JP6241444B2 - 磁石レス回転電機 - Google Patents

Description

本発明は、磁石レス回転電機に係り、特に、環状ロータの外周側に外側ステータ、内周側に内側ロータを有するダブルステータ型の磁石レス回転電機に関する。

永久磁石を用いないロータを備える磁石レス回転電機としては、ロータにロータコイルを巻回されたロータ突極を設け、ステータからの界磁によってロータコイルに誘導電流を発生させ、この誘導電流でロータ突極を磁化させる構成が知られている。

特許文献１には、磁石レスモータにおいて、ロータ突極にコイルを巻回する従来技術の方法の他に、ロータヨークにコイルを巻回する方法があることを述べている。また、ロータの突極にはステータとのギャップ近傍に配置される誘導コイルと、これとは別体のコモンコイルをステータから遠くに配置する構成が開示されている。また、ロータ突極に誘導コイルを巻回し、ロータコアにコモンコイルを巻回する構成も開示されている。

本発明に関連する技術として、特許文献２には、環状のロータに周方向に着磁した永久磁石を配置し、ロータの内側に内側ステータ、ロータの外側に外側ステータを設け、内外両ステータはそれぞれＹ結線された三相コイルを有するダブルステータ型モータが開示されている。ここでは、内側ステータの磁極数と外側ステータの磁極数は同じで、ロータに配置された永久磁石が、内側ステータと外側ステータの双方に向けて、並列に磁束を供給している。

特開２０１０−２７９１６５号公報 特開２０１１−２４４６４３号公報

磁石レス回転電機は高価な磁石材を用いないコスト的な利点があるが、ロータ突極に巻回されるコイルがロータ回転の遠心力でロータ突極から離脱する恐れがある。これを避けるためにコイル押え等を用いると複雑な構造となり、コイルの巻回スペースに制約を受け出力効率が低下する。

本発明の目的は、ロータ突極からコイルが離脱しない磁石レスモータを提供することである。他の目的は、ロータからのコイル離脱を防止しつつ、さらなる出力改善を可能にする磁石レス回転電機を提供することである。

本発明に係る磁石レス回転電機は、外側励磁コイルを有する環状の外側ステータと、外側ステータと一体化して外側ステータの内側に配置され内側励磁コイルを有する環状の内側ステータと、外側ステータの内周側と内側ステータの外周側との間に配置され、環状のロータヨーク部、ロータヨーク部の周方向に沿って外周側と内周側に対となって複数設けられる外内突極対及び、各外内突極対について外内突極対を挟んで周方向の一方側のロータヨーク部と他方側のロータヨーク部とに巻回されるロータヨークコイルを有する環状ロータと、ロータヨークコイルの両端部の間に接続され、外側ステータと内側ステータとの励磁によりロータヨークコイルに誘起される誘導電流で磁化される外側突極の外側磁極の極性と内側突極の内側磁極の極性とを同じとする整流素子と、を備え、ロータヨークコイルは、一方側のロータヨーク部の周方向に沿って所定の巻数で巻回し、外内突極対を越えて他方側のロータヨーク部において巻回方向を逆方向に変更し、他方側のロータヨーク部の周方向に沿って所定の巻数で巻回し、整流素子は、隣接する外内突極対について、一方側の外内突極対の磁極の極性と他方側の外内突極対の磁極の極性とを互いに逆方向とすることを特徴とする。

本発明に係る磁石レス回転電機において、ロータヨークコイルは、ロータヨーク部において径方向に沿って所定の層数で多層巻することが好ましい。

本発明に係る磁石レス回転電機において、外側突極において先端側からロータヨークコイルの多層巻の径方向の最外側の位置へ向かって所定の巻数で巻回し、ロータヨークコイルを越えて内側突極において巻回方向を逆方向に変更し、ロータヨークコイルの多層巻の径方向の最外側の位置の側から内側突極の先端側に向かって所定の巻数で巻回する誘導コイルと、誘導コイルの外側突極側端部と内側突極側端部との間に接続され、誘導コイルによって誘起される誘導電流によって磁化される外側突極の外側磁極の極性と内側突極の内側磁極の極性とを、ロータヨークコイルによって磁化される磁極の極性と同じとする誘導コイル用整流素子と、を含むことが好ましい。

本発明に係る磁石レス回転電機において、誘導コイル用の整流素子とロータヨークコイル用の整流素子とは、同じ整流素子を用いることが好ましい。

本発明に係る磁石レス回転電機において、複数の外内突極対の中で同じ磁極極性を有する外内突極対について１つの共通整流素子を用いることが好ましい。

本発明に係る磁石レス回転電機は、環状ロータの外周側と内周側に外内突極対を設け、外内突極対を挟んで周方向の一方側のロータヨーク部と他方側のロータヨーク部とにロータヨークコイルを巻回する。そして、環状ロータの外周側に外側ステータ、内周側に内側ステータが配置されそれぞれの励磁はロータヨークコイルに鎖交してロータヨークコイルに誘導電流を誘起し、これにより外内突極対が磁化して磁極を形成する。環状ロータは外側ステータの間と内側ステータとの間でそれぞれトルクを発生させるので、磁石レス回転電機の出力が改善される。また、ロータヨークコイルは、外内突極対の外側突極と内側突極に巻回されるのではなく、外内突極対を挟んで周方向の一方側のロータヨーク部と他方側のロータヨーク部とに巻回されるので、ロータからのコイル離脱を防止できる。

また、本発明に係る磁石レス回転電機において、ロータヨークコイルは、径方向に多層巻されるので、磁石レス回転電機の出力がさらに改善される。

また、本発明に係る磁石レス回転電機において、環状ロータに巻回されるコイルは、突極先端側の誘導コイルと、突極根元側のロータヨークコイルとに分けて構成される。ステータからの界磁によって発生する誘導電流は、突極の先端部ほど強く、根元側で弱い。誘導コイルを設けることで、ステータからの界磁による誘導電流を効率よく発生させることができ、磁石レス回転電機の出力が改善される。

本発明に係る磁石レス回転電機において、１つの共通化した整流素子を、誘導コイル用の整流素子及びロータヨークコイル用の整流素子に兼用させることができ、低コスト化を図ることができる。また、複数の外内突極対の中で同じ磁極極性を有する外内突極対について１つの共通整流素子を用いるので、低コスト化を図れる。また、誘導コイルを設ける場合も、複数の外内突極対の中で同じ磁極極性を有する外内突極対について１つの共通整流素子を用いるので、低コスト化を図れる。

本発明に係る実施の形態の磁石レス回転電機の構成図である。 図１において、ロータヨークコイルの巻回の仕方を示す図である。 図１のロータヨークコイルを１層巻とした図である。 図３を用いて、磁束の流れ方を示す図である。 図２の構成に誘導コイルを付加した図である。 誘導コイルを付加したときの磁石レス回転電機の構成図である。 図６を用いて、誘導コイルを付加したときの磁束の流れ方を示す図である。

以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下で述べる極数、突極数、外内突極数、巻数、多層巻における層数等は、説明のための例示であり、磁石レス回転電機の仕様に合わせ、適宜変更が可能である。以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、磁石レス回転電機１０の構成を示す図で、磁石レス回転電機１０の軸方向に垂直な断面図である。以下では、磁石レス回転電機１０を特に断らない限り回転電機１０と呼ぶ。図１に、周方向としてθ方向を示す。紙面上で時計回り方向が＋θ方向である。

回転電機１０は、三相同期型回転電機で、磁極としての永久磁石を有しない。回転電機１０は、環状ロータ１６と、環状ロータ１６の外周側に向かい合って配置される外側ステータ１２と、環状ロータ１６の内周側に向かい合って配置される内側ステータ１４と、出力軸１８とを含むダブルステータ型回転電機である。外側ステータ１２と内側ステータ１４とは、図示されないモータケースに固定され、出力軸１８は、モータケースに回転可能に支持される。環状ロータ１６と出力軸１８は一体構造で、環状ロータ１６は外側ステータ１２と内側ステータ１４の間の空間を回転し、そのトルクは出力軸１８に出力される。

環状ロータ１６は、ロータヨーク部４０、外内突極対４２，４４、ロータヨークコイル４６を含む。

ロータヨーク部４０は、環状の磁性体である。外内突極対４２，４４は、ロータヨーク部４０の周方向に沿って外周側に設けられる外側突極４２と内周側に設けられる内側突極４４で構成される。外側突極４２と内側突極４４とは、ロータヨーク部４０を挟んで径方向に対となって突出す。このように、外内突極対４２，４４は、外側突極４２と内側突極４４の対のことであるが、個別の外側突極４２と内側突極４４と区別することがよいときには、「対」でなく、外側突極４２または内側突極４４と呼ぶ。図１の例では、ロータヨーク部４０の一周で１２対の外内突極対４２，４４が設けられる。隣接する外内突極対４２，４４の間の角度は３０度である。

ロータヨークコイル４６は、外内突極対４２，４４を挟んで周方向の一方側のロータヨーク部４０の外周面と他方側のロータヨーク部４０の外周面とに巻回されるコイルである。外内突極対４２，４４の外周面に沿って巻回されるのではない。ロータヨークコイル４６は、ロータヨーク部４０の周方向に所定巻数で巻回され、これがロータヨーク部４０の径方向に沿って多層巻される。ロータヨークコイル４６の巻き方については図２を用いて後述する。

環状ロータ１６は、外側ステータ１２の励磁コイルからの磁束と、内側ステータ１４の励磁コイルからの磁束とをロータヨークコイル４６に鎖交させ、ロータヨークコイル４６に生じる誘導電流によって外内突極対４２，４４を磁化させる。磁化された外内突極対４２，４４は、磁石レス磁極となる。磁化された外内突極対４２，４４のうち、磁化された外側突極４２は、外側ステータ１２に向かい合う外側磁極となり、磁化された内側突極４４は、内側ステータ１４に向かい合う内側磁極となる。内側磁極の極性と外側磁極の極性は同じである。

１つの外内突極対４２，４４は、これに対応するロータヨークコイル４６を流れる誘導電流で磁化されて外側磁極と内側磁極とを形成するので、これを磁極対と呼ぶ。図１では、互いに隣接する磁極対４８，４９を示した。互いに隣接する磁極対４８，４９は、極性が互いに逆である。環状ロータ１６は、１２の磁極対を有するが、隣接する磁極対４８，４９は互いに極性が逆であるので、環状ロータ１６の一周では、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓの極性の順で、１２の磁極対が配置される。

整流素子５０は、磁極対４８の内側磁極の極性と外側磁極の極性とを同じにするダイオードであり、整流素子５１は、磁極対４９の内側磁極の極性と外側磁極の極性とを同じにするダイオードである。さらに、整流素子５０，５１は、互いに隣接する磁極対４８，４９の極性を互いに逆極性とするために、一方側の磁極対４８を構成するロータヨークコイル４６に流れる誘導電流の向きと、他方側の磁極対４９を構成するロータヨークコイル４６に流れる誘導電流の向きとを、互いに逆方向とするように配置される。

外側ステータ１２は、環状の外側ステータヨーク部２０の内周側に沿って設けられる複数の外側ステータ突極２２と、複数の外側ステータ突極２２のそれぞれに巻回される複数の外側励磁コイル２４とを有する。複数の外側ステータ突極２２は環状ロータ１６の外側突極４２に向かい合って配置される。

複数の外側励磁コイル２４は、Ｕ相巻線コイル、Ｖ相巻線コイル、Ｗ相巻線コイルで構成される。図１では、１つの極の範囲であるＡ−Ｂを示した。１つの極の範囲（Ａ−Ｂ）の角度は６０度である。（Ａ−Ｂ）の範囲には、３つの外側ステータ突極２２が配置される。１つの極の範囲の３つの外側ステータ突極２２は、Ｕ相巻線コイルが巻回されるＵ相突極とＶ相巻線コイルが巻回されるＶ相突極とＷ相巻線コイルが巻回されるＷ相突極である。図１の（Ａ−Ｂ）の範囲の３つの外側ステータ突極２２に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の位置を示した。外側ステータ突極２２の総数は、環状ロータ１６の外側突極４２の総数の（３／２）倍で、１２×（３／２）＝１８個である。Ｕ相巻線コイル、Ｖ相巻線コイル、Ｗ相巻線コイルは、いずれも集中巻によって、Ｕ相突極、Ｖ相突極、Ｗ相突極に巻回される。

内側ステータ１４は、環状の内側ステータヨーク部３０の外周側に沿って設けられる複数の内側ステータ突極３４と、複数の内側ステータ突極３４のそれぞれに巻回される複数の内側励磁コイル３２とを有する。複数の内側ステータ突極３４は環状ロータ１６の内側突極４４に向かい合って配置される。

複数の内側励磁コイル３２は、Ｕ相巻線コイル、Ｖ相巻線コイル、Ｗ相巻線コイルで構成される。内側ステータ１４の１つの極の範囲は、外側ステータ１２の１つの極の範囲（Ａ−Ｂ）と同じである。したがって、（Ａ−Ｂ）の範囲に、３つの内側ステータ突極３４が配置される。（Ａ−Ｂ）の範囲の３つの内側ステータ突極３４は、Ｕ相巻線コイルが巻回されるＵ相突極とＶ相巻線コイルが巻回されるＶ相突極とＷ相巻線コイルが巻回されるＷ相突極である。図１の（Ａ−Ｂ）の範囲の３つの内側ステータ突極３４に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の位置を示した。内側ステータ突極３４の総数は、外側ステータ１２の総数と同じ１８個である。Ｕ相巻線コイル、Ｖ相巻線コイル、Ｗ相巻線コイルは、いずれも集中巻によって、Ｕ相突極、Ｖ相突極、Ｗ相突極に巻回される。

上記構成において、外側ステータ１２の外側励磁コイル２４によって形成される界磁と、内側ステータ１４の内側励磁コイル３２によって形成される界磁とを受けて、環状ロータ１６のロータヨークコイル４６には誘導電流が生じる。この誘導電流によって、外側突極４２が磁化されて外側磁極を形成し、内側突極４４が磁化されて内側磁極が形成される。形成された外側磁極と外側ステータ１２からの界磁との協働と、形成された内側磁極と内側ステータ１４からの界磁との協働とによって、環状ロータ１６は回転してトルクを発生する。このようにして、環状ロータ１６には永久磁石が配置されないが、トルクが発生する。これが磁石レス回転電機１０のトルク発生原理である。

環状ロータ１６と外側ステータ１２とで１つの回転電機部を構成でき、環状ロータ１６と内側ステータ１４とでもう１つの回転電機部を構成できる。このように、回転電機１０は、１台で２つの回転電機部を有する。

次に、ロータヨークコイル４６の巻き方について述べる。図２は、磁極対４８，４９において、ロータヨークコイル４６を周方向であるθ方向と、径方向であるＲ方向とに拡大し、その巻き方を示す図である。周方向であるθ方向について見ると、磁極対４９の巻き方は磁極対４８の巻き方と左右対称であるので、磁極対４８についてその巻き方を述べ、磁極対４９については相違点を述べる。

図２の紙面の右側において、磁極対４８について、ロータヨーク部４０、外側突極４２、内側突極４４、ロータヨークコイル４６を示した。また、磁極対４８について、ロータヨークコイル４６に流れる誘導電流の方向を一方向とする整流素子５０を示した。整流素子５０は、ロータヨークコイル４６の巻始めと巻終りの両端子の間に接続される。

ロータヨークコイル４６は、外内突極対４２，４４を挟んでその両側のロータヨーク部４０に巻回される。外内突極対４２，４４にコイルを巻かずに環状のロータヨーク部４０にコイルを巻回することで、外側突極４２、内側突極４４からコイルが離脱しない磁石レスモータとすることができる。

以下では、外内突極対４２，４４を挟むその両側のロータヨーク部４０を区別して、−θ方向の部分を外内突極対４２，４４に対する一方側のロータヨーク部４０ａとし、＋θ方向の部分を外内突極対４２，４４に対する他方側のロータヨーク部４０ｂと呼ぶ。

ロータヨークコイル４６は、一方側のロータヨーク部４０ａの周方向に沿って所定の巻数で巻回して各層巻線とし、これを径方向に沿って所定の層数で積み重ねて多層巻とする。次に、外内突極対４２，４４を越えて他方側のロータヨーク部４０ｂに移って巻回方向を逆方向に変更し、他方側のロータヨーク部４０ｂの周方向に沿って所定の巻数で巻回して各層巻線とし、これを径方向に沿って所定の層数で積み重ねて多層巻とする。径方向とは、外内突極対４２，４４が突き出す方向である。

図２における多層巻のロータヨークコイル４６の巻始めの位置は、一方側のロータヨーク部４０ａと外側突極４２とが交差する隅部である。図２では、整流素子５０であるダイオードのカソードＫが接続される位置である。一方側のロータヨーク部４０ａにおける１層目の巻回は、巻始めの位置から一方側のロータヨーク部４０ａの周方向に沿って−θ方向に沿って行われる。図２において、丸に黒丸印は、巻線が紙面の向こう側から手前側に向かって巻かれ、丸にＸ印は、巻線が紙面の手前側から向こう側に向かって巻かれることを示す。一方側のロータヨーク部４０ａにおける巻回では、丸に黒丸印が内側突極４４側で、丸にＸ印が外側突極４２側である。これにより、一方側のロータヨーク部４０ａにおいて、巻始めの位置から−θ方向に沿って右ネジが進む方向に６巻されて１層目の巻回が行われる。

２層目は、１層目の径方向外側に積み重ねて行われる。２層目の巻始めは、１層目の巻始めの位置から外側突極４２の延伸する方向に沿って先端側に１巻分ずれた位置である。２層目の巻回は、１層目と同様に、巻始めの位置から一方側のロータヨーク部４０ａの周方向に沿って−θ方向に沿って行われる。図２の例では、２層目の巻始めの位置から−θ方向に沿って右ネジが進む方向に６巻されて２層目の巻回が行われる。これを繰り返し、図２の例では７層目の巻回が終わると、一方側のロータヨーク部４０ａにおける多層巻として、周方向に６巻、径方向に７層の巻回が終わる。径方向に沿った層数は、ロータヨーク部４０の外周面から外側突極４２の先端面および内側突極４４の先端面までの間に積層できる範囲の中で適当に設定できる。周方向に沿った巻数は、隣接する外内突極対４２，４４との間のθ方向の間隔において互いに干渉しない巻数の範囲で適当に設定できる。この層数と巻数は説明のための例示であって、これ以外の層数、巻数であってもよい。

一方側のロータヨーク部４０ａにおける多層巻が終了すると、巻線は外内突極対４２，４４を越える。他方側のロータヨーク部４０ｂの巻始めは、他方側のロータヨーク部４０ｂと内側突極４４とが交差する隅部である。他方側のロータヨーク部４０ｂにおける１層目の巻回は、巻始めの位置から他方側のロータヨーク部４０ｂの周方向に沿って＋θ方向に沿って行われる。他方側のロータヨーク部４０ｂにおける巻回では、丸に黒丸印が外側突極４２側で、丸にＸ印が内側突極４４側である。これにより、他方側のロータヨーク部４０ｂにおいて、巻始めの位置から＋θ方向に沿って右ネジが進む方向に６巻されて１層目の巻回が行われる。

以下、一方側のロータヨーク部４０ａで説明した手順と同様の手順が繰り返され、７層目の巻回が終わると、他方側のロータヨーク部４０ｂにおける多層巻として、周方向に６巻、径方向に７層の巻回が終わる。他方側のロータヨーク部４０ｂにおける多層巻の巻終りの位置は、図２において、整流素子５０であるダイオードのアノードＡが接続される位置である。なお、径方向に沿って複数巻回でき、周方向に沿って複数巻回できる方法であれば、上記以外の巻き方であってもよい。

一方側のロータコイル部４０ａにおける多層巻の後、外内突極対４２，４４を越えて他方側のロータヨーク部４０ｂに移って巻回方向を逆方向に変更するとは、図２の場合、一方側のロータヨーク部４０ａでは＋θ方向から−θ方向に向かって右ねじの巻き方であったものを、他方側のロータヨーク部４０ｂでは−θ方向から＋θ方向に向かって右ねじの巻き方に変更することである。図２では、整流素子５０によって整流された電流がロータヨークコイル４６に流れる方向を矢印で示した。図２では、電流の流れる方向と巻線の巻き方向とは同じである。整流素子５０は、カソードＫがロータヨークコイル４６の巻始めに接続され、アノードＡがロータヨークコイル４６の巻終りに接続される。

図２に示されるように、整流素子５０によって整流された電流がロータヨークコイル４６に流れる向きは、外内突極対４２，４４を境に逆方向に変わる。整流素子５０によって整流された電流によって生じる磁束の向きは、一方側のロータヨーク部４０ａで、外内突極対４２，４４側がＳ極となり、他方側のロータヨーク部４０ｂでも、外内突極対４２，４４側がＳ極となる。これにより、外側突極４２も内側突極４４も共にＳ極に磁化される。

上記のように、整流素子５０は、ロータヨークコイル４６の両端部の間に接続され、外側ステータ１２と内側ステータ１４との励磁によりロータヨークコイル４６に誘起される誘導電流で磁化される外側突極４２の外側磁極の極性と内側突極４４の内側磁極の極性とを同じとする。

図２の紙面上の右側において磁極対４８を示したが、ロータヨーク部４０の周方向に沿って磁極対４８のすぐ隣に隣接する磁極対４９を図２の紙面上の左側に示す。磁極対４９でも、θ方向に沿って左右対称であることを除けば、ロータヨークコイル４６の巻き方と整流素子５１であるダイオードの接続方向は全く同じである。これにより、磁極対４９においては、整流素子５１によって整流された電流によって生じる磁束の向きは、一方側のロータヨーク部４０ａで、外内突極対４２，４４の側がＮ極となり、他方側のロータヨーク部４０ｂでも、外内突極対４２，４４側がＮ極となる。このように、磁極対４９では、外側突極４２も内側突極４４も共にＮ極に磁化される。

上記のように、整流素子５０，５１は、隣接する磁極対４８，４９について、一方側の磁極対４８の外内突極対４２，４４の磁極極性と、他方側の磁極対４９の外内突極対４２，４４の磁極極性とを互いに逆極性とする。

再び図１に戻ると、環状ロータ１６は、１２の磁極対を有するが、隣接する磁極対４８，４９は互いに極性が逆であるので、環状ロータ１６の一周では、Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓ，Ｎ，Ｓの極性の順で、１２の磁極対が配置される。図２のように１つの外内突極対４２，４４について１つの整流素子５０を設けると、環状ロータ１６では１２の整流素子５０，５１が配置されることになる。環状ロータ１６の周方向に沿って１つおきの磁極対は、同じ極性を有し、極性はＮかＳの２つしかない。そこで、複数の外内突極対４２，４４の中で同じ磁極極性を有する外内突極対４２，４４のロータヨークコイル４６を互いに直列接続し、１つの共通整流素子を設ける。図１は、極性がＳとなる６つの外内突極対４２，４４について１つの整流素子５０を用い、極性がＮとなる６つの外内突極対４２，４４について１つの整流素子５１を用いた。

上記では、ロータヨークコイル４６は、径方向に多層巻するものとした。これを径方向に１層巻としても、環状のロータヨーク部４０にコイルが巻回されているので、外側突極４２、内側突極４４からコイルが離脱しない。図３は、図１の磁極対４８，４９について、それぞれ径方向に１層巻したロータヨークコイル４７を用いる構成の回転電機１１を示す図である。なお、図１のように径方向に多層巻するロータヨークコイル４６を用いることで、１層巻の回転電機１１に比較して出力改善された回転電機１０となる。

図４は、図３における３つの互いに隣接する磁極対の部分の拡大図である。図４を用いて、回転電機１０が動作するときの磁束の流れを説明する。図４は、１層巻のロータヨークコイル４７についてのものであるが、磁束の流れは多層巻のロータヨークコイル４６においても同じである。なお、図４では、説明の便宜上、１つの磁極対に１つの整流素子が設けられるものとした。

図４の中央に示される磁極対は、図２で説明した磁極対４８と同じで、整流素子５０の作用によって、外内突極対４２，４４は共にＳ極に磁化される。これに隣接する磁極対４９は、整流素子５１の作用によって、Ｎ極に磁化される。ここで、環状ロータ１６に形成される磁極対の磁極極性に合わせて、外側ステータ１２の界磁制御と内側ステータ１４の界磁制御が行われるものとする。

外側ステータ１２側からの磁束の流れ６０は、Ｓ極に磁化された外内突極対４２，４４の外側突極４２を通ってロータヨーク部４０に向かって流れ込み、隣接する外内突極対４２，４４のＮ極に磁化された外側突極４２を通って外側ステータ１２側に戻る。この磁束の流れによって、環状ロータ１６と外側ステータ１２との間に回転トルクが発生する。

同様に、内側ステータ１４側からの磁束の流れ６１は、Ｓ極に磁化された外内突極対４２，４４の内側突極４４を通ってロータヨーク部４０に向かって流れ込み、隣接する外内突極対４２，４４のＮ極に磁化された内側突極４４を通って内側ステータ１４側に戻る。この磁束の流れによって、環状ロータ１６と内側ステータ１４との間に回転トルクが発生する。

上記では、外側突極４２と内側突極４４にコイルを巻回しないものとした。外側ステータ１２からの界磁によって環状ロータ１６に巻回されたコイルに発生する誘導電流は、突極の先端部ほど強く、根元側で弱い。内側ステータ１４からの界磁によって発生する誘導電流についても同様である。図５は、図２の構成において、多層巻によって外内突極対４２，４４の先端部までは覆われないようにして先端部を少し露出させたままとし、その露出させた先端部に誘導コイル８０を巻回する方法を示す図である。これにより、外側ステータ１２、内側ステータ１４の界磁を有効に誘導電流に変換し、回転電機１０の出力改善を行うことができる。

誘導コイル８０は、外側突極４２において先端側からロータヨークコイル４６の多層巻の径方向の最外側の位置へ向かって、外内突極対４２，４４の外周面に沿って所定の巻数で巻回し、ロータヨークコイル４６を越えて内側突極４４においてロータヨークコイル４６の多層巻の径方向の最外側の位置から内側突極４４の先端側に向かって所定の巻数で巻回する。ロータヨークコイル４６を越えて内側突極４４に入るときに、巻回方向を逆方向に変更する。

図５では、外側突極４２においては、所定の巻数＝２で、巻回方向は外側突極４２の径方向に沿って＋Ｒ方向から−Ｒ方向に向かって右ねじの方向である。内側突極４４においては、所定の巻数＝２で、巻回方向は内側突極４４の径方向に沿って＋Ｒ方向から−Ｒ方向に向かって左ねじの方向である。

誘導コイル用整流素子８２は、誘導コイル８０の外側突極４２側と内側突極４４側との間に接続され、誘導コイル８０によって誘起される誘導電流によって磁化される外側突極４２の外側磁極の極性と内側突極４４の内側磁極の極性とを、ロータヨークコイル４６によって磁化される磁極の極性と同じとする。図２で説明したように、ロータヨークコイル４６によって磁化される磁極の極性が外側突極４２と内側突極４４でともにＳ極であるので、誘導コイル用整流素子８２は、図５においてダイオード記号をカッコ書きで示した配置で接続される。

ここで、ロータヨークコイル４６と誘導コイル８０を直列に接続することで、ロータヨークコイル４６に用いられる整流素子５０と誘導コイル用整流素子８２を共通化できる。図５の例では、他方側のロータヨーク部４０ｂにおけるロータヨークコイル４６の巻終りの端部と、誘導コイル８０の外側突極４２の＋Ｒ方向の巻回の端部とを接続し、図５においてダイオード記号をカッコ書きで示した配置の誘導コイル用整流素子８２を省略した上で、誘導コイル８０の内側突極４４の−Ｒ方向の巻回の端部を整流素子５０のアノードＡに接続する。これによって、誘導コイル用整流素子８２の機能をロータヨークコイル用の整流素子である整流素子５０に兼ねさせることができ、全体として１つの整流素子５０で、誘導コイル８０によって形成される磁極の極性と、ロータヨークコイル４６によって形成される磁極の極性を同じとできる。

図６は、図３に対応する図で、磁極対４８，４９に巻回されるコイルを、（誘導コイル８０＋ロータヨークコイル４７）で構成したものである。ここでは、磁極対４８，４９のそれぞれについて誘導コイル用整流素子をロータヨークコイル４７用の整流素子５０，５１と共通化し、さらに、図３に述べたように、複数の外内突極対４２，４４の中で同じ磁極極性を有する外内突極対４２，４４のロータヨークコイル４７を互いに直列接続する。これにより、環状ロータ１６は、全体で２つの整流素子５０，５１で済む。

図７は、図４に対応する図で、磁束の流れ６０，６１を示す図である。誘導コイル８０によって磁化される磁極の方向は、ロータヨークコイル４７によって磁化される磁極の方向と同じであるので、磁束の流れ６０，６１は、図４で説明したものと同じである。磁束の流れ６０，６１は、誘導コイル８０を用いることで、外側突極４２と内側突極４４をより効率的に磁化するので、これによって、回転電機１０の出力改善の向上を図ることができる。

１０，１１ （磁石レス）回転電機、１２ 外側ステータ、１４ 内側ステータ、１６ 環状ロータ、１８ 出力軸、２０ 外側ステータヨーク部、２２ 外側ステータ突極、２４ 外側励磁コイル、３０ 内側ステータヨーク部、３２ 内側励磁コイル、３４ 内側ステータ突極、４０ ロータヨーク部、４０ａ （一方側の）ロータヨーク部、４０ｂ （他方側の）ロータヨーク部、４２ 外側突極、４２，４４ 外内突極対、４４ 内側突極、４６，４７ ロータヨークコイル、４８，４９ 磁極対、５０，５１ 整流素子、６０，６１ 磁束の流れ、８０ 誘導コイル、８２ 誘導コイル用整流素子。

Claims (5)

1. 外側励磁コイルを有する環状の外側ステータと、
   外側ステータと一体化して外側ステータの内側に配置され内側励磁コイルを有する環状の内側ステータと、
   外側ステータの内周側と内側ステータの外周側との間に配置され、環状のロータヨーク部、ロータヨーク部の周方向に沿って外周側と内周側に対となって複数設けられる外内突極対及び、各外内突極対について外内突極対を挟んで周方向の一方側のロータヨーク部と他方側のロータヨーク部とに巻回されるロータヨークコイルを有する環状ロータと、
   ロータヨークコイルの両端部の間に接続され、外側ステータと内側ステータとの励磁によりロータヨークコイルに誘起される誘導電流で磁化される外側突極の外側磁極の極性と内側突極の内側磁極の極性とを同じとする整流素子と、
   を備え、
   ロータヨークコイルは、
   一方側のロータヨーク部の周方向に沿って所定の巻数で巻回し、外内突極対を越えて他方側のロータヨーク部において巻回方向を逆方向に変更し、他方側のロータヨーク部の周方向に沿って所定の巻数で巻回し、
   整流素子は、
   隣接する外内突極対について、一方側の外内突極対の磁極の極性と他方側の外内突極対の磁極の極性とを互いに逆極性とすることを特徴とする磁石レス回転電機。
2. 請求項１に記載の磁石レス回転電機において、
   ロータヨークコイルは、
   ロータヨーク部において径方向に沿って所定の層数で多層巻することを特徴とする磁石レス回転電機。
3. 請求項２に記載の磁石レス回転電機において、
   外側突極において先端側からロータヨークコイルの多層巻の径方向の最外側の位置へ向かって所定の巻数で巻回し、ロータヨークコイルを越えて内側突極において巻回方向を逆方向に変更し、ロータヨークコイルの多層巻の径方向の最外側の位置の側から内側突極の先端側に向かって所定の巻数で巻回する誘導コイルと、
   誘導コイルの外側突極側端部と内側突極側端部との間に接続され、誘導コイルによって誘起される誘導電流によって磁化される外側突極の外側磁極の極性と内側突極の内側磁極の極性とを、ロータヨークコイルによって磁化される磁極の極性と同じとする誘導コイル用整流素子と、
   を含むことを特徴とする磁石レス回転電機。
4. 請求項３に記載の磁石レス回転電機において、
   １つの共通化した整流素子を、誘導コイル用の整流素子及びロータヨークコイル用の整流素子に兼用させることを特徴とする磁石レス回転電機。
5. 請求項１，２，４のいずれか１に記載の磁石レス回転電機において、
   複数の外内突極対の中で同じ磁極極性を有する外内突極対について１つの共通整流素子を用いることを特徴とする磁石レス回転電機。

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