JP6446932B2

JP6446932B2 - 回転電機

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Publication number: JP6446932B2
Application number: JP2014187920A
Authority: JP
Inventors: 真大青山
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2019-01-09
Anticipated expiration: 2034-09-16
Also published as: US20160079835A1; DE102015217587A1; JP2016063571A; US9979266B2; DE102015217587B4; CN105429405A

Description

本発明は、ダブルロータタイプの回転電機に関する。

回転電機は、各種装置に動力源として搭載されており、例えば、車両の場合には単独に搭載されて電気自動車の動力源として機能し、あるいは、内燃機関と共に搭載されてハイブリッド車の動力源として機能する。特に、ハイブリッド車の場合、動力伝達効率の高効率化が求められており、また、加速性能や段差乗り越え性能を十分に確保するために大トルク化を実現する必要もある。

具体的には、例えば、内燃機関と回転電機と駆動輪とを直列的（シリーズ式）に連続する動力伝達経路として、駆動輪は回転電機で回転駆動させ、その回転電機の電源バッテリには内燃機関の動力をエネルギー変換して充電することにより航続距離を延長する、所謂、レンジエクステンダ方式を採用する場合がある。

このような駆動力の伝達経路では、途中に機械エネルギーと電気エネルギーとに変換する必要がある場合にはエネルギー変換ロスが発生し、また、その伝達経路長（エネルギパス長）が長くなる場合には、エネルギー伝達効率が低下してしまう。例えば、レンジエクステンダ方式は、駆動輪および内燃機関の回転駆動に回転電機を介在させることから、その回転電機は電源バッテリに電気エネルギーを入出力して稼動する。このため、レンジエクステンダ方式の場合には、機械エネルギーと電気エネルギーとでエネルギー変換が必要になって、エネルギー変換ロスが発生するとともに、エネルギーパスが長くなってエネルギー伝達効率を低下させてしまう要因の１つになっている。

これに対して、例えば、特許文献１に記載の回転電機のように、ステータ内にダブルロータを収納しており、そのロータ毎の回転軸を駆動輪側と内燃機関側とのそれぞれに連結することが知られている。

ところで、このような電機子極コイルを有する回転電機では、電機子極コイルの巻数に応じた誘起電圧でトルクや回転速度の出力特性が決まることから、効率のよい領域で稼動できるように予め設定を行っているが、その領域から外れる領域でも駆動力を得るためには、変速機を介在させる必要があった。

特開２０１３−２０８０１５号公報

そこで、本発明は、エネルギー伝達効率の低下を抑制でき、所望の出力特性に調整可能なダブルロータタイプの回転電機を提供することを目的としている。

上記課題を解決する回転電機の発明の一態様は、通電により磁束を発生させる電機子極コイルを有するステータと、前記磁束の通過により回転する第１のロータと、前記第１のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第２のロータとを備える回転電機であって、前記第２のロータは、透磁率の異なる材料を周方向に交互に位置するように有し、前記第１のロータは、前記電機子極コイルで発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルが巻かれている複数の突極部を周方向に並列するように有し、前記ステータは、磁極毎に複数の巻線コイルを巻き付けて前記電機子極コイルを構成し、前記複数の巻線コイルそれぞれは結線スイッチと接続されており、前記結線スイッチは、前記回転電機が駆動状態のときに、前記複数の巻線コイルの結線状態を、同一の磁極に巻き付けられた巻線コイル同士で結線する第１結線状態と、前記巻線コイルの巻き付けられた磁極とは異なる磁極に巻き付けられた他の巻線コイルと結線する第２結線状態と、に切換可能であることを特徴とする。

このように本発明の一態様によれば、ダブルロータタイプの回転電機において、電機子極コイルを構成する複数の巻線コイルのうち通電する巻線コイルの巻き数や巻き方に応じた誘起電圧を起こすことができるため、エネルギー伝達効率の低下を抑制でき、所望の出力特性に調整可能な回転電機を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図であり、その概略全体構成を示す回転軸に直交する断面図である。図２は、その回転電機の概略全体構成を示す回転軸と平行な断面図である。図３は、そのインナロータに設置するダイオードの接続方向を示す概念結線図である。図４は、そのステータやアウタロータやインナロータの間で受け渡される磁束の形成状態を説明する磁束線図である。図５は、そのステータやアウタロータやインナロータの間で受け渡される磁束によりアウタロータとインナロータとに発生するトルクを説明するグラフである。図６は、その電機子極コイルを構成する巻線コイルの接続を変更する機構を説明する回路図である。図７は、その電機子極コイルを構成する巻線コイルの接続例を示す回路図である。図８は、その電機子極コイルを構成する巻線コイルの図７と異なる接続例を示す回路図である。図９は、その電機子極コイルを構成する巻線コイルの図７、図８と異なる接続例を示す回路図である。図１０は、その図９に示す電機子極コイルのステータにおける位置を示す概念図である。図１１は、その回転電機を車両に搭載する実用例を示す連結図である。図１２は、その図７から図９に示す電機子極コイルにより得られる変速特性を示すグラフである。図１３は、その第２の他の態様を示す図であり、そのインナロータにダイオードと共に設置する永久磁石を示す概念図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１〜図１２は本発明の一実施形態に係る回転電機を示す図である。

図１および図２において、回転電機（ダブルロータ型モータ）１００は、概略円筒形状に形成されているステータ１０と、このステータ１０内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転入力軸（単に回転軸ともいう）１０１が固定されているアウタロータ（第２のロータ）２０と、このアウタロータ２０内に回転自在に収納されて軸心に一致する回転出力軸（単に回転軸ともいう）１０２が固定されているインナロータ（第１のロータ）３０と、を備えている。

ステータ１０には、アウタロータ２０の外周面２０ａにエアギャップＧ１を介して内周面１２ａ側を対面させるように径方向外方から径方向内方に向かって延長されている複数本のステータティース１２が形成されている。このステータティース１２は、側面１２ｂ間をスロット１３として、巻線コイルを集中巻きした電機子極コイル１４が設けられており、その電機子極コイル１４に電力供給して磁束を発生しアウタロータ２０やインナロータ３０に鎖交させることによりこれらロータ２０、３０をそれぞれ回転駆動させる。

アウタロータ２０は、透磁率の高い鋼材などの磁性体からなる中継部材２１と、透磁率の低いあるいは磁束を通さない樹脂などの非磁性体からなる制限部材２２と、が周方向に交互に並列されており、その中継部材２１と制限部材２２の両端面２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂがアウタロータ２０の外周面２０ａと内周面２０ｂとで交互に露出するように形成されている。

これにより、アウタロータ２０は、ステータ１０の電機子極コイル１４で発生し鎖交する磁束を中継部材２１では効率よく両端面２１ａ、２１ｂ間を通過させる一方、制限部材２２ではその磁束の通過を妨げる。このステータ１０の電機子極コイル１４で発生する磁束は、アウタロータ２０の中継部材２１を通過した後には、後述するように、インナロータ３０のロータティース３２の外周面３２ａに鎖交して、再度、アウタロータ２０の中継部材２１を通過することにより、ステータ１０に戻る磁気回路を形成する。

このとき、アウタロータ２０は、ステータ１０に対して相対回転するので、磁束を通過させる中継部材２１と磁束の通過を制限する制限部材２２とが繰り返し切り換えられて磁気回路を形成する。これにより、アウタロータ２０は、電機子極コイル１４で発生し鎖交する磁束の磁束量を変動させることができる。このため、このアウタロータ２０では、ステータ１０との間でエアギャップＧ１を介して通過する磁束の磁路を最短にしようとするリラクタンストルク（回転力）が発生して相対回転することができる。

インナロータ３０は、アウタロータ２０の内周面２０ｂにエアギャップＧ２を介して外周面３２ａを対面させるように回転軸側から径方向外方に向かって延長されている複数本のロータティース（突極部）３２が周方向に並列するように形成されている。ロータティース３２は、側面３２ｂ間をスロット３３として、巻線コイル（誘導コイル）３４が巻き付けられている。この巻線コイル３４は、ロータティース３２毎に同一方向に巻き付けられており、磁束が鎖交することにより誘導電流を発生（誘起）する。

このインナロータ３０は、図３に示すように、ロータティース３２毎の閉回路になるように巻線コイル３４の導線端部にダイオード３５が結線されており、ダイオード３５は、一方向に電流が流れるのを許容して短絡接続するとともに、反対方向に流れようとする電流は遮断することで巻線コイル３４に発生する誘導電流を整流する。このダイオード３５は、同一方向に巻き付けられている巻線コイル３４に、整流方向が隣接するステータティース１２毎に交互に反対向きになるように接続されている。

これにより、インナロータ３０は、巻線コイル３４に流れる誘導電流をダイオード３５により一方向に整流して直流界磁電流とすることができ、その巻線コイル３４を自己励磁させて電磁力を発生させることができる。

このとき、磁気回路の一部を構成するインナロータ３０の一つのロータティース３２は、鎖交する磁束をアウタロータ２０の中継部材２１から誘導する方向に磁化した電磁石として機能する。本実施形態に係る回転電機１００では、巻線コイル３４で発生する誘導電流がダイオード３５により整流されることによって、ロータティース３２がこのような電磁石として機能する。
また、隣接するロータティース３２は、磁束をアウタロータ２０側に誘導する方向に磁化した電磁石として機能する。本実施形態に係る回転電機１００では、隣接するロータティース３２における誘導電流の整流方向とは反対向きに整流するダイオード３５により、巻線コイル３４で発生する誘導電流が整流されることによって、ロータティース３２がこのような電磁石として機能する。

すなわち、インナロータ３０は、アウタロータ２０の中継部材２１と制限部材２２とがステータ１０に対して相対回転することにより、ロータティース３２の外周面３２ａから鎖交する磁束の磁束量を変動させることができる。これにより、巻線コイル３４に誘導電流を発生させることができる。そして、その誘導電流をダイオード３５で整流して直流界磁電流とすることにより、巻線コイル３４を電磁石として機能させて電磁力を発生させることができる。

このとき、ステータ１０のステータティース１２からアウタロータ２０の中継部材２１を介してインナロータ３０のロータティース３２に鎖交する磁束は、集中巻きした電機子極コイル１４に交流電源から電力供給して発生させる。このため、ロータティース３２に鎖交する磁束には分布巻きなどしたコイルで発生させる場合よりも多くの空間高調波成分を重畳させることができる。そして、磁束に重畳された空間高調波成分は、磁束量の変動として作用するため、巻線コイル３４に誘導電流を効果的に発生させることができ、大きな電磁力を発生させることができる。

したがって、回転電機１００は、図４に磁束線ＦＬで図示するように、ステータ１０の電機子極コイル１４に電力が供給されて発生する磁束をアウタロータ２０の中継部材２１に鎖交させることにより、そのアウタロータ２０をリラクタンストルクにより回転駆動させることができる。また、回転電機１００は、回転するアウタロータ２０の中継部材２１を通過することによって磁束量の変動する磁束をインナロータ３０の巻線コイル３４に鎖交させて誘導電流を発生させることができる。そして、誘導電流は、ダイオード３５で整流されることにより、直流界磁電流として作用し、電磁力を発生させることができる。これにより、永久磁石を設けることなく、そのインナロータ３０をマグネットトルク（回転力）により相対回転させることができる。このインナロータ３０では、ダイオード３５により、ロータティース３２を、磁化方向が周方向に向かって交互になるように並列されている電磁石として機能させることにより、アウタロータ２０との間で鎖交させる磁束をスムーズにスロット３３を迂回させて受け渡すことができる。

この回転電機１００は、ステータ１０に対してアウタロータ２０がリラクタンストルクにより相対回転され、また、その回転するアウタロータ２０（中継部材２１）を経由する磁束が鎖交されるインナロータ３０がマグネットトルクにより相対回転されるので、図５のグラフに示すように、アウタロータ２０を低速回転させつつインナロータ３０を高速回転させることができる。

また、この回転電機１００は、ステータ１０、アウタロータ２０およびインナロータ３０の構造の組み合わせに応じて上述の回転駆動に必要なトルクが発生するようになっている。ステータ１０、アウタロータ２０およびインナロータ３０の構造の組み合わせについて、具体的には、ステータ１０のスロット１３の数Ｎｓ、アウタロータ２０の極数となる中継部材２１の数Ｎｏｒ、および、インナロータ３０の極数となるロータティース３２の数Ｎｉｒが次式（１）を成立させる組み合わせとなる。この構造では、上述のリラクタンストルクとマグネットトルクを効果的に発生させてアウタロータ２０とインナロータ３０とをステータ１０に対して効率よく相対回転させることができる。例えば、本実施形態の回転電機１００では、ステータ１０のスロット数Ｎｓ＝１８、アウタロータ２０の極数Ｎｏｒ＝３０、および、インナロータ３０の極数Ｎｉｒ＝１２であり、次式（１）を満たしている。
Ｎｏｒ＝Ｎｓ±Ｎｉｒ ......（１）

また、ステータ１０は、図６に示すように、３つの巻線コイル５１〜５３を直列接続可能に配列させた電機子極コイル１４をステータティース１２に設けている。この電機子極コイル１４は、巻線コイル５１、５２間を結線スイッチ６１で、巻線コイル５２、５３間を結線スイッチ６２で導通または遮断できるようになっている。

電機子極コイル１４は、導線６８ｕ、６８ｖ、６８ｗにより６箇所で並列接続して、駆動電流としての電源から三相交流電力が供給されて磁束を発生するようになっている。また、図１においてステータティース（磁極）１２毎に磁極名称を仮に付して説明すると、Ａ磁極からＲ磁極までの３磁極を一組とし、導通端部１４ａを三相のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれで共通になるように導通接続されている。また、導通端部１４ｂは、Ｄ磁極からＲ磁極を共通にするように導線６９で導通接続して中性点結線する。また、Ａ磁極からＣ磁極ではそれぞれ入力端子１４ｂｕ、１４ｂｖ、１４ｂｗとしている。

この電機子極コイル１４は、Ａ磁極からＣ磁極における巻線コイル５３をバイパスするバイパススイッチ６５〜６７が設けられており、Ｄ磁極からＲ磁極における巻線コイル５２の結線スイッチ６２側を共通にするように、導通接続して中性点結線する結線リング７０（図８を参照）を着脱自在に備えている。これにより、電機子極コイル１４は、バイパススイッチ６５〜６７をオン状態にして接続導通するとともに結線リング７０を取り付けることにより、Ａ磁極からＲ磁極の全体で巻線コイル５３を経由しないようにショートカットする回路構成にすることができる。

また、電機子極コイル１４は、結線スイッチ６１、６２を同一磁極における巻線コイル５１〜５３間の接続または遮断をするだけでなく、正逆周方向に隣接する磁極の巻線コイル５１、５２間や巻線コイル５２、５３間を接続することができるようになっている（図９を参照）。

すなわち、電機子極コイル１４は、通電される巻線コイル５１〜５３の数や回路が変更可能に構成される。具体的には、結線スイッチ６１、６２、バイパススイッチ６５〜６７および結線リング７０が通電する巻線コイル５１〜５３の数や回路を変更する変更機構を構成する。

これにより、電機子極コイル１４は、図７に示すように、バイパススイッチ６５〜６７を解放状態にして、同一のステータティース１２毎に、巻線コイル５１、５２間を結線スイッチ６１で接続して導通させ、巻線コイル５２、５３間を結線スイッチ６２で接続して導通させる回路構成にすることができる。この回路構成において、回転電機１００は、６箇所で並列接続する電機子極コイル１４をステータティース１２毎に３つの巻線コイル５１〜５３を直列接続して集中巻にし、駆動電流を供給して励磁することができる。

また、電機子極コイル１４は、図８に示すように、バイパススイッチ６５〜６７を接続してＡ磁極〜Ｃ磁極における巻線コイル５３を迂回する回路にし、結線スイッチ６２を遮断状態にするとともに結線リング７０を取り付けてＤ磁極〜Ｒ磁極における巻線コイル５３を外す回路にし、加えて、同一のステータティース１２毎に、巻線コイル５１、５２間を結線スイッチ６１で接続して導通させる回路構成にすることができる。この回路構成では、回転電機１００は、６箇所で並列接続する電機子極コイル１４をステータティース１２毎に２つの巻線コイル５１、５２を直列接続して集中巻にし、駆動電流を供給して励磁することができる。

さらに、電機子極コイル１４は、図９に示すように、同一の周方向で隣接するステータティース１２に設けられている巻線コイル５１、５２を結線スイッチ６１で接続して導通させ、同様な位置関係にある巻線コイル５２、５３を結線スイッチ６２で接続して導通させる回路構成にすることができる。この回路構成では、図１０に示すように、回転電機１００は、６箇所で並列接続する電機子極コイル１４を同一の周方向に隣接するステータティース１２のそれぞれに設けられている３つの巻線コイル５１〜５３を順次に直列接続して分布巻にし、駆動電流を供給して励磁することができる。

なお、図９では、Ａ磁極の巻線コイル５１〜５３とＲ磁極の巻線コイル５１〜５３とをそれぞれ接続する結線スイッチ６１、６２を２箇所に図示するが、この結線スイッチ６１、６２はＡ磁極のステータティース１２に配置されているものであり、Ｒ磁極の巻線コイル５１、５２に接続する結線スイッチ６１、６２については点線で図示している。なお、図１０は、隣接するステータティース１２に設けられている巻線コイル５１〜５３を直列接続して電機子極コイル１４を分布巻で構成することを示す図であり、巻線コイル５１〜５３のステータティース１２の径方向における巻き付け位置が限定されるものではない。具体的には、図１０に示されるように、隣接するステータティース１２の径方向において、巻線コイル５１〜５３が同一の位置で直列接続となるように構成しても良いし、また、隣接するステータティース１２の径方向において、巻線コイル５１〜５３がそれぞれ外周側の位置から内周側の位置へ順次直列接続となるように構成しても良い。また、隣接するステータティース１２の径方向において、巻線コイル５１〜５３がそれぞれ内周側の位置から外周側の位置へ順次直列接続となるように構成しても良い。

そして、この回転電機１００は、図１１に示すように、例えば、ハイブリッド自動車にエンジン（内燃機関）２００と共に駆動源として搭載するのに好適な性能を有しており、アウタロータ２０の回転入力軸１０１にエンジン２００を連結するとともに、インナロータ３０の回転出力軸１０２に駆動輪２９０を連結して、ステータ１０の電機子極コイル１４にインバータ２１０を介してバッテリ２２０を接続する。なお、図６は、動力の発生や伝達を説明するために、エンジン２００と駆動輪２９０との間の連結を簡単に現している模式図である。

アウタロータ２０は、インナロータ３０を内包可能な円筒形状に形成されてロータティース３２に対面する円筒部分２０Ｃに中継部材２１と制限部材２２（図６には不図示）とが配列されており、その中継部材２１と制限部材２２とがステータティース１２と対面するように、ステータ１０内に収納されている。また、このアウタロータ２０は、収納するインナロータ３０の軸方向両端面側に対面する円盤部分２０Ｄ１、２０Ｄ２の中心にベアリング１１１、１１２を固定して回転出力軸１０２を回転自在に支持しており、その円盤部分２０Ｄ２の中心の外方に同軸に一体回転するように回転入力軸１０１が延長されている。

インナロータ３０は、アウタロータ２０のベアリング１１１、１１２で回転自在に支持されている回転出力軸１０２を軸心に一致させて一体回転するように固定されており、アウタロータ２０の一方の円盤部分２０Ｄ１のベアリング１１１で回転自在に支持されている側から回転出力軸１０２を外部に突出させている。

また、アウタロータ２０は、インナロータ３０の外部に突出する回転出力軸１０２の反対側を回転自在に支持するベアリング１１２を覆うフランジ形状部２０Ｆが他方の円盤部分２０Ｄ２に一体に固定されており、そのフランジ形状部２０Ｆの中心からインナロータ３０の回転出力軸１０２と同軸になるように回転入力軸１０１を外部に突出させている。

なお、図１１に図示する回転電機１００はエンジン２００と駆動輪２９０とをそれぞれ回転入力軸１０１や回転出力軸１０２に直結しているように図示するが、その間には差動装置など車両を走行させるのに必要な各種装置が介在されており、このエンジン２００および駆動輪２９０は、回転入力軸１０１や回転出力軸１０２を常時直結させている訳ではなく、適宜、直結または解放して必要な伝達経路で動力を伝達することができるようになっている。

これにより、回転電機１００は、アウタロータ２０の回転入力軸１０１を介してエンジン２００から入力される動力エネルギーＡを回転出力軸１０２に直接伝達して駆動輪２９０を転動させることができる。また、回転電機１００は、バッテリ２２０から供給する電気エネルギーＢによりインナロータ３０（回転出力軸１０２）を回転駆動させて動力エネルギーに変換し駆動輪２９０を転動させることができる。

したがって、回転電機１００は、エネルギー変換によってエンジンの動力の伝達効率が低下してしまうといった不都合を抑制できる。すなわち、回転電機１００は、バッテリ２２０から供給される電力による電気エネルギーＢと共に動力エネルギーＡを伝達して駆動輪２９０を転動させることができる。

なお、エンジン２００は、駆動輪２９０を回転出力軸１０２から解放している状態のときに、アウタロータ２０を回転させることによって、インバータ２１０を介してバッテリ２２０に充電電力を供給することができる。また、回転電機１００は、必要に応じて、インバータ２１０を介してバッテリ２２０の蓄電電力をステータ１０の電機子極コイル１４に供給することによって、エンジン２００を始動させることもできる。この回転電機１００を搭載する車両は、エンジン２００の動力エネルギーＡのみで走行する場合には、エンジン２００を駆動輪２９０に直結する伝達経路に切り換えればよい。

このようにステータティース１２に設置された電機子極コイル１４に電力を供給して励磁した場合、同一のステータティース１２における同一相電力の通電コイル数とそのコイルの巻き付け種別に応じて区別して図示すると、図１２のグラフに示すような変速特性で回転電機１００を回転駆動させることができる。

具体的には、図７に示すように、直列接続する３つの巻線コイル５１〜５３を集中巻した電機子極コイル１４に電力供給したときのインナロータ３０の変速特性３ＮＣでは、低速回転かつ大トルクの出力特性で回転出力軸１０２を回転駆動させることができる。この場合、例えば、発進時において、駆動輪２９０の転動をスムーズに開始することができる。

また、図８に示すように、直列接続する２つの巻線コイル５１、５２を集中巻した電機子極コイル１４に電力供給したときのインナロータ３０の変速特性２ＮＣでは、中速回転かつ中トルクの出力特性で回転出力軸１０２を回転駆動させることができる。この場合、例えば、走行中において、加速する駆動輪２９０をスムーズに転動させて走行させることができる。

さらに、図９、図１０に示すように、３つの巻線コイル５１〜５３を隣接するロータティース３２にわたって跨るように接続して分布巻した電機子極コイル１４に電力供給したときのインナロータ３０の変速特性１ＮＤでは、高速回転かつ小トルクの出力特性で回転出力軸１０２を回転駆動させることができる。この場合、例えば、高速での走行中において、巡航する駆動輪２９０をスムーズに転動させて走行させることができる。

ここで、図１２に示す変速特性３ＮＣ、２ＮＣ、１ＮＤは個々には図示する特性を有するが、実装する場合には、これらの特性ラインがスムーズに連続するように変速制御を実行するようにするのが好適である。

このように、本実施形態においては、回転電機１００は、アウタロータ２０には中継部材２１と制限部材２２とを交互になるように周方向に並列される。また、回転電機１００は、インナロータ３０のロータティース３２毎にそれぞれが同一方向に巻かれる巻線コイル３４が設けられ、その巻線コイル３４には、周方向において、それぞれの整流方向が反対方向になるように交互にダイオード３５が接続される。

これにより、回転電機１００は、ステータ１０の電機子極コイル１４で発生する磁束をアウタロータ２０の中継部材２１に鎖交させることによって発生するリラクタンストルクでアウタロータ２０を回転させることができる。また、この鎖交した磁束が、アウタロータ２０の中継部材２１を通過し、インナロータ３０に鎖交することによって、インナロータ３０の巻線コイル３４に、鎖交する磁束量に変動が生じ、この磁束量の変動に応じて誘導電流を発生させることができる。そして、この誘導電流を整流して直流界磁電流として作用させることによって発生するマグネットトルクでインナロータ３０を回転させることができる。

さらに、ステータ１０の電機子極コイル１４は、走行状態に応じて、通電するコイル数の調整や集中巻か分布巻か等の回路形態を選択することができるため、通電により発生する誘起電圧を変化させて必要な回転速度や出力トルクで回転出力軸１０２を回転させることができる。

したがって、回転電機１００は、ステータ１０の電機子極コイル１４にバッテリ２２０から電力供給するだけで、アウタロータ２０とインナロータ３０をそれぞれ回転駆動させることができる。この回転電機１００は、回転入力軸１０１と回転出力軸１０２を備える短い動力伝達経路で機能することができる。また、このステータ１０、アウタロータ２０、インナロータ３０には、ネオジウム磁石などの高価な永久磁石を用いず、また、インナロータ３０にスリップリングを設けるなどして外部から電力を供給していないため、簡易な構造で安価な自励式のダブルロータタイプの回転電機１００を実現することができる。また、駆動輪２９０を走行状態に応じた必要なトルクで回転させるなど、所望の出力特性に調整することができる。

本実施形態の第１の他の態様としては、図示することは省略するが、巻線コイル３４毎にダイオード３５を結線するのに代えて、同一方向に巻かれている巻線コイル３４を周方向の１極置きに直列接続するようにして２系統の誘導コイル列を形成し、それぞれの終端間に２つダイオード３５を整流方向が逆向きになるように結線してもよい。この場合にも、本実施形態と同様に、インナロータ３０のロータティース３２を磁化方向が周方向に向かって交互になる電磁石として機能させることができ、インナロータ３０内のスロット３３を迂回してスムーズに磁束を通過させる経路の磁路を形成することができる。また、直列接続する複数の巻線コイル３４のそれぞれで誘導電流を発生させて整流しているので、単一の誘導コイルで回路形成する場合よりも大容量の誘導電流を回路内に流すことができ、より大きな電磁力を発生させてインナロータ３０（回転出力軸１０２）を大きなトルクで回転駆動させることができる。

また、本実施形態の第２の他の態様としては、図１３に示すように、インナロータ３０のロータティース３２内に永久磁石４０を埋設してもよい。この永久磁石４０は、ダイオード３５により整流してロータティース３２を電磁石として機能させるときの磁化方向に、磁極（Ｎ極、Ｓ極）が一致するように配置されている。この場合には、ロータティース３２の電磁石の磁力に、永久磁石４０の磁力を加えて機能させることができ、より大きな磁力を作用させてインナロータ３０（回転出力軸１０２）を大きなトルクで回転駆動させることができる。なお、この永久磁石４０は、巻線コイル３４により機能させる電磁力を補助するだけの磁力で十分であることから、例えば、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石である必要はなく、安定供給可能で安価な種類のものを採用すればよい。なお、ネオジウム磁石のような希少で高価な永久磁石を採用してもよく、この場合、安定して大きなトルクを得ることができる。

さらに、図示することは省略するが、本実施形態の第３の他の態様としては、回転電機１００のように径方向にエアギャップＧ１、Ｇ２を形成するラジアルギャップ構造に限定されず、回転軸方向にギャップを形成するアキシャルギャップ構造で構成しても良い。この場合も、軸方向に並列するステータと２組のロータ側にそれぞれ電機子極コイルや中継部材、誘導コイルを配置する。

また、回転電機１００のようなラジアルギャップ構造の場合には、ステータ１０やアウタロータ２０やインナロータ３０を電磁鋼板の積層構造で構成することに限定されず、例えば、鉄粉などの磁性を有する粒子の表面を絶縁被覆処理した軟磁性複合粉材（Soft Magnetic Composites）をさらに鉄粉圧縮成形および熱処理製造した圧粉磁心、所謂、ＳＭＣコアを採用してもよい。このＳＭＣコアは、成形が容易であることからアキシャルギャップ構造に好適である。

また、回転電機１００は、車載用に限定されるものではなく、例えば、風力発電や、工作機械などの駆動源として好適に採用することができる。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１０ステータ
１２ステータティース
１３、３３スロット
１４電機子極コイル
１４ｂｕ、１４ｂｖ、１４ｂｗ入力端子
２０アウタロータ（第２のロータ）
２１中継部材
２２制限部材
３０インナロータ（第１のロータ）
３２ロータティース（突極部）
３４巻線コイル（誘導コイル）
３５ダイオード
４０永久磁石
５１〜５３巻線コイル
６１、６２結線スイッチ
６５〜６７バイパススイッチ
７０結線リング
１００回転電機
１０１回転入力軸
１０２回転出力軸
２００エンジン
２１０インバータ
２２０バッテリ
２９０駆動輪
ＦＬ磁束線
Ｇ１、Ｇ２エアギャップ

Claims

通電により磁束を発生させる電機子極コイルを有するステータと、
前記磁束の通過により回転する第１のロータと、
前記第１のロータを通過する前記磁束の磁路の途中に配置されて回転する第２のロータとを備える回転電機であって、
前記第２のロータは、透磁率の異なる材料を周方向に交互に位置するように有し、
前記第１のロータは、前記電機子極コイルで発生した磁束の鎖交により誘導電流を誘起させる誘導コイルが巻かれている複数の突極部を周方向に並列するように有し、
前記ステータは、磁極毎に複数の巻線コイルを巻き付けて前記電機子極コイルを構成し、
前記複数の巻線コイルそれぞれは結線スイッチと接続されており、前記結線スイッチは、前記回転電機が駆動状態のときに、前記複数の巻線コイルの結線状態を、同一の磁極に巻き付けられた巻線コイル同士で結線する第１結線状態と、前記巻線コイルの巻き付けられた磁極とは異なる磁極に巻き付けられた他の巻線コイルと結線する第２結線状態と、に切換可能であることを特徴とする回転電機。
前記結線スイッチは、車両の走行状態に応じて、前記第１結線状態と前記第２結線状態とに切換可能であることを特徴とする請求項１に記載の回転電機
前記各電機子極コイルの出力端同士が中性点結線されており、
前記各磁極に共通する前記一つの巻線コイル同士を結線して中性点結線する結線リングを備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機。
前記第１のロータは、前記誘導コイルに、前記誘導電流を整流するダイオードが結線されている、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の回転電機。