線３０のｑ軸電流によるｑ軸磁束は、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）から軟磁性材５３−１の内周面６１−１に作用し、軟磁性材５３−１を流れるが、軟磁性材５３−１の外周面６２−２からステータ１６（ティース５１ａ）には作用せず、軟磁性材５３−１の内周面６１−１から入力側ロータ２８（ティース５２ａ）に戻る。軟磁性材５３−２におけるｑ軸磁束の流れも、軟磁性材５３−１と同様である。したがって、ロータ巻線３０のｑ軸電流によるｑ軸磁束は、ステータ１６を流れる磁束には影響を与えない。

また、ステータ巻線２０にｄ軸電流が流れた場合におけるｄ軸磁束の流れを図７に示す。図７の矢印に示すように、ステータ巻線２０のｄ軸電流によるｄ軸磁束は、ステータ１６（ティース５１ａ）から軟磁性材５３−１の外周面６２−１に作用し、軟磁性材５３−１を外周面６２−１から内周面６１−１へ流れ、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）に作用する。さらに、入力側ロータ２８を流れるｄ軸磁束は、ティース５２ａから軟磁性材５３−２の内周面６１−２に作用し、軟磁性材５３−２を内周面６１−２から外周面６２−２へ流れ、ステータ１６（ティース５１ａ）に戻る。図４，７の矢印に示すように、ステータ巻線２０のｄ軸電流によるｄ軸磁束が、ステータ１６にとっては永久磁石３３による界磁磁束と逆方向に振る舞うとともに、入力側ロータ２８にとっては永久磁石３３による界磁磁束と同方向に振る舞う。そのため、永久磁石３３によりステータ１６に作用する界磁磁束を弱めるように、ステータ巻線２０のｄ軸電流によりｄ軸磁束を発生させることで、永久磁石３３により入力側ロータ２８に作用する界磁磁束を強めることができる。また、永久磁石３３によりステータ１６に作用する界磁磁束を強めるように、ステータ巻線２０のｄ軸電流によりｄ軸磁束を発生させることで、永久磁石３３により入力側ロータ２８に作用する界磁磁束を弱めることもできる。このように、ステータ巻線２０のｄ軸電流によるｄ軸磁束は、軟磁性材５３の外周面６２と内周面６１間を流れて入力側ロータ２８に作用することで、入力側ロータ２８を流れる磁束に影響を与える。

一方、ステータ巻線２０にｑ軸電流が流れた場合におけるｑ軸磁束の流れを図８に示す。図８に示すように、ステータ巻線２０のｑ軸電流によるｑ軸磁束は、ステータ１６（ティース５１ａ）から軟磁性材５３−１の外周面６２−１に作用し、軟磁性材５３−１を流れるが、軟磁性材５３−１の内周面６１−１から入力側ロータ２８（ティース５２ａ）には作用せず、軟磁性材５３−１の外周面６２−１からステータ１６（ティース５１ａ）に戻る。軟磁性材５３−２におけるｑ軸磁束の流れも、軟磁性材５３−１と同様である。したがって、ステータ巻線２０のｑ軸電流によるｑ軸磁束は、入力側ロータ２８を流れる磁束には影響を与えない。

したがって、ロータ巻線３０に交流電流を流して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクを作用させるとともに、ステータ巻線２０に交流電流を流してステータ１６と出力側ロータ１８間にトルクを作用させる場合は、ロータ巻線３０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分が、入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱めるとともに、ステータ１６に作用する永久磁石３３による界磁磁束を強めることができる。つまり、ロータ巻線３０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分を、自身の弱め界磁磁束とするとともに、ステータ巻線２０の強め界磁磁束とすることができる。この強め界磁磁束がステータ巻線２０のｑ軸電流成分と相互作用することで、ステータ１６と出力側ロータ１８間に磁石トルクやリラクタンストルクとは別に追加のトルクが発生し、トルク増幅効果が得られる。ロータ巻線３０及びステータ巻線２０の両方に交流電流を流した場合におけるステータ１６と出力側ロータ１８間のトルクを、ロータ巻線３０に交流電流を流さずにステータ巻線２０だけに交流電流を流した場合のトルクと比較して図９に示す。図９に示すように、ステータ巻線２０だけでなくロータ巻線３０にも交流電流を流すことでトルク増幅効果が得られることがわかる。その際には、従来の強め界磁制御と異なり、ロータ巻線３０自身の弱め界磁を利用しているため、ロータ巻線３０の逆起電圧を抑制しつつ、ステータ１６と出力側ロータ１８間のトルクを増幅させることができる。

同様に、ロータ巻線３０に交流電流を流して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクを作用させるとともに、ステータ巻線２０に交流電流を流してステータ１６と出力側ロータ１８間にトルクを作用させる場合は、ステータ巻線２０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分が、ステータ１６に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱めるとともに、入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３による界磁磁束を強めることができる。つまり、ステータ巻線２０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分を、自身の弱め界磁磁束とするとともに、ロータ巻線３０の強め界磁磁束とすることができる。この強め界磁磁束がロータ巻線３０のｑ軸電流成分と相互作用することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にも追加のトルクが発生し、トルク増幅効果が得られる。ロータ巻線３０及びステータ巻線２０の両方に交流電流を流した場合における入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間のトルクを、ステータ巻線２０に交流電流を流さずにロータ巻線３０だけに交流電流を流した場合のトルクと比較して図１０に示す。図１０に示すように、ロータ巻線３０だけでなくステータ巻線２０にも交流電流を流すことでトルク増幅効果が得られることがわかる。その際には、従来の強め界磁制御と異なり、ステータ巻線２０自身の弱め界磁を利用しているため、ステータ巻線２０の逆起電圧を抑制しつつ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間のトルクを増幅させることができる。したがって、ロータ巻線３０及びステータ巻線２０の逆起電圧を抑制しつつ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間のトルクと、ステータ１６と出力側ロータ１８間のトルクが相互に強め合う相乗効果が得られる。その結果、永久磁石３３の量を低減することができる。

また、ロータ巻線３０に交流電流を流して入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクを作用させるとともに、ステータ巻線２０に交流電流を流してステータ１６と出力側ロータ１８間にトルクを作用させる場合は、ロータ巻線３０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分が、入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３による界磁磁束を強めるとともに、ステータ１６に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱めることもできる。これによって、ステータ巻線２０の逆起電圧を抑制しつつ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間のトルクを増幅させることができる。同様に、ステータ巻線２０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分が、ステータ１６に作用する永久磁石３３による界磁磁束を強めるとともに、入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱めることもできる。これによって、ロータ巻線３０の逆起電圧を抑制しつつ、ステータ１６と出力側ロータ１８間のトルクを増幅させることができる。

なお、永久磁石３３の量を低減した場合は、永久磁石３３による界磁磁束も低減する。その場合は、ロータ巻線３０の高電流時の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）は、永久磁石３３による界磁磁束よりも強くなり、ロータ巻線３０には自身の弱め界磁磁束による逆起電圧が発生する。同様に、ステータ巻線２０の高電流時の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）は、永久磁石３３による界磁磁束よりも強くなり、ステータ巻線２０には自身の弱め界磁磁束による逆起電圧が発生する。さらに、本構成では、ロータ巻線３０の弱め界磁磁束がステータ巻線２０にとっては強め界磁磁束として機能し、ステータ巻線２０の弱め界磁磁束がロータ巻線３０にとっては強め界磁磁束として機能する。そこで、ロータ巻線３０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱めるとともに、ステータ巻線２０のｄ軸電流成分によるｄ軸磁束成分がステータ１６に作用する永久磁石３３による界磁磁束を弱める、つまりロータ巻線３０とステータ巻線２０が弱め界磁磁束を同時に発生すると、図１１に示すように、ロータ巻線３０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）とステータ巻線２０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）が互いに打ち消し合うように作用する。したがって、ロータ巻線３０及びステータ巻線２０に発生する逆起電圧を減少させることができる。例えば、ロータ巻線３０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）がロータ巻線３０に鎖交する永久磁石３３の界磁磁束とステータ巻線２０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）の合計に等しくなる（あるいはほぼ等しくなる）ように、ロータ巻線３０の交流電流（ｄ軸電流）及びステータ巻線２０の交流電流（ｄ軸電流）を制御することで、ロータ巻線３０に発生する逆起電圧を最小化することができる。また、ステータ巻線２０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）がステータ巻線２０に鎖交する永久磁石３３の界磁磁束とロータ巻線３０の弱め界磁磁束（ｄ軸磁束）の合計に等しくなる（あるいはほぼ等しくなる）ように、ロータ巻線３０の交流電流（ｄ軸電流）及びステータ巻線２０の交流電流（ｄ軸電流）を制御することで、ステータ巻線２０に発生する逆起電圧を最小化することができる。

ステータ巻線２０に流れる交流電流及びロータ巻線３０に流れる交流電流を制御するための電子制御ユニット５０の機能ブロック図の一例を図１２に示す。カップリングトルク指令値演算部１３５は、例えばアクセル開度（車輪３８の要求駆動力）と車速（車輪３８の回転速度）とに基づいて、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間に作用する電磁カップリングトルクの指令値Ｔ_{coup_ref}を演算する。ＭＧトルク指令値演算部１５５は、例えばアクセル開度Ａ（車輪３８の要求駆動力）と、カップリングトルク指令値演算部１３５で演算された電磁カップリングトルクの指令値Ｔ_{coup_ref}とに基づいて、ステータ１６と出力側ロータ１８間に作用するＭＧトルクの指令値Ｔ_{mg_ref}を演算する。界磁磁束補正値演算部１５４は、例えば入力側ロータ２８の回転速度ω_inと出力側ロータ１８の回転速度ω_outとに基づいて、永久磁石３３による界磁磁束の補正値ΔΦ_{coup_ref}を演算する。

ｄ軸電流指令値演算部１３６は、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８の回転速度差ω_in−ω_outと、カップリングトルク指令値演算部１３５で演算された電磁カップリングトルクの指令値Ｔ_{coup_ref}とに基づいて、ロータ巻線３０のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{coup_temp}を演算する。ｑ軸電流指令値演算部１３７は、カップリングトルク指令値演算部１３５で演算された電磁カップリングトルクの指令値Ｔ_{coup_ref}に基づいて、ロータ巻線３０のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{coup_temp}を演算する。ｄ軸電流指令値補正部１３８は、界磁磁束補正値演算部１５４で演算された界磁磁束の補正値ΔΦ_{coup_ref}に基づいて、ロータ巻線３０のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{coup_temp}を補正し、補正後のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{coup_ref}を出力する。ｑ軸電流指令値補正部１３９は、ｄ軸電流指令値補正部１３８で補正されたｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{coup_ref}に基づいて、ロータ巻線３０のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{coup_temp}を補正し、補正後のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{coup_ref}を出力する。

ｄ軸電流指令値演算部１５６は、出力側ロータ１８の回転速度ω_outと、ＭＧトルク指令値演算部１５５で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔ_{mg_ref}とに基づいて、ステータ巻線２０のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{mg_temp}を演算する。ｑ軸電流指令値演算部１５７は、ＭＧトルク指令値演算部１５５で演算されたＭＧトルクの指令値Ｔ_{mg_ref}に基づいて、ステータ巻線２０のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{mg_temp}を演算する。ｄ軸電流指令値補正部１５８は、界磁磁束補正値演算部１５４で演算された界磁磁束の補正値ΔΦ_{coup_ref}に基づいて、ステータ巻線２０のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{mg_temp}を補正し、補正後のｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{mg_ref}を出力する。ｑ軸電流指令値補正部１５９は、ｄ軸電流指令値補正部１５８で補正されたｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{mg_ref}に基づいて、ステータ巻線２０のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{mg_temp}を補正し、補正後のｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{mg_ref}を出力する。

ロータ巻線電流制御部１４０は、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coup及びｑ軸電流Ｉｑ_coupがｄ軸電流指令値補正部１３８で補正されたｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{coup_ref}及びｑ軸電流指令値補正部１３９で補正されたｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{coup_ref}にそれぞれ一致するように、インバータ４１のスイッチング動作（インバータ４１での電力変換）を制御する。これによって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間に作用する電磁カップリングトルクＴ_coupが電磁カップリングトルク指令値演算部１３５で演算された指令値Ｔ_{coup_ref}に一致するように制御される。ステータ巻線電流制御部１６０は、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mg及びｑ軸電流Ｉｑ_mgがｄ軸電流指令値補正部１５８で補正されたｄ軸電流の指令値Ｉｄ_{mg_ref}及びｑ軸電流指令値補正部１５９で補正されたｑ軸電流の指令値Ｉｑ_{mg_ref}にそれぞれ一致するように、インバータ４０のスイッチング動作（インバータ４０での電力変換）を制御する。これによって、ステータ１６と出力側ロータ１８間に作用するＭＧトルクＴ_mgがＭＧトルク指令値演算部１５５で演算された指令値Ｔ_{mg_ref}に一致するように制御される。さらに、永久磁石３３による界磁磁束の補正量ΔΦ_coupが界磁磁束補正値演算部１５４で演算された補正値ΔΦ_{coup_ref}に一致するように、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coup及びステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgの少なくとも一方が制御される。

以上説明した本実施形態によれば、ロータ巻線３０及びステータ巻線２０に交流電流が流れる場合に、ロータ巻線３０の交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_coup）による磁束（ｄ軸磁束）が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束及びステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束の一方を弱め且つ他方を強めるようにロータ巻線３０に交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_coup）を流す制御と、ステータ巻線２０の交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_mg）による磁束（ｄ軸磁束）が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束及びステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束の一方を弱め且つ他方を強めるようにステータ巻線２０に交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_mg）を流す制御の少なくとも一方を実行する。これによって、ロータ巻線３０やステータ巻線２０に発生する逆起電圧を抑制しつつ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間の電磁カップリングトルクＴ_coupやステータ１６と出力側ロータ１８間のＭＧトルクＴ_mgを増幅させることができ、永久磁石３３の量を低減することができる。ロータ巻線３０に発生する逆起電圧を抑制することで、動作可能な入力側ロータ２８と出力側ロータ１８の回転速度差ω_in−ω_outの範囲をより高回転側に広げることができ、ステータ巻線２０に発生する逆起電圧を抑制することで、動作可能な出力側ロータ１８の回転速度ω_outの範囲をより高回転側に広げることができる。

例えば、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱め且つステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強めるように、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupを制御することで、ロータ巻線３０に発生する逆起電圧を抑制しつつ、ステータ１６と出力側ロータ１８間のＭＧトルクＴ_mgを増幅させることができる。また、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束がステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱め且つ入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強めるように、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することで、ステータ巻線２０に発生する逆起電圧を抑制しつつ、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間の電磁カップリングトルクＴ_coupを増幅させることができる。なお、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強め且つステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱めるように、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupを制御することによっても、ステータ巻線２０に発生する逆起電圧を抑制しつつ、電磁カップリングトルクＴ_coupを増幅させることが可能である。また、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束がステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強め且つ入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱めるように、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することによっても、ロータ巻線３０に発生する逆起電圧を抑制しつつ、ＭＧトルクＴ_mgを増幅させることが可能である。

また、本実施形態では、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束とステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束が互いに反発し合う(逆方向になる)ように、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coup及びステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することで、ロータ巻線３０及びステータ巻線２０に発生する逆起電圧を減少させることができる。例えば、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱めるようにロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupを制御するとともに、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束がステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を弱めるようにステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することで、ロータ巻線３０のｄ軸磁束（弱め界磁磁束）とステータ巻線２０のｄ軸磁束（弱め界磁磁束）が互いに反発し合う(逆方向になる)ように作用させることができる。なお、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束が入力側ロータ２８に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強めるようにロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupを制御するとともに、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束がステータ１６に作用する永久磁石３３の界磁磁束を強めるようにステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することによっても、ロータ巻線３０のｄ軸磁束とステータ巻線２０のｄ軸磁束が互いに反発し合うように作用させることが可能である。

また、本実施形態では、軟磁性材５３の内周面６１と外周面６２間には、永久磁石３３、及び空隙や非磁性材等の磁気抵抗の高い部分が設けられていないため、ロータ巻線３０のｄ軸磁束を軟磁性材５３を介してステータ１６に効率よく作用させることができる。したがって、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupの制御により、ステータ１６に流れる界磁磁束を効率よく制御することができる。同様に、ステータ巻線２０のｄ軸磁束を軟磁性材５３を介して入力側ロータ２８に効率よく作用させることができるので、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgの制御により、入力側ロータ２８に流れる界磁磁束を効率よく制御することができる。その際には、界磁磁束を制御するための界磁巻線を出力側ロータ１８に別途追加する必要も無いため、回転電機１０の構成の複雑化を招くことも無い。

以上の実施形態において、ロータ周方向に隣接する軟磁性材５３間に配置された永久磁石３３については、例えば図１３に示すように、磁極面の径方向に対する傾斜角度が９０°になる状態で配置することも可能である。図１３には、図４と同様に、永久磁石３３による界磁磁束の流れも示してある。また、永久磁石３３の磁極面を径方向に沿って配置することも可能である。

以上の実施形態では、出力側ロータ１８が入力側ロータ２８及びステータ１６と径方向に対向するラジアル型の回転電機１０の例について説明した。ただし、回転電機１０については、例えば図１４〜１７に示すように、出力側ロータ１８が入力側ロータ２８及びステータ１６とロータ回転軸に対向するアキシャル型の回転電機とすることも可能である。図１４はアキシャル型の回転電機１０の構成例を示し、図１５はステータ１６の構成例を示し、図１６は入力側ロータ２８の構成例を示し、図１７は出力側ロータ１８の構成例を示す。ロータ周方向に等間隔で分割配置された複数の軟磁性材５３の各々は、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）と所定の空隙を空けて対向する下面（第１面）６１と、ステータ１６（ティース５１ａ）と所定の空隙を空けて対向する上面（第２面）６２と、隣接する一方の永久磁石３３の磁極面に面する（接触する）側面（第３面）６３と、隣接する他方の永久磁石３３の磁極面に面する（接触する）側面（第４面）６４と、を有する。図１７に示す例では、各永久磁石３３の磁極面が径方向に沿って配置されている。

以上の実施形態では、出力側ロータ１８に永久磁石３３が設けられている場合について説明した。ただし、出力側ロータ１８においては、例えば図１８に示すように、永久磁石３３に代えて非磁性体３５を設けることも可能である。図１８に示す構成例において、複数の軟磁性材５３は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）分割配置されている。複数（軟磁性材５３と同数）の非磁性体３５は、ロータ周方向に互いに間隔をおいて（等間隔で）配置され、その各々がロータ周方向に隣接する軟磁性材５３間に配置されている。ロータ周方向に隣接する非磁性体３５間に配置された軟磁性材５３の各々は、入力側ロータ２８（ティース５２ａ）と所定の空隙を空けて対向する内周面（第１面）６１と、ステータ１６（ティース５１ａ）と所定の空隙を空けて対向する外周面（第２面）６２と、隣接する一方の非磁性体３５に面する（接触する）側面（第３面）６３と、隣接する他方の非磁性体３５に面する（接触する）側面（第４面）６４と、を有し、内周面６１と外周面６２間で磁束を通す。なお、非磁性体３５に代えて空隙を設けることも可能である。また、ロータ周方向に隣接する軟磁性材５３同士がブリッジで繋がっていてもよい。

前述のように、ロータ巻線３０のｑ軸電流Ｉｑ_coupによるｑ軸磁束は、ステータ１６を流れる磁束に影響を与えないが、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束は、図１８に示すように、軟磁性材５３の内周面６１と外周面６２間を流れてステータ１６に作用することで、ステータ１６を流れる磁束に影響を与える。そのため、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束は、ステータ１６にとっては、非磁性体３５の位置に永久磁石３３が設けられている場合の界磁磁束と同様に振る舞う。したがって、ステータ１６と出力側ロータ１８間にトルクを作用させる場合は、ステータ巻線２０に交流電流を流すとともに、ロータ巻線３０の交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_coup）による磁束（ｄ軸磁束）が軟磁性材５３の内周面６１と外周面６２間を流れてステータ１６に作用するようにロータ巻線３０に流れる交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_coup）を制御する。このロータ巻線３０のｄ軸磁束がステータ巻線２０のｑ軸電流成分Ｉｑ_mgと相互作用することで、ステータ１６と出力側ロータ１８間にリラクタンストルクとは別に追加のトルクが発生し、トルク増幅効果が得られる。

同様に、ステータ巻線２０のｑ軸電流Ｉｑ_mgによるｑ軸磁束は、入力側ロータ２８を流れる磁束に影響を与えないが、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束は、軟磁性材５３の外周面６２と内周面６１間を流れて入力側ロータ２８に作用することで、入力側ロータ２８を流れる磁束に影響を与える。そのため、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束は、入力側ロータ２８にとっては、非磁性体３５の位置に永久磁石３３が設けられている場合の界磁磁束と同様に振る舞う。したがって、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にトルクを作用させる場合は、ロータ巻線３０に交流電流を流すとともに、ステータ巻線２０の交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_mg）による磁束（ｄ軸磁束）が軟磁性材５３の外周面６２と内周面６１間を流れて入力側ロータ２８に作用するようにステータ巻線２０に流れる交流電流（ｄ軸電流Ｉｄ_mg）を制御する。このステータ巻線２０のｄ軸磁束がロータ巻線３０のｑ軸電流成分Ｉｑ_coupと相互作用することで、入力側ロータ２８と出力側ロータ１８間にリラクタンストルクとは別に追加のトルクが発生し、トルク増幅効果が得られる。

さらに、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupによるｄ軸磁束とステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgによるｄ軸磁束が互いに反発し合う(逆方向になる)ように、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coup及びステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgを制御することで、ロータ巻線３０及びステータ巻線２０に発生する逆起電圧を減少させることができる。

また、図１８に示す構成例でも、軟磁性材５３の内周面６１と外周面６２間には、永久磁石、及び空隙や非磁性材等の磁気抵抗の高い部分が設けられていないため、ロータ巻線３０のｄ軸磁束を軟磁性材５３を介してステータ１６に効率よく作用させることができる。したがって、ロータ巻線３０のｄ軸電流Ｉｄ_coupの制御により、ステータ１６に流れる界磁磁束を効率よく制御することができる。同様に、ステータ巻線２０のｄ軸磁束を軟磁性材５３を介して入力側ロータ２８に効率よく作用させることができるので、ステータ巻線２０のｄ軸電流Ｉｄ_mgの制御により、入力側ロータ２８に流れる界磁磁束を効率よく制御することができる。その際には、界磁磁束を制御するための界磁巻線を出力側ロータ１８に別途追加する必要も無いため、回転電機１０の構成の複雑化を招くことも無い。

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

１０ 回転電機、１６ ステータ（固定子）、１８ 出力側ロータ（第２ロータ、第２回転子）、２０ ステータ巻線（固定子巻線）、２８ 入力側ロータ（第１ロータ、第１回転子）、３０ ロータ巻線（回転子巻線）、３３ 永久磁石、３５ 非磁性体、３６ エンジン、３７ 駆動軸、３８ 車輪、４０，４１ インバータ、４２ 蓄電装置、４４ 変速機、５０ 電子制御ユニット、５１ ステータコア、５２ ロータコア、５３ 軟磁性材、５４ 空隙、６１ 内周面（第１面）、６２ 外周面（第２面）、６３，６４ 側面（第３面、第４面）、９５ スリップリング、９６ ブラシ。

Claims (6)

1. 回転子巻線が配設された第１回転子と、
   固定子巻線が配設された固定子と、
   第１回転子及び固定子と対向し、第１回転子に対し相対回転可能な第２回転子と、
   を備え、
   第２回転子は、
   周方向に互いに間隔をおいて配置された複数の磁石と、
   各々が周方向に隣接する磁石間に配置された複数の軟磁性材と、
   を含み、
   各軟磁性材は、
   第１回転子と対向する第１面と、固定子と対向する第２面と、周方向に隣接する一方の磁石の磁極面に面する第３面と、周方向に隣接する他方の磁石の磁極面に面する第４面と、を有し、第１面と第２面間で磁束を通し、
   さらに、第３面が面する磁石の磁極面と第４面が面する磁石の磁極面が互いに同じ極性であり、これらの磁極面がともにＮ極の場合は、磁石による磁束が第３及び第４面から第１及び第２面へ流れ、これらの磁極面がともにＳ極の場合は、磁石による磁束が第１及び第２面から第３及び第４面へ流れ、
   回転子巻線に流れる交流電流と、軟磁性材の第１面と第３及び第４面間を流れる磁石による磁束との相互作用により、第１回転子と第２回転子間にトルクが作用し、
   固定子巻線に流れる交流電流と、軟磁性材の第２面と第３及び第４面間を流れる磁石による磁束との相互作用により、固定子と第２回転子間にトルクが作用し、
   さらに、回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束及び固定子に作用する磁石による磁束の一方を弱め且つ他方を強めるように回転子巻線に交流電流を流す制御と、固定子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束及び固定子に作用する磁石による磁束の一方を弱め且つ他方を強めるように固定子巻線に交流電流を流す制御の少なくとも一方を実行する、回転電機システム。
2. 請求項１に記載の回転電機システムであって、
   回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束が第１回転子に作用する磁石による磁束を弱め且つ固定子に作用する磁石による磁束を強めるように回転子巻線に流れる交流電流を制御する、回転電機システム。
3. 請求項１または２に記載の回転電機システムであって、
   回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、固定子巻線の交流電流による磁束が固定子に作用する磁石による磁束を弱め且つ第１回転子に作用する磁石による磁束を強めるように固定子巻線に流れる交流電流を制御する、回転電機システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の回転電機システムであって、
   回転子巻線及び固定子巻線に交流電流が流れる場合に、回転子巻線の交流電流による磁束と固定子巻線の交流電流による磁束が互いに反発し合うように回転子巻線に流れる交流電流及び固定子巻線に流れる交流電流を制御する、回転電機システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１に記載の回転電機システムであって、
   周方向に隣接する軟磁性材間に空隙または非磁性材が設けられている、回転電機システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の回転電機システムであって、
   各軟磁性材の内部に空隙及び非磁性材が設けられていない、回転電機システム。

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