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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2025037022
(43)【公開日】2025-03-17
(54)【発明の名称】回転電機
(51)【国際特許分類】
H02K 19/10 20060101AFI20250310BHJP
【ＦＩ】
H02K19/10 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023143735
(22)【出願日】2023-09-05
(71)【出願人】
【識別番号】523338495
【氏名又は名称】リーディングエッジ・モータ・デザイン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001793
【氏名又は名称】弁理士法人パテントボックス
(72)【発明者】
【氏名】中桐 則昭
【テーマコード（参考）】
5H619
【Ｆターム（参考）】
5H619AA01
5H619BB01
5H619BB06
5H619BB15
5H619BB22
5H619BB24
5H619PP05
5H619PP13
(57)【要約】
【課題】装置を大型化することなく高出力を実現可能な回転電機を提供すること。
【解決手段】
回転電機（１０）は、回転子（１１）と、固定子（１２）と、を備える。回転子（１１）は、回転軸（Ｃ）を中心に回転可能に設けられ、複数の突極（ＳＰｎ）それぞれが配置された複数の回転子コア（１１１ｎ）を備える。固定子（１２）は、回転子の周方向に設けられ、複数の巻線（Ｗｎ）それぞれが配置された複数の固定子コア（１２１ｎ）を備える。各突極が配置された各回転子コアは回転子の複数の極を形成し、各巻線が配置された各固定子コアは固定子の複数の極を形成する。固定子の極数（Ｐｓｎ）と回転子の極数（Ｐｒｎ）との比率はＰｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３である。
【選択図】図２Ａ
【解決手段】
回転電機（１０）は、回転子（１１）と、固定子（１２）と、を備える。回転子（１１）は、回転軸（Ｃ）を中心に回転可能に設けられ、複数の突極（ＳＰｎ）それぞれが配置された複数の回転子コア（１１１ｎ）を備える。固定子（１２）は、回転子の周方向に設けられ、複数の巻線（Ｗｎ）それぞれが配置された複数の固定子コア（１２１ｎ）を備える。各突極が配置された各回転子コアは回転子の複数の極を形成し、各巻線が配置された各固定子コアは固定子の複数の極を形成する。固定子の極数（Ｐｓｎ）と回転子の極数（Ｐｒｎ）との比率はＰｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３である。
【選択図】図２Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転電機（１０）であって、
回転軸（Ｃ）を中心に回転可能に設けられ、複数の突極（ＳＰｎ）それぞれが配置された複数の回転子コア（１１１ｎ）を備える回転子（１１）と、
前記回転子の周方向に設けられ、複数の巻線（Ｗｎ）それぞれが配置された複数の固定子コア（１２１ｎ）を備える固定子（１２）と、を備え、
各突極が配置された各回転子コアは前記回転子の複数の極を形成し、各巻線が配置された各固定子コアは前記固定子の複数の極を形成し、
前記固定子の極数（Ｐｓｎ）と前記回転子の極数（Ｐｒｎ）との比率が、Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３となるように構成されている、回転電機。
回転軸（Ｃ）を中心に回転可能に設けられ、複数の突極（ＳＰｎ）それぞれが配置された複数の回転子コア（１１１ｎ）を備える回転子（１１）と、
前記回転子の周方向に設けられ、複数の巻線（Ｗｎ）それぞれが配置された複数の固定子コア（１２１ｎ）を備える固定子（１２）と、を備え、
各突極が配置された各回転子コアは前記回転子の複数の極を形成し、各巻線が配置された各固定子コアは前記固定子の複数の極を形成し、
前記固定子の極数（Ｐｓｎ）と前記回転子の極数（Ｐｒｎ）との比率が、Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３となるように構成されている、回転電機。
【請求項2】
前記固定子の極数は８以上３２以下、かつ、前記回転子の極数は６以上２４以下の範囲となるように構成されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項3】
前記固定子は、前記各固定子コアを形成する第１の一対の環状構造部（１２ａ，１２ｂ）を有し、
前記各固定子コアは、前記回転子に対する第１の一対の極対向面（１２Ｓａ，１２Ｓｂ）を有するように構成されており、
前記回転子は、前記各回転子コアを形成する第２の一対の環状構造部（１１ａ，１１ｂ）を有し、
前記各回転子コアは、前記固定子に対する第２の一対の極対向面（１１Ｓａ，１１Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
前記各固定子コアは、前記回転子に対する第１の一対の極対向面（１２Ｓａ，１２Ｓｂ）を有するように構成されており、
前記回転子は、前記各回転子コアを形成する第２の一対の環状構造部（１１ａ，１１ｂ）を有し、
前記各回転子コアは、前記固定子に対する第２の一対の極対向面（１１Ｓａ，１１Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項１又は２に記載の回転電機。
【請求項4】
前記第１の一対の環状構造部は、第１環状構造部（１２ａ）と第２環状構造部（１２ｂ）とを有し、
前記各固定子コアは、前記第１環状構造部が有する第１コア部（１２１ａ）と前記第２環状構造部が有する第２コア部（１２１ｂ）とが回転軸方向（Ｙ）に連結され一体形成されており、
前記各巻線は、前記回転軸方向における前記第１コア部と前記第２コア部との間の所定の位置に配置されており、
前記各固定子コアは、前記回転子に対する前記第１の一対の極対向面として、前記第１コア部が有する前記回転子への対向面である第１極対向面（１２Ｓａ）、及び、前記第２コア部が有する前記回転子への対向面である第２極対向面（１２Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項３に記載の回転電機。
前記各固定子コアは、前記第１環状構造部が有する第１コア部（１２１ａ）と前記第２環状構造部が有する第２コア部（１２１ｂ）とが回転軸方向（Ｙ）に連結され一体形成されており、
前記各巻線は、前記回転軸方向における前記第１コア部と前記第２コア部との間の所定の位置に配置されており、
前記各固定子コアは、前記回転子に対する前記第１の一対の極対向面として、前記第１コア部が有する前記回転子への対向面である第１極対向面（１２Ｓａ）、及び、前記第２コア部が有する前記回転子への対向面である第２極対向面（１２Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項３に記載の回転電機。
【請求項5】
前記第２の一対の環状構造部は、第３環状構造部（１１ａ）と第４環状構造部（１１ｂ）とを有し、
前記各回転子コアは、前記第３環状構造部が有する第３コア部（１１１ａ）と前記第４環状構造部が有する第４コア部（１１１ｂ）とが回転軸方向（Ｙ）に連結され一体形成されており、
前記各突極は、前記第３コア部及び前記第４コア部それぞれの所定の位置に配置されており、
前記各回転子コアは、前記固定子に対する前記第２の一対の極対向面として、前記第３コア部が有する前記固定子への対向面である第３極対向面（１１Ｓａ）、及び、前記第４コア部が有する前記固定子への対向面である第４極対向面（１１Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項３又は４に記載の回転電機。
前記各回転子コアは、前記第３環状構造部が有する第３コア部（１１１ａ）と前記第４環状構造部が有する第４コア部（１１１ｂ）とが回転軸方向（Ｙ）に連結され一体形成されており、
前記各突極は、前記第３コア部及び前記第４コア部それぞれの所定の位置に配置されており、
前記各回転子コアは、前記固定子に対する前記第２の一対の極対向面として、前記第３コア部が有する前記固定子への対向面である第３極対向面（１１Ｓａ）、及び、前記第４コア部が有する前記固定子への対向面である第４極対向面（１１Ｓｂ）を有するように構成されている、請求項３又は４に記載の回転電機。
【請求項6】
前記各巻線は、前記各固定子コアにおける回転軸方向（Ｙ）の中央に位置するように配置されている、請求項１に記載の回転電機。
【請求項7】
前記固定子は、前記各固定子コアに配置される前記各巻線が、周方向（Ａ）において、同じ向き接続され、前記各巻線に、４相の各相の電流が流れ励磁されると、磁界の向きが同じになるように構成されており、
４相のうちの２つの相の電流が同時に供給される２相同時励磁が実行されることにより、前記各固定子コアの極の性質が切り替わるように構成されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転電機。
４相のうちの２つの相の電流が同時に供給される２相同時励磁が実行されることにより、前記各固定子コアの極の性質が切り替わるように構成されている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項8】
前記２相同励磁は、第１相の電流と第２相の電流とが同時に供給される第１同時励磁、前記第２相の電流と第３相の電流とが同時に供給される第２同時励磁、前記第３相の電流と第４相の電流とが同時に供給される第３同時励磁、及び、前記第４相の電流と前記第１相の電流とが同時に供給される第４同時励磁、を含み、
前記第１同時励磁、前記第２同時励磁、前記第３同時励磁、前記第４同時励磁の順に同時励磁が実行されることにより、前記各固定子コアの前記極の前記性質が切り替わるように構成されている、請求項７に記載の回転電機。
前記第１同時励磁、前記第２同時励磁、前記第３同時励磁、前記第４同時励磁の順に同時励磁が実行されることにより、前記各固定子コアの前記極の前記性質が切り替わるように構成されている、請求項７に記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、回転電機に関する。
【背景技術】
【0002】
回転電機（electric motor）に関する技術は、グリーンイノベーションに関する技術テーマの１つとして注目されている。現在では、トルクを発生させるための異なる特徴を有する複数種の回転電機が存在する。例えば回転子に強磁性体を用いるスイッチトリラクタンスモータがある（特許文献１参照）。そのため、社会に対する回転電機の適用範囲も広がり、様々な産業分野で活用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１０３９５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
回転電機では、トルクの増大（高出力の実現）が望まれる。トルクを増大する方法は、例えば固定子が有する極を増加させる方法（多極化方法）などが挙げられる。しかしながら、これまでの方法では、回転電機が大型化する可能性があり、トルクが増大できたとしても、回転電機の適用範囲が狭まり、改善の余地がある。回転電機を社会の様々な場面で活用することを考慮すると、回転電機を大型化することなく、トルクを増加できることが望まれている。
【0005】
本発明は、装置を大型化することなく高出力を実現可能な回転電機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明は上記課題を解決するために以下の技術的手段を採用する。特許請求の範囲及びこの項に記載した括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施の形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。よって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【0007】
本発明の一態様である回転電機（１０）は、回転子（１１）と、固定子（１２）と、を備える。回転子（１１）は、回転軸（Ｃ）を中心に回転可能に設けられ、複数の突極（ＳＰｎ）それぞれが配置された複数の回転子コア（１１１ｎ）を備える。固定子（１２）は、回転子の周方向に設けられ、複数の巻線（Ｗｎ）それぞれが配置された複数の固定子コア（１２１ｎ）を備える。各突極が配置された各回転子コアは回転子の複数の極を形成し、各巻線が配置された各固定子コアは固定子の複数の極を形成する。回転電機は、固定子の極数（Ｐｓｎ）と回転子の極数（Ｐｒｎ）との比率が、Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３となるように構成されている。
【発明の効果】
【0008】
本発明の一態様によれば、大型化することなく高出力を実現可能な回転電機を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以降に、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。
【0011】
＜第１実施形態＞
図１は、本実施形態に係る回転電機１０の概略構成図である。本実施形態に係る回転電機１０は、回転速度が電圧と起電力とのバランスで決まる直流モータ（direct-current motor）である。直流モータは、直流電源から直流電流が入力されることで回転する電動機である。図１に示すように、回転電機１０は、主に、回転子（ロータ：rotor）１１、固定子（ステータ：stator）１２、出力シャフト１３、及び収容ケース１４で構成されている。回転子１１は、永久磁石（permanent magnet）を有していない。回転子１１は、強磁性の鉄芯のみで構成されている。よって、回転電機１０は、界磁に磁石を設けず、リラクタンス（磁気抵抗）が異なる極形状とし、突極性によるトルクを得る構造のリラクタンスモータ（ＲＭ：reluctance motor）である。回転力は巻線によって生み出される磁界による吸引力で生み出される。よって、回転電機１０は、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ：switched reluctance motor)に相当する。回転子１１は、出力シャフト１３に固定されている。回転子１１は、回転駆動による回転力を、出力シャフト１３を介して、駆動対象の負荷に出力する。固定子１２は、回転子１１を回転させる力を付与するため、回転子１１の周方向に設けられている。固定子１２は、複数の電気子巻線Ｗｎ（以降、便宜上「巻線Ｗｎ」という）を有している。複数の巻線Ｗｎは、固定子１２に所定の間隔で配置されている。固定子１２は、ブラケット（bracket：非図示）を介して、収容ケース１４に固定されている。出力シャフト１３は、ベアリング（bearing：非図示）によって支持されている。ベアリングは、収容ケース１４によって支持されている。この構成によれば、本実施形態に係る回転電機１０では、固定子１２の各巻線Ｗｎに多相電流を流したとき（励磁したとき）、多相電流の周波数で決まる回転速度（すなわち同期速度）で回転する回転磁界が発生する。その結果、回転子１１は、発生した回転磁界によって吸引され回転する。なお、図１は、回転子１１の回転軸Ｃの方向を参照符号Ｙで示し、当該回転軸Ｃに対する垂直方向を参照符号Ｚで示し、当該回転軸Ｃに対する水平方向を参照符号Ｘで示している。この三次元方向については、以降の説明においても同様の意味で用いられる。
図１は、本実施形態に係る回転電機１０の概略構成図である。本実施形態に係る回転電機１０は、回転速度が電圧と起電力とのバランスで決まる直流モータ（direct-current motor）である。直流モータは、直流電源から直流電流が入力されることで回転する電動機である。図１に示すように、回転電機１０は、主に、回転子（ロータ：rotor）１１、固定子（ステータ：stator）１２、出力シャフト１３、及び収容ケース１４で構成されている。回転子１１は、永久磁石（permanent magnet）を有していない。回転子１１は、強磁性の鉄芯のみで構成されている。よって、回転電機１０は、界磁に磁石を設けず、リラクタンス（磁気抵抗）が異なる極形状とし、突極性によるトルクを得る構造のリラクタンスモータ（ＲＭ：reluctance motor）である。回転力は巻線によって生み出される磁界による吸引力で生み出される。よって、回転電機１０は、スイッチトリラクタンスモータ（ＳＲＭ：switched reluctance motor)に相当する。回転子１１は、出力シャフト１３に固定されている。回転子１１は、回転駆動による回転力を、出力シャフト１３を介して、駆動対象の負荷に出力する。固定子１２は、回転子１１を回転させる力を付与するため、回転子１１の周方向に設けられている。固定子１２は、複数の電気子巻線Ｗｎ（以降、便宜上「巻線Ｗｎ」という）を有している。複数の巻線Ｗｎは、固定子１２に所定の間隔で配置されている。固定子１２は、ブラケット（bracket：非図示）を介して、収容ケース１４に固定されている。出力シャフト１３は、ベアリング（bearing：非図示）によって支持されている。ベアリングは、収容ケース１４によって支持されている。この構成によれば、本実施形態に係る回転電機１０では、固定子１２の各巻線Ｗｎに多相電流を流したとき（励磁したとき）、多相電流の周波数で決まる回転速度（すなわち同期速度）で回転する回転磁界が発生する。その結果、回転子１１は、発生した回転磁界によって吸引され回転する。なお、図１は、回転子１１の回転軸Ｃの方向を参照符号Ｙで示し、当該回転軸Ｃに対する垂直方向を参照符号Ｚで示し、当該回転軸Ｃに対する水平方向を参照符号Ｘで示している。この三次元方向については、以降の説明においても同様の意味で用いられる。
【0012】
本発明は、従来の回転電機に対して、高い容積率を実現する構造及び制御方法を提案するものである。本発明で言う、高い容積率とは、従来の回転電機（比較対象）と同じ大きさであっても、比較対象よりも高出力を実現するという意味である。換言すると、回転電機を大型化することなく高出力を実現することができることを意味する。また、出力が同じであれば、回転電機を小型化することができることを意味する。回転電機の出力コストは、容積に比例するため、高い容積率の実現は、回転電機の出力コストを低減することにつながる。本発明者は、これらの点に鑑み、鋭意検討を行った。その結果、発明者は、上記点を実現する方法として、（i）：固定子１２の極数を増やすことなく最大トルクが発生するトルクポイント（以降、便宜上「最大トルクポイント」という）が従来構成より多くなる構成、（ii）：トルクを生み出す固定子１２の極対向面（回転子１１に対する極対向面）の面積が従来構成より広くなる構成、（iii）：励磁したときに発生する三次元磁路（特に横方向磁束：transverse flux）を活用する構成、及び、（iv）：当該構成に基づく四相電流による制御を考案した。
【0013】
一般的に、固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとの比率は３：２の関係を有している。これに対して、本発明では、固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとの比率が４：３の関係を有する構成を採用し、固定子１２の極数Ｐｓｎを増やすことなく最大トルクポイントを従来構成の１．１２５倍となるようにしている。また、本発明では、回転子１１において、トルクを生み出す固定子１２の極対向面を２面有する構成を採用し、極対向面の面積を従来構成の２倍となるようにしている。さらに、本発明では、固定子１２を励磁したときに、固定子１２と回転子１１との間に横方向磁束を用いた三次元磁路が発生する構成を採用している。さらに、本発明では、四相電流による制御を実施し、その中で、二相電流を同時励磁する特定の制御を実施する構成を採用し、入力を増大させている。この構成により、本発明では、従来よりも高い容積率を実現し、同じ大きさで高出力の回転電機（同じ出力で小型の回転電機）を提供する。
【0014】
（固定子と回転子）
図２Ａ，２Ｂには、本実施形態に係る回転電機１０の回転軸Ｃ（回転子１１の回転軸Ｃ）に対する垂直方向Ｚの断面図が示されている。図２Ａは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との概略構成を示すＡ－Ａ断面図である。図２Ｂは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との概略構成を示すＢ－Ｂ断面図である。なお、図２は、回転電機１０の周方向を参照符号Ａで示し、当該電機の径方向を参照符号Ｂで示している。周方向及び径方向については、以降の説明においても同様の意味で用いられる。
図２Ａ，２Ｂには、本実施形態に係る回転電機１０の回転軸Ｃ（回転子１１の回転軸Ｃ）に対する垂直方向Ｚの断面図が示されている。図２Ａは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との概略構成を示すＡ－Ａ断面図である。図２Ｂは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との概略構成を示すＢ－Ｂ断面図である。なお、図２は、回転電機１０の周方向を参照符号Ａで示し、当該電機の径方向を参照符号Ｂで示している。周方向及び径方向については、以降の説明においても同様の意味で用いられる。
【0015】
図２Ａ，２Ｂには、本実施形態の構成が有する特有の極数の比率（Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３（＝２：１．５））を明示するため、回転子１１の極数Ｐｒｎ：１８に対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：２４の例が示されている。図２Ｂに示すように、固定子１２は、各巻線Ｗｎを配置するための所定の空間ＷＳ（以降、便宜上「コイルスペース」という）が設けられている複数（２４個）の固定子コア１２１ｎ（１２１１－１２１２４）を有している。よって、各固定子コア１２１ｎは、第１極形成部に相当する。各固定子コア１２１ｎは、固定子１２において周方向Ａに所定の間隔で（所定の位置に）配置されている（環状形成されている）。極数が２４個の場合、各固定子コア１２１ｎ（固定子１２の極）は、回転軸Ｃを基準とする中心角１５°（＝３６０°／２４）の範囲に配置されている。本実施形態の構成では、固定子１２の極数Ｐｓｎは、所定の計算式１［３６０°／（固定子コア１２１ｎの中心角×１．５）］によって算出可能である。よって、各固定子コア１２１ｎの周方向Ａの幅（固定子１２の極幅）は、中心角１０°（＝３６０°／２４／１．５）である。隣接する２つの固定子コア１２１ｎ同士の周方向Ａの間隔は、中心角５°（＝１５°－５°）となる。また、径方向Ｂにおける固定子１２と回転子１１との間には、固定子１２が周囲に設けられた状態で回転子１１が回転可能な隙間が設けられている。各固定子コア１２１ｎは、回転軸Ｃを基準に内側（回転子１１側）から外側に向けて延在して形成されている。よって、各固定子コア１２１ｎの径方向Ｂの第１端は、回転電機１０の外側に位置し、径方向Ｂの第２端は、回転子１１に対する極対向面１２Ｓに位置する。
【0016】
上述したように、各固定子コア１２１ｎには、コイルスペースＷＳに巻線Ｗｎが配置されており、当該巻線Ｗｎに電流が流れることで励磁される。その結果、各固定子コア１２１ｎは、所定の磁界を形成する。また、各固定子コア１２１ｎの巻線Ｗｎには、四相電流の各相の直流電流が流れる。各巻線Ｗｎには、４つごとに同じ相の直流電流が流れるように接続されている。四相電流の各相（９０°ずつ位相がずれている４つの相）をＩ相、ＩＩ相、ＩＩＩ相、及びＩＶ相とすると、各巻線Ｗｎには、Ｉ相、ＩＩ相、ＩＩＩ相、ＩＶ相の各相が周方向Ａに順に割り当てられている。図２Ａには、Ｉ相の直流電流が流れる各固定子コア１２１Ｉ（ｎ）、ＩＩ相の直流電流が流れる各固定子コア１２１ＩＩ（ｎ）、ＩＩＩ相の直流電流が流れる各固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）、ＩＶ相の直流電流が流れる各固定子コア１２１ＩＶ（ｎ）、が、周方向Ａに順に割り当てられた固定子１２の一例が示されている。
【0017】
図２Ｂに示すように、固定子１２は、第１環状構造部１２ａと第２環状構造部１２ｂとを有している。ここで言う環状構造部１１ａ，１１ｂは、例えば平面形状かつ環状である、所定の厚さを有する鋼板などが一例として挙げられる。各固定子コア１２１ｎは、第１環状構造部１２ａが有する第１コア部１２１ａと第２環状構造部１２ｂが有する第２コア部１２１ｂとが連結部１２１ｃを介して回転軸方向Ｙに連結され一体形成されている。第１コア部１２１ａと第２コア部１２１ｂとの間の空間が、巻線Ｗｎが配置されるコイルスペースＷＳに相当する。換言すると、巻線Ｗｎの導線は、連結部１２１ｃに巻き付けられる。これにより、巻線Ｗｎは、固定子コア１２１ｎにおける回転軸方向Ｙの略中央に位置する。また、第１環状構造部１２ａが有する第１コア部１２１ａは、所定の厚さを有する凸部１２２ａを介して側板１２３ａに固定されている。第２環状構造部１２ｂが有する第２コア部１２１ｂは、所定の厚さを有する凸部１２２ｂを介して側板１２３ｂに固定されている。このように、固定子１２は、第１の一対の環状構造部（ツインリング）を一体形成して構成されている。この構成によれば、各固定子コア１２１ｎは、回転子１１に対する極対向面１２Ｓとして、第１コア部１２１ａが有する回転子１１への対向面である第１極対向面１２Ｓａ、及び、第２コア部１２１ｂが有する回転子１１への対向面である第２極対向面１２Ｓｂの、第１の一対の極対向面（２面）を有している。このように、本実施形態に係る回転電機１０では、トルクを生み出す固定子１２の極対向面１２Ｓの面積が従来構成よりも広くなる（２倍となる）ように構成されている。
【0018】
図２Ａに示すように、回転子１１は、鋼板からなる強磁性の鉄芯を有し、当該鉄芯に複数の突極ＳＰｎを形成する（複数の突起が設けられた）複数（１８個）の回転子コア１１１ｎ（１１１１－１１１１８）を有している。よって、各回転子コア１１１ｎは、第２極形成部に相当する。各回転子コア１１１ｎは、回転子１１において周方向Ａに所定の間隔で回転子本体１１ｍｂに配置されている（環状形成されている）。極数が１８個の場合、各回転子コア１１１ｎ（回転子１１の極）は、回転軸Ｃを基準とする中心角２０°（＝３６０°／１８）の範囲に配置されている。本実施形態の構成では、回転子１１の極数Ｐｒｎは、所定の計算式２［３６０°／（回転子コア１１１ｎの中心角×２）］によって算出可能である。よって、各回転子コア１１１ｎの周方向Ａの幅（回転子１１の極幅）は、中心角１０°（＝３６０°／１８／２）である。隣接する２つの回転子コア１１１ｎ同士の周方向Ａの間隔は、中心角１０°（＝２０°－１０°）となる。換言すると、各突極ＳＰｎの周方向Ａの幅（回転子１１の極幅）は、中心角１０°（＝２０°－１０°）に相当する。また、各回転子コア１１１ｎは、回転軸Ｃを基準に外側（固定子１２側）から内側に向けて延在して形成されている。よって、各回転子コア１１１ｎの径方向Ｂの第１端は、回転電機１０の内側に位置し、径方向Ｂの第２端は、固定子１２に対する極対向面１１Ｓに位置する。
【0019】
図２Ｂに示すように、回転子１１は、第３環状構造部１１ａと第４環状構造部１１ｂとを有している。ここで言う環状構造部１１ａ，１１ｂは、例えば平面形状かつ環状である、所定の厚さを有する鋼板などが一例として挙げられる。各回転子コア１１１ｎは、第３環状構造部１１ａが有する第３コア部１１１ａと第４環状構造部１１ｂが有する第４コア部１１１ｂとが連結部１１１ｃを介して回転軸方向Ｙに連結され回転子本体１１ｍｂに一体形成されている。第３コア部１１１ａ及び第４コア部１１１ｂそれぞれが、突極ＳＰｎが形成される強磁性の部位を有している。換言すると、１つの回転子コア１１１ｎに、第１突極ＳＰａ及び第２突極ＳＰｂの２つの突極ＳＰｎが形成される。このように、回転子１１は、第２の一対の環状構造部（ツインリング）を一体形成して構成されている。この構成によれば、各回転子コア１１１ｎは、固定子１２に対する極対向面１１Ｓとして、第３コア部１１１ａが有する固定子１２への対向面である第３極対向面１１Ｓａ、及び、第４コア部１１１ｂが有する固定子１２への対向面である第４極対向面１１Ｓｂの、第２の一対の極対向面（２面）を有している。
【0020】
このように、本実施形態に係る回転電機１０は、回転子コア１１１ｎの数に対して固定子コア１１２ｎの数が約１．３３倍であり、固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとが４：３（＝２：１．５）の関係を有する構成となっている。この構成によれば、固定子１２の極数Ｐｓｎを増やすことなく最大トルクポイントが従来構成よりも多くなる。換言すると、本実施形態の構成では、固定子１２の極数Ｐｓｎを増やすことなく回転子１１の極数Ｐｒｎを増やし、最大トルクポイントを従来構成よりも多くした。例えば、固定子１２の極数Ｐｓｎが２４個の場合、本実施形態の構成では、回転子１１の極数Ｐｒｎは１８個であるのに対して、固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとが３：２の関係を有する従来構成では、回転子１１の極数Ｐｒｎは１６個である。換言すると、本実施形態の構成は、最大トルクポイントが従来構成よりも１．１２５倍（＝１８／１６）に増加する。よって、本実施形態の構成は、従来構成より大きいトルクが得られる。
【0021】
また、本実施形態に係る回転電機１０では、各固定子コア１２１ｎが、回転子１１に対する２つの極対向面１２Ｓ（第１極対向面１２Ｓａ及び第２極対向面１２Ｓｂ）を有し、各回転子コア１１１ｎが、固定子１２に対する２つの極対向面１１Ｓ（第３極対向面１１Ｓａ及び第４極対向面１１Ｓｂ）を有する構成となっている。この構成によれば、トルクを生み出す固定子１２の極対向面１２Ｓの面積は従来構成よりも広くなる。本実施形態の構成では、極対向面を２面有する。一方、従来構成では、極対向面は１面である。よって、本実施形態の構成は、従来構成より２倍のトルクが得られる。
【0022】
以上のように、本実施形態に係る回転電機１０は、装置の大きさを維持したまま、トルクの増大を図ることができる。換言すると、同じ大きさの回転電機であれば、高い容積率を実現することができる。
【0023】
（極形成部）
図３は、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部が有する巻線部位の形状を示す図である。上述したように、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部は、各固定子コア１２１ｎである。各固定子コア１２１ｎは、各巻線Ｗｎを配置する部位（巻線部位）を有しており、固定子コア１２１ｎの連結部１２１ｃが当該部位に相当する。巻線部位の垂直断面（回転軸Ｃに対する垂直断面）の形状は、矩形形状でなくてもよい。図３に示すように、例えば台形形状であってもよい。台形形状の場合、巻線部位は、回転軸Ｃに近い辺の長さよりも遠い辺の長さが長い。換言すると、台形形状の巻線部位は、径方向Ｂに広がっている。図４は、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部の形状を示す図である。本実施形態に係る固定子コア１２１ｎは、回転子１１に対する極対向面１２Ｓが直線形状でなくてもよい。図４に示すように、例えば円弧形状であってもよい。
図３は、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部が有する巻線部位の形状を示す図である。上述したように、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部は、各固定子コア１２１ｎである。各固定子コア１２１ｎは、各巻線Ｗｎを配置する部位（巻線部位）を有しており、固定子コア１２１ｎの連結部１２１ｃが当該部位に相当する。巻線部位の垂直断面（回転軸Ｃに対する垂直断面）の形状は、矩形形状でなくてもよい。図３に示すように、例えば台形形状であってもよい。台形形状の場合、巻線部位は、回転軸Ｃに近い辺の長さよりも遠い辺の長さが長い。換言すると、台形形状の巻線部位は、径方向Ｂに広がっている。図４は、本実施形態に係る固定子１２の第１極形成部の形状を示す図である。本実施形態に係る固定子コア１２１ｎは、回転子１１に対する極対向面１２Ｓが直線形状でなくてもよい。図４に示すように、例えば円弧形状であってもよい。
【0024】
また、固定子１２及び回転子１１の各極形成部（第１及び第２極形成部）は、各固定子コア１２１ｎ及び各固定子コア１１１ｎである。これらの部位は、例えば珪素鋼板だけでなく、珪素の含有有無に関係ない電磁鋼板を積層して構成してもよい。
【0025】
（コイルスペース）
コイルスペースＷＳは、所定の電流により必要な起磁力を確保できる巻線Ｗｎを配置する空間として、各固定子コア１２１ｎに設けられている。コイルスペースＷＳを大きくする場合には、全体長の延長や容積の増大を抑制するという観点から、コイルスペースＷＳを、回転電機１０の回転軸方向Ｙに沿って横長に設けることが好ましい。
コイルスペースＷＳは、所定の電流により必要な起磁力を確保できる巻線Ｗｎを配置する空間として、各固定子コア１２１ｎに設けられている。コイルスペースＷＳを大きくする場合には、全体長の延長や容積の増大を抑制するという観点から、コイルスペースＷＳを、回転電機１０の回転軸方向Ｙに沿って横長に設けることが好ましい。
【0026】
（横方向磁束を利用した三次元磁路）
図５Ａ，図５Ｂは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを示す図（その１とその２）である。図５Ａには、回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを回転電機１０の回転軸Ｃに対する水平方向Ｘから見た場合の一例が示されている。図５Ｂには、回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを回転電機１０の回転軸方向Ｙから見た場合の一例が示されている。回転子１１と固定子１２とは、図５Ａ，図５Ｂに示すような環状の三次元磁路ＭＰが発生するように構成されている。このような三次元磁路ＭＰを発生させるためには、まず、横方向磁束（回転軸方向磁束）の発生が必要となる。そこで、回転電機１０では、固定子１２に設置される各巻線Ｗｎが、各固定子コア１２１ｎの回転軸方向Ｙにおいて略中央に位置するように構成されている。これにより、回転電機１０では、固定子１２の巻線Ｗｎに電流が流れたときに、回転軸方向Ｙの磁束、すなわち横方向磁束が発生する。さらに、上記三次元磁路ＭＰを発生させるためには、縦方向磁束と横方向磁束とを用いた環状磁路を形成する必要がある。そこで、回転電機１０では、固定子１２に設置される各巻線Ｗｎが、回転子１１に設置される２つの突極ＳＰｎの間に位置するように設けられ、かつ、固定子１２の極と回転子１１の極とが対向するように構成されている。これにより、回転電機１０では、１つの回転子コア１１１ｎにおいて、２つの突極ＳＰｎ（第１突極ＳＰａ及び第２突極ＳＰｂ）の磁界の向き（Ｓ極とＮ極との位置）が逆になる。なお、図５Ｂに示すように、固定子１２では、各巻線Ｗｎを同じ向きに接続する構成により、周方向Ａにおいて、磁界の向きが同じである。このように、回転電機１０では、固定子１２で発生する磁界の向きが一定であることにより、磁界の向きの変化によるエネルギー損失（ヒステリシス損）が発生しない。
図５Ａ，図５Ｂは、本実施形態に係る回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを示す図（その１とその２）である。図５Ａには、回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを回転電機１０の回転軸Ｃに対する水平方向Ｘから見た場合の一例が示されている。図５Ｂには、回転子１１と固定子１２との間に発生する磁路ＭＰを回転電機１０の回転軸方向Ｙから見た場合の一例が示されている。回転子１１と固定子１２とは、図５Ａ，図５Ｂに示すような環状の三次元磁路ＭＰが発生するように構成されている。このような三次元磁路ＭＰを発生させるためには、まず、横方向磁束（回転軸方向磁束）の発生が必要となる。そこで、回転電機１０では、固定子１２に設置される各巻線Ｗｎが、各固定子コア１２１ｎの回転軸方向Ｙにおいて略中央に位置するように構成されている。これにより、回転電機１０では、固定子１２の巻線Ｗｎに電流が流れたときに、回転軸方向Ｙの磁束、すなわち横方向磁束が発生する。さらに、上記三次元磁路ＭＰを発生させるためには、縦方向磁束と横方向磁束とを用いた環状磁路を形成する必要がある。そこで、回転電機１０では、固定子１２に設置される各巻線Ｗｎが、回転子１１に設置される２つの突極ＳＰｎの間に位置するように設けられ、かつ、固定子１２の極と回転子１１の極とが対向するように構成されている。これにより、回転電機１０では、１つの回転子コア１１１ｎにおいて、２つの突極ＳＰｎ（第１突極ＳＰａ及び第２突極ＳＰｂ）の磁界の向き（Ｓ極とＮ極との位置）が逆になる。なお、図５Ｂに示すように、固定子１２では、各巻線Ｗｎを同じ向きに接続する構成により、周方向Ａにおいて、磁界の向きが同じである。このように、回転電機１０では、固定子１２で発生する磁界の向きが一定であることにより、磁界の向きの変化によるエネルギー損失（ヒステリシス損）が発生しない。
【0027】
本実施形態に係る回転電機１０は、上記特徴を有する三次元磁路ＭＰを形成し、四相電流による制御を実施することで、リラクタンストルクＴｒを制御する。さらに、回転電機１０は、四相制御のうち、二相電流を同時励磁し入力を増大することで、さらなるトルクの増大を図ることができる。換言すると、同じ大きさの回転電機であれば、より高い容積率を実現することができる。なお、リラクタンストルクＴｒは、固定子１２の回転磁界による極と回転子１１の突極との吸引力だけによって発生するトルクである。
【0028】
（四相制御［二相電流の同時励磁制御］）
本実施形態に係る回転電機１０は、上記構成の制御手段として、四相制御（四相電流による制御）を採用している。図６は、本実施形態に係る回転電機１０の制御システム１（駆動回路）を示す図である。図６に示すように、制御システム１は、主にスイッチング回路２、ゲートブリッジ回路３、及び電源４を備えている。スイッチング回路２は、例えば、８つのスイッチング素子Ｓｎ（Ｓ１－Ｓ８）と８つの循環ダイオードＤｎ（Ｄ１－Ｄ８）とを有するブリッジ回路（インバータ）である。当該ブリッジ回路は、４つのハーフブリッジ回路により構成される。ハーフブリッジ回路は、１つのスイッチング素子Ｓｎと当該素子と逆並列に接続された１つの循環ダイオードＤｎとにより構成されるアームを２つ備える１つのレグで構成される。スイッチング回路２では、電源４が、各スイッチング素子Ｓｎのオン・オフの切替えにより、電流を流す巻線Ｗｎが切り替えられる。ゲートブリッジ回路３は、スイッチング回路２の各スイッチング素子Ｓｎの駆動を制御する回路である。ゲートブリッジ回路３は、各スイッチング素子Ｓｎにオン又はオフの命令（制御信号）を送信することで当該素子の駆動を制御する。
本実施形態に係る回転電機１０は、上記構成の制御手段として、四相制御（四相電流による制御）を採用している。図６は、本実施形態に係る回転電機１０の制御システム１（駆動回路）を示す図である。図６に示すように、制御システム１は、主にスイッチング回路２、ゲートブリッジ回路３、及び電源４を備えている。スイッチング回路２は、例えば、８つのスイッチング素子Ｓｎ（Ｓ１－Ｓ８）と８つの循環ダイオードＤｎ（Ｄ１－Ｄ８）とを有するブリッジ回路（インバータ）である。当該ブリッジ回路は、４つのハーフブリッジ回路により構成される。ハーフブリッジ回路は、１つのスイッチング素子Ｓｎと当該素子と逆並列に接続された１つの循環ダイオードＤｎとにより構成されるアームを２つ備える１つのレグで構成される。スイッチング回路２では、電源４が、各スイッチング素子Ｓｎのオン・オフの切替えにより、電流を流す巻線Ｗｎが切り替えられる。ゲートブリッジ回路３は、スイッチング回路２の各スイッチング素子Ｓｎの駆動を制御する回路である。ゲートブリッジ回路３は、各スイッチング素子Ｓｎにオン又はオフの命令（制御信号）を送信することで当該素子の駆動を制御する。
【0029】
具体的には、スイッチング回路２は、ゲートブリッジ回路３から、スイッチング素子Ｓ１とＳ４に対してオン信号、スイッチング素子Ｓ２とＳ３に対してオフ信号が送信された場合、電源４→スイッチング素子Ｓ１→回転電機１０→スイッチング素子Ｓ４→電源４の第１回路を形成する。スイッチング回路２は、ゲートブリッジ回路３から、スイッチング素子Ｓ２とＳ３に対してオン信号、スイッチング素子Ｓ１とＳ４に対してオフ信号が送信された場合、電源４→スイッチング素子Ｓ３→回転電機１０→スイッチング素子Ｓ２→電源４の第２回路を形成する。スイッチング回路２は、ゲートブリッジ回路３から、スイッチング素子Ｓ５とＳ８に対してオン信号、スイッチング素子Ｓ６とＳ７に対してオフ信号が送信された場合、電源４→スイッチング素子Ｓ５→回転電機１０→スイッチング素子Ｓ８→電源４の第３回路を形成する。スイッチング回路２は、ゲートブリッジ回路３から、スイッチング素子Ｓ６とＳ７に対してオン信号、スイッチング素子Ｓ５とＳ８に対してオフ信号が送信された場合、電源４→スイッチング素子Ｓ７→回転電機１０→スイッチング素子Ｓ６→電源４の第４回路を形成する。形成された４つの回路には、所定の電圧が出力されれば、直流電流が流れる。このように、回転電機１０では、各スイッチング素子Ｓｎを制御することで、４つの回路を形成し、四相電流を制御できる。
【0030】
また、回転電機１０では、４つの回路のうち、２つの回路を用いて、二相電流の同時励磁を制御できる。具体的には、まず、回転電機１０は、スイッチング回路２が第１回路を形成し、第１回路にＩ相の電流を流すことで、Ｉ相に割り当てられた各固定子コア１２１Ｉ（ｎ）の各巻線Ｗｎが励磁される。次に、回転電機１０は、スイッチング回路２が第３回路を形成し、第３回路にＩＩ相の電流を流すことで、ＩＩ相に割り当てられた各固定子コア１２１ＩＩ（ｎ）の各巻線Ｗｎが励磁される。次に、回転電機１０は、スイッチング回路２が第２回路を形成し、第２回路にＩＩＩ相の電流を流すことで、ＩＩＩ相に割り当てられた各固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）の各巻線Ｗｎが励磁される。次に、回転電機１０は、スイッチング回路２が第４回路を形成し、第４回路にＩＶ相の電流を流すことで、ＩＶ相に割り当てられた各固定子コア１２１ＩＶ（ｎ）の各巻線Ｗｎが励磁される。
【0031】
図７は、本実施形態に係る回転電機１０の制御例を示す図である。本実施形態に係る回転電機１０は、上記構成の制御システム１により四相制御される。さらに、二相同時励磁制御される。制御システム１は、スイッチング素子Ｓｎの切り替え制御によって、電源４から各固定子コア１２１ｎに流す四相の直流電流（Ｉ相，ＩＩ相，ＩＩＩ相，及びＩＶ相の直流電流）の供給を所定の励磁区間（５°から１０°の範囲）において制御する。図７には、励磁区間（５°の範囲）の場合の出力電圧の制御波形が例示されている。回転電機１０は、当該電機への入力そのものを増大する構成である。よって、回転電機１０の励磁区間では、四相電流のうち、二相電流を同時励磁し、同時励磁を実施しないときの１の入力より大きいリラクタンストルクＴｒ（吸引）が発生するように、各相の直流電流を供給するための出力電圧が制御される。ここで、上記リラクタンストルクＴｒ（吸引）とは、固定子１２の回転磁界による極と回転子１１の突極との吸引を意味する。
【0032】
図８は、本実施形態に係る回転電機１０におけるトルクと電流の位相角との関係（トルクカーブ）を示す図である。図８に示すように、回転電機１０は、二相電流が同時励磁されたことにより、同時励磁区間において、２つのリラクタンストルクＴｒが合成され合成トルクＴが得られる。得られる合成トルクＴは、同時励磁区間の略中央の位置で最大値となり、一般的なスイッチトリラクタンスモータの１．５倍となる。
【0033】
図７の説明に戻る。図７に示す制御例では、所定の電圧が印加され、ＩＶ相→ＩＩＩ相→ＩＩ相→Ｉ相の順に各相の直流電流を流し励磁する一例が示されている。さらに、「ＩＶ相とＩＩＩ相」→「ＩＩＩ相とＩＩ相」→「ＩＩ相とＩ相」→「Ｉ相とＩＶ相」の順に同時励磁する一例が示されている。なお、以降では、便宜上、ＩＶ相とＩＩＩ相との同時励磁を第１同時励磁、ＩＩＩ相とＩＩ相との同時励磁を第２同時励磁、ＩＩ相とＩ相との同時励磁を第３同時励磁、Ｉ相とＩＶ相との同時励磁を第４同時励磁、という。
【0034】
制御システム１は、まず、第１同時励磁を実施する。具体的には、ＩＶ相が励磁中にＩＩＩ相の励磁を開始する。これにより、ＩＶ相だけでなく、ＩＩＩ相に対応する固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）と回転子コア１１１ｎとの間には三次元磁路ＭＰ（磁束）が発生し、リラクタンストルクＴｒが発生する。その結果、回転子１１は、回転子コア１１１ｎがＩＩＩ相に対応する固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）に吸引され、所定の角度（５°）、反時計回りの方向に回転する。
【0035】
図９は、第１実施形態に係る回転電機１０の磁束分布を示す図である。図９には、上記第１同時励磁を実施したときの磁束分布の一例が示されている。図９に示すように、（１）に位置する回転子コア１１１（１）の突極ＳＰ（１）には、ＩＩＩ相に対応する固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）から磁束ＭＦＩＩＩ（以降、便宜上「ＩＩＩ相の磁束ＭＦＩＩＩ」という）が流れる。また、（１）に位置する回転子コア１１１ｎの突極ＳＰ（１）には、ＩＶ相に対応する固定子コア１２１ＩＶ（ｎ）からも磁束ＭＦＩＶ（以降、便宜上「ＩＶ相の磁束ＭＦＩＶ」という）が流れる。回転子コア１１１（１）の突極ＳＰ（１）の極対向面１１Ｓ（１）は、その面積の半分がＩＩＩ相対応する固定子コア１２１ＩＩＩ（ｎ）の極対向面１２ＳＩＩＩと面している。このため、ＩＩＩ相の磁束ＭＦＩＩＩは、ＩＶ相の磁束ＭＦＩＶよりも多く流れており、磁束密度が高く磁気抵抗が大きい。その結果、ＩＶ相の磁束ＭＦＩＶは、ＩＩＩ相の磁束ＭＦＩＩＩよりも磁束密度が低く磁気抵抗の小さい、（２）に位置する回転子コア１１１（２）の突極ＳＰ（２）に流れる。ＩＶ相の磁束ＭＦＩＶが（１）に位置する回転子コア１１１（１）の突極ＳＰ（１）に多く流れることによる逆トルクは発生しない。
【0036】
図７の説明に戻る。制御システム１は、次に、第２同時励磁を実施する。具体的には、ＩＩＩ相が励磁中にＩＩ相の励磁を開始する。これにより、ＩＩＩ相だけでなく、ＩＩ相に対応する固定子コア１２１ＩＩ（ｎ）と回転子コア１１１ｎとの間には三次元磁路ＭＰ（磁束）が発生し、リラクタンストルクＴｒが発生する。その結果、回転子１１は、回転子コア１１１ｎがＩＩ相に対応する固定子コア１２１ＩＩ（ｎ）に吸引され、所定の角度（５°）、反時計回りの方向に回転する。
【0037】
制御システム１は、次に、第３同時励磁を実施する。具体的には、ＩＩ相が励磁中にＩ相の励磁を開始する。これにより、ＩＩ相だけでなく、Ｉ相に対応する固定子コア１２１Ｉ（ｎ）と回転子コア１１１ｎとの間には三次元磁路ＭＰ（磁束）が発生し、リラクタンストルクＴｒが発生する。その結果、回転子１１は、回転子コア１１１ｎがＩ相に対応する固定子コア１２１Ｉ（ｎ）に吸引され、所定の角度（５°）、反時計回りの方向に回転する。
【0038】
制御システム１は、次に、第４同時励磁を実施する。具体的には、Ｉ相が励磁中にＩＶ相の励磁を開始する。これにより、Ｉ相だけでなく、ＩＶ相に対応する固定子コア１２１ＩＶ（ｎ）と回転子コア１１１ｎとの間には三次元磁路ＭＰ（磁束）が発生し、リラクタンストルクＴｒが発生する。その結果、回転子１１は、回転子コア１１１ｎがＩＶ相に対応する固定子コア１２１ＩＶ（ｎ）に吸引され、所定の角度（５°）、反時計回りの方向に回転する。
【0039】
このように、制御システム１は、四相のうち、周方向Ａに隣接する二相に対応する各固定子コア１２１ｎを同時励磁する。さらに、制御システム１は、「ＩＶ相とＩＩＩ相」→「ＩＩＩ相とＩＩ相」→「ＩＩ相とＩ相」→「Ｉ相とＩＶ相」の順に同時励磁する。これにより、励磁した相に対応する固定子コア１２１ｎと回転子コア１１１ｎとの間には三次元磁路ＭＰ（磁束ＭＦ）が発生し、リラクタンストルクＴｒが発生する。このとき、同時励磁の各相に対応する２つの固定子コア１２１ｎと１つの回転子コア１１１ｎとの間に発生した２つの磁束ＭＦは、固定子１２の極対向面１２Ｓと回転子１１の極対向面１１Ｓとの対向面積の違いから、磁束密度が異なる。より具体的には、励磁を開始した相に対応する固定子コア１２１ｎと回転子コア１１１ｎとの間に発生した磁束ＭＦの磁束密度は、すでに励磁している相に対応する固定子コア１２１ｎと回転子コア１１１ｎとの間に発生した磁束ＭＦの磁束密度よりも、密度が高い。磁束ＭＦは、磁束密度が高く磁気抵抗が大きい固定子コア１１１ｎの突極ＳＰｎに流れにくい性質を有する。これにより、図９に示すように、回転子１１は、回転子コア１１１ｎが励磁した相に対応する固定子コア１２１ｎに吸引され、所定の角度、時計回り又は反時計回りの方向に回転する。
【0040】
以上のように、本実施形態の構成では、制御システム１が、四相電流のうち、二相電流を同時励磁し、同時励磁を実施しないときの１の入力より大きいリラクタンストルクＴｒが発生するように、回転電機１０の各固定子コア１２１ｎ（各巻線Ｗｎ）に供給する電流（各相の直流電流）を制御する。換言すると、制御システム１は、四相電流のうち、二相電流を同時励磁し、複数のリラクタンストルクＴｒによる合成トルクＴが発生するように、回転電機１０の各固定子コア１２１ｎ（各巻線Ｗｎ）に供給する電流（各相の直流電流）を制御する。これにより、本実施形態の構成では、装置の大きさを維持したまま、トルクの増大を図ることができる。よって、本実施形態の構成では、従来よりも高い容積率を実現し、同じ大きさで高出力の回転電機（同じ出力で小型の回転電機）を提供することができる。
【0041】
さらに、本実施形態の構成によれば、回転電機１０に対して二相電流の同時励磁制御を行う構成のため、単相電流の励磁制御に比べて、発生する磁束密度の変化（磁束ＭＦの増減）が抑制される。一般的に、リラクタンスモータでは、磁束密度の変化はトルクの変動量（以降、便宜上「トルクリップル」という）に影響を及ぼす。トルクリップルは、回転時の振動や騒音の発生の原因とされている。この点に鑑みると、本実施形態の構成では、発生する磁束密度の変化（磁束ＭＦの増減）が抑制されるため、トルクリップルを小さくでき、回転時の低振動・低騒音を実現できる。
【0042】
（適切な極数の関係性）
図１０は、本実施形態に係る回転電機１０における固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとの関係を示す図である。上記実施形態では、本実施形態の構成が有する特有の極数の比率（Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３（＝２：１．５））を明示するため、回転子１１の極数Ｐｒｎ：１８に対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：２４の例を示したが、本発明の構成は、これに限定されない。
図１０は、本実施形態に係る回転電機１０における固定子１２の極数Ｐｓｎと回転子１１の極数Ｐｒｎとの関係を示す図である。上記実施形態では、本実施形態の構成が有する特有の極数の比率（Ｐｓｎ：Ｐｒｎ＝４：３（＝２：１．５））を明示するため、回転子１１の極数Ｐｒｎ：１８に対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：２４の例を示したが、本発明の構成は、これに限定されない。
【0043】
図１０には、固定子コア１２１ｎ（固定子１２の極）の中心角（°）、固定子１２の極数Ｐｓｎ（個）、及び回転子１１の極数Ｐｒｎ（個）の組み合わせと、所定の条件に従って実験した結果（シミュレーションによる良好性の判定結果）と、が示されている。なお、固定子コア１２１ｎの中心角（°）は、固定子コア１２１ｎの周方向Ａの幅（固定子１２の極幅）に相当する。また、上記条件の１つとして、回転子コア１１１ｎの中心角は固定子コア１２１ｎの中心角と同じとしている。固定子１２の極数Ｐｓｎ（個）は、所定の計算式１［３６０°／（固定子コア１２１ｎの中心角×１．５）］により算出している。回転子１１の極数Ｐｒｎ（個）は、所定の計算式２［３６０°／（回転子コア１１１ｎの中心角×２）］により算出している。
【0044】
図１０の判定結果項目［＃１］に示すように、本発明の効果を奏する構成として適切な極数の関係は、「回転子１１の極数Ｐｒｎ：３Ｎに対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：４Ｎの関係で、かつ、整数Ｎは２以上である」こと分かった。回転子１１の極数Ｐｒｎ：３に対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：４の関係を有する構成では、トルクバランスが悪く、本発明の効果を奏する構成として適切ではないことが分かった。また、図１０の判定結果項目［＃２］に示すように、本発明を実現する構成として適切な極数の関係は、「回転子１１の極数Ｐｒｎ：３Ｎに対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：４Ｎの関係で、かつ、整数Ｎは８以下である」こと分かった。固定子１２の極数Ｐｓｎが３６個以上（整数Ｎが９以上）の構成では、構造上、コイルスペースＷＳの確保が困難である。そのため、本発明を実現する構成として適切ではないことが分かった。以上のように、本発明として適切な極数の関係は、「回転子１１の極数Ｐｒｎ：３Ｎに対して固定子１２の極数Ｐｓｎ：４Ｎの関係で、かつ、整数Ｎは２以上８以下である」という範囲が適切であることが分かった。換言すると、本発明の構成として、回転子１１の極数Ｐｒｎは６以上２４以下、かつ、固定子１２の極数Ｐｓｎは８以上３２以下の範囲が適切であることが分かった。
【0045】
＜変形例＞
図１１は、変形例に係る回転電機１０における回転子１１の概略構成図である。図１１には、複数の突極ＳＰｎを有するダストコア型の回転子１０の一例が示されている。上記実施形態に係る回転子１０は、鉄芯に複数の突極ＳＰｎを形成する複数の回転子コア１１１ｎを有し、各回転子コア１１１ｎが、周方向Ａに所定の間隔で回転子本体１１ｍｂに配置されている構成例を示したが、本発明の構成は、これに限定されない。本発明では、ダストコア型の回転子１０を採用する構成であってもよい。ダストコア型の回転子１０は、例えば電磁鋼板を積層して形成することができる。ダストコア型の回転子１０を採用する構成では、構造的に高い強度や耐久性を実現することができる。
図１１は、変形例に係る回転電機１０における回転子１１の概略構成図である。図１１には、複数の突極ＳＰｎを有するダストコア型の回転子１０の一例が示されている。上記実施形態に係る回転子１０は、鉄芯に複数の突極ＳＰｎを形成する複数の回転子コア１１１ｎを有し、各回転子コア１１１ｎが、周方向Ａに所定の間隔で回転子本体１１ｍｂに配置されている構成例を示したが、本発明の構成は、これに限定されない。本発明では、ダストコア型の回転子１０を採用する構成であってもよい。ダストコア型の回転子１０は、例えば電磁鋼板を積層して形成することができる。ダストコア型の回転子１０を採用する構成では、構造的に高い強度や耐久性を実現することができる。
【0046】
本発明は、上記実施形態、変形例等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、実施形態、変形例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。すなわち、本発明は、実施形態に準拠して記述されたが、本発明は、当該実施形態や構造等に限定されるものではないと理解される。本発明は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本発明の範疇や思想範囲に入るものである。
【符号の説明】
【0047】
１ 制御システム；
１０ 回転電機；
１１ 回転子；
１１１ｎ 回転子コア；
１２ 固定子；
１２１ｎ 固定子コア；
ＳＰｎ 突極；
Ｗｎ 巻線。
１０ 回転電機；
１１ 回転子；
１１１ｎ 回転子コア；
１２ 固定子；
１２１ｎ 固定子コア；
ＳＰｎ 突極；
Ｗｎ 巻線。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】