WO2017209248A1

WO2017209248A1 - 回転電機駆動システム

Info

Publication number: WO2017209248A1
Application number: PCT/JP2017/020447
Authority: WO
Inventors: 高橋　裕樹
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2016-06-03
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2017-12-07

Abstract

回転電機駆動システムは、電機子巻線が巻装されたステータ及び界磁巻線が巻装されたロータを有する回転電機と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御する制御装置と、を備える。ロータ３０は、ボス部３２１及び爪状磁極部３２３を有する界磁コア３２と、ボス部３２１に巻装された界磁巻線と、爪状磁極部３２３の間に配置された永久磁石３４と、を備える。界磁巻線の起磁力により形成されるｄ軸磁気回路３６と、永久磁石３４の磁力により形成される第１及び第２磁石磁気回路の少なくとも一部分と、が共有されている。ロータ３０の負荷時に、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔが、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔより小さくなるように設定される。制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

Description

回転電機駆動システム

　本開示は、例えば自動車やトラック等に搭載されて電動機や発電機として使用される回転電機駆動システムに関する。

　車両用交流発電機は、界磁巻線と、該界磁巻線により周方向交互に異なる極性の磁極が励磁される複数の爪状磁極部と、を有するランデル型ロータを備える。このような車両用交流発電機は、従来の回転電機として知られている。そして、特許文献１には、爪状磁極部間に永久磁石を介在させて、より大きな出力密度を得られるようにした磁石付きランデル型ロータを備えた発電機が開示されている。このような発電機では、永久磁石の大きさや、ランデル型ロータコアのボス部、ディスク部、及び爪状磁極部にあたる部分の最適化を考慮して設計されている。これにより、上記発電機は、発電能力の向上と逆起電力の低減との両立を図っている。

　なお、特許文献１には、発電機における出力特性の変曲点を生じる永久磁石磁束と、爪状磁極片の諸定数Ｌ，Ｗ，及びθと、の関係を求めることによって導かれた数式が記載されている。そして、特許文献１には、諸定数Ｌ、Ｗ，及びθを決めれば、永久磁石の残留磁束密度Ｂｒを画一的に決定できることが記載されている。これにより、特許文献１の発電機は、仕様が異なっても、普遍的にバッテリ過充電の回避と高効率高出力化が同時に行える磁極の設定を可能としている。

　また、ＮＳ磁極が周方向に交互となるように、永久磁石をロータコアの外周部に埋め込んだ磁石埋め込み型ロータ（ＩＰＭ型ロータ）が知られている。このＩＰＭ型ロータは、高トルクを得られることから、車両用の発電機や電動機等に搭載されて急速に普及した。

　近年では、車両走行抵抗を減らすためのスラントノーズ化や、エンジンルームの小型化等が図られている。これに伴い、車両用発電機やスタータの搭載スペースは、極小化されてきている。この場合、重要視される能力は、スタータの能力、車両を高効率動作でアシストするための高効率な力行や回生動作の能力が挙げられる。そのため、相対的に純粋な発電能力だけに能力改善を求める割合は、少なくなってきており、界磁電流が短期間で大電流となる場合の発電機の発電、トルク、回生能力が注目されている。

特開平４－２５５４５１号公報

　上記の磁石付きランデル型ロータを搭載した発電機は、逆起電力が高いという問題がある。そのため、例えば車両用交流発電機等の逆起電力に制約のある製品には、上記の爪状磁極部を有するランデル型ロータが用いられる。しかし、ランデル型ロータを搭載した発電機は、発電出力が低いという問題がある。特許文献１で提案している数式により規定される範囲に設計すれば、磁石を使って発電機の発電能力を高めることが可能である。しかし、より発電能力の向上が望まれる。

　本開示は、電動トルクをより向上し得るようにした回転電機駆動システムを提供する。

　図２７は、磁石付きランデル型ロータの等価磁気回路図である。図２８は、ＩＰＭ型ロータの等価磁気回路図である。ここで、Φｍは磁石磁束、Ｒｓｔはステータの磁気抵抗、ＡＧはエアギャップ、Ｒｒｔはロータの磁気抵抗、Ｒａはｄ軸回路の空隙部の磁気抵抗である。図２７に例示するように、磁石付きランデル型ロータの場合には、磁石磁束Φｍが分流し、ランデル型ロータコアのボス部を通る磁気回路と、ステータコアを通る磁気回路と、の２つの磁気回路が形成される。

　一方、図２８に例示するように、ＩＰＭ型ロータの場合には、ｄ軸回路が空隙（破線部分）である。そのため、磁気抵抗Ｒａが非常に高く、インダクタンスＬｒｔが非常に低い。これが、磁石付きランデル型ロータとＩＰＭ型ロータとにおける、負荷時のトルク差の原因になっている。即ち、負荷時に磁気抵抗Ｒｒｔを非常に高くし、インダクタンスＬｒｔが非常に低い状態であれば、磁石付きランデル型ロータでもＩＰＭ型ロータと同じ程度のトルクを出力できるということになる。

　本発明者は、上記の知見に基づいて研究を重ねた。その結果、本発明者は、磁石付きランデル型ロータにおいて、界磁電流Ｉｆを利用してＩＰＭ型ロータと同じ程度のトルクを出力可能な状況を作り出せることを見出した。ＩＰＭ型ロータでは、界磁コア（ロータコア）にあたる抵抗が高く、ステータコアの抵抗が低い。よって、磁石付きランデル型ロータでは、界磁電流Ｉｆの通電時に、界磁コア（ランデル型ロータコア）の抵抗値を上げ、界磁コアの抵抗値がステータコアの抵抗値よりも大きくなれば、ＩＰＭ型ロータの場合と同じ状況となる。

　ロータのインダクタンスをＬｒｔとし、ステータのインダクタンスをＬｓｔとし、ロータを流れる磁束の磁気抵抗をＲｒｔとし、ステータを流れる磁束の磁気抵抗をＲｓｔとする。そして、磁石付きランデル型ロータでは、ロータに負荷を掛けた時に、Ｌｒｔ＜Ｌｓｔ　……（式１）、又は、Ｒｒｔ＞Ｒｓｔ　……（式２）となるようにする。このようにすれば、上記の状況を作り出せる。なお、磁石の残留磁束密度をＢｒとし、磁石の各磁極の断面積をＡｍとし、ステータの磁束密度をＢｓとし、ロータの断面積をＡｒとする。ロータに負荷を掛けない時には、Ｌｒｔ＞Ｌｓｔ、Ｒｒｔ＞Ｒｓｔ、２×Ｂｒ×Ａｍ＞Ｂｓ×Ａｒ（逆起電力が低い条件）となる。

　但し、上記（式１）及び（式２）において、製品として完成されたトラクションモータやジェネレータといった回転電機から磁気抵抗Ｒは、容易に測定できない。また、インダクタンスＬは、巻数により変化し、且つ、ターン数の２乗で変動する。そのため、上下関係を評価することは相応しくない。よって、以後の評価には、後述の実験手法により容易に測定及び算出可能な、磁気抵抗Ｒの逆数であるパーミアンスＰｒｔ，Ｐｓｔ［Ｈ］を用いることとした。これらの関係を示すと、Ｌ／Ｎ^２［Ｈ／Ｎ^２］＝１／Ｒ［Ａ／ｗｂ］＝Ｐ［Ｈ］となる。

　よって、本発明者は、ｄ軸に２軸の合成磁束を有する回転電機が、ロータに負荷を掛けた時に、ＩＰＭ型ロータの如く振る舞うためには、負荷時にＰｒｔ＜Ｐｓｔとなるようにすればよいことを見出した。

　本開示の技術の一態様である第１の回転電機駆動システムは、電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、及び、界磁巻線（３３）が巻装されてステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）を有する回転電機（１）と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備える。
　ロータは、界磁巻線が巻装される筒状のボス部（３２１，３２１ａ，３２１ｂ）、及び、ボス部の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部（３２３，３２３ａ，３２３ｂ）を有する界磁コア（３２）と、周方向に隣接する爪状磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、界磁巻線の起磁力によって爪状磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（３４，３４Ａ）と、を備える。
　第１の回転電機駆動システムでは、ロータに負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、電機子巻線に流れる電流により形成され、ｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通るｑ軸磁気回路（３７）のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。
　制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

　この構成によれば、第１の回転電機駆動システムでは、周方向に隣接する爪状磁極部の間に配置された永久磁石により、ステータに鎖交する磁束が流れる第１磁石磁気回路と、ボス部を通りロータ内で磁束の流れが完結する第２磁石磁気回路と、の２つの磁石磁気回路が形成されている。そして、ロータに負荷を掛けた時、即ち、制御装置により界磁巻線に界磁電流を通電した時に、界磁巻線の起磁力により形成される磁束が、界磁コアのボス部、一対の爪状磁極部、及びステータコアを経由して流れるｄ軸磁気回路が形成される。このとき、２つの磁石磁気回路のうち、ボス部を通りロータ内で完結する第２磁石磁気回路を流れる磁石磁束は、ｄ軸磁気回路の磁束と逆方向に流れている。そのため、抵抗が大きく流れ難い状態となる。そこで、第１の回転電機駆動システムでは、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔとの関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。そのため、第１及び第２磁石磁気回路のうち、ステータに鎖交する磁束が流れる第１磁石磁気回路の磁石磁束が増大する。これにより、磁石磁束を有効利用して、ロータに発生する電動トルクを大幅に向上させられる。

　また、本開示の制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。即ち、回転電機が、力行（加速、速度維持）や回生（ブレーキと発電を同時にする）の動作を行う場合、位相制御により、最大実行トルクが得られる。この状況は、弱め界磁磁束を多少入れながら、リラクタンストルクを発生させるという状況である。このとき、弱め界磁磁束をｄ軸に入れるということは、ｄ軸に繋がれた界磁コアに対して、弱め界磁磁束を掛けるという意味と同義である。即ち、界磁巻線への通電の際に、界磁コアの飽和を下げ、永久磁石の磁力をステータ側へ案内せず、有効利用することができなくなる。ここで、上記のｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔと、の大小関係を満たしていれば、十分に界磁コアが飽和されている。よって、弱め界磁磁束が界磁コアへ流れず、弱め界磁磁束をほとんど無視したリラクタンストルクを得ることができる。これにより、位相制御による力行及び回生の動作能力は、ｄ軸だけを使うダイオード整流や同期整流といった動作において、本開示の技術を適用した場合の能力向上に比べ、相乗的な能力向上を達成できる。

　本開示において、ロータに負荷を掛けた時とは、定格電流として界磁巻線の界磁電流Ｉｆが、車両用ブラシの能力として一般的なＩｆ＝４［Ａ］～２０［Ａ］の間で通電している状態のことをいう。なお、ブラシに進歩があれば、その時の界磁電流Ｉｆ（例えば３０［Ａ］等）でよい。また、ブラシレスのように、界磁電流Ｉｆに制限のない構成であれば、これより大きな界磁電流Ｉｆで、上記のＰｓｔ＞Ｐｒｔの要件を成立させればよい。なお、現在のブラシでも、上記のＰｓｔ＞Ｐｒｔの関係を成立させるという意味では、後述する０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７の要件を満たした時の効果は絶大である。

　また、本開示の技術の一態様である第２の回転電機駆動システムは、電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）、及び、ステータ及びロータを内部に収容し、界磁巻線（３３）が巻装されたボス部（１７）を有するハウジング（１０）を備えたブラシレス構造の回転電機（２）と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備える。
　ロータは、界磁巻線の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の磁極部（５２ｎ，５２ｓ）を有する界磁コア（５２）と、周方向に隣接する磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、界磁巻線の起磁力によって磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（５４）と、を備える。
　第２の回転電機駆動システムでは、ロータに負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、電機子巻線に流れる電流により形成され、ｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通るｑ軸磁気回路（５７）のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。
　制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

　この構成によれば、第２の回転電機駆動システムでは、周方向に隣接する磁極部の間に配置された永久磁石により、ステータに鎖交する磁束により形成される第１磁石磁気回路と、ボス部を通りロータ内で完結する第２磁石磁気回路と、の２つの磁石磁気回路が形成されている。そして、ロータに負荷を掛けた時、即ち、制御装置により界磁巻線に界磁電流を通電した時に、界磁巻線の起磁力により形成される磁束が、界磁コアのボス部、一対の磁極部、及びステータコアを経由して流れるｄ軸磁気回路が形成される。このとき、２つの磁石磁気回路のうち、ボス部を通りロータ内で完結する第２磁石磁気回路を流れる磁石磁束は、ｄ軸磁気回路の磁束と逆方向に流れている。そのため、抵抗が大きく流れ難い状態となる。そこで、第１の回転電機駆動システムでは、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔとの関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。そのため、上記の第１及び第２磁石磁気回路のうち、ステータに鎖交する磁束が流れる第１磁石磁気回路の磁石磁束が増大する。これにより、磁石磁束を有効利用して、ロータに発生する電動トルクを大幅に向上させられる。

　特に、ブラシレス構造の回転電機においては、ブラシによる電流制限を受けずに済む。そのため、ブラシにより制約されていた界磁電流Ｉｆの電流値を大きくできる。これにより、ブラシレス構造の回転電機においても、界磁回路を飽和させ、磁石磁力を有効利用できる。また、界磁巻線に界磁電流を通電する電気回路が独立する。そのため、磁石付きランデル型ロータの弱点である遠心強度においては、電気回路分の遠心力を磁極部の裏に受けずに済む。これにより、遠心力による応力を下げることができる。

　また、本開示の制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。即ち、回転電機が、力行（加速、速度維持）や回生（ブレーキと発電を同時にする）の動作を行う場合、位相制御により、最大実行トルクが得られる。この状況は、弱め界磁磁束を多少入れながら、リラクタンストルクを発生させるという状況である。このとき、弱め界磁磁束をｄ軸に入れるということは、ｄ軸に繋がれた界磁コアに対して弱め界磁磁束を掛けるという意味と同義である。即ち、界磁巻線への通電の際に、界磁コアの飽和を下げ、永久磁石の磁力をステータ側へ案内せず、有効利用することができなくなる。ここで、上記のｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔと、の大小関係を満たしていれば、十分に界磁コアが飽和されている。よって、弱め界磁磁束が界磁コアへ流れず、弱め界磁磁束をほとんど無視したリラクタンストルクを得ることができる。これにより、位相制御による力行及び回生の動作能力を、ｄ軸だけを使うダイオード整流や同期整流といった動作において、本開示の技術を適用した場合の能力向上に比べ、相乗的な能力向上を達成できる。

　また、本開示の一態様である第３の回転電機駆動システムは、電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、及び、界磁巻線（３３）が巻装されてステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）を有する回転電機（１）と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備える。
　ロータは、筒状のボス部（３２１，３２１ａ，３２１ｂ）、及び、ボス部の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部（３２３，３２３ａ，３２３ｂ）を有する界磁コア（３２）と、ボス部の外周側に巻装されて、通電により起磁力を発生する界磁巻線（３３）と、周方向に隣接する爪状磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、界磁巻線の起磁力によって爪状磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（３４，３４Ａ）と、を備える。
　本開示において、爪状磁極部の外周面の表面積をＡｓとし、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとする。このときに、第３の回転電機駆動システムは、表面積Ａｓと断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。
　制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

　この構成によれば、第３の回転電機駆動システムでは、爪状磁極部の外周面の表面積Ａｓと、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積Ａｂと、の関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。そのため、周方向に隣接する爪状磁極部の間に配置された永久磁石により形成される磁石磁気回路のうち、ステータに鎖交する磁石磁束が流れる磁石磁気回路の磁石磁束を増大させられる。これにより、磁石磁束を有効利用して、電動トルクを大幅に向上させられる。なお、爪状磁極部の間に配置される永久磁石は、従来では磁束の整流や漏れ防止を目的に用いられていた。これに対して、本開示では、爪状磁極部の間に配置される永久磁石は、ＩＰＭ型ロータの永久磁石のように用いる。これにより、漏れ防止等ではなく、磁束を増加させられる。つまり、トルクアップ源や出力アップ源として機能させることができる。

　また、本開示の制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。即ち、回転電機が、力行（加速、速度維持）や回生（ブレーキと発電を同時にする）の動作を行う場合、位相制御により最大実行トルクが得られる。この状況は、弱め界磁磁束を多少入れながら、リラクタンストルクを発生させるという状況である。このとき、弱め界磁磁束をｄ軸に入れるということは、ｄ軸に繋がれた界磁コアに対して弱め界磁磁束を掛けるという意味と同義である。即ち、界磁巻線への通電の際に、界磁コアの飽和を下げ、永久磁石の磁力をステータ側へ案内せず、有効利用することができなくなる。ここで、上記のように、爪状磁極部の外周面の表面積Ａｓと、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積Ａｂと、の関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されていれば、十分に界磁コアが飽和されている。よって、弱め界磁磁束が界磁コアへ流れず、弱め界磁磁束をほとんど無視したリラクタンストルクを得ることができる。これにより、位相制御による力行及び回生の動作能力は、ｄ軸だけを使うダイオード整流や同期整流といった動作において、本開示の技術を適用した場合の能力向上に比べ、相乗的な能力向上を達成できる。

　また、本開示の一態様である第４の回転電機駆動システムは、電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（５０）、及び、ステータ及びロータを内部に収容し、界磁巻線（５３）が巻装されたボス部（１７）を有するハウジング（１０）を備えたブラシレス構造の回転電機（２）と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備える。
　ロータは、界磁巻線の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の磁極部（５２３ｈ，５２３ｉ）を有する界磁コア（５２）と、周方向に隣接する磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、界磁巻線の起磁力によって磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（５４）と、を備える。
　本開示において、磁極部の外周面の表面積をＡｓとし、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとする。このときに、第４の回転電機駆動システムは、表面積Ａｓと断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。
　制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

　この構成によれば、第４の回転電機駆動システムは、磁極部の外周面の表面積Ａｓと、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積Ａｂと、の関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。そのため、周方向に隣接する磁極部の間に配置された永久磁石により形成される磁石磁気回路のうち、ステータに鎖交する磁石磁束が流れる磁石磁気回路の磁石磁束を増大させられる。これにより、磁石磁束を有効利用して、発電能力を大幅に向上させられる。なお、磁極部間に配置される永久磁石は、従来では磁束の整流や漏れ防止を目的に用いられていた。これに対して、本開示では、磁極部の間に配置される永久磁石は、ＩＰＭ型ロータの永久磁石のように用いる。これにより、漏れ防止等ではなく、磁束を増加させられる。つまり、トルクアップ源や出力アップ源として機能させることができる。

第１実施形態に係る回転電機駆動システムの構成を示す模式図である。第１実施形態に係るロータの斜視図である。第１実施形態に係る界磁コアの諸寸法を示す説明図である。第１実施形態に係る界磁コアの諸寸法を示す説明図である。第１実施形態に係る界磁コアの爪状磁極部の諸寸法を示す説明図である。第１実施形態に係る界磁コアの諸寸法を示す説明図である。第１実施形態に係る回転電機において形成されるｄ軸磁気回路及びｑ軸磁気回路を示す説明図である。第１実施形態に係る回転電機において形成されるｄ軸磁気回路の界磁コア側での磁束の流れを示す説明図である。ランデル型ロータとＩＰＭ型ロータの突極比ρを示すグラフ図である。第１実施形態に係る回転電機において永久磁石により形成される２つの磁気回路を示す説明図である。第１実施形態に係るインバータの回路結線図である。第１実施形態でのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。第１実施形態でのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。比較例１に係る回転電機のパーミアンスの測定結果を示す線図である。第１実施形態に係る回転電機のパーミアンスの測定結果を示す線図である。第１実施形態においてロータのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。第１実施形態においてロータのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。第１実施形態においてステータのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。第１実施形態においてステータのパーミアンスの測定方法を説明するための図である。爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂの比（Ａｓ／Ａｂ）と、ステータ負荷時の鎖交磁束量との関係を示す線図である。ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒの比（Ｄｂ／Ｄｒ）と、ステータ負荷時の鎖交磁束量との関係を示す線図である。爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂの比（Ａｓ／Ａｂ）と、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒの比（Ｄｂ／Ｄｒ）との関係を示す線図である。従来の寸法範囲及びパーミアンスの関係で作製された回転電機の電圧ベクトル図である。本開示の寸法範囲及びパーミアンスの関係で作製された回転電機の電圧ベクトル図である。ｄ軸が１軸だけの場合の弱め界磁制御の様子を示す説明図である。ｄ軸が２軸ある場合の弱め界磁制御の様子を示す説明図である。磁石付きランデル型ロータの等価磁気回路図である。ＩＰＭ型ロータの等価磁気回路図である。第２実施形態に係る回転電機駆動システムの構成を示す模式図であって、図３０及び図３２のXXIX－XXIX線に沿った切断面に相当する部位の断面模式図である。第２実施形態に係る回転電機の斜視図である。第２実施形態に係るロータ及びカバー部の斜視図である。第２実施形態に係るロータの正面図である。第２実施形態に係るロータの鉄心の正面図である。第２実施形態に係るロータのＮポールコア及びＳポールコアの正面図である。第２実施形態に係る回転電機において永久磁石により形成される２つの磁気回路を示す説明図である。第２実施形態に係る回転電機において形成されるｄ軸磁気回路及びｑ軸磁気回路を示す説明図である。第３実施形態に係るポールコアの軸方向断面図である。第４実施形態に係るポールコアの斜視図である。第５実施形態に係るポールコアの斜視図である。第６実施形態に係るポールコアの斜視図である。第７実施形態に係るポールコアの軸方向断面図である。第８実施形態に係るポールコアの軸方向断面図である。第９実施形態に係るポールコアの斜視図である。第１０実施形態に係るポールコアの斜視図である。第１１実施形態に係るポールコアの軸方向断面図である。変形例１の永久磁石の配置を示す説明図である。

　以下、本開示の技術の一態様である回転電機駆動システムの実施形態について図面を参照して具体的に説明する。

　〔第１実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図１～図２６を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機駆動システムは、車両に搭載されて発電機と電動機の機能を選択的に使用し得る車両用交流発電機の駆動システムである。

　＜回転電機駆動システムの全体構成＞
　本実施形態の回転電機駆動システムは、図１に例示するように、ハウジング１０、ステータ２０及びロータ３０等を有する回転電機１と、励磁回路６１、インバータ６３及びコントローラ６７等を有する制御装置６０と、を含んで構成されている。

　回転電機１のハウジング１０は、中空円筒状の筒状部１１と、円盤のカバー部１２と、を備えている。カバー部１２は、筒状部１１の一端側の開口部に嵌合固定されている。ステータ２０は、円環状のステータコア２１と、電機子巻線２５と、を有する。ステータコア２１は、周方向に配列された複数のスロット２２及びティース２３（図７参照）が形成されている。電機子巻線２５は、ステータコア２１のスロット２２に巻装されている。電機子巻線２５は、図１１に例示するように、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにより構成されている。各相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、それぞれの一端がスター結線されて中性点を形成し、それぞれの他端がインバータ６３の各出力端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されている。ステータ２０は、ステータコア２１の外周面がハウジング１０の筒状部１１の内周面に固定されている。

　ロータ３０は、回転軸３１と、ランデル型の界磁コア３２と、界磁巻線３３と、複数の永久磁石３４と、有する。回転軸３１は、ハウジング１０に対して、一対の軸受け１４を介して回転可能に支持されている。界磁コア３２は、回転軸３１の外周に嵌合固定された一対のポールコア３２ａ，３２ｂよりなる。界磁巻線３３は、界磁コア３２のボス部３２１の外周側に巻装されている。永久磁石３４は、界磁コア３２の周方向に隣接する爪状磁極部３２３の間に配置されている。

　ロータ３０は、界磁コア３２がステータ２０の内周側に径方向に対向して回転可能に設けられている。ロータ３０は、回転軸３１の後端部（図１の右端部）に固定されるプーリや駆動力伝達部材（非図示）を介して、車両に搭載されたエンジン（非図示）によって回転駆動される。また、回転軸３１の前端部（図１の左端部）には、後述の励磁回路６１から界磁巻線３３に給電するための装置として、一対のスリップリング４１及び一対のブラシ４２が設けられている。一対のスリップリング４１は、回転軸３１の外周面に嵌合固定されている。一対のブラシ４２は、その径方向内側の先端がスリップリング４１の表面に押圧された状態で摺動可能に配置されている。

　界磁コア３２は、図１及び図２に例示するように、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。第１ポールコア３２ａは、回転軸３１の前側（図１の左側）に固定されている。第２ポールコア３２ｂは、回転軸３１の後側（図１の右側）に固定されている。第１ポールコア３２ａは、円筒状の第１ボス部３２１ａと第１ディスク部３２２ａと第１爪状磁極部３２３ａとからなる。第１ボス部３２１ａは、界磁巻線３３の径方向内側にて、界磁磁束を軸方向に流す。第１ディスク部３２２ａは、周方向の所定ピッチで、第１ボス部３２１ａの軸方向前端部から径方向外側へ延在して、界磁磁束を径方向に流す。第１爪状磁極部３２３ａは、第１ボス部３２１ａの外周側で、第１ディスク部３２２ａの先端から界磁巻線３３を囲むように軸方向に延在して、ステータコア２１と磁束の授受をする。

　そして、第２ポールコア３２ｂも第１ポールコア３２ａと同一形状を有する。但し、第２ポールコア３２ｂの第２ボス部には３２１ｂ、第２ディスク部には３２２ｂ、第２爪状磁極部には３２３ｂと付番されている。第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂは、軟磁性体からなる。

　本実施形態の界磁コア３２は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されている。即ち、各爪状磁極部３２３は、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成されている。爪状磁極部３２３以外のボス部３２１及びディスク部３２２は、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている。飽和磁束密度Ｂｓの高い材料としては、例えばＳ１０Ｃ（ＪＩＳ規定）等の炭素量０．１％程度のものが挙げられる。また、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料としては、例えばＳ４５Ｃ（ＪＩＳ規定）等の炭素量が多いものが挙げられる。なお、ＳＵＳ４３０（ＪＩＳ規定）や電磁鋼板等もＳ１０Ｃと比べれば飽和磁束密度Ｂｓが低めである。

　なお、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料は、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料よりも透磁率が高いものが採用されている。透磁率が高い材料としては、例えばパーマロイが挙げられる。ニッケルコバルトを添加した鉄も挙げられるが、飽和磁束密度Ｂｓが高いため適応不可となる。

　第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとは、第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂを互い違いに向かい合わせるようにして、第１ポールコア３２ａの軸方向後端面と第２ポールコア３２ｂの軸方向前端面とが接面した状態に組み付けられている。これにより、第１ポールコア３２ａの第１爪状磁極部３２３ａと、第２ポールコア３２ｂの第２爪状磁極部３２３ｂと、が周方向に交互に配置されている。第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂは、それぞれ８個の爪状磁極部３２３を有する。本実施形態では、１６極（Ｎ極：８、Ｓ極：８）のランデル型ロータコアを形成している。

　実施形態１の場合、図３に例示するように、界磁コア３２のボス部３２１の外径をＤｂ（以下、「ボス部外径Ｄｂ」ともいう。）とし、ロータ３０（界磁コア３２）の外径をＤｒ（以下、「ロータ外径Ｄｒ」ともいう。）とする。このとき、本実施形態では、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている。ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係については、後で詳述する。

　また、爪状磁極部３２３の外周面の表面積をＡｓ（以下、「爪状磁極部表面積Ａｓ」ともいう。）とし、ボス部３２１の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に伸びる鉄心断面積（鉄心の延びる方向（軸方向）に垂直な断面の面積）をＡｂ（以下、「ボス部断面積Ａｂ」という。）とする。このとき、本実施形態では、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。ここで、ボス部断面積Ａｂは、図３及び図４に例示するように、円筒状のボス部３２１の総断面積をＡとし、回転電機の極対数をＰとしたときに、Ａ／Ｐで表される。

　次に、爪状磁極部表面積Ａｓについて定義する。本実施形態の場合、図５及び図６に例示するように、爪状磁極部３２３の根元乃至ディスク部３２２の周方向幅をＷｒｒとし、爪状磁極部３２３の先端の周方向幅をＷｔｅとし、爪状磁極部３２３の軸方向高さをＨｔとする。また、径方向に対向するロータ３０とステータ２０の対向面において、ステータコア２１の軸長とディスク部３２２の軸方向厚みとが、径方向に重なっている範囲をディスクガイドと呼びＨｄｇとする。なお、ディスク部３２２や爪状磁極部３２３、ステータコア２１に設けられた磁石挿入用や強度補強用等を目的とした設計上の切り欠き部やＲ部、面取り部では、大きな差異は生じない。このとき、爪状磁極部表面積Ａｓは、Ａｓ＝（Ｗｔｅ＋Ｗｒｒ）×Ｈｔ／２＋Ｈｄｇ×Ｗｒｒである。また、本開示では、周方向幅Ｗは、曲率を考慮せず、直線距離で測るものとする。なお、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係については、後で詳述する。

　界磁巻線３３は、第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂの第１及び第２ボス部３２１ａ，３２１ｂの外周側に、界磁コア３２と絶縁された状態で巻装されて、第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに囲まれている。界磁巻線３３は、制御装置６０の励磁回路６１から界磁電流Ｉｆが通電されることによって、ボス部３２１に起磁力を発生させる。これにより、第１及び第２ポールコア３２ａ，３２ｂの第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂとに、それぞれ異なる極性の磁極が形成される。即ち、第１爪状磁極部３２３ａが、ＮＳ磁極のうちの一方の極性に磁化され、第２爪状磁極部３２３ｂが、ＮＳ磁極のうちの他方の極性に磁化される。

　これにより、図７及び図８に例示するように、界磁コア３２のボス部３２１と、一対の第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂと、を通る磁束によって、ｄ軸磁気回路３６（図７及び図８に破線で示す）が形成される。ｄ軸磁気回路３６は、ステータコア２１のｄ軸のティース２３から界磁コア３２の第１爪状磁極部３２３ａに入り、第１ディスク部３２２ａ、第１ボス部３２１ａ、第２ボス部３２１ｂ、第２ディスク部３２２ｂ、第２爪状磁極部３２３ｂを経由する。そして、ステータコア２１の１磁極分ずれた位置にあるティース２３からステータコア２１に戻った後、バックコア２４を通り、１磁極分ずれた位置にあるｄ軸のティース２３に至る磁気回路である。ｄ軸磁気回路３６は、ロータ３０の逆起電力を生む磁気回路である。

　また、ｄ軸磁気回路３６及び後述の第１磁石磁気回路３８のステータ２０に鎖交する磁束によって、電機子巻線２５に電流が流れる。これにより、ｑ軸磁気回路３７（図７に実線で示す）が形成される。ｑ軸磁気回路３７は、ステータコア２１のｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通る磁束により形成される磁気回路である。本実施形態では、ロータ３０に負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。

　ここで、ロータ３０に負荷を掛けた時とは、定格電流として界磁巻線３３に通電される界磁電流Ｉｆが、車両用ブラシの能力として一般的なＩｆ＝４［Ａ］～２０［Ａ］の間で通電している状態のことをいう。なお、ブラシの進歩があれば、その時の界磁電流Ｉｆ（例えば３０［Ａ］等）でよい。また、ブラシレスのように、界磁電流Ｉｆに制限のない構成であれば、これより大きな界磁電流Ｉｆで、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔの要件を成立させればよい。なお、現在のブラシでも、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔを成立させるという意味では、上記の、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されていること、及び、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されていることの効果はとても大きい。

　また、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔと、の比が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１となるように設定されている。ここで、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄの比（Ｌｑ／Ｌｄ）を突極比ρとする。図９に例示するように、従来のランデル型ロータの突極比ρは、ρ≒１である。また、従来のＩＰＭ型ロータの突極比ρは、ρ≒２～４である。これに対して、本実施形態では、ｄ軸磁気回路３６とｑ軸磁気回路３７とのパーミアンス比が上記のように設定されている。これにより、ロータ３０への負荷時の態様を、ランデル型ロータにおいてもＩＰＭ型ロータに近付けられる。そして、突極比ρを２以上にできる。なお、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔ及びｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔの測定方法については、後で詳述する。

　そして、図２、図３及び図８に例示するように、周方向に交互に配置された第１爪状磁極部３２３ａと第２爪状磁極部３２３ｂとの間には、軸方向斜めに縦長に延在する隙間が形成されている。各隙間には永久磁石３４が１個ずつ配置されている。各永久磁石３４は、長方体形状の外形を有し、磁化容易軸が周方向に向けられて、周方向両側の磁極部が、第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂの周方向側面にそれぞれ当接した状態で、第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに保持されている。即ち、各永久磁石３４は、界磁巻線３３の起磁力によって、第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂに交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている。

　本実施形態では、このように永久磁石３４が配置されている。これにより、図１０に例示するように、各永久磁石３４には、それぞれ２つの第１及び第２磁石磁気回路３８，３９が形成されている。第１磁石磁気回路（図１０に一点鎖線で示す）３８は、磁石磁束のうち、ステータ２０に鎖交する磁束が流れる磁気回路である。第２磁石磁気回路（図１０に二重線で示す）３９は、磁石磁束のうち、ボス部３２１ａやディスク部３２２ａ，３２２ｂを通り、ロータ３０内で完結する磁束が流れる磁気回路である。これら磁石磁束から見れば、ボス部３２１を通る第２磁石磁気回路３９は、ステータ２０にとって無効となる磁石磁束が流れる磁気回路である。一方、第１磁石磁気回路３８は、ステータ２０に鎖交し、逆起電力やトルクになる磁石磁束が流れる磁気回路である。

　この場合、第１磁石磁気回路３８と前述のｄ軸磁気回路３６とは、第２爪状磁極部３２３ｂから、ステータ２０を経由して、第１爪状磁極部３２３ａに戻るまでの磁気回路を共有している。また、第２磁石磁気回路３９とｄ軸磁気回路３６とは、ロータ３０の第１及び第２ボス部３２１ａ，３２１ｂと、第１及び第２ディスク部３２２ａ，３２２ｂと、の部分の磁気回路を共有している。

　なお、本実施形態の場合、ボス部３２１の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとし、ボス部３２１の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とする。また、爪状磁極部３２３間に配置された永久磁石３４の残留磁束密度をＢｒとし、永久磁石３４の磁極となる面の断面積をＡｍとする。このとき、本実施形態では、２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂ５０［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］となる関係を満たすように設定されている。この関係の設定については後で詳述する。

　制御装置６０の励磁回路６１は、一対のブラシ４２及び一対のスリップリング４１を介して、電源Ｂ１から界磁巻線３３に界磁電流Ｉｆとして供給するものである。励磁回路６１は、例えば絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）等からなるスイッチング素子（非図示）により構成されている。励磁回路６１のスイッチング素子のオン・オフ操作は、コントローラ（ＥＣＵ）６７により制御される。

　インバータ６３は、電機子巻線２５に電機子電流Ｉａを供給するものである。インバータ６３は、図１１に例示するように、合計３つの上アーム素子６４と、合計３つの下アーム素子６４と、を有する。各アーム素子６４は、それぞれ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）６４ａ（以下、「ＩＧＢＴ６４ａ」ともいう。）及び還流ダイオード６４ｂにより構成されている。なお、平滑コンデンサ６５は、電源Ｂ２側の交流電流を平滑するためのものである。

　インバータ６３は、公知のＰＷＭ制御インバータと同一の機能を有する。インバータ６３は、Ｖ／Ｆ制御やベクトル制御の制御出力信号であるＰＷＭ（パルス幅変調）信号により、ＩＧＢＴ６４ａがオン・オフを繰り返し、三相交流電圧を発生する。このとき、上下アーム素子６４のＩＧＢＴ６４ａは、互いに反転動作をし、同時にオンすることがないように設定されている。なお、インバータ６３のＩＧＢＴ６４ａのオン・オフ動作は、ロータ３０の回転位置を検出する位置センサ６６の情報に基づいて、コントローラ（ＥＣＵ）６７により制御される。

　上記の構成を有する制御装置６０は、界磁巻線３３及び電機子巻線２５に供給する電流を制御して、必要な大きさの電動トルクをロータ３０に発生させる。なお、制御装置６０は、弱め界磁を行うべく位相制御を行って、回転電機１が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。これにより、本実施形態の場合には、ロータ３０諸寸法や磁気回路のパーミアンスの関係が、上記のように設定されている。これにより、極めて良好な発電電力やトルクを発生させることが可能となる。

　以上のように構成された本実施形態の回転電機駆動システムでは、駆動力伝達部材等を介してエンジンからの回転力が伝えられると、ロータ３０が回転軸３１と共に所定方向に回転する。回転電機駆動システムは、この状態で、スリップリング４１及びブラシ４２を介して、励磁回路６１からロータ３０の界磁巻線３３に励磁電圧を印加する。これにより、界磁コア３２第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂが励磁されて、ロータ３０の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。

　これと同期して、回転電機駆動システムでは、制御装置６０のインバータ６３から電機子巻線２５に供給される駆動電流に基づいて、ステータ２０を励磁させる。その結果、励磁作用によって、電動トルク（動力となる場合を含む）が発生してロータ３０が回転する。このとき、制御装置６０は、弱め界磁制御を行うことにより、より大きな電動トルクを発生させる。発生した電動トルクは、ロータ３０及び回転軸３１から駆動力伝達部材を介して、例えば車軸等の駆動部に出力される。このとき、ロータ３０の回転が加速したり回転速度を維持したりする場合には、力行の動作を行うこととなり、回転電機１は電動機として作動する。

　また、回転電機駆動システムは、駆動力伝達部材等を介してエンジンからの回転力が伝えられ、ロータ３０が回転軸３１と共に所定方向に回転するときに、インバータ６３から電機子巻線２５に駆動電流を供給せず、かつ、スリップリング４１及びブラシ４２を介して励磁回路６１からロータ３０の界磁巻線３３に励磁電圧を印加する。その結果、界磁コア３２の第１及び第２爪状磁極部３２３ａ，３２３ｂが励磁されて、ロータ３０の回転周方向に沿って交互にＮＳ磁極が形成される。

　これにより、回転電機駆動システムでは、ステータ２０の電機子巻線２５に回転磁界が付与され、電機子巻線２５に交流の起電力を発生させる。このとき、制御装置６０は、弱め界磁制御を行うことにより、より大きな起電力を発生させる。電機子巻線２５で発生した交流起電力（回生電力）は、インバータ６３を通って直流電流に整流された後、出力端子から取り出され、電源Ｂ２に充電される。このとき、ブレーキと発電を同時に行う場合には、回生の動作を行うこととなり、回転電機１は発電機として作動する。

　以上の構成を有する回転電機１は、従来に比べ、ポールコア３２ａ，３２ｂのボス部３２１ａ，３２１ｂが細い、又は、ポールコア３２ａ，３２ｂのディスク部３２２ａ，３２２ｂが薄いことを特徴としている。そのため、回転電機１では、ボス部３２１ａ，３２１ｂが細くなった分、又は、ディスク部３２２ａ，３２２ｂが薄くなった分、界磁巻線３３をより多く巻くことができる。又は、回転電機１では、ボス部３２１ａ，３２１ｂが細くなった分、又は、ディスク部３２２ａ，３２２ｂが薄くなった分、界磁巻線３３を構成する線材を太くすることができる。その結果、回転電機１では、界磁コア３２と界磁巻線３３からなるロータ３０において、界磁巻線３３の体積比率が増加する。界磁巻線３３は、銅等からなる線材によって構成されており、鉄等からなる界磁コア３２に比べ、熱伝導性がよい。つまり、界磁コア３２と界磁巻線３３とからなるロータ３０において、界磁コア３２に比べ熱伝導性のよい界磁巻線３３の体積比率が増加する。そのため、回転電機１では、ロータ３０の放熱性を向上させられる。これにより、回転電機１では、空冷によってロータ３０を冷却することが可能となる。

　また、回転電機１では、ボス部３２１ａ，３２１ｂが細くなった分、又は、ディスク部３２２ａ，３２２ｂが薄くなった分、ポールコア３２ａ，３２ｂを構成する材料の総量を減少させられる。そのため、鍛造によって成形する場合に必要とされる加圧力が減少する。これにより、本実施形態では、ボス部３２１を別体としているが、ボス部３２１とディスク部３２２、さらには爪状磁極部３２３までを一体として成形することが容易になる。

　＜２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂ５０［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］の関係の設定について＞
　本開示の回転電機駆動システムは、１２～４８［Ｖ］、公差の範囲を入れても６［Ｖ］以上、６０［Ｖ］以下の電源に接続される、オルタネータやスタータ等と置き換え可能な車両用回転電機を対象としている。そのため、本開示の回転電機駆動システムでは、逆起電力をＩＰＭ型ロータのように大きく出力してはならない。通例７０～１２０［ｍｍ］程度のロータ径、３０～８０［ｍｍ］程度のロータ軸長で構成される製品群においては、ＩＰＭ型ロータで構成した場合に２００～３００［Ｖ］といった逆起電力を発生させる。これでは、１２～４８［Ｖ］のバッテリの過充電や、過充電を下げても高電圧による他の電気部品への影響が心配される。そのため、この逆起電力を十分に下げることができない。

　そこで、本開示の回転電機駆動システムでは、これを解決するべく、２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂｓ［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］となる関係を満たすようにした。こうしなければ、磁束を十分に下げることはできない。Ｂｓ［Ｔ］は、界磁コア３２の飽和磁束密度である。ここで、比透磁率が十分に高くなければ、Ｂｒ［Ｔ］を十分に吸収することができない。なお、界磁コア３２の飽和磁束密度Ｂｓ［Ｔ］を採用したが、ここでは一般によく使われるＢ５０［Ｔ］の値で考えることにする。

　一般に、１２～４８［Ｖ］製品で、界磁コア３２に掛けられる起磁力は、２５００ＡＴ程度である。そのため、永久磁石３４の厚み［ｍｍ］と保持力Ｈｃ［Ａ／ｍ］とは、５０００Ａ程度以上に、安全率をもって設計する。Ｂｒ値とＨｃ値とは、設計者の考える温度によって多少変わる。しかし、使用が想定される－４０～１６０［℃］のいずれかの温度範囲に、５０００Ａの範囲があることが必要である。ここで、５０００ＡＴ程度で設計される永久磁石３４と、５０００Ａの時の磁束密度であるＢ５０の値と、で規定された、本開示の信憑性は非常に高い。これ以前の比透磁率は３０以上であり十分に高い。また、界磁コア３２に空隙が存在しても、挿入のための空隙や、大きくても空隙距離［１ｍｍ］程度の保持するための空隙に接続された、残留磁束密度Ｂｒを有する永久磁石３４は、十分に高いパーミアンスで、磁気回路に設置されている。そのため、実行磁束密度Ｂｄ［Ｔ］は、Ｂｄ［Ｔ］＝Ｂｒ［Ｔ］と考えるに十分である。

　＜パーミアンスの測定方法＞
　以下、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔ、及び、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔの測定方法について説明する。図１２及び図１３は、ロータ３０のＮ極及びＳ極、界磁巻線３３、ステータ２０を模式的に示す説明図である。測定の際には、直流電源を界磁巻線３３に接続する。また、ＬＣＲメータと電圧プローブとを接続した計測器等を、導通しているステータ２０の任意の端子に接続する。計測器等は、オシロスコープのように電圧を測れるものであればよい。よって、計測器等は、電圧プローブとあらゆる電圧計測器との組み合わせでよい。

　この際、ステータ２０とロータ３０との位置関係は、ロータ３０のｄ軸中心に対してステータ２０が弱め界磁励磁を行わない、ｑ軸へ向けた励磁であることが好ましい。これは、弱め界磁励磁の際に、ロータ３０の界磁回路に対して弱め界磁を掛けるため、正しい測定ができなくなる恐れがあるからである。勿論、弱め界磁効果の低い電気角１５°以内程度の範囲であれば、弱め界磁効果は、励磁磁束のうちｓｉｎ１５°≒０．２５である。よって、ｑ軸通電から電気角±１５°の範囲内で、最大のインダクタンスが得られる位置関係でのデータであれば、ある程度信頼ができる。また、磁石磁束を省いて考えるため、永久磁石３４は除くか、十分に減磁させて測定することが好ましい。

　図１４は、比較例１に係る回転電機のパーミアンスの測定結果を示す線図である。図１５は、本実施形態に係る回転電機１のパーミアンスの測定結果を示す線図である。なお、比較例１は、前述した特許文献１に記載の数式により規定される回転電機を対象としている。図１４に例示するように、比較例１の場合には、無負荷状態ではロータ３０のパーミアンスの方が高い。しかし、ロータ３０の界磁電流を上げるに従って、ステータ２０と同等のパーミアンスになる。無負荷状態でのステータ２０は、ｑ軸に存在する磁気的バリアや磁石等のため、ロータ３０よりパーミアンスが低い。即ち、磁束がステータ２０に流れ難く、無負荷の逆起電力による過充電を妨げる。これは、比較例１と本実施形態で同様であるが、負荷時において、ステータ２０のパーミアンスがロータ３０よりも高くなる。即ち、磁束がステータ２０に流れ易く、負荷時の逆起電力を上げ、高い主磁束トルク（主磁束（磁石磁束＋界磁磁束）×電流値）を得ることができる。ここで、マグネットトルクをＴｍとし、主磁束をΨとし、ｑ軸電流をＩｑとすると、Ｔｍ［Ｎｍ］＝Ψ×Ｉｑである。

　次に、図１６及び図１７を参照して、ロータ３０のパーミアンス値の算出方法について説明する。界磁巻線３３は、直流電源により界磁され、界磁回路（ｄ軸磁気回路３６）が励起される。このとき、ロータ３０を回転させれば逆起電力が発生する。任意の回転数を決め、定速で運転して逆起電力を測定すると、ロータ３０の回転数に応じて逆起電力は増加する。ここで、ロータ３０の逆起電力が界磁回路の飽和と合わせて、傾きの変化に飽和傾向があることは自明である。ここで、無負荷時のインダクタンスＬ＿０（エルゼロ）を、０ＡＴと０＋ＸＡＴとの間の磁束変化とする。なお、添え字は、例えば、１００ＡＴ励磁時のインダクタンスはＬ＿１００（エルひゃく）と記載する。また、励磁電流Ｉは、（直流電源の流入電流値）×（ボス部３２１に巻装された界磁巻線３３の巻数）である。

　Ｌ＿０＝（Ｖ＿ｘ－Ｖ＿０）／（Ｉ＿ｘ－Ｉ＿０）
　例えば、１００ＡＴ励磁時のインダクタンスは以下のようになる。
　Ｌ＿１００＝（Ｖ＿２００－Ｖ＿１００）／（２００－１００）
　この場合、既にターン数を分母に乗じているため、ロータ３０のパーミアンス値［Ｈ］は、これらインダクタンス値［Ｈ］とイコールである。即ち、Ｐ＝Ｌ／Ｎ^２である。

　次に、図１８及び図１９を参照して、ステータ２０のパーミアンス値の算出方法について説明する。界磁巻線３３は、直流電源により界磁され、界磁回路（ｄ軸磁気回路３６）が励起される。このとき、ステータ２０とロータ３０とが、前述した位置関係に在る状態で、ステータ２０に通電すれば、磁束変化が起こる。回転電機の回転軸３１をロックし、界磁電流Ｉｆを増加させていけば、ステータ２０の起磁力が低下していく。よって、インダクタンスが低下していく様子を測定できる。このインダクタンス値を、ステータ２０の直列導体数の２乗で割ることによって、パーミアンス値が求められる。Ｐ＝Ｌ／Ｎ^２である。

　＜爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係、及び、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係について＞
　ここで、磁石磁束を有効に使える範囲について検討する。前述した特許文献１に記載の関係式の規定においては、条件が部分的である。そのため、例えば、界磁コアのボス部等の大きさが変化したときに、当該関係式が成り立たなくことが懸念される。そのため、ロータ全体として検討を行うものとする。

　ディスクポール型の回転電機は、ステータとロータの対向面と違う箇所（ボス部）で磁束を生み出し、その磁束を軸方向に通すことにより、ステータの軸長を使い切ることができる。このようなクローポール型の回転電機では、図４に例示するように、ボス部断面積Ａｂ、ディスク部３２２の断面積Ａｄ（以下、「ディスク部断面積Ａｄ」ともいう。）、及び爪状磁極部３２３の根元断面積Ａｔ（以下、「爪状磁極部断面積Ａｔ」ともいう。）を概ね一定として、磁束を出力している。

　なお、ボス部３２１からディスク部３２２にかけて、段付き部が形成されて、部分的に断面積が小さくなっている場合には、その断面積が小さくなっている部分を、ボス部断面積Ａｂ又はディスク部断面積Ａｄとして扱う。この段付き部を設けることによって、許容磁束量を変化させられる。また、各クロー（爪状磁極部３２３）は、ボス部３２１の外周側に巻装された界磁巻線３３（図４には不図示）への通電により、ボス部３２１に発生する界磁磁束を通せるだけの対向面面積（ボス部断面積Ａｂに準じた、適切なステータ２０との対向面面積）を所持している。

　図４に例示するように、ディスク部３２２がステータ２０に掛かっている場合は、ディスク部３２２が、ステータ２０の軸長Ｔｓｔに掛かっている分だけ、ボス部断面積Ａｂよりも爪状磁極部表面積Ａｓを減らせる。即ち、Ａｂ≒Ａｄ≒Ａｓ、又は、Ａｓ≒Ａｂ－（Ｔｓｔ－Ｔｂ）／２×Ｗが、理想値として計算できる。ここで、永久磁石３４を搭載したロータにおいては、磁力源が増えている。よって、別の解が存在するはずである。

　永久磁石３４と界磁回路とを搭載したロータ３０においては、磁石磁束は、界磁磁束（ｄ軸磁気回路３６）に逆らってロータ３０内を通るルート（図１０の第２磁石磁気回路３９）と、ステータ２０側を回るルート（図１０の第１磁石磁気回路３８）と、の２方向に分流する。即ち、図４に示す、ボス部断面積Ａｂ、ディスク部断面積Ａｄ、爪状磁極部断面積Ａｔの３点は、従来よりも小さくできるはずである。同時に、起電圧については、Ａｂ×Ｂ５０≧２×Ａｍ×Ｂｒの関係を満たしつつ考慮する必要がある。また、このとき、ボス部外径Ｄｂ（図３参照）が小さくなる。そのため、界磁巻線３３の配置スペースが大きくなり、発熱量は小さくなるはずである。

　ここで、ロータ外径Ｄｒ（図３参照）が決まれば、極数が変わっても、爪状磁極部３２３の幅Ｗとボス部３２１の１極あたりの幅との比は、殆ど変化しない。そのため、ロータ外径Ｄｒとボス部外径Ｄｂとの比は、一義的に決まるはずである。逆流する磁石磁束と界磁磁束とから、ボス部外径Ｄｂを計算できる。この際、発熱を抑えるため、現状の空冷能力を考慮し、モータであれば界磁巻線３３の抵抗値を０．１～１．０［Ｏｈｍ］、発電機であれば１．０～３．０［Ｏｈｍ］であることは言うまでもない。
　Ａｂ×Ｂ５０－２×Ａｍ×Ｂｄ×（Ｐｒｔ／（Ｐｓｔ＋Ｐｒｔ））＝Ａｂｏｐｔ（Ａｂの理想値）

　また、現状技術の時点で、爪状磁極部表面積Ａｓは、界磁磁束を十分に流し得る値となっている。ここで、従来技術での永久磁石は、爪状磁極部間の漏洩磁束を防ぐ役割を主に担っていた。そのため、流通しているネオジウム磁石付きランデル型回転電機の爪状磁極部表面積Ａｓは、ボス部断面積Ａｂに準じた値の範囲に分布している。即ち、Ａｓは、Ａｂ×０．８～Ａｂ×１．２を満たすＡｂを基準とした値の範囲に分布している。本開示においては、Ｂｄ×（Ｐｓｔ／（Ｐｓｔ＋Ｐｒｔ））の計算式を有効に使える。よって、ステータ２０との磁束の受け渡しを司る爪状磁極部表面積Ａｓは、Ａｂ×Ｂｓに、２×Ａｍ＝Ａｂ×Ｂ５０÷Ｂｒだけの磁石を有する。これにより、爪状磁極部表面積Ａｓは、［Ａｓ＝Ｂｄ×Ａｍ＋Ａｂ×Ｂｓ］が最適値となるはずのロータ３０の磁束を、ステータ２０に渡すための寸法が必要であり、Ａｂ×１．２よりは大きいはずである。

　以下、Ａｂ×Ｂ５０＝２×Ａｍ×Ｂｒとして、磁石磁束を有効に使える範囲について検討を進める。これは、界磁回路は、磁石磁束を封じることか可能な寸法になっているということを意味する。この状態で、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの比（Ａｓ／Ａｂ）を横軸にとり、ステータ２０の負荷時の鎖交磁束量を縦軸にとると、図２０に示すようになる。図２０から解るように、鎖交磁束量は、Ａｓ／Ａｂの概ね１．０～１．５の範囲でピークとなり、Ａｓ／Ａｂの０．９～１．７の範囲が好ましい範囲と言える。なお、従来技術（特許文献１）のＡｓ／Ａｂの範囲は、０．４～０．８程度であり、本開示のＡｓ／Ａｂの好ましい範囲と重複することなく乖離している。

　ここで、Ａｓ／Ａｂ＝１．４として検討を進める。また、界磁磁束量と、抑えられる磁石磁束の量と、が適切であり、ＩＰＭ型ロータと同じ程度の磁石利用ができることを前提として検討を進める。このとき、如何なるボス部外径Ｄｂが最適であるかを計算する。ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの比（Ｄｂ／Ｄｒ）を横軸にとり、ステータ２０の負荷時の鎖交磁束量を縦軸にとると、図２１に示すようになる。図２１から解るように、鎖交磁束量は、Ｄｂ／Ｄｒの０．５１付近でピークとなり、Ｄｂ／Ｄｒの０．４６～０．５３の範囲が好ましい範囲と言える。なお、従来技術（特許文献１）のＤｂ／Ｄｒの範囲は、０．５４～０．５９５程度であり、本開示のＤｂ／Ｄｒの好ましい範囲と重複することなく乖離している。

　なお、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの比（Ａｓ／Ａｂ）を縦軸にとり、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの比（Ｄｂ／Ｄｒ）を横軸にとると、図２２に示すようになる。図２２から解るように、本開示の範囲と従来技術の範囲は、重複することなく乖離していることが明らかである。

　本検討では、Ａｂ×Ｂ５０＝２×Ａｍ×Ｂｒの値が大きい場合に、より大きな効果を発揮するため、Ｂｒ＝１．２［Ｔ］程度の磁石を想定している。最大の効果を発揮する材料は、Ｂｒ＝０．４［Ｔ］程度のＦｅ磁石ではなく、Ｂｒ＝１［Ｔ］以上のネオジウム磁石であることが好適である。さらに、ボス部断面積Ａｂが小さくなっているため、小さくなった分のスペースを界磁巻線３３の抵抗を下げるために使うことができる。よって、界磁巻線３３の発熱量を低減できる。

　＜トルクの向上について＞
　磁石トルクとリラクタンストルクとを併用するモータ（電動機）では、磁石トルクとリラクタンストルクとは、次のように表される。まず、磁石磁束をΨ、ｑ軸の電流をＩｑ、ｄ軸の電流をＩｄ、ｑ軸のインダクタンスをＬｑ、ｄ軸のインダクタンスをＬｄとする。この場合、磁石トルクは、Ψ×Ｉｑで表される。リラクタンストルクは、（Ｌｑ－Ｌｄ）×Ｉｄ×Ｉｑで表される。よって、総トルクＴは、Ｔ＝Ψ×Ｉｑ×（Ｌｑ－Ｌｄ）×Ｉｄ×Ｉｑで表される。

　従来の寸法範囲及びパーミアンスの関係で作製された回転電機は、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの突極比ρ：Ｌｑ／Ｌｄが低く、１．０前後である。よって、上記トルク式の（Ｌｑ－Ｌｄ）が０以下又は低く、トルクを十分に出すことができない。しかし、本開示の寸法範囲及びパーミアンスの関係で作製された回転電機は、前記のＰｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ：１の関係が狙えるレベルの突極比ρに設定できる。そのため、従来より大きいトルクを出すことができる。

　上記のように、本開示においては、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄに対して高いと説明した。この特徴として、線間電圧を高くできるという特徴がある。従来と本開示とのベクトル図を図２３及び図２４に示すように、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとのベクトル和が同じインダクタンス値となっても、ｑ軸インダクタンスＬｑがｄ軸インダクタンスＬｄに対して大きい方が、電圧Ｖが長いことが伺える。

　即ち、本開示では、低速回転数での電圧が高い。そのため、「発電電圧がバッテリ電圧を超えたときに発電を開始する」という条件を満たし易い。これは、アイドリングストップ等での、高速回転をしたくない状況のエンジン動作において、従来よりも低速で発電が可能で、高い発電能力を得られるという利点がある。アイドリングストップの回転数を従来通りとした場合でも、電圧Ｖが上がった分、電機子巻線の巻数を落としても同じ電圧を得られる。これは、発電開始の低速化又は高速回転時の出力増加を、従来より大きな範囲で行うことができるということである。

　＜位相制御の能力向上について＞
　（１）トルク、電圧、及び電流の式について
　上記のように、磁石トルクとリラクタンストルクとを併用するモータ（電動機）では、磁石トルクは、Ψ×Ｉｑで表され、リラクタンストルクは、（Ｌｑ－Ｌｄ）×Ｉｄ×Ｉｑで表される。

　また、発電については、図２４の電圧ベクトル図より、各軸の発生電圧Ｖｄ，Ｖｑは、Ｖｄ＝ωＬｑＩｑ、Ｖｑ＝ωΨｍ－ωＬｄＬｑで表される。ＶｄとＶｑの式より、Ｌｑが高いと電圧が高い。これは、発電開始回転数が低くなり、位相制御による発電能力が高いことを示す。

　また、発電電流Ｉは、Ｉ＝（ωΨ－Ｖｂａｔｔｅｒｙ）／Ｚで表される。但し、Ｚ：インピーダンス、Ｖｂａｔｔｅｒｙ：バッテリ電圧である。発電電流Ｉの式より、インピーダンスが低いと磁石磁束Ψが大きく、発電電流Ｉが高い。本開示により磁石磁束Ψが高くなり、インピーダンスＺ（＝√Ｒ^２＋２πｆＬ）を低くできる設計が可能となる。よって、従来より発電電流Ｉを上げることができる。

　（２）従来と本開示とのｄ軸の相違について
　通例のＩＰＭ型ロータのように考えると、ｄ軸のインダクタンスＬｄは、図２５の一点鎖線だけである。ＩＰＭ型ロータのように、ｄ軸が１軸だけであれば、弱め界磁を行うべく位相制御を行うと（ｄ軸にステータ側から励磁電流を掛けて弱め界磁をすると）、無駄なくＩＰＭ型ロータのように弱め界磁制御が行われる。

　しかし、本開示の場合には、界磁磁束によるｄ軸と、磁石磁束によるｄ軸と、の２種のｄ軸を有する。この場合は、両ｄ軸に対して弱め界磁が行われる。即ち、図２６のｄ軸磁気回路３６のｄ軸と、図２５の第１磁石磁気回路３８のｄ軸と、に対してである。このとき、弱め界磁磁束（図２５の点線で示す）が、ボス部３２１の界磁巻線によるｄ軸磁気回路の磁束を弱める。この動作は、界磁電流を入力しステータ２０に向けて磁束を生み出す一方で、ステータ２０の電機子巻線２５にも界磁電流を入力してその磁束を打ち消すという、入力エネルギの無駄遣いをしていることになる。

　本開示においては、ｄ軸磁気回路３６が十分に飽和していて、磁束が通り難い磁気抵抗になると述べた。即ち、ステータ２０による弱めｄ軸磁束が、ｄ軸磁気回路３６にほとんど流れないことになる。この効果により、ｄ軸インダクタンスＬｄが下がり、前記式の発電電流Ｉとリラクタンストルクとが上がる。また、ｄ軸に流れなかった分の磁束は、ｑ軸に向けて流れる。これにより、ｑ軸インダクタンスＬｑが上がり、前記式の発電電圧Ｖｄ，Ｖｑが上昇する。この作用により、本開示の場合には、従来よりも能力が向上することとなる。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システム（回転電機２）では、周方向に隣接する爪状磁極部３２３の間に配置された永久磁石３４により、ステータ２０に鎖交する磁束が流れる第１磁石磁気回路３８と、ボス部３２１を通りロータ３０内で磁束の流れが完結する第２磁石磁気回路３９と、の２つの磁石磁気回路が形成されている。そして、ロータ３０に負荷を掛けた時、即ち、制御装置６０により界磁巻線３３に界磁電流Ｉｆを通電した時に、界磁巻線３３の起磁力により形成される磁束が、界磁コア３２のボス部３２１、一対の爪状磁極部３２３、及びステータコア２１を経由して流れるｄ軸磁気回路３６が形成される。

　このとき、２つの磁石磁気回路３８，３９のうち、ボス部３２１を通りロータ３０内で完結する第２磁石磁気回路３９を流れる磁石磁束は、ｄ軸磁気回路３６の磁束と逆方向に流れている。そのため、抵抗が大きく流れ難い状態となる。そこで、本実施形態では、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔとの関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。そのため、第１及び第２磁石磁気回路３８，３９のうち、ステータ２０に鎖交する磁束が流れる第１磁石磁気回路３８の磁石磁束が増大する。これにより、本実施形態では、磁石磁束を有効利用して、ロータ３０に発生する電動トルクを大幅に向上させられる。

　また、本実施形態の制御装置６０は、位相制御により、回転電機１が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。即ち、回転電機１が、力行（加速、速度維持）や回生（ブレーキと発電を同時にする）の動作を行う場合、位相制御により、最大実行トルクが得られる。この状況は、弱め界磁磁束を多少入れながら、リラクタンストルクを発生させるという状況である。このとき、弱め界磁磁束をｄ軸に入れるということは、ｄ軸に繋がれた界磁コアに対して、弱め界磁磁束を掛けるという意味と同義である。即ち、界磁巻線３３への通電の際に、界磁コア３２の飽和を下げ、永久磁石３４の磁力をステータ２０側へ案内せず、有効利用することができなくなる。

　ここで、上記のｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔと、の大小関係を満たしていれば、十分に界磁コア３２が飽和されている。よって、弱め界磁磁束が界磁コア３２へ流れず、弱め界磁磁束をほとんど無視したリラクタンストルクを得ることができる。これにより、位相制御による力行及び回生の動作能力は、ｄ軸だけを使うダイオード整流や同期整流といった動作において、本開示の技術を適用した場合の能力向上に比べ、相乗的な能力向上を達成できる。

　また、本実施形態では、ボス部断面積をＡｂとし、ボス部３２１の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とする。また、永久磁石３４の残留磁束密度をＢｒとし、永久磁石３４の磁極となる面の断面積をＡｍとする。このとき、本実施形態では、２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂ５０［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］となる関係を満たすようにされている。これにより、本実施形態では、永久磁石３４の発生磁力がｄ軸磁気回路３６により吸収されることが可能となる。よって、逆起電力を下げ、無通電時の高速回転状態における発電電力を抑えることができる。

　また、本実施形態では、ｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔとの比が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１となるように設定されている。そのため、ロータ３０への負荷時の態様を、ランデル型ロータにおいてもＩＰＭ型ロータに近付けられる。そして、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの比（Ｌｑ／Ｌｄ）である突極比ρを２以上にできる。これにより、本実施形態では、ＩＰＭ型ロータと同じ程度のリラクタンストルクを出力できる。

　また、本実施形態では、爪状磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。即ち、ボス部断面積Ａｂよりも爪状磁極部表面積Ａｓの方が大きいことを意味している。これにより、従来では、隣接する爪状磁極部３２３の間の磁束の整流や漏れ防止を目的に使われていた永久磁石３４を、本実施形態では、ＩＰＭ型ロータのように用いる。これにより、漏れ防止ではなく、磁束を増加させられる。つまり、トルクアップ源や出力アップ源として機能させることができる。

　また、本実施形態では、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている。本実施形態では、ボス部断面積Ａｂが、ボス部の磁力に対する磁石磁力の反作用を最大限に考慮されて決められた範囲である。界磁コア３２には、その時の磁石磁力による反作用を弾き返せるだけのボス部３２１の磁力が働いている。このときに、爪状磁極部断面積Ａｔは、ボス部３２１の総磁力と磁石の総磁力とをステータ２０側に伝えることができる。

　また、本実施形態では、永久磁石３４の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上とされている。磁石磁力がネオジウム鉄ボロンのボンド磁石、サマリウム鉄窒素の射出成型によるプラスチック成型磁石等の場合には、界磁コア３２への反磁界を十分に供給しきれない場合が多い。即ち、磁石の断面積を用意するために、界磁巻線３３のスペースの削減を伴う場合が多い。そのため、上述した作用及び効果は、特に、永久磁石３４の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上の場合に効果的に発揮される。

　また、本実施形態では、界磁コア３２のｄ軸磁気回路３６が形成される部位は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されている。爪状磁極部３２３が、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成され、爪状磁極部３２３以外の部位が、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている。これにより、本実施形態では、ボス部３２１がすぐに磁束飽和して、ＩＰＭ型ロータの磁束特性の挙動に変化し易くなる。そのため、電動トルクの向上をより確実に達成することができる。

　また、本実施形態では、爪状磁極部３２３以外の部位で用いられている飽和磁束密度Ｂｓの低い材料は、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料よりも透磁率が高いものである。そのため、ロータ３０への無負荷時において、起電力の吸収効果が高められる。

　〔第２実施形態〕
　本実施形態２に係る回転電機駆動システムについて、図２９～図３６を参照して説明する。本実施形態における回転電機２は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機駆動システムは、ブラシレス構造を有する点で、第１実施形態と異なる。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜回転電機駆動システムの全体構成＞
　本実施形態の回転電機駆動システムは、図２９、図３０、及び図３１に例示するように、ブラシレス構造の回転電機２と制御装置６０とを含んで構成されている。回転電機２は、環状のステータ２０、ロータ３０、及びハウジング１０を備える。ステータ２０は、電機子巻線（２５）が巻装されている。ロータ３０は、ステータ２０の内周側に径方向に対向して配置されている。ハウジング１０は、ステータ２０及びロータ３０を内部に収容し、界磁巻線３３が巻装されたボス部１７を有する。制御装置６０は、界磁巻線３３及び電機子巻線２５に供給する電流を制御して、必要な大きさの電動トルクをロータ３０に発生させる。

　ハウジング１０は、中空円筒状の筒状部１５と、円板状のカバー部１６と、ボス部１７と、を備えている。カバー部１６は、筒状部１５の一端側の開口部に嵌合固定されている。ボス部１７は、カバー部１６の中央部から軸方向に突出して、筒状部１５の内周側に同軸状に配置されている。ボス部１７の軸方向中央部の外周側には、通電により起磁力を発生する一対の界磁巻線５３が、ボス部１７と絶縁された状態で巻装されている。一対の界磁巻線５３は、並列接続され、軸方向に離間して配置されている。そして、界磁電流Ｉｆを供給する励磁回路６１と、出力線５３ａを介して接続されている。

　ステータ２０は、第１実施形態１と同様に構成された、ステータコア２１及び電機子巻線２５を有する。電機子巻線２５は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗにより構成されている（図１１参照）。各相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗは、それぞれの一端がスター結線されて中性点を形成し、それぞれの他端がインバータ６３の各出力端子Ｕ１，Ｖ１，Ｗ１に接続されている。

　ロータ５０は、図２９に例示するように、ボス部１７の軸方向両端部に設けられた一対の軸受け１４を介して、ボス部１７に回転可能に支持されている。ロータ５０は、一対の界磁巻線５３の径方向及び軸方向外側に位置して、ステータ２０の内周側に径方向に対向して配置されている。ロータ５０は、フロント側のＮポールコア５２ｂに嵌合固定された連結部材４７や駆動力伝達手段（非図示）を介して、車両に搭載されたエンジン（非図示）によって回転駆動される。ロータ５０は、図３２～図３４に例示するように、タンデム型の界磁コア５２と、複数の永久磁石５４と、を備えている。界磁コア５２は、鉄心５２ａ、一対のＮポールコア５２ｂ、Ｓポールコア５２ｃ、Ｎポール（磁極部）５２ｎ、及びＳポール（磁極部）５２ｓを有する。永久磁石５４は、鉄心５２ａに埋設されている。

　界磁コア５２の鉄心５２ａは、図３３に例示するように、中空円筒状に形成されている。鉄心５２ａは、円形断面の８個のＮポール孔５２ｄと、円形断面の８個のＳポール孔５２ｅと、矩形断面の１６個の磁石収容孔５２ｆと、を有する。Ｎポール孔５２ｄは、Ｎポール５２ｎが挿入配置される。Ｓポール孔５２ｅは、Ｓポール５２ｓが挿入配置される。磁石収容孔５２ｆは、永久磁石５４が埋設される。８個のＮポール孔５２ｄと８個のＳポール孔５２ｅとは、周方向に所定の距離を隔てて、交互に配置されている。Ｎポール孔５２ｄ及びＳポール孔５２ｅは、鉄心５２ａの中心軸線に対して平行に形成されている。これにより、Ｎポール孔５２ｄに収容されたＮポール５２ｎと、Ｓポール孔５２ｅに収容されたＳポール５２ｓとは、ボス部１７の外周側で、軸方向に延在して周方向に交互に配置されている。また、磁石収容孔５２ｆは、隣接するＮポール孔５２ｄとＳポール孔５２ｅとの間に、所定の距離を隔てて、１個ずつ設けられている。

　一対のＮポールコア５２ｂは、図３４に例示するように、リング状に形成されている。そして、鉄心５２ａの軸方向両端面を挟持した状態で、その内周面がボス部１７の外周面に嵌合固定されている（図２９参照）。各Ｎポールコア５２ｂの外周部には、径方向に凹んだ凹部と、径方向に突出した凸部とが、周方向に交互に８個ずつ形成されている。各凸部には、Ｎポール５２ｎの端部を保持する保持孔５２ｇが形成されている。そして、Ｎポール５２ｎは、鉄心５２ａのＮポール孔５２ｄに、軸方向中間部分が嵌挿された状態で、一対のＮポールコア５２ｂの保持孔５２ｇに、両端部が保持されている。

　Ｓポールコア５２ｃは、図３４に例示するように、リング状に形成されている。そして、Ｓポールコア５２ｃの内径は、Ｎポールコア５２ｂの内径と同じである。Ｓポールコア５２ｃは、一対の界磁巻線５３の間に位置して、ボス部１７の軸方向中央部の外周面に嵌合固定されている（図２９参照）。Ｓポールコア５２ｃの外周部には、径方向に凹んだ凹部と、径方向に突出した凸部とが、周方向に交互に８個ずつ形成されている。そして、Ｓポールコア５２ｃの凸部の突出先端面（外周面）は、Ｎポールコア５２ｂの凹部の底面と同じ位置にある。Ｓポールコア５２ｃは、その凸部の突出先端面（外周面）が、鉄心５２ａの内周面と接触した状態に配置されている（図２９参照）。これにより、Ｓポールコア５２ｃは、Ｓポール孔５２ｅに収容されたＳポール５２ｓと、鉄心５２ａを介して磁気的に接続されている。

　本実施形態の場合、第１実施形態と同様に、界磁コア５２のボス部の外径をＤｂ（以下、「ボス部外径Ｄｂ」ともいう。）とし、ロータ５０（界磁コア３２）の外径をＤｒ（以下、「ロータ外径Ｄｒ」ともいう。）とする。このとき、本実施形態では、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている。ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係については、後で詳述する。

　また、第１実施形態と同様に、磁極部となるＮポール５２ｎ及びＳポール５２ｓの外周面の表面積をＡｓ（以下、「磁極部表面積Ａｓ」ともいう。）とし、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に伸びる鉄心断面積をＡｂ（以下、「ボス部断面積Ａｂ」という。）とする。このとき、本実施形態では、磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。ここで、ボス部断面積Ａｂは、円筒状のボス部の総断面積をＡとし、回転電機の極対数をＰとしたときに、Ａ／Ｐで表される。

　永久磁石５４は、矩形断面で長方体形状の外形を有し、鉄心５２ａに設けられた磁石収容孔５２ｆに１個ずつ埋設されている。永久磁石５４の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上とされている。各永久磁石５４は、磁化容易軸が周方向に向けられて配置されている。各永久磁石５４は、界磁巻線５３の起磁力によって、各磁極部（Ｎポール５２ｎ、Ｓポール５２ｓ）に交互に現れる極性と一致するように、磁極が形成されている。本実施形態では、このように永久磁石５４が配置されている。これにより、図３５に例示するように、各永久磁石５４には、それぞれ２つの第１及び第２磁石磁気回路５８，５９が形成されている。

　第１磁石磁気回路（図３５に一点鎖線で示す）５８は、磁石磁束のうち、鉄心５２ａのＳポール孔５２ｅ、永久磁石５４、及びＮポール５２ｎを通り、ステータコア２１を経由して、鉄心５２ａのＳポール５２ｓに戻るように磁束が流れる磁気回路である。また、第２磁石磁気回路（図３５に二重線で示す）５９は、磁石磁束のうち、鉄心５２ａのＳポール５２ｓ、永久磁石５４、及びＮポール５２ｎを通り、Ｓポールコア５２ｃから、ボス部１７及びＮポールコア５２ｂを経由して、鉄心５２ａのＳポール５２ｓに戻るように流れて、ロータ５０内で完結する磁束が流れる磁気回路である。これら磁石磁束から見れば、ボス部１７を通る第２磁石磁気回路５９は、ステータ２０にとって無効となる磁石磁束が流れる磁気回路である。一方、第１磁石磁気回路５８は、ステータ２０に鎖交し、逆起電力やトルクになる磁石磁束が流れる磁気回路である。

　制御装置６０の励磁回路６１は、電源Ｂ１から界磁巻線５３に界磁電流Ｉｆとして供給するものである。励磁回路６１は、第１実施形態と同様に構成されたものであり、コントローラ（ＥＣＵ）６７により制御される。インバータ６３は、電機子巻線２５に電機子電流Ｉａを供給するものであり、第１実施形態と同様に構成されている（図１１参照）。インバータ６３も、第１実施形態と同様に、ロータ３０の回転位置を検出する位置センサ６６の情報に基づいて、コントローラ（ＥＣＵ）６７により制御される。

　なお、界磁巻線５３は、励磁回路６１から界磁電流Ｉｆが通電されることによって、ボス部１７に起磁力を発生させる。その結果、Ｎポール５２ｎがＮ極に磁化されるとともに、Ｓポール５２ｓがＳ極に磁化される。これにより、図３６に例示するように、ハウジング１０のボス部１７から、一対のＮポールコア５２ｂ及びＮポール５２ｎを通り、ステータコア２１を経由して、鉄心５２ａのＳポール５２ｓ、Ｓポールコア５２ｃを通って、ボス部１７に戻るように磁束が流れるｄ軸磁気回路５６（図３６に破線で示す）が形成される。この場合、軸方向中央部のＳポールコア５２ｃを通った後、軸方向両側でｄ軸のＮ極の向きが反転することから、ｄ軸磁気回路５６は、図２９に例示するように、磁束がｄ１とｄ２との２つに分流する。ｄ軸磁気回路５６は、ロータ５０の逆起電力を生む磁気回路である。

　また、ｄ軸磁気回路５６及び第１磁石磁気回路５８のステータ２０に鎖交する磁束によって、電機子巻線２５に電流が流れる。これにより、ｑ軸磁気回路５７（図３６に実線で示す）が形成される。ｑ軸磁気回路５７は、ステータコア２１のｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通る磁束により形成される磁気回路である。本実施形態の場合にも、第１実施形態と同様に、ロータ５０に負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路５６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路５７のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。

　また、本実施形態では、第１実施形態と同様に、ｄ軸磁気回路５６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路５７のパーミアンスＰｓｔと、の比が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１となるように設定されている。これにより、ロータ５０への負荷時の態様を、ＩＰＭ型ロータに近付けられる。そして、突極比ρを２以上にできる。なお、ｄ軸磁気回路５６のパーミアンスＰｒｔ及びｑ軸磁気回路５７のパーミアンスＰｓｔの測定方法は、第１実施形態と同様である。

　本実施形態の場合には、ｄ軸磁気回路５６と第１磁石磁気回路５８とは、Ｓポール５２ｓから、鉄心５２ａ、ステータ２０、及び鉄心５２ａを経由して、Ｎポール５２ｎに戻るまでの磁気回路を共有している。また、ｄ軸磁気回路５６と第２磁石磁気回路５９とは、ロータ５０のＳポール５２ｓから、鉄心５２ａ、Ｓポールコア５２ｃ、ボス部１７、及びＮポールコア５２ｂを経由して、Ｎポール５２ｎに戻るまでの部分の磁気回路を共有している。よって、ｄ軸磁気回路５６と、第１及び第２磁石磁気回路５８，５９の少なくとも一部分と、が共有されている。

　なお、本実施形態の場合にも、第１実施形態と同様に、ボス部１７の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとし、ボス部１７の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とする。また、Ｎポール５２ｎとＳポール５２ｓとの間に配置された永久磁石５４の残留磁束密度をＢｒとし、永久磁石５４の磁極となる面の断面積をＡｍとする。このとき、本実施形態では、２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂ５０［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］となる関係を満たすように設定されている。

　また、界磁コア５２及びハウジング１０のｄ軸磁気回路５６が形成される部位は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されている。本実施形態の場合には、磁極部となるＮポール５２ｎ及びＳポール５２ｓが、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成されている。また、界磁コア５２のＮポール５２ｎ及びＳポール５２ｓ以外の部位と、ボス部１７とが、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている。飽和磁束密度Ｂｓの高い材料及び飽和磁束密度Ｂｓの低い材料については、第１実施形態と同様である。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システム（回転電機２）では、ロータ５０に負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路５６のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路５７のパーミアンスＰｓｔとの関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。そのため、第１実施形態と同様に、ステータ２０に鎖交し、ｄ軸磁気回路５６と同じ方向に流れる磁束により形成される第１磁石磁気回路５８の磁石磁束が増大する。これにより、本実施形態では、磁石磁束を有効利用して、電動トルクを大幅に向上させられる。

　特に、ブラシレス構造の回転電機においては、ブラシによる電流制限を受けずに済む。そのため、ブラシにより制約されていた界磁電流Ｉｆの電流値を大きくできる。これにより、ブラシレス構造の回転電機２においても、界磁回路（ｄ軸磁気回路５６）を飽和させ、磁石磁力を有効利用できる。また、磁石付きランデル型ロータの弱点である遠心強度においては、電気回路分の遠心力を磁極部の裏に受けずに済む。これにより、遠心力による応力を下げることができる。

　また、本実施形態の制御装置６０は、位相制御により、回転電機２が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。そのため、本実施形態では、上記のｄ軸磁気回路３６のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路３７のパーミアンスＰｓｔと、の大小関係を満たしていることにより、位相制御による力行及び回生の動作能力を、ｄ軸だけを使うダイオード整流や同期整流といった動作において、本開示の技術を適用した場合の能力向上に比べ、相乗的に向上させることができる。

　また、本実施形態では、ボス部断面積をＡｂとし、ボス部１７の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とする。また、永久磁石５４の残留磁束密度をＢｒとし、永久磁石５４の磁極となる面の断面積をＡｍとする。このとき、本実施形態では、２×Ｂｒ［Ｔ］×Ａｍ［ｍｍ^２］＜Ｂ５０［Ｔ］×Ａｂ［ｍｍ^２］となる関係を満たすようにされている。これにより、本実施形態では、第１実施形態と同様に、逆起電力を下げ、無通電時の高速回転状態における発電電力を抑えることができる。

　また、本実施形態では、ｄ軸磁気回路５６のパーミアンスＰｒｔとｑ軸磁気回路５７のパーミアンスＰｓｔとの比が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１となるように設定されている。これにより、本実施形態では、第１実施形態と同様に、突極比ρを２以上にでき、ＩＰＭ型ロータと同じ程度のリラクタンストルクを出力できる。

　また、本実施形態では、磁極部表面積Ａｓとボス部断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定されている。即ち、ボス部断面積Ａｂよりも磁極部表面積Ａｓの方が大きいことを意味している。これにより、従来では、隣接する磁極部の間の磁束の整流や漏れ防止を目的に使われていた永久磁石５４を、本実施形態では、ＩＰＭ型ロータのように用いる。これにより、漏れ防止ではなく、磁束を増加させられる。つまり、トルクアップ源や出力アップ源として機能させることができる。

　また、本実施形態では、ボス部外径Ｄｂとロータ外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている。本実施形態では、ボス部断面積Ａｂが、ボス部の磁力に対する磁石磁力の反作用を最大限に考慮されて決められた範囲である。界磁コア５２には、その時の磁石磁力による反作用を弾き返せるだけのボス部の磁力が働いている。このときに、磁極部となるＮポール５２ｎ及びＳポール５２ｓの根元断面積Ａｔは、ボス部の総磁力と磁石の総磁力とをステータ２０側に伝えることができる。

　また、本実施形態では、永久磁石５４の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上とされている。磁石磁力がネオジウム鉄ボロンのボンド磁石、サマリウム鉄窒素の射出成型によるプラスチック成型磁石等の場合には、界磁コア５２への反磁界を十分に供給しきれない場合が多い。即ち、磁石の断面積を用意するために、界磁巻線５３のスペースの削減を伴う場合が多い。そのため、上述した作用及び効果は、特に、永久磁石５４の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上の場合に効果的に発揮される。

　また、本実施形態では、界磁巻線５５の起磁力によりｄ軸磁気回路５６が形成される界磁コア５１は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されている。Ｎポール５２ｎ及びＳポール５２ｓが、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成され、Ｎポール５２ｎ及びＳポール５２ｓ以外の部位が、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている。これにより、本実施形態では、ボス部３２１がすぐに飽和して、ＩＰＭ型ロータの磁束特性の挙動に変化し易くなる。そのため、電動トルクの向上をより確実に達成することができる。

　また、本実施形態では、Ｎポール５２ｎ及びＳポール５２ｓ以外の部位で用いられている飽和磁束密度Ｂｓの低い材料は、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料よりも透磁率が高いものである。そのため、ロータ３０の無負荷時において、起電力の吸収効果が高められる。

　〔第３実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図３７を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機駆動システムは、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図３７に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ディスク部３２２ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部３２２ｃが形成されている。溝部３２２ｃは、第２ディスク部３２２ｂと軸方向に対向する第１ディスク部３２２ａの内側の面に形成されている。溝部３２２ｃは、第１ディスク部３２２ａの径方向の最も外側の第１爪状磁極部３２３ａと繋がる部分に、周方向に延在するように円弧状に形成されている。

　磁束は、第１ディスク部３２２ａを径方向に流れる。第１ディスク部３２２ａの径方向の最も外側の第１爪状磁極部３２３ａと繋がる部分であって、第２ディスク部３２２ｂと軸方向に対向する内側の面には、周方向に延在するように、円弧状の溝部３２２ｃが形成されている。そのため、溝部３２２ｃによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１爪状磁極部３２３ａと繋がる第１ディスク部３２２ａの最外周部分の断面が小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、第１爪状磁極部３２３ａと繋がる、溝部３２２ｃが形成された部分における第１ディスク部３２２ａの断面積Ａ０を、極対数Ｐ倍したものである。

　第２ポールコア３２ｂも第１ポールコア３２ａと同一形状である。よって、第２ディスク部３２２ｂには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするため、溝部が形成されている。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、界磁コア３２は、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっている。具体的には、ディスク部の断面の面積が部分的に小さくなっている。そのため、車両用交流発電機の特性が変化する。つまり、特性の異なる車両用交流発電機を容易に構成できる。さらに、本実施形態では、ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。これにより、ボス部の外径Ｄｂとロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている場合と、同様の磁気的関係を確保でき、同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、第１ディスク部３２２ａ及び第２ディスク部３２２ｂに、円弧状の溝部が形成されている。これにより、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくしている。円弧状の溝部は、フライス等によって容易に加工できる。そのため、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を容易に部分的に小さくすることができる。しかも、第１ディスク部３２２ａ及び第２ディスク部３２２ｂの内側の面に円弧状の溝部が形成されるだけなので、溝部形成前に用いられていた界磁巻線や巻枠等をそのまま用いることができる。そのため、本実施形態では、特性の異なる車両用交流発電機を構成する場合において、変更に伴う費用を抑えられる。

　〔第４実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図３８を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、ディスク部の断面積を部分的に小さくしたものである。本実施形態に係る回転電機は、第３実施形態とは異なる構成によって、ディスク部の断面積を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと、第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図３８に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ディスク部３２２ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、幅の異なる溝部３２２ｄ，３２２ｅが形成されている。溝部３２２ｄ，３２２ｅは、第２ディスク部３２２ｂと軸方向に対向する第１ディスク部３２２ａの内側の面に形成されている。溝部３２２ｄ，３２２ｅは、第１ディスク部３２２ａの径方向内側の所定の位置から、径方向外側に放射状に延在するように形成されている。

　磁束は、第１ディスク部３２２ａを径方向に流れる。第２ディスク部３２２ｂと軸方向に対向する第１ディスク部３２２ａの内側の面には、径方向内側の所定の位置から、径方向外側に放射状に延在するように溝部３２２ｄ，３２２ｅが形成されている。そのため、溝部３２２ｄ，３２２ｅによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１爪状磁極部３２３ａと繋がる第１ディスク部３２２ａの最外周部分の断面が小さくなる。

　本実施形態では、第３実施形態と同様に、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、第３実施形態と同様に、第１爪状磁極部３２３ａと繋がる第１ディスク部３２２ａの断面積Ａ１を、極対数Ｐ倍したものである。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、界磁コア３２は、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっている。具体的には、ディスク部の断面の面積が部分的に小さくなっている。そのため、車両用交流発電機の特性が変化する。つまり、特性の異なる車両用交流発電機を容易に構成することができる。さらに、本実施形態では、ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。これにより、本実施形態では、ボス部の外径Ｄｂとロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている場合と、同様の磁気的関係を確保でき、同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、第１ディスク部３２２ａ及び第２ディスク部３２２ｂに、溝部が径方向に放射状に延在するように形成される。その結果、溝部の間に、断面２次モーメントの高いリブが、放射状に形成されることになる。そのため、本実施形態では、第３実施形態に比べて、遠心力に対する界磁コア３２の剛性を向上させられる。また、溝部が形成されることによって、第１ディスク部３２２ａと界磁巻線３３との接触面積、及び、第２ディスク部３２２ｂと界磁巻線３３との接触面積が減少する。そのため、本実施形態では、渦電流によって界磁コア３２が発熱しても、界磁コア３２から界磁巻線３３への熱伝導を抑えられる。従って、熱による劣化を抑え、界磁巻線３３の信頼性を向上させることができる。また、本実施形態では、第３実施形態と同様に、溝部形成前に用いられていた界磁巻線や巻枠等をそのまま用いることができる。そのため、特性の異なる車両用交流発電機を構成する場合において、変更に伴う費用を抑えられる。

　〔第５実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図３９を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、第３及び第４実施形態とは異なり、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと、第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図３９に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部３２１ｃが形成されている。溝部３２１ｃは、第１ボス部３２１ａの軸方向の中間部分の外周面に円形状に形成されている。

　磁束は、第１ボス部３２１ａを軸方向に流れる。第１ボス部３２１ａの軸方向の中間部分の外周面には、円形状の溝部３２１ｃが形成されている。そのため、溝部３２１ｃによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１ボス部３２１ａの軸方向の中間部分の断面が、他の部分に比べ部分的に小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、溝部３２１ｃが形成された部分における第１ボス部３２１ａの断面積である。溝部３２１ｃの形成された部分における軸方向と直交する断面の面積である。

　第２ポールコア３２ｂも第１ポールコア３２ａと同一形状である。よって、第２ボス部３２１ｂには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするため、溝部が形成されている。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、界磁コア３２は、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっている。具体的には、ボス部の断面積が部分的に小さくなっている。そのため、車両用交流発電機の特性が変化する。つまり、特性の異なる車両用交流発電機を容易に構成できる。さらに、本実施形態では、ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。これにより、本実施形態では、ボス部の外径Ｄｂとロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている場合と、同様の磁気的関係を確保でき、同様の効果を得ることができる。

　また、本実施形態では、第１ボス部３２１ａ及び第２ボス部３２１ｂに、溝部が形成されている。そのため、遠心力に対する剛性を低下させることなく界磁コア３２を構成できる。また、本実施形態では、第３実施形態と同様に、溝部形成前に用いられていた界磁巻線や巻枠等をそのまま用いることができる。そのため、特性の異なる車両用交流発電機を構成する場合において、変更に伴う費用を抑えられる。

　〔第６実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図４０を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、第５実施形態と同様に、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。本実施形態に係る回転電機は、第５実施形態とは異なる部分を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図４０に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、小径部３２１ｄが形成されている。小径部３２１ｄは、他の部分よりも外径が小さい部位であり、第２ボス部３２１ｂと軸方向に対向する第１ボス部３２１ａの軸方向端部に形成されている。

　磁束は、第１ボス部３２１ａを軸方向に流れる。第１ボス部３２１ａの軸方向端部には、他の部分よりも外径が小さい小径部３２１ｄが形成されている。そのため、小径部３２１ｄによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面が、他の部分に比べ部分的に小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、小径部３２１ｄが形成された部分における第１ボス部３２１ａの断面積である。小径部３２１ｄが形成された部分における軸方向と直交する断面の面積である。

　第２ポールコア３２ｂも第１ポールコア３２ａと同一形状である。よって、第２ボス部３２１ｂには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするため、小径部が形成されている。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、第５実施形態と同様の効果を得ることができる。

　〔第７実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図４１を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。本実施形態に係る回転電機は、第５及び第６実施形態とは異なる構成によって、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図４１に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、面取り部３２１ｅが形成されている。第１ボス部３２１ａは、回転軸３１と嵌合する貫通孔部３２１ｆを有している。面取り部３２１ｅは、第１ディスク部３２２ａ側の貫通孔部３２１ｆの軸方向端部に、全周に渡って形成されている。

　磁束は、第１ボス部３２１ａを軸方向に流れる。また、第１ディスク部３２２ａを径方向に流れる。第１ディスク部３２２ａと繋がる第１ボス部３２１ａの第１ディスク部３２２ａ側の部分では、磁束の流れが軸方向から径方向、又は、径方向から軸方向に変化することになる。第１ディスク部３２２ａ側の貫通孔部３２１ｆの軸方向端部には、全周に渡って面取り部３２１ｅが形成されている。そのため、溝部３２１ｃによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、第１ボス部３２１ａの外周面が第１ディスク部３２２ａの内側の面と接する点をＫとし、点Ｋと面取り部３２１ｅの傾斜面３２１ｇとを最短距離で結ぶ線をＭとする。断面積Ａ２は、このような線Ｍに沿って切断した切り口の面積である。

　また、本実施形態では、第１ボス部３２１ａ及び第２ボス部３２１ｂに面取り部が形成されている。これにより、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくしている。面取り部は、ドリル等によって容易に加工できる。そのため、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を容易に部分的に小さくすることができる。しかも、第１ボス部３２１ａ及び第２ボス部３２１ｂの貫通孔部の軸方向端部に面取り部が形成されるだけなので、面取り部形成前に用いられていた界磁巻線や巻枠等をそのまま用いることができる。そのため、本実施形態では、特性の異なる車両用交流発電機を構成する場合において、変更に伴う費用を抑えられる。

　〔第８実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機システムについて、図４２を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、ボス部の断面積を小さくしたものである。本実施形態に係る回転電機は、第７実施形態とは異なる部分を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図４２例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、面取り部３２１ｈが形成されている。面取り部３２１ｈは、第２ボス部３２１ｂ側の貫通孔部３２１ｆの軸方向端部に、全周に渡って形成されている。

　磁束は、第１ボス部３２１ａを軸方向に流れる。第２ボス部３２１ｂ側の貫通孔部３２１ｆの軸方向端部には、面取り部３２１ｈが形成されている。そのため、面取り部３２１ｈによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面が、他の部分に比べ部分的に小さくなる。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、第７実施形態と同様の効果を得ることができる。

　〔第９実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図４３を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。本実施形態に係る回転電機は、第５～第８実施形態とは異なる構成によって、ボス部の断面積を部分的に小さくしたものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　界磁コア３２は、第１ポールコア３２ａと第２ポールコア３２ｂとにより構成されている。図４３に例示するように、第１ポールコア３２ａは、第１ボス部３２１ａと、第１ディスク部３２２ａと、第１爪状磁極部３２３ａと、からなる。第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部３２１ｉが形成されている。溝部３２１ｉは、第２ボス部３２１ｂと軸向に対向する第１ボス部３２１ａの軸方向端面に円形状に形成されている。

　磁束は、第１ボス部３２１ａを軸方向に流れる。第１ボス部３２１ａの軸方向端面には、円形状の溝部３２１ｉが形成されている。そのため、溝部３２１ｉによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面が、他の部分に比べ部分的に小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、溝部３２１ｉが形成された第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面積である。溝部３２１ｉを設けることによって形成された円筒部３２１ｊ，３２１ｋの軸方向端面の面積を足し合わせた面積である。

　〔第１０実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図４４を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第１実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第１実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、第９実施形態の変形形態に相当するものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第１実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。

　＜界磁コアの構成＞
　図４４に例示するように、第１ボス部３２１ａには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部３２１ｌ，３２１ｍが形成されている。溝部３２１ｌ，３２１ｍは、第２ボス部３２１ｂと軸向に対向する第１ボス部３２１ａの軸方向端面に同心円形状に形成されている。そのため、溝部３２１ｌ，３２１ｍによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面が、他の部分に比べ部分的に小さくなる。

　本実施形態では、ロータ３０の外径となる第１ポールコア３２ａの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、溝部３２１ｌ，３２１ｍが形成された第１ボス部３２１ａの軸方向端部の断面積である。溝部３２１ｌ，３２１ｍを設けることによって形成された円筒部３２１ｎ～３２１ｐの軸方向端面の面積を足し合わせた面積である。

　〔第１１実施形態〕
　本実施形態に係る回転電機駆動システムについて、図４５を参照して説明する。本実施形態に係る回転電機は、第２実施形態と同様の車両用交流発電機である。本実施形態に係る回転電機は、界磁コアを構成するポールコアの構造が、第２実施形態と異なる。本実施形態に係る回転電機は、第３実施形態の界磁コアを、ブラシレス構造に対応できるように変更したものである。以下、異なる点及び重要な点について説明する。なお、第２実施形態と共通する要素については、同じ符号を使用し、詳しい説明を省略する。第３実施形態の界磁コアと対応する構成要素については、同じ名称を使用する。

　＜界磁コアの構成＞
　図４５に例示するように、界磁コア５２は、第１ポールコア５２ｈと第２ポールコア５２ｉとにより構成されている。

　第１ポールコア５２ｈは、第１ディスク部５２２ｈと第１爪状磁極部５２３ｈとからなる。第１ポールコア５２ｈは、第３実施形態の第１ポールコア３２ａから、第１ボス部３２１ａを取り除いた構成である。第１ディスク部５２２ｈには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部５２２ｊが形成されている。溝部５２２ｊは、第２ディスク部５２２ｉと軸方向に対向する第１ディスク部５２２ｈの内側の面に形成されている。溝部５２２ｊは、第１ディスク部５２２ｈの径方向の最も外側の第１爪状磁極部５２３ｈと繋がる部分に、周方向に延在するように円弧状に形成されている。

　第２ポールコア５２ｉは、第２ボス部５２１ｉと、第２ディスク部５２２ｉと、第２爪状磁極部５２３ｉと、からなる。第２ポールコア５２ｉは、第３実施形態の第１ポールコア３２ａと同一の構成である。第２ディスク部５２２ｉには、磁束の流れ方向と直交する断面の面積を部分的に小さくするために、溝部５２２ｋが形成されている。溝部５２２ｋは、第１ディスク部５２２ｈと軸方向に対向する第２ディスク部５２２ｉの内側の面に形成されている。溝部５２２ｋは、第２ディスク部５２２ｉの径方向の最も外側の第２爪状磁極部５２３ｉと繋がる部分に、周方向に延在するように円弧状に形成されている。

　第１ポールコア５２ｈは、第１ディスク部５２２ｈの内周面がボス部１７の外周面と間隔をあけて、径方向に対向するように配置されている。第２ポールコア５２ｉは、第１爪状磁極部５２３ｈと第２爪状磁極部５２３ｉとが、周方向に交互になるように配置されている。第２ポールコア５２ｉは、第２ボス部５２１ｉの軸方向端面が、ボス部１７の軸方向端面と間隔をあけて、軸方向に対向するように配置されている。周方向に隣接する第１爪状磁極部５２３ｈと第２爪状磁極部５２３ｉとの間には、永久磁石５４が配置されている。永久磁石５４は、磁化容易軸が周方向に向けられて配置されている。永久磁石５４は、界磁巻線５３の起磁力によって、第１爪状磁極部５２３ｈと第２爪状磁極部５２３ｉとに交互に現れる極性と一致するように、磁極が形成されている。第１ポールコア５２ｈと第２ポールコア５２ｉとは、第１爪状磁極部５２３ｈと第２爪状磁極部５２３ｉとの内周側が、固定部材５２ｌによって固定されている。固定部材５２ｌによって固定された第１ポールコア５２ｈと第２ポールコア５２ｉとは、軸受けを介して、ハウジング１０に回転可能に支持されている。第１ポールコア５２ｈと第２ポールコア５２ｉとの間の空間には、界磁巻線５３が配置されている。界磁巻線５３は、ボス部１７に固定されている。

　磁束は、ディスク部５２２ｈ，５２２ｉを径方向に流れる。ディスク部５２２ｈ，５２２ｉの径方向の最も外側の爪状磁極部５２３ｈ，５２３ｉと繋がる部分には、周方向に延在するように、円弧状の溝部５２２ｊ，５２２ｋが形成されている。そのため、溝部５２２ｊ，５２２ｋによって、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなる。つまり、爪状磁極部５２３ｈ，５２３ｉと繋がるディスク部５２２ｈ，５２２ｉの最外周部分の断面が小さくなる。

　本実施形態では、ロータ５０の外径となるポールコア５２ｈ，５２ｉの外径Ｄｒを直径とした円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。ここで、断面積Ａ２は、爪状磁極部５２３ｈ，５２３ｉと繋がる、溝部５２２ｊ，５２２ｋが形成された部分におけるディスク部５２２ｈ，５２２ｉの断面積Ａ０を、極対数Ｐ倍したものである。

　＜作用及び効果＞
　本実施形態の回転電機駆動システムでは、ブラシレス構造であっても、第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

　なお、ブラシレス構造であっても、界磁コアの基本構成は、第４～第１０実施形態と同一である。そのため、ブラシレス構造の車両用交流発電機において、第４～第１０実施形態の構成を適用することは可能である。この場合、ブラシレス構造であっても、第４～第１０実施形態と同様の効果を得ることができる。

　〔他の実施形態〕
　本開示の技術は、上記の実施形態に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更することが可能である。

　例えば、上記の実施形態では、ｄ軸磁気回路３６，５６と、第１及び第２磁石磁気回路３８，３９，５８，５９の一部分と、が共有されている。しかし、ｄ軸磁気回路３６，５６上に永久磁石３４，５４を埋め込んだり、設置したりすることによって、ｄ軸磁気回路と、第１及び第２磁石磁気回路の全部と、が共有されるようにしてもよい。

　図４６に示す変形例１の場合には、ｄ軸磁気回路３６が形成される界磁コア３２のボス部３２１の外周部に、軸方向両端部に磁極を有する円筒状の永久磁石３４Ａが、同軸状に装着されている。このようにすれば、ｄ軸磁気回路３６（図８参照）と、第１及び第２磁石磁気回路３８Ａ，３９Ａの全部と、が共有されるようになる。なお、ボス部３２１の永久磁石３４Ａが装着された部位の径方向総断面積をＡとし、回転電機の極対数をＰとする。このとき、ボス部３２１の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積Ａｂは、Ａ／Ｐで表される。

　また、この他に、ｄ軸磁気回路３６が形成される界磁コア３２のディスク部３２２ａ，３２２ｂ（図４６参照）に永久磁石を埋め込んだり、設置したりすることができる。この場合のディスク部３２２ａ，３２２ｂの断面積は、ディスク部３２２ａ，３２２ｂの永久磁石を設けた部位（ディスク部鉄心部分）の断面積とする。

　＜本開示の態様＞
　本開示の技術の一態様である第１の回転電機駆動システムは、電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、及び、界磁巻線（３３）が巻装されてステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）を有する回転電機（１）と、界磁巻線及び電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備える。
　ロータは、界磁巻線が巻装される筒状のボス部（３２１，３２１ａ，３２１ｂ）、及び、ボス部の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部（３２３，３２３ａ，３２３ｂ）を有する界磁コア（３２）と、周方向に隣接する爪状磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、界磁巻線の起磁力によって爪状磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（３４，３４Ａ）と、を備える。
　第１の回転電機駆動システムでは、ロータに負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、電機子巻線に流れる電流により形成され、ｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通るｑ軸磁気回路（３７）のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定されている。
　制御装置は、位相制御により、回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する。

　本開示において、ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとし、ボス部の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とする。また、爪状磁極部間及び磁極部間に配置された永久磁石の残留磁束密度をＢｒとし、永久磁石の磁極となる面の断面積をＡｍとする。このときに、第１又は第２の回転電機駆動システムは、２×Ｂｒ×Ａｍ＜Ｂ５０×Ａｂとなる関係を満たすようにされている。この構成によれば、本開示の回転電機では、永久磁石の発生磁力がｄ軸磁気回路により吸収されることが可能となる。よって、逆起電力を下げ、無通電時の高速回転状態における発電電力を抑えることができる。

　第１又は第２の回転電機駆動システムは、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、ｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１である。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、ロータへの負荷時の態様を、ランデル型ロータにおいてもＩＰＭ型ロータに近付けられる。そして、ｑ軸インダクタンスＬｑとｄ軸インダクタンスＬｄとの比（Ｌｑ／Ｌｄ）である突極比ρを２以上にできる。これにより、ランデル型ロータであっても、ＩＰＭ型ロータと同じ程度のリラクタンストルクを出力できる。

　第３又は第４の回転電機駆動システムは、ボス部の外径Ｄｂとロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、ボス部の断面積が、ボス部磁力に対する磁石磁力の反作用を最大限に考慮して決められた範囲である。界磁コアには、その時の磁石磁力による反作用を弾き返せるだけのボス部の磁力が働いているとする。このときに、爪状磁極部の根元断面積は、ボス部の総磁力と永久磁石の総磁力とをステータ側に伝えることができる。

　第３又は第４の回転電機駆動システムは、永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上である。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、上述した作用及び効果を、より一層効果的に発揮させることができる。

　第１又は第２の回転電機駆動システムは、ｄ軸磁気回路（３６，５６）が形成される部位が、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されている。爪状磁極部又は磁極部が、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成され、爪状磁極部又は磁極部以外の部位が、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、爪状磁極部や磁極部よりもボス部の方が早く磁束飽和し、ＩＰＭ型ロータの磁束特性の挙動に変化し易くなる。そのため、電動トルクの向上をより確実に達成できる。

　上記回転電機駆動システムは、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料は、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料よりも透磁率が高いものである。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、ロータへの無負荷時において、起電力の吸収能力が高められる。

　第３又は第４の回転電機駆動システムは、界磁コアは、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっている。第３又は第４の回転電機駆動システムは、ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。この構成によれば、本開示の回転電機駆動システムでは、界磁コアは、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっている。そのため、回転電機の特性が変化する。つまり、特性の異なる回転電機を容易に構成できる。さらに、本開示の回転電機駆動システムでは、ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている。これにより、ボス部の外径Ｄｂとロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている場合と、同様の磁気的関係を確保でき、同様の効果を得ることができる。

　なお、本開示の態様をまとめた上記項目及び請求の範囲で記載された各部材や部位の後の括弧内の符号は、上述した実施形態に記載の具体的な部材や部位との対応関係を示すものである。よって、請求の範囲に記載された各請求項の構成に何ら影響を及ぼすものではない。

　１，２…回転電機、　１０…ハウジング、　１７…ボス部、　２０…ステータ、　２１…ステータコア、　２５…電機子巻線、　３０…ロータ、　３２…界磁コア、　３２１…ボス部、　３２１ａ…第１ボス部、　３２１ｂ…第２ボス部、　３２３…爪状磁極部、３２３ａ…第１爪状磁極部、　３２３ｂ…第２爪状磁極部、　３３…界磁巻線、　３４，３４Ａ…永久磁石、　３６…ｄ軸磁気回路、　３７…ｑ軸磁気回路、　３８…第１磁石磁気回路、　３９…第２磁石磁気回路、　５０…ロータ、　５２…界磁コア、　５２ｎ…Ｎポール（磁極部）、　５２ｓ…Ｓポール（磁極部）、　５３…界磁巻線、　５４…永久磁石、　５６…ｄ軸磁気回路、　５７…ｑ軸磁気回路、　５８…第１磁石磁気回路、　５９…第２磁石磁気回路、　６０…制御装置。

Claims

　電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、及び、界磁巻線（３３）が巻装されて前記ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）を有する回転電機（１）と、前記界磁巻線及び前記電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、前記ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備えた回転電機駆動システムにおいて、
　前記ロータは、前記界磁巻線が巻装される筒状のボス部（３２１，３２１ａ，３２１ｂ）、及び、前記ボス部の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部（３２３，３２３ａ，３２３ｂ）を有する界磁コア（３２）と、
　周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、前記界磁巻線の起磁力によって前記爪状磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（３４，３４Ａ）と、を備え、
　前記ロータに負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、前記電機子巻線に流れる電流により形成され、ｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通るｑ軸磁気回路（３７）のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定され、
　前記制御装置は、位相制御により、前記回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する、回転電機駆動システム。
　電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、前記ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（５０）、及び、前記ステータ及び前記ロータを内部に収容し、界磁巻線（５３）が巻装されたボス部（１７）を有するハウジング（１０）を備えたブラシレス構造の回転電機（２）と、前記界磁巻線及び前記電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、前記ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備えた回転電機駆動システムにおいて、
　前記ロータは、前記界磁巻線の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の磁極部（５２ｎ，５２ｓ）を有する界磁コア（５２）と、
　周方向に隣接する前記磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、前記界磁巻線の起磁力によって前記磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（５４）と、を備え、
　前記ロータに負荷を掛けた時に、ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、前記電機子巻線に流れる電流により形成されてｄ軸から電気角で９０°ずれた位置にあるｑ軸を通るｑ軸磁気回路（５７）のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ＞Ｐｒｔとなるように設定され、
　前記制御装置は、位相制御により、前記回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する、回転電機駆動システム。
　請求項１において、
　前記ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとし、前記ボス部の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とし、前記爪状磁極部間に配置された前記永久磁石の残留磁束密度をＢｒとし、前記永久磁石の磁極となる面の断面積をＡｍとしたときに、２×Ｂｒ×Ａｍ＜Ｂ５０×Ａｂとなる関係を満たすようにされている、回転電機駆動システム。
　請求項２において、
　前記ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとし、前記ボス部の５０００［Ａ／ｍ］の界磁を加えた際の磁束密度をＢ５０とし、前記磁極部間に配置された前記永久磁石の残留磁束密度をＢｒとし、前記永久磁石の磁極となる面の断面積をＡｍとしたときに、２×Ｂｒ×Ａｍ＜Ｂ５０×Ａｂとなる関係を満たすようにされている、回転電機駆動システム。
　請求項１～４の何れか一項において、
　前記ｄ軸磁気回路のパーミアンスＰｒｔと、前記ｑ軸磁気回路のパーミアンスＰｓｔと、の関係が、Ｐｓｔ：Ｐｒｔ＝２ｎ（ｎは１以上の実数）：１である、回転電機駆動システム。
　電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、及び、界磁巻線（３３）が巻装されて前記ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（３０）を有する回転電機（１）と、前記界磁巻線及び前記電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、前記ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備えた回転電機駆動システムにおいて、
　前記ロータは、筒状のボス部（３２１，３２１ａ，３２１ｂ）、及び、前記ボス部の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の爪状磁極部（３２３，３２３ａ，３２３ｂ）を有する界磁コア（３２）と、
　前記ボス部の外周側に巻装されて、通電により起磁力を発生する前記界磁巻線（３３）と、
　周方向に隣接する前記爪状磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、前記界磁巻線の起磁力によって前記爪状磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（３４，３４Ａ）と、を備え、
　前記爪状磁極部の外周面の表面積をＡｓとし、前記ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとしたときに、前記表面積Ａｓと前記断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定され、
　前記制御装置は、位相制御により、前記回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する、回転電機駆動システム。
　電機子巻線（２５）が巻装された環状のステータ（２０）、前記ステータの内周側に径方向に対向して配置されたロータ（５０）、及び、前記ステータ及び前記ロータを内部に収容し、界磁巻線（５３）が巻装されたボス部（１７）を有するハウジング（１０）を備えたブラシレス構造の回転電機（２）と、前記界磁巻線及び前記電機子巻線の少なくとも一方に供給する電流を制御して、前記ロータにトルクを発生させる制御装置（６０）と、を備えた回転電機駆動システムにおいて、
　前記ロータは、前記界磁巻線の外周側に配置されて周方向に交互に異なる極性の磁極が形成される複数の磁極部（５２３ｈ，５２３ｉ）を有する界磁コア（５２）と、周方向に隣接する前記磁極部の間に、磁化容易軸が周方向に向けられて配置され、前記界磁巻線の起磁力によって前記磁極部に交互に現れる極性と一致するように磁極が形成されている永久磁石（５４）と、を備え、
　前記磁極部の外周面の表面積をＡｓとし、前記ボス部の一対のＮＳ磁極あたりの軸方向に延びる鉄心断面積をＡｂとしたときに、前記表面積Ａｓと前記断面積Ａｂとの関係が、０．９＜Ａｓ／Ａｂ＜１．７となる範囲に設定され、
　前記制御装置は、位相制御により、前記回転電機が力行及び回生のどちらかの動作をするように制御する、回転電機駆動システム。
　請求項６又は７において、
　前記ボス部の外径Ｄｂと前記ロータの外径Ｄｒとの関係が、０．４６＜Ｄｂ／Ｄｒ＜０．５３となる範囲に設定されている、回転電機駆動システム。
　請求項６～８の何れか一項において、
　前記永久磁石の残留磁束密度Ｂｒが１［Ｔ］以上である、回転電機駆動システム。
　請求項１又は３において、
　前記ｄ軸磁気回路（３６，５６）が形成される部位は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されており、前記爪状磁極部が、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成され、前記爪状磁極部以外の部位が、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている、回転電機駆動システム。
　請求項２又は４において、
　前記ｄ軸磁気回路（３６，５６）が形成される部位は、飽和磁束密度Ｂｓの異なる２種類の材料で形成されており、前記磁極部が、飽和磁束密度Ｂｓの高い材料で形成され、前記磁極部以外の部位が、飽和磁束密度Ｂｓの低い材料で形成されている、回転電機駆動システム。
　請求項１０又は１１において、
　前記飽和磁束密度Ｂｓの低い材料は、前記飽和磁束密度Ｂｓの高い材料よりも透磁率が高いものである、回転電機駆動システム。
　請求項６～９の何れか一項において、
　前記界磁コアは、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が部分的に小さくなっており、
　前記ロータの外径Ｄｒを直径とする円の面積Ａ１と、磁束の流れ方向と直交する断面の面積が最小となる部分の断面積Ａ２と、の関係が、０．２１１６＜Ａ２／Ａ１＜０．２８０９となる範囲に設定されている、回転電機駆動システム。