特許 6501507 回転電機及び回転電機の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6501507

(24)【登録日】2019年3月29日

(45)【発行日】2019年4月17日

(54)【発明の名称】回転電機及び回転電機の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02K 19/12 20060101AFI20190408BHJP

   H02P 25/16 20060101ALI20190408BHJP

   H02K 16/02 20060101ALI20190408BHJP

【ＦＩ】

   H02K19/12

   H02P25/16

   H02K16/02

【請求項の数】6

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2014-242388(P2014-242388)

(22)【出願日】2014年11月28日

(65)【公開番号】特開2016-13050(P2016-13050A)

(43)【公開日】2016年1月21日

【審査請求日】2017年10月2日

(31)【優先権主張番号】特願2014-113771(P2014-113771)

(32)【優先日】2014年6月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】504176911

【氏名又は名称】国立大学法人大阪大学

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】平田 勝弘

(72)【発明者】

【氏名】新口 昇

(72)【発明者】

【氏名】大野 勇輝

(72)【発明者】

【氏名】小原 章

(72)【発明者】

【氏名】加藤 雅之

(72)【発明者】

【氏名】宇賀治 元

(72)【発明者】

【氏名】千葉 貞一郎

【審査官】 上野 力

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−１７８５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０５１９５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−３２７１９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０９２７０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１４９７５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １９／１２

Ｈ０２Ｋ １６／０２

Ｈ０２Ｐ ２５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、
前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記ローターを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、を含み、
前記突極の数をｍ、前記界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ−ｋ＝ｐとなる、回転電機。
ｎは１以上の自然数であり、ｐ、ｍ及びｋは１以上の自然数である。

【請求項2】

前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧である、請求項１に記載の回転電機。

【請求項3】

回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び６×ｎ個の巻線を前記構造体の周方向に沿って有し、かつ前記突極の数をｍ、界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ−ｋ＝ｐとなる回転電機を制御するにあたり、
前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置。
ｐ、ｍ及びｋは１以上の自然数である。

【請求項4】

回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第１磁極を有する第１ローターと、
前記第１磁極よりも多い数の第２磁極を有し、かつ前記第１ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第２ローターと、
前記第２ローターの径方向外側に配置されて前記第２ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記第１ローターを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、
を含み、前記第１磁極の数をｍ１、前記第２磁極の数をｍ２、前記界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ１＝ｋ＋ｐかつｍ２＝２×ｋ＋ｍ１となる、
回転電機。
ｎ、ｐ、ｍ１、ｍ２及びｋは１以上の自然数である。

【請求項5】

前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧である、請求項４に記載の回転電機。

【請求項6】

回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第１磁極を有する第１ローターと、前記第１磁極よりも多い数の第２磁極を有し、かつ前記第１ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第２ローターと、前記第２ローターの径方向外側に配置されて前記第２ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有するステーターと、を含み、前記第１磁極の数をｍ１、前記第２磁極の数をｍ２、界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ１＝ｋ＋ｐかつｍ２＝２×ｋ＋ｍ１となる、回転電機を制御するにあたり、
前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置。
ｎ、ｐ、ｍ１、ｍ２及びｋは１以上の自然数である。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電機及び回転電機の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電機子巻線と界磁巻線とを備えた電動機がある（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１３−２０１８６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載された発明は、電機子巻線と界磁巻線とを有しているので、特許文献１に記載された回転機を制御するための制御装置は、界磁用の回路と駆動用の回路とが必要になり、制御装置が複雑になる。

【0005】

本発明は、簡易な機器で回転電機の界磁磁束及び電機子の磁束の両方を制御できるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記ローターを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、を含む、回転電機である。ｎは１以上の自然数である。回転電機とは、電力を生み出す発電機としての機能と、電力が供給されて動力を発生する電動機としての機能との少なくとも一方を備える機器である。

【0007】

前記突極の数をｍ、前記界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ−ｋ＝ｐとなることが好ましい。ｐ、ｍ及びｋは１以上の自然数である。

【0008】

前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧であることが好ましい。

【0009】

本発明は、回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の突極を有するローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び６×ｎ個の巻線を前記構造体の周方向に沿って有し、かつ前記突極の数をｍ、界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ−ｋ＝ｐとなる回転電機を制御するにあたり、前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置である。ｐ、ｍ及びｋは１以上の自然数である。

【0010】

本発明は、回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第１磁極を有する第１ローターと、前記第１磁極よりも多い数の第２磁極を有し、かつ前記第１ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第２ローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記ローターを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、を含み、前記第１磁極の数をｍ１、前記第２磁極の数をｍ２、前記界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ１＝ｋ＋ｐかつｍ２＝２×ｋ＋ｍ１となる、回転電機である。ｎ、ｐ、ｍ１、ｍ２及びｋは１以上の自然数である。

【0011】

前記界磁信号は、直流電圧又は所定の周期の交流電圧であることが好ましい。

【0012】

本発明は、回転軸を中心として回転し、かつ前記回転軸と直交する方向に突出する複数の第１磁極を有する第１ローターと、前記第１磁極よりも多い数の第２磁極を有し、かつ前記第１ローターの径方向外側に設けられて前記回転軸を中心として回転する第２ローターと、前記ローターの径方向外側に配置されて前記ローターの周囲を取り囲む環状の構造体及び前記構造体の周方向に沿って設けられた６×ｎ個の巻線を有し、かつ界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記ローターを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて前記巻線に入力されるステーターと、を含み、前記第１磁極の数をｍ１、前記第２磁極の数をｍ２、前記界磁磁束の次数をｋ、３相の回転電機として駆動するための駆動信号を前記巻線に与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとしたとき、ｍ１＝ｋ＋ｐかつｍ２＝２×ｋ＋ｍ１となる、回転電機を制御するにあたり、前記回転電機に界磁磁束を発生させるための界磁信号と前記回転電機を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して前記巻線に出力する、回転電機の制御装置である。ｎ、ｐ、ｍ１、ｍ２及びｋは１以上の自然数である。

【発明の効果】

【0013】

本発明は、簡易な機器で回転電機の界磁磁束及び電機子の磁束の両方を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】図１は、実施形態１に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸を含む平面で切った断面図である。

【図2】図２は、実施形態１に係る回転電機が備える巻線の配線を示す図である。

【図3】図３は、実施形態１に係る回転電機及びこの回転電機を制御する回転電機の制御装置を示す図である。

【図4】図４は、制御装置の制御部を説明するための図である。

【図5】図５は、実施形態１に係る回転電機の相電流と時間との関係を示す図である。

【図6】図６は、実施形態１に係る回転電機の相電流と時間との関係を示す図である。

【図7】図７は、実施形態１に係る回転電機の回転速度とトルクとの関係を評価した結果を示す図である。

【図8】図８は、図７に示される例よりも界磁電圧を大きくしたときにおける、実施形態１に係る回転電機の回転速度とトルクとの関係を評価した結果を示す図である。

【図9】図９は、回転電機の電機子磁束と界磁磁束とを示す図である。

【図10】図１０は、実施形態１の第１変形例に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸を含む平面で切った断面図である。

【図11】図１１は、実施形態１の第２変形例に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸を含む平面で切った断面図である。

【図12】図１２は、実施形態２に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。

【図13】図１３は、実施形態２に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸を含む平面で切った断面図である。

【図14】図１４は、実施形態１に係る回転電機の誘起電圧と界磁電圧との関係を示す図である。

【図15】図１５は、実施形態２に係る回転電機の誘起電圧と界磁電圧との関係を示す図である。

【図16】図１６は、実施形態２に係る回転電機の誘起電圧と界磁電圧の関係を示す図である。

【図17】図１７は、実施形態２に係る回転電機の界磁電圧を変化させたときのトルクと回転速度との関係を示す図である。

【図18】図１８は、実施形態３に係る回転電機を、その回転軸を通りかつ回転軸を含む平面で切った断面図である。

【図19】図１９は、第１ローターの回転原理を説明するための図である。

【図20】図２０は、第１ローターの回転原理を説明するための図である。

【図21】図２１は、第１ローター及び第２ローターの回転速度の時間変化を示す図である。

【図22】図２２は、実施形態３に係る回転電機の界磁転圧を変化させたときにおける回転速度とトルクとの関係を示す図である。

【図23】図２３は、実施形態３に係る回転電機の界磁電圧と最大伝達トルクとの関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0016】

＜回転電機の構造＞
図１は、実施形態１に係る回転電機１を、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。図２は、実施形態１に係る回転電機１が備える巻線３Ｃの配線を示す図である。回転電機１は、ローター２と、ステーター３とを含む。ローター２は、回転軸Ｚｒを中心として回転する。ローター２は、本体部２Ｂと、複数の突極２Ｔとを有する。複数の突極２Ｔは、本体部２Ｂの表面２ＢＳから、回転軸Ｚｒと直交する方向に突出する。本実施形態において、ローター２は、１０個の突極２Ｔを備えるが、突極２Ｔの数はこれに限定されない。ローター２は、例えば、電磁鋼板を積層して製造される。

【0017】

ステーター３は、ローター２の径方向外側に配置されてローター２の周囲を取り囲む環状の構造体としてのステーターコア３Ｋと、この構造体に取り付けられた複数の巻線３Ｃとを有する。ステーターコア３Ｋは、環状のヨーク３Ｙと、ヨーク３Ｙの内側、すなわちローター２側に設けられた複数の突極３Ｔとを有する。複数の突極３Ｔは、ヨーク３Ｙの周方向に沿って設けられる。隣接する突極３Ｔの間はスロット３Ｓであり、ここに巻線３Ｃが設けられる。本実施形態において、複数の巻線３Ｃは突極３Ｔ及びスロット３Ｓに集中巻されている。ステーターコア３Ｋは、例えば、電磁鋼板を積層して製造される。

【0018】

巻線３Ｃを形成する電線は導体であり、例えば、銅線又はアルミニウム線等が用いられる。ステーター３は、巻線３Ｃが突極３Ｔに巻き回された構造体が樹脂でモールドされてもよい。このようにすることで、構造体と巻線とを一体にすることができるので、ステーター３の取り扱いが容易になる。

【0019】

巻線３Ｃは、それぞれの突極３Ｔに巻き回され、スロット３Ｓに設けられる。本実施形態において、ステーター３は、１２個の巻線３Ｃを備える。巻線３Ｃの個数は１２個に限定されるものではないが、６の整数倍、すなわち６×ｎ個（ｎは自然数）である。突極３Ｔ及びスロット３Ｓの数は巻線３Ｃの数に等しく、６×ｎ個（ｎは自然数）となる。複数の巻線３Ｃは、環状の構造体、より具体的にはヨーク３Ｙの周方向に沿って設けられる。

【0020】

回転電機１の巻線３Ｃは、電機子巻線と界磁巻線とが共通となっている。回転電機１は、界磁巻線としての巻線３Ｃが作る磁界をローター２の磁極である突極２Ｔで変調し、電機子巻線としての巻線３Ｃが作る磁界と同期させてローター２を回転させる。このため、複数の巻線３Ｃは、界磁磁束を発生させるための界磁信号とローター２を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて入力される。界磁信号と駆動信号とが重畳された信号を、適宜合成駆動信号と称する。

【0021】

図１及び図２中の符号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ及び符号Ｕ、Ｖ、Ｗは、それぞれの巻線３Ｃの相を表す。本実施形態において、Ａ相は巻線３Ｃａ１、３Ｃａ２、Ｂ相は巻線３Ｃｂ１、３Ｃｂ２、Ｃ相は巻線３Ｃｃ１、３Ｃｃ２、Ｄ相は巻線３Ｃｄ１、３Ｃｄ２、Ｅ相は巻線３Ｃｅ１、３Ｃｅ２、Ｆ相は巻線３Ｃｆ１、３Ｃｆ２である。本実施形態において、Ａ相〜Ｆ相の巻線３Ｃは、それぞれ並列に接続されているが、直列に接続されていてもよい。

【0022】

Ａ相に対応する巻線３Ｃａ１、３Ｃａ２及びＤ相に対応する巻線３Ｃｄ１、３Ｃｄ２には、回転電機１を３相の回転電機として駆動するための駆動信号のＵ相が入力される。Ｂ相に対応する巻線３Ｃｂ１、３Ｃｂ２及びＥ相に対応する巻線３Ｃｅ１、３Ｃｅ２には、回転電機１に対する駆動信号のＶ相が入力される。また、Ｃ相に対応する巻線３Ｃｃ１、３Ｃｃ２及びＦ相に対応する巻線３Ｃｆ１、３Ｃｆ２には、回転電機１に対する駆動信号のＷ相が入力される。

【0023】

（１）Ａ相及びＵ相に対応する巻線３Ｃａ１、３Ｃａ２には、駆動信号のＵ相に対応する駆動電圧Ｖｕと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧＋Ｖｆとが重畳された上で印加される。
（２）Ｂ相及びＶ相に対応する巻線３Ｃｂ１、３Ｃｂ２には、駆動信号のＶ相に対応する駆動電圧Ｖｖと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Ｖｆとが重畳された上で印加される。
（３）Ｃ相及びＷ相に対応する巻線３Ｃｃ１、３Ｃｃ２には、駆動信号のＷ相に対応する駆動電圧Ｖｗと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧＋Ｖｆとが重畳された上で印加される。
（４）Ｄ相及びＵ相に対応する巻線３Ｃｄ１、３Ｃｄ２には、駆動信号のＵ相に対応する駆動電圧Ｖｕと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Ｖｆとが重畳された上で印加される。
（５）Ｅ相及びＶ相に対応する巻線３Ｃｅ１、３Ｃｅ２には、駆動信号のＶ相に対応する駆動電圧Ｖｖと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧＋Ｖｆとが重畳された上で印加される。
（６）Ｆ相及びＷ相に対応する巻線３Ｃｆ１、３Ｃｆ２には、駆動信号のＷ相に対応する駆動電圧Ｖｗと、回転電機１に界磁磁束を発生させるための界磁信号として界磁電圧−Ｖｆとが重畳された上で印加される。
駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは交流電圧であり、界磁電圧＋Ｖｆ、―Ｖｆは直流電圧である。

【0024】

図３は、実施形態１に係る回転電機１及びこの回転電機１を制御する回転電機の制御装置１００を示す図である。図３中の回転電機１は、図１に示した巻線３Ｃを省略してある。回転電機１は、回転電機の制御装置（以下、適宜制御装置と称する）１００によって制御される。制御装置１００は、制御部１０３とインバーター１０５とを有する。制御部１０３は、回転電機１に界磁磁束を発生させて、回転電機１を３相の回転電機として駆動するための制御信号を生成する。インバーター１０５は、制御部１０３によって生成された制御信号によって動作し、直流電源１０７から供給された直流電力から合成駆動信号を生成する。

【0025】

インバーター１０５は、図２に示すそれぞれの巻線３Ｃａ１から３Ｃｅ２に、界磁磁束を発生させるための界磁信号である界磁電圧＋Ｖｆ、−Ｖｆと、ローター２を３相の回転電機として駆動するための駆動信号である駆動電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗとが重畳された制御電圧を印加する。回転電機１を制御するインバーター１０５は、６相のインバーターであり、１２個のスイッチング素子１０６によってフルブリッジが形成されている。スイッチング素子１０６の種類は問わないが、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が用いられる。制御部１０３によって生成された制御信号は、インバーター１０５が備える各スイッチング素子１０６のゲートに入力される。

【0026】

図４は、制御装置１００の制御部１０３を説明するための図である。制御部１０３は、ＰＩ（比例及び積分）制御部１１０と、３相逆ｄｑ変換部１１１と、３相ｄｑ変換部１１２と、界磁電圧生成部１１３と、目標ｄ軸電流生成部１１４と、目標ｑ軸電流生成部１１５とを含む。ＰＩ制御部１１０は、インバーター１０５によって回転電機１に供給されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流が、目標ｄ軸電流生成部１１４によって生成された目標ｄ軸電流Ｉｄｔ及び目標ｑ軸電流生成部１１５によって生成された目標ｑ軸電流Ｉｑｔとなるように、ｄ軸電流及びｑ軸電流の電流指令値を生成する。

【0027】

３相ｄｑ変換部１１２は、インバーター１０５から回転電機１に供給されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の電流Ｉｕ、Ｉｖ及びＩｗを、ｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑにｄｑ変換する。回転電機１のＵ相の電流Ｉｕは、同相となるＡ相の電流とＤ相の電流とを合成したものである。回転電機１のＶ相の電流Ｉｖは、同相となるＢ相の電流とＥ相の電流とを合成したものである。回転電機１のＷ相の電流Ｉｗは、同相となるＣ相の電流とＦ相の電流とを合成したものである。

【0028】

ｄｑ変換において、３相ｄｑ変換部１１２は、図１に示す回転電機１のローター２の回転角度θｒを用いる。出力シャフト４は、図１に示すローター２に連結されているので、出力シャフト４の回転角度は、ローター２の回転角度θｒとなる。出力シャフト４の回転角度は、回転電機１の出力シャフト４の回転角度を検出する回転角度センサ５によって検出される。

【0029】

ＰＩ制御部１１０は、３相ｄｑ変換部１１２によって変換された、回転電機１のｄ軸電流Ｉｄ及びｑ軸電流Ｉｑを取得し、目標ｄ軸電流Ｉｄｔとｄ軸電流Ｉｄとの偏差及び目標ｑ軸電流Ｉｑｔとｑ軸電流Ｉｑとの偏差がそれぞれ０になるように、電圧指令値を生成する。３相逆ｄｑ変換部１１１は、ＰＩ制御部１１０によって生成された電圧指令値を逆ｄｑ変換してＵ相の電圧指令値ｖｕ、Ｖ相の電圧指令値ｖｖ及びＷ相の電圧指令値ｖｗを生成する。逆ｄｑ変換において、３相逆ｄｑ変換部１１１は、ローター２の回転角度θｒを用いる。界磁電圧生成部１１３は、回転電機１に界磁磁束を発生させるために必要な界磁電圧の指令値を生成する。界磁電圧の指令値は、前述したＡ相〜Ｆ相までの６相に対応して、それぞれ＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆが生成される。

【0030】

制御部１０３は、３相逆ｄｑ変換部１１１によって生成された電圧指令値ｖｕ、ｖｖ、ｖｗと、界磁電圧生成部１１３が生成した界磁電圧の指令値＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆとをそれぞれ重畳して、制御信号を生成する。制御部１０３は、生成された制御信号をインバーター１０５に出力する。図２に示す巻線３Ｃａ１、３Ｃａ２に対する制御信号はｖｕ＋ｖｆ、巻線３Ｃｂ１、３Ｃｂ２に対する制御信号はｖｖ−ｖｆ、巻線３Ｃｃ１、３Ｃｃ２に対する制御信号はｖｗ＋ｖｆ、巻線３Ｃｄ１、３Ｃｄ２に対する制御信号はｖｕ−ｖｆ、巻線３Ｃｅ１、３Ｃｅ２に対する制御信号はｖｖ＋ｖｆ、巻線３Ｃｆ１、３Ｃｆ２に対する制御信号はｖｗ−ｖｆとなる。これらの信号がインバーター１０５に入力されることにより、インバーター１０５は、巻線３Ｃａ１、３Ｃａ２に合成駆動電圧Ｖｕ＋Ｖｆを印加し、巻線３Ｃｂ１、３Ｃｂ２に合成駆動電圧Ｖｖ−Ｖｆを印加し、巻線３Ｃｃ１、３Ｃｃ２に合成駆動電圧Ｖｗ＋Ｖｆを印加し、巻線３Ｃｄ１、３Ｃｄ２に合成駆動電圧Ｖｕ−Ｖｆを印加し、巻線３Ｃｅ１、３Ｃｅ２に合成駆動電圧Ｖｖ＋Ｖｆを印加し、巻線３Ｃｆ１、３Ｃｆ２に合成駆動電圧Ｖｗ−Ｖｆを印加する。

【0031】

図５及び図６は、実施形態１に係る回転電機１の相電流と時間ｔとの関係を示す図である。図５は、図２に示すＡ相及びＤ相の相電流Ｉｆａ、Ｉｆｄの時間ｔに対する変化を示し、図６は、図２に示すＵ相、Ｖ相及びＷ相の相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの時間ｔに対する変化を示している。Ａ相の相電流Ｉｆａ及びＤ相の相電流Ｉｆｄには界磁電流Ｉｘが加えられているため、Ａ相の相電流Ｉｆａは０以上、Ｄ相の相電流Ｉｆｄは０以下となっている。Ａ相及びＤ相はいずれもＵ相なので、これらを合成したＵ相の相電流Ｉｕは、Ａ相の相電流ＩｆａとＤ相の相電流Ｉｆｄとを合成したものになる。図６に示すように、Ｕ相の相電流Ｉｕは、所定の周期で変動する電流となる。Ｖ相の相電流Ｉｖ及びＷ相の相電流ＩｗもＵ相の相電流Ｉｕと同様に求められる。このように、回転電機１のＵ相、Ｖ相及びＷ相には、３相の駆動電流が与えられるので、通常の３相のベクトル制御が可能になる。

【0032】

制御部１０３は、界磁電圧生成部１１３が、前述したＡ相〜Ｆ相までの６相に対応するそれぞれの界磁電圧の指令値＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆ、＋ｖｆ、−ｖｆを別個独立に生成することができる。このため、制御装置１００は、回転電機１の各巻線３Ｃに印加される界磁電圧を別個独立に制御することができるので、回転電機１の制御の自由度を向上させることができる。また、制御装置１００は、回転電機１の各巻線３Ｃに印加される界磁電圧を変更することにより、回転電機１が発生するトルク及びトルクの特性、具体的には回転速度に対するトルクの変化の仕方を変更することができる。さらに、１つのインバーター１０５を含む１つの制御装置１００が回転電機１を制御する。すなわち、回転電機１は、界磁磁束の制御と電機子の磁束の制御とに、それぞれ別個の機器は不要であるので、回転電機１は、簡易な機器で界磁磁束及び電機子の磁束の両方が制御できる。

【0033】

図７は、実施形態１に係る回転電機１の回転速度ＮとトルクＴとの関係を評価した結果を示す図である。図７には、回転電機１の回転速度Ｎに対するトルクＴの変化を、界磁電圧を異ならせて評価した結果をＮ−Ｔ曲線として示してある。この評価において、界磁電圧Ｖｆは、Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４の順に大きくなるように変化させた。界磁電圧をＶｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４の順に変化させると、同じ回転速度Ｎにおいて、トルクＴは上昇することが分かる。また、界磁電圧を変化させると、回転速度Ｎに対するトルクＴの変化の仕方も異なることが分かる。具体的には、回転電機１の界磁電圧を上昇させると、トルク定数が増加するので、無負荷回転速度、すなわちトルクＴが０のときの回転速度が低下し、Ｎ−Ｔ曲線の傾きが急峻になる。このように、制御装置１００は、回転電機１の各巻線３Ｃに印加される界磁電圧Ｖｆを変更することにより、回転電機１が発生するトルクＴ及びＮ−Ｔ曲線の特性を変化させることができる。

【0034】

図８は、図７に示される例よりも界磁電圧を大きくしたときにおける、実施形態１に係る回転電機１の回転速度ＮとトルクＴとの関係を評価した結果を示す図である。界磁電圧Ｖｆは、Ｖｆ１、Ｖｆ２、Ｖｆ３、Ｖｆ４、Ｖｆ５、Ｖｆ６の順に大きくなっている。界磁電圧をＶｆ４よりもさらに大きくすると、回転電機１の回転速度Ｎ及びトルクＴは大きくなる。すなわち、回転電機１の出力は大きくなる。また、界磁電圧をＶｆ４よりもさらに大きくすると、無負荷回転速度は上昇する。

【0035】

界磁電圧を大きくしていくと電機子の磁束が増加するので、無負荷回転速度が低下する。さらに界磁電圧を大きくすると、界磁磁束によってローター２及びステーター３が磁気飽和し、電機子の磁束が低下する。すると、電機子の磁束の増加及び磁気飽和によるローター２及びステーター３の透磁率の低下が同時に発生する。界磁電圧が低いときは電機子の磁束の増加が支配的である。界磁電圧が高いときは、ローター２及びステーター３の磁気飽和による透磁率の低下が支配的となる。

【0036】

図９は、回転電機の電機子磁束と界磁磁束とを示す図である。図９の実線の矢印が界磁磁束を示し、破線の矢印が電機子磁束を示す。回転電機１は、界磁磁束のみ又は電機子磁束のみでは正のトルクと負のトルクとが釣り合っているので、合成トルクは０になる。領域Ｒ１及び領域Ｒ２は、電機子磁束の方向と界磁磁束の方向とが反対なので、電機子電流、すなわち駆動電流が増加することにより磁束が減少し、負のトルクも減少する。領域Ｒ３及び領域Ｒ４は、電機子磁束の方向と界磁磁束の方向とが同じ方向なので、電機子電流が増加することにより磁束が増加し、正のトルクが増加する。このように、本実施形態の回転電機１は、界磁磁束による正のトルクと負のトルクとのバランスを崩すことで回転する。すなわち、電機子の磁束により界磁磁束による正のトルクを増加させ、負のトルクを減少させる。

【0037】

界磁電圧が比較的小さい場合、例えば、図８に示される結果のＶｆ３である場合、回転電機１は、電機子電流がある程度の大きさまでは、電機子の磁束と界磁磁束とが相殺される。その結果、回転電機１は、負のトルクを発生させる磁束がほぼ０になる。電機子電流が、前述したある程度の大きさを超えると、電機子の磁束は界磁磁束よりも大きくなり、電機子の磁束は負のトルクを発生させる磁束を生成する。回転電機１に正のトルクを発生させる方、すなわち界磁磁束は磁気飽和するので、電機子電流を大きくすると、回転電機１のトルクが低下する。

【0038】

界磁電圧が比較的大きい場合、例えば、図８に示される結果のＶｆ５以上である場合、電機子電流を大きくしても、界磁磁束は０にはならず、界磁磁束による負のトルクが発生する。すなわち、電機子電流をさらに大きくしても、正のトルクは一定で負のトルクが減少し続ける結果、トータルのトルクは増加する。

【0039】

回転電機１は、界磁磁束によって発生している正のトルクを増加し，負のトルクを減少させることによって回転する。すなわち、回転電機１は、界磁磁束だけで飽和していても、電機子電流が増加するほど負のトルクを低下させていく。この場合、電機子磁束による正のトルクはほとんど発生しない。界磁電圧をさらに大きくすると、ローター２の磁気飽和とステーター３の磁気飽和とが進行するため、無負荷回転速度はある大きさに収束する。電機子電流が流れると、界磁磁束による負のトルクは低下していくが、正のトルクは磁気飽和のために変化しない。このため、回転電機１は、負のトルクが０になった場合に最大のトルクを発生する。回転電機１は、ＳＲ（Switched Reluctance）モータと比較した場合、ＳＲモータでは出力が増加しない大きさを超えて界磁電圧を大きくしても、出力を増加させることができる。

【0040】

本実施形態において、回転電機１は、巻線３Ｃが界磁巻線として機能したときに発生する磁界をローター２の突極２Ｔで変調し、巻線３Ｃが電機子巻線として機能したときに発生する磁界と同期させてローター２を回転させる。このため、突極２Ｔで変調された磁束の次数と、電機子の磁束の次数とが一致する。回転電機１は、巻線３Ｃが６×ｎ個である。ローター２の突極２Ｔの数をｍ、界磁磁束の次数をｋとすると、突極２Ｔで変調された磁束の次数はｍ−ｋで求められる。このため、電機子の磁束の次数をＰとすると、ｍ−ｋ＝ｐの関係が成立する。次数ｐは、回転電機１を３相の回転電機として駆動するための駆動信号を巻線３Ｃに与えたときに発生する電機子の磁束の次数である。ｋ、ｍ、ｎ及びｐは１以上の自然数である。回転電機１は、この関係が満たされることにより、合成駆動信号によって駆動され、かつトルクＴの大きさ及びトルクＴの特性が変更される。

【0041】

図１に示す例において、ｐ＝４、ｍ＝１０なので、界磁磁束の次数ｋは６になる。また、電機子の磁束の次数ｐが２、界磁磁束の次数ｋが６の場合、ローター２の突極２Ｔの数ｍは８になり、電機子の磁束の次数ｐが５、界磁磁束の次数ｋが６の場合、ローター２の突極２Ｔの数ｍは１１になる。

【0042】

（第１変形例）
図１０は、実施形態１の第１変形例に係る回転電機１ａを、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。回転電機１ａは、前述した図１に示す回転電機１と同様であるが、ローター２ａが備える突極２Ｔの数ｍが７個、界磁磁束の次数ｋが３である点が異なる。このため、電機子の磁束の次数ｐは４になる。回転電機１ａは、ローター２ａが備える突極２Ｔの数が前述した回転電機１のローター２よりも少ない。このため、回転電機１ａのローター２ａが回転する際におけるある点の磁束の変化は、回転電機１のローター２よりも少なくなる。その結果、ローター２ａに発生する渦電流は、ローター２に発生する渦電流よりも小さくなるので、回転電機１ａは、回転電機１よりも高速回転に好適である。

【0043】

界磁磁束の次数ｋを３にするため、ステーター３ａの周方向に沿った巻線３Ｃの配置は、Ａ相、Ｅ相、Ｆ相、Ｄ相、Ｅ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｂ相、Ｃ相、Ａ相、Ｂ相、Ｆ相の順になる。ステーター３ａの周方向に沿った界磁電圧は、＋Ｖｆ、＋Ｖｆ、−Ｖｆ、−Ｖｆ、＋Ｖｆ、＋Ｖｆ、−Ｖｆ、−Ｖｆ、＋Ｖｆ、＋Ｖｆ、−Ｖｆ、−Ｖｆとなる。このような配置により、界磁磁束の次数ｋが３になる。

【0044】

（第２変形例）
図１１は、実施形態１の第２変形例に係る回転電機１ｃを、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。図１１は、巻線は省略してある。この回転電機１ｃは、ローター２の突極２Ｔの数ｍが１０、ステーター３ｃのヨーク３Ｙに設けられた突極３Ｔの数が４８、ステーター３ｃのスロット３Ｓの数が４８である。巻線は、ステーター３ｃに分布巻で設けられている。この回転電機１ｃは、ｍ＝１０、界磁磁束の次数ｋは６であるので、電機子の磁束の次数ｐは４である。分布巻の回転電機１ｃにおいても、ｍ−ｋ＝ｐの関係を成立させるようにすることで、合成駆動信号によって駆動され、かつトルクＴの大きさ及びトルクＴの特性が変更される。

【0045】

本実施形態及びその変形例の構成要素は、以下の実施形態でも、適宜組み合わせることが可能である。

【0046】

（実施形態２）
図１２は、実施形態２に係る回転電機１ｄを、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。回転電機１ｄは、ステーター３ｄ以外は実施形態１の回転電機１と同様である。回転電機１ｄは、ステーター３ｄのそれぞれの突極３Ｔｄに、永久磁石８が設けられている。永久磁石８は、突極３Ｔｄのローター２側に設けられている。永久磁石８を備えるそれぞれの突極３Ｔｄは、ステーター３ｄの周方向に沿って配列されている。Ｎ極の永久磁石８ＮとＳ極の永久磁石８Ｓとは、ステーター３ｄの周方向に沿って交互に並んでいる。回転電機１ｄは、永久磁石８によって生成される界磁磁束の次数が６、ローター２の突極２Ｔの数が１０なので、ローター２の突極２Ｔで変調された磁束の次数は１０−６＝４である。したがって、回転電機１ｄを３相の回転電機として駆動するための駆動信号を巻線３Ｃに与えたときに発生する電機子の磁束の次数は４である。すなわち、ローター２を回転させるための回転磁界の次数は４である。回転電機１ｄは、永久磁石８による界磁磁束のみでローター２が回転する。

【0047】

図１３は、実施形態２に係る回転電機１ｅを、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。回転電機１ｅは、ローター２ｅ以外は実施形態１の回転電機１と同様である。回転電機１ｅは、ローター２ｅの本体部２Ｂｅに、それぞれの突極２Ｔに対応して永久磁石９が埋め込まれている。Ｎ極の永久磁石９ＮとＳ極の永久磁石９Ｓとは、ローター２ｅの周方向に沿って交互に並んでいる。回転電機１ｅは、永久磁石９によって生成される界磁磁束の次数が６、ローター２ｅの突極２Ｔの数が１０なので、ローター２ｅの突極２Ｔで変調された磁束の次数は１０−６＝４である。したがって、回転電機１ｅを３相の回転電機として駆動するための駆動信号を巻線３Ｃに与えたときに発生する電機子の磁束の次数は４である。すなわち、ローター２を回転させるための回転磁界の次数は４である。回転電機１ｅは、永久磁石９による界磁磁束のみでローター２が回転する。

【0048】

図１４は、実施形態１に係る回転電機１の誘起電圧Ｖｅと界磁電圧Ｖｆとの関係を示す図である。図１５は、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅの誘起電圧Ｖｅと界磁電圧Ｖｆとの関係を示す図である。図１６は、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅの界磁電圧Ｖｆの有無によるトルクＴと回転速度Ｎとの関係を示す図である。図１７は、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅの界磁電圧Ｖｆを変化させたときのトルクＴと回転速度Ｎとの関係を示す図である。

【0049】

図１５に示されるように、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅは、界磁電圧Ｖｆが低い場合は永久磁石８及び永久磁石９の磁束が支配的で、誘起電圧Ｖｅは略一定である。回転電機１ｄ及び１ｅは、界磁電圧Ｖｆを大きくすると、誘起電圧Ｖｅがピーク値になった後、図１４に示される実施形態１の回転電機１と同様に、界磁電圧Ｖｆが大きくなるにしたがって誘起電圧Ｖｅは小さくなる。実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅの方が、実施形態１に係る回転電機１よりも誘起電圧Ｖｅのピークが低くなる。これは、ステーター３ｄの突極３Ｔｄ又はローター２ｅの突極２Ｔｅに設けられた永久磁石８又は永久磁石９が、巻線３Ｃによって生成された界磁磁束にとっての磁気抵抗になっているからである。

【0050】

図１６には、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅの界磁電圧がＶｆａの場合のＮ−Ｔ曲線とＶｆｂの場合のＮ−Ｔ曲線とが示されている。Ｖｆａは０ボルトであり、Ｖｆａは０ボルトよりも大きい。回転電機１ｄ及び１ｅは、いずれも同様のＮ−Ｔ曲線となっている。すなわち、回転電機１ｄ及び１ｅは、永久磁石８及び永久磁石９による界磁磁束が発生するので、巻線３Ｃによる界磁による界磁磁束の有無に関わらず同様のＮ−Ｔ特性となっている。図１７に示されるように、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅは、界磁電圧がＶｆｃ、Ｖｆｄ、ＶｆｅＶｆｆの順に大きくなると、出力が増加する。このように、実施形態２に係る回転電機１ｄ及び１ｅは、実施形態１に係る回転電機１と同様の特性を示す。

【0051】

本実施形態の構成要素は、以下の実施形態でも、適宜組み合わせることが可能である。

【0052】

（実施形態３）
図１８は、実施形態３に係る回転電機１ｆを、その回転軸Ｚｒを通りかつ回転軸Ｚｒを含む平面で切った断面図である。回転電機１ｆは、実施形態１に係る回転電機１と同様であるが、第１ローター２ｆと、第２ローター７とを備える点が異なる。回転電機１ｆの他の構造は、実施形態１に係る回転電機１と同様である。

【0053】

第１ローター２ｆは、回転軸Ｚｒを中心として回転する。第１ローター２ｆは、本体部２Ｂｆと、複数の第１磁極２Ｔｆとを有する。複数の第１磁極２Ｔｆは、本体部２Ｂｆの表面２ＢＳｆから、回転軸Ｚｒと直交する方向に突出する。本実施形態において、ローター２は、１０個の第１磁極２Ｔｆを備えるが、第１磁極２Ｔｆの数は１０個に限定されない。第１ローター２ｆは、例えば、電磁鋼板を積層して製造される。

【0054】

第２ローター７は、複数の第２磁極７Ｔが環状に配列された構造体である。第２ローター７は、第１ローター２ｆの径方向外側に設けられて、回転軸Ｚｒを中心として回転する。第２ローター７が備える複数の第２磁極７Ｔの数は第１ローター２ｆが備える複数の第１磁極２Ｔｆの数よりも多く、本実施形態では２２個である。本実施形態において、複数の第２磁極７Ｔは、隣接する第２磁極７Ｔ同士が連結部材７Ｙによって連結されて、環状の構造体である第２ローター７を形成している。第２ローター７は、例えば、電磁鋼板を積層して製造される。回転電機１ｆが電動機として用いられる場合、回転電機１ｆの出力は、第２ローター７から取り出される。また、回転電機１ｆが発電機として用いられる場合、第２ローター７から回転電機１ｆに電力を発生させるための動力が入力される。

【0055】

ステーター３は、実施形態１に係る回転電機１と同様なので説明を省略する。ステーター３は、界磁磁束を発生させるための界磁信号と第１ローター２ｆ及び第２ローター７を３相の回転電機として駆動するための駆動信号とが重畳されて巻線３Ｃに入力される。回転電機１ｆは、実施形態１に係る回転電機１を制御する制御装置１００（図２参照）によって制御される。すなわち、回転電機１ｆは、６相のインバーター１０５によって制御される。

【0056】

直流電圧である界磁電圧と、３相の回転電機として回転電機１ｆを回転させるための電機子電圧とが重畳された上で、回転電機１ｆの各相に印加されることにより、回転電機１ｆの第１ローター２ｆは回転する。回転電機１ｆの第２ローター７は、回転電機１ｆの各相に与えられる界磁電圧による磁束を磁気ギアの磁力源として利用することで回転する。

【0057】

回転電機１ｆは、実施形態１の制御装置１００によって制御される。この場合、制御装置１００は、実施形態１の回転電機１を制御する処理と同様の処理によって回転電機１ｆを制御する。すなわち、制御装置１００は、回転電機１ｆに界磁磁束を発生させるための界磁信号と回転電機１ｆを３相の回転電機として駆動するための駆動信号とを重畳して回転電機１ｆの巻線３Ｃに出力する。

【0058】

第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆの数をｍ１、界磁磁束の次数をｋとすると、第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数は、ｍ１±ｋで求めることができる。同様に、第２ローター７の第２磁極７Ｔの数をｍ２、界磁磁束の次数をｋとすると、第２ローター７の第２磁極７Ｔが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数は、ｍ２±ｋで求めることができる。本実施形態では、ｍ１＝１０、ｍ２＝２２、ｋ＝６なので、第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数は４又は１０、第２ローター７の第２磁極７Ｔが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数は１６又は２８になる。

【0059】

図１９は、第１ローター２ｆの回転原理を説明するための図である。本実施形態において、第１ローター２ｆは、１０個の第１磁極２Ｔｆを有するので、パーミアンス分布は１０次になる（図１９の曲線ＰＤ）。前述したように、ステーター３は、１２個のスロット３Ｓと、１２個の突極３Ｔと、それぞれのスロット３Ｓに設けられる、図１８に示される巻線３Ｃとを備えている。ステーター３には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相、Ｄ相、Ｅ相及びＦ相に界磁電圧が印加されるので、界磁磁束は、６次になる（図１９の曲線ＬＭ）。第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数のうち小さい方は４次になる（図１９の曲線ＨＨ１）。ステーター３の各巻線３Ｃには、図１９の曲線ＲＭで示される４次の回転磁束をステーター３に発生させるための駆動電圧Ｖｖ、Ｖｕ、Ｖｗが印加される。このようにすることで、ステーター３が発生する４次の回転磁界と、第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する４次の高調波磁束とが同期して、第１ローター２ｆが回転する。

【0060】

図２０は、第２ローター７の回転原理を説明するための図である。本実施形態において、第２ローター７は、２２個の第２磁極７Ｔを有する。このため、第２ローター７の第２磁極７Ｔが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束の次数のうち小さい方は１６次になる（図２０の曲線ＨＬ）。ステーター３による界磁磁束は６次になる（図２０の曲線ＬＭ）。このようにすることで、第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する次数が大きい方の１６次の高調波磁束と、第２磁極７Ｔが界磁磁束を変調することによって発生する１６次の高調波磁束とが同期して、第２ローター７が回転する。

【0061】

回転電機１ｆを３相の回転電機として駆動するための駆動信号をステーター３の巻線３Ｃに与えたときに発生する電機子の磁束の次数をｐとすると、ｍ１＝ｋ＋ｐかつｍ２＝２×ｋ＋ｍ１となる。ｎ、ｐ、ｍ１、ｍ２及びｋは１以上の自然数である。ｐは、第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆが界磁磁束を変調することによって発生する高調波磁束のうち、小さい方である。第２ローター７は、第１ローター２ｆよりも低い回転速度で回転する。減速比をＧｒとすると、Ｇｒ＝ｍ２／ｍ１となる。

【0062】

（評価）
本実施形態の回転電機１ｆを評価した。評価に供した回転電機１ｆの仕様は、ステーター３が１２スロット、ステーター３の直径が２２０ｍｍ、厚みが７０ｍｍ、第１ローター２ｆの第１磁極２Ｔｆの数が１０、第２ローター７の第２磁極７Ｔの数が２２、巻線３Ｃは２０ターンで抵抗は０．０１５５Ωとした。回転電機１ｆの界磁磁束は６次、電機子の磁束（回転磁束）は４次とした。コンピュータによる電磁解析の数値シミュレーションにより、回転電機１ｆを評価した。回転電機１ｆの評価にあたり、まず、有限要素法に基づく回転電機１ｆの解析モデルを、例えばコンピュータを用いて作成した。次に、作成された解析モデルを、コンピュータを用いた電磁解析のシミュレーションによって回転させて、回転電機１ｆの回転速度Ｎ及びトルクＴ等の特性値を評価した。

【0063】

図２１は、第１ローター２ｆ及び第２ローター７の回転速度Ｎの時間変化を示す図である。図２１において、時間ｔ＝０は回転電機１ｆが回転を開始したタイミングを示す。時間ｔが経過するにしたがって、第１ローター２ｆ及び第２ローター７の回転速度Ｎは増加し、一定の値になる。第１ローター２ｆ及び第２ローター７の回転速度Ｎが一定になったとき、第１ローター２ｆの回転速度Ｎは毎分５７４３回転であり、第２ローター７の回転速度Ｎは毎分２６１０回転であった。このときの速度比、すなわち第１ローター２ｆの回転速度と第２ローター７の回転速度との比Ｇｒは２．２０であり、回転電機１ｆの減速比Ｇｒ＝ｍ２／ｍ１＝２２／１０＝２．２に等しい。この結果から、回転電機１ｆは理論通りに動作することが確認された。

【0064】

図２２は、実施形態３に係る回転電機１ｆの界磁電圧を変化させたときにおける回転速度ＮとトルクＴとの関係を示す図である。図２２は、界磁電圧がＶｆｇ、Ｖｆｈ、Ｖｆｉの順に大きくなっている。図２２示される結果から、回転電機１ｆは、界磁電圧を変化させることで、Ｎ−Ｔ特性が変化することが分かった。具体的には、界磁電圧を大きくすると、図２２に示されるＮ−Ｔ曲線の傾きが大きくなる、すなわち回転電機１ｆの出力が大きくなることが分かった。

【0065】

図２３は、実施形態３に係る回転電機１ｆの界磁電圧Ｖｆと最大伝達トルクＴｔとの関係を示す図である。図２３に示されるように、回転電機１ｆは、界磁電圧Ｖｆを変化させることで、最大伝達トルクＴｔが変化することが分かった。具体的には、界磁電圧Ｖｆを大きくすると、最大伝達トルクＴｔが大きくなることが分かった。最大伝達トルクＴｔは、第１ローター２ｆと第２ローター７との間で伝達される最大のトルクである。最大伝達トルクＴｔを超える大きさのトルクを伝達しようとすると、回転電機１ｆは、第１ローター２ｆと第２ローター７との間で滑りが発生する。このため、回転電機１ｆの巻線３Ｃに過電流が流れたり、回転電機１ｆに過大な負荷が作用したりすることが低減される。このように、回転電機１ｆは、トルクリミッタ機能を有する。

【0066】

以上、実施形態１、その変形例、実施形態２及び実施形態３について説明したが、前述した内容により実施形態１、変形例、実施形態２及び実施形態３が限定されるものではない。また、前述した実施形態１、その変形例、実施形態２及び実施形態３の構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、実施形態１、その変形例、実施形態２及び実施形態３の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換及び変更を行うことができる。

【符号の説明】

【0067】

１、１ａ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ 回転電機
２、２ａ、２ｂ ローター
２ｆ 第１ローター
２Ｂ 本体部
２ＢＳ 表面
２Ｔ 突極
２Ｔｆ 第１磁極
３、３ａ ステーター
３Ｋ ステーターコア
３Ｓ スロット
３Ｔ 突極
３Ｙ ヨーク
３Ｃ 巻線
３Ｃ 巻線
３Ｔ 突極
４ 出力シャフト
５ 回転角度センサ
７ 第２ローター
７Ｔ 第２磁極
１００ 制御装置
１０３ 制御部
１０５ インバーター
１０６ スイッチング素子
１０７ 直流電源
１１０ ＰＩ制御部
１１１ ３相逆ｄｑ変換部
１１２ ３相ｄｑ変換部
１１３ 界磁電圧生成部
１１４ ｄ軸電流生成部
１１５ ｑ軸電流生成部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】