技术领域
本发明涉及二次励磁感应机类型的旋转电机。
背景技术：
旋转电机作为动力源搭载于各种装置，例如，在车辆的情况下
单独搭载，作为电动汽车的动力源发挥作用，或者与内燃机一起搭
载，作为混合动力车的动力源发挥作用。
作为旋转电机已知如下感应机：其对定子侧的绕组线圈供应交
流电流而产生旋转磁场，并且使转子侧的绕组线圈通过电磁感应产
生感应电流，由此在定子侧的旋转磁场与转子侧的绕组线圈之间产
生转矩。
在这种感应机中，对于从外部对转子侧的绕组线圈供应能量的
二次励磁感应机等进行了各种研究。
该二次励磁感应机需要通过配置于转子的轴的一端侧的集电
环向绕组线圈输入交流电流，集电环会磨损，所以有需要维修、缺
乏坚固性的问题。
为了解决该问题，在日本特开2011－55569号公报(专利文献1)
中记载有如下技术：将主电机结构和副电机结构以同轴旋转的方式
连结，在该副电机结构中产生交流电流并将其供应给主电机结构
(绕组线圈)。
现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011－55569号公报
技术实现要素：
发明要解决的问题但是，在日本特开2011－55569号公报记载的旋转电机(二次
励磁感应机)中，虽然不需要集电环就可提高坚固性，但是需要在
主电机结构和副电机结构这2组中分别设置不同系统的电源。
在日本特开2011－55569号公报记载的电机结构中，即使电池
共用也需要2台逆变器，不能解决成本升高并且大型化的问题。
因此，本发明的目的在于提供以1个电源实现能利用二次励磁
的电机结构、低成本且小型的二次励磁感应机类型的旋转电机。
用于解决问题的方案解决上述问题的旋转电机的发明的一方式是旋转电机，具备：
第1定子，其具有驱动用定子线圈，在供给上述驱动用定子线圈交
流电流时，该驱动用定子线圈产生磁通；第1转子，其具有驱动用
转子线圈，上述驱动用转子线圈与上述第1定子的上述驱动用定子
线圈中产生的定子侧的磁通交链，并且上述第1转子在该驱动用转
子线圈中产生的转子侧的磁通与该定子侧的磁通之间产生转矩时
旋转，上述旋转电机还具备：第2定子，其具有供给直流电流时产
生磁通的直流励磁定子线圈，该直流电流是对供给上述第1定子的
上述驱动用定子线圈的交流电流进行转换得到的；以及第2转子，
其具有交流感应转子线圈，上述交流感应转子线圈通过上述第2定
子的上述直流励磁定子线圈中产生的磁场诱发感应交流电流，上述
第2转子的上述交流感应转子线圈中产生的交流电流供应到上述第
1转子的上述驱动用转子线圈。
发明效果这样，根据本发明的一方式，仅仅从电源对第1定子的驱动用
定子线圈供应交流电流，就能在第1定子的驱动用定子线圈与第1
转子的驱动用转子线圈之间的电磁感应作用下产生转矩，并且通过
对第2定子的直流励磁定子线圈供应直流电流而产生磁场，能由第2
转子的交流感应转子线圈产生交流电流并将其供应给第1转子的驱
动用转子线圈。
因此，能提供如下二次励磁感应机类型的旋转电机：其能接受
来自1个电源的交流电流的供应而利用二次励磁感应，能削减成本，
并且能小型化。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的旋转电机的外观的立体图。
图2是表示定子的外观的立体图。
图3是表示内转子的外观的立体图。
图4是说明内转子和外转子的连线的概念连接图。
图5是表示电源电路的电路图。
附图标记说明100定子(第1定子、第2定子)
101驱动用定子线圈
102直流励磁定子线圈
120定子齿
131、132定子凸极
200外转子(第1转子)
201驱动用转子线圈
220转子齿
300内转子(第2转子)
301交流感应转子线圈
309u、309v、309w连接电线(配线)
331、332、341、342、351、352转子凸极
500电源电路
510二极管电桥
511u、511v、511w、512u、512v、512w整流二极管
550电池
560逆变器
570控制器
G1、G2间隙
M旋转电机
具体实施方式
以下参照附图对本发明的实施方式详细地说明。图1～图5是表
示本发明的一实施方式的旋转电机的图。
在图1中，二次励磁感应机类型的旋转电机M具备：形成为大
致圆筒形状的作为第1定子的定子100；形成为大致圆筒形状的作为
第1转子的外转子200，其以使定子100位于内周面侧的方式收纳定
子100，与定子100相对旋转；以及形成为大致圆筒形状的作为第2
转子的内转子300，其以位于定子100的内周面侧的方式被收纳，与
定子100相对旋转。
如后所述，该旋转电机M构成为：通过对定子100供应三相的
交流电流作为驱动电流，从而使定子100与外转子200之间产生一次
励磁的电磁感应，产生使外转子200旋转的转矩。而且，旋转电机
M构成为：利用供应给定子100的交流电流，在定子100与内转子300
之间也产生二次励磁的电磁感应，将通过该二次励磁感应另外产生
的三相的交流电流作为驱动电流供应给外转子200。
即，旋转电机M构筑成如下结构：仅仅从外部电源将三相的交
流电流作为驱动电流供应给定子100，就产生二次励磁感应，赋予
驱动外转子200旋转的转矩。由此，旋转电机M构筑为如下坚固性
优良、能小型化的二次励磁感应机类型：其不需要集电环、多台逆
变器，换言之，不必从外部电源向转子侧输入能量，例如，旋转电
机M具有适合搭载于混合动力汽车、电动汽车的性能。
在旋转电机M中，省略了图示，使定子100、外转子200以及内
转子300的轴心相同，与该轴心一致的作为旋转驱动轴的轴以与外
转子200和内转子300成为一体地同轴旋转(以下也简称一体旋转)
的方式固定于外转子200和内转子300。例如，定子100的轴方向一
端侧固定于车辆等的主体箱体侧。与此相对，轴在内转子300的轴
方向两端侧贯通，该贯通的轴经由配置于定子100侧的该轴方向两
端侧的轴承旋转自如地支撑于车辆等的主体箱体侧。另外，外转子
200的与主体箱体侧相反的一侧固定于环状构件，外转子200的主体
箱体侧经由轴承旋转自如地支撑于定子100侧，使外转子200与内转
子300一体旋转。
具体地，在定子100中，如图2所示，圆筒形状的定子基体110
和形成于定子基体110的外周面的多根定子齿120利用软磁体一体
成形。
定子齿120在离开轴心的径向延伸，并且沿着定子基体110的轴
方向形成为大致相同宽度，以在该定子基体110的外周面侧在圆周
方向并列的方式与定子基体110一体成形。在定子齿120的径向的顶
端侧形成有向圆周方向突出的锷形片121，与外转子200侧相对的外
周面120a中的锷形片121的宽度大于定子基体110侧的定子齿120的
厚度。
另外，在定子齿120中将相邻的定子齿120的侧面120b间的空间
用作槽129，用分布缠绕(每相每极槽数q＝2)来缠绕绕组，由此
形成多个驱动用定子线圈101。
驱动用定子线圈101以与三相(U相、V相、W相)对应的方式
与各相分别串联连接，在圆周方向并列，如后述的电源电路500所
示，与其他电路电连接。在本实施方式中，作为一例，说明将驱动
用定子线圈101分布缠绕的情况，但是不限于此，也可以集中缠绕。
如图1所示，与定子100同样，圆筒形状的外基体210和形成于
外基体210的内周面的多根转子齿220(参照图4)利用软磁体一体
成形。
转子齿220在与轴心接近的径向从外基体210延伸，并且沿着外
基体210的轴方向形成为大致相同宽度，以在该外基体210的内周面
侧在圆周方向并列的方式与外基体210一体成形。在转子齿220的接
近轴心的径向的顶端侧与定子齿120的锷形片121同样地形成有向
圆周方向突出的锷形片221(参照图4)，与定子100侧相对的内周面
220a中的锷形片221的宽度大于外基体210侧的转子齿220的厚度。
以转子齿220的内周面220a隔着间隙G1与定子100的定子齿120的外
周面120a接近而相对的状态，在外转子200内收纳定子100，使定子
100在外转子200内相对旋转自如。
另外，在转子齿220中，与定子齿120的槽129同样，将相邻的
转子齿220的侧面间的空间用作槽，用分布缠绕来缠绕绕组，由此
形成多个驱动用转子线圈201。
驱动用转子线圈201以与三相(U相、V相、W相)对应的方式
与各相分别串联连接，在圆周方向并列，如后述的电源电路500所
示，与其他电路电连接。在本实施方式中，作为一例，说明将驱动
用转子线圈201分布缠绕的情况，但是不限于此，也可以集中缠绕。
由此，旋转电机M从图5所示的电池550经由逆变器560对定子
100的驱动用定子线圈101供应三相的交流电流作为驱动电流，由此
针对外转子200的驱动用转子线圈201作用一次励磁的电磁感应，能
产生使该外转子200旋转的转矩。
而且，如图2所示，定子100的作为后述的磁路发挥作用的多根
定子凸极131、132利用软磁体而与定子基体110一体成形于定子基
体110的内周面。在此，本实施方式的定子100作为如后述那样用于
在与内转子300之间传送感应电流的匹配结构而形成8极，因此成为
8个凸极结构。
定子凸极131具备：延伸部131a，其在从定子基体110的内周面
的轴方向一端侧缘部到轴心侧的径向延伸；以及相对部131b，其从
延伸部131a的朝向轴心侧的径向的顶端，与内周面相对地，与轴方
向平行地延伸到轴方向另一端侧缘部，隔着间隙G2与后述的内转子
300的转子凸极331、332、341、342、351、352接近而相对。
各定子凸极132具备：延伸部132a，其在从定子基体110的内周
面的轴方向另一端侧缘部到轴心侧的径向延伸，成为在轴方向在与
各定子凸极131相反的方向延伸的形状；以及相对部132b，其从该
延伸部132a的朝向轴心侧的径向的顶端，与内周面相对地，与轴方
向平行地延伸到轴方向一端侧缘部，隔着间隙G2与后述的内转子
300的转子凸极331、332、341、342、351、352接近而相对。
定子凸极131在以轴心为中心的圆周方向以成为均等间隔(例
如机械角为90度的间隔)的方式配置于内周面侧。另外，定子凸极
132位于相邻的定子凸极131之间，在以轴心为中心的圆周方向以成
为均等间隔(例如机械角为90度的间隔)的方式配置于内周面侧。
在本实施方式中，为了使二次励磁频率与形成8极的转子的感
应电流匹配，以形成S极和N极的方式具备8根定子凸极。因此，图
2中的定子凸极131以90度间隔的机械角配置、定子凸极132以90度
间隔的机械角配置的构成只不过是一例，定子凸极配置的间隔能根
据极数适当变更。
根据该结构，这些定子凸极131、132在定子基体110的内周面
的轴方向的中间部形成于由延伸部131a、132a和相对部131b、132b
将在圆周方向连续的空间的周围包围的位置，在该空间内设有形成
为以沿着定子基体110的内周面的方式环绕的环状的单一直流励磁
定子线圈102。即，定子100构筑为与第1定子一体具备第2定子的结
构。该第1定子和第2定子也可以分体构成地形成为一体。
如图3所示，内转子300构成为：圆筒形状的内基体310和形成
于内基体310的外周面、作为后述的磁路发挥作用的多根转子凸极
331、332、341、342、351、352利用软磁体一体成形。在本实施方
式中，作为用于在与定子侧之间传送感应电流的匹配结构而形成8
极，所以对后述的各相(U相、V相、W相)均具备8个凸极结构。
内转子300形成为如下三层结构：使U相用的内转子300u、V
相用的内转子300v、W相用的内转子300w以与三相的各相对应的方
式，各以120度的电角错开地在轴方向重叠。内转子300构成为：在
由共用的轴以一体旋转的方式固定的三相各自的内基体310上分别
形成有U相用的转子凸极331、332、V相用的转子凸极341、342、
W相用的转子凸极351、352。
转子凸极331、341、351与定子100的定子凸极131同样，分别
具备：延伸部331a、341a、351a，其从内基体310的外周面的轴方
向一端侧缘部在离开轴心的径向延伸；以及相对部331b、341b、
351b，其从这些延伸部331a、341a、351a的离开轴心的径向的顶端，
与外周面相对地，与轴方向平行地延伸到轴方向另一端侧缘部，隔
着间隙G2与定子100的定子凸极131、132的相对部131b、132b接近
而相对。
各转子凸极332、342、352具备：延伸部332a、342a、352a，
其与定子凸极132相对于定子100的定子凸极131的关系同样，从内
基体310的外周面的轴方向另一端侧缘部在离开轴心的径向延伸，
成为在轴方向在与各转子凸极331、341、351相反的方向延伸的形
状；以及相对部332b、342b、352b，其从这些延伸部332a、342a、
352a的离开轴心的径向的顶端，与外周面相对地，与轴方向平行地
延伸到轴方向一端侧缘部，隔着间隙G2与定子100的定子凸极131、
132的相对部131b、132b接近而相对。
转子凸极331、341、351在以轴心为中心的圆周方向以成为均
等间隔(例如机械角90度间隔)的方式配置于外周面侧。另外，转
子凸极332、342、352位于相邻的各个转子凸极331、341、351之间，
在以轴心为中心的圆周方向，以成为均等间隔(例如机械角为90
度的间隔)的方式配置于外周面。
根据该结构，这些转子凸极331、332、341、342、351、352
分别在内基体310的外周面的轴方向的中间部形成于由延伸部
331a、332a、341a、342a、351a、352a和相对部331b、332b、341b、
342b、351b、352b将在圆周方向连续的空间的周围包围的位置，在
这些空间内分别设置有形成为以沿着内基体310的外周面的方式环
绕的环状的单一交流感应转子线圈301u、301v、301w。
如图4所示，内转子300的各相(U相、V相、W相)的交流感
应转子线圈301u、301v、301w分别利用连接电线(配线)309u、309v、
309w连接到与各相对应的外转子200的驱动用转子线圈201(即
201u、201v、201w)。
如图5所示，定子100的直流励磁定子线圈102与定子100的驱动
用定子线圈101、外转子200的驱动用转子线圈201以及内转子300
的交流感应转子线圈301一起组装到电源电路500中。
电源电路500在定子100中通过二极管电桥510将直流励磁定子
线圈102连接到驱动用定子线圈101，将输入到驱动用定子线圈101
的交流电流用二极管电桥510整流为直流电流，将该直流电流供应
给直流励磁定子线圈102。
另外，电源电路500通过定子凸极131、132和转子凸极331、332、
341、342、351、352将定子100的直流励磁定子线圈102和内转子300
的交流感应转子线圈301u、301v、301w电连接，通过定子100的定
子凸极131、132和内转子300的转子凸极331、332、341、342、351、
352将供应给定子100的直流励磁定子线圈102的直流电流供应给外
转子200的驱动用转子线圈201。
具体地，电源电路500在车载的电池550上连接逆变器560，将
积蓄电功率作为交流电功率取出，由电池550和逆变器560构成交流
电源，通过统一控制车辆整体的控制器570控制逆变器560，从而以
期望的转矩驱动旋转电机M(外转子200)使其旋转。
此时，旋转电机M利用如下一次励磁的电磁感应：通过电源电
路500对定子100的各相的驱动用定子线圈101通电(供电)而产生
的旋转磁通分别与外转子200的各相的驱动用转子线圈201交链，由
此产生感应电流；由定子100的驱动用定子线圈101产生的磁通被在
外转子200的驱动用转子线圈201中产生的磁场排斥，由此使旋转电
机M得到转矩而进行驱动。
电源电路500为如下电路构成：在与逆变器560的各相(U相、
V相、W相)连接的定子100的驱动用定子线圈101的Y连线的中性
点位置连接二极管电桥510，而且定子100的直流励磁定子线圈102
与该二极管电桥510并联连接。
逆变器560通过将构成驱动用定子线圈101的U相用定子线圈
101u、V相用定子线圈101v以及W相用定子线圈101w分别按各相串
联连接，向它们供应将电池550中蓄积的直流电功率进行了直流
(DC)/交流(AC)转换而获得的交流电功率，分别对它们进行交
流励磁。
二极管电桥510构筑为如下电路构成：以与逆变器560的各相对
应的方式，2个一组的整流二极管(整流元件)511u、512u、整流
二极管511v、512v以及整流二极管511w、512w分别串联连接，两
端侧并联连接，以成为相同的整流方向。
二极管电桥510构成为：分别在整流二极管511u、512u、整流
二极管511v、512v以及整流二极管511w、512w的各组的中间部连
接有各相的U相用定子线圈101u、V相用定子线圈101v以及W相用
定子线圈101w的与逆变器560相反的一侧的侧端部。另外，二极管
电桥510构成为：整流二极管511u、512u、整流二极管511v、512v
以及整流二极管511w、512w以各组的两端部作为共用的连接点，
与定子100的直流励磁定子线圈102并联连接。
根据该电路构成，旋转电机M能通过逆变器560将电池550内的
蓄积直流电功率转换为交流电功率供应给定子100的驱动用定子线
圈101的各相，对它们进行交流励磁，另外，能将通过了该驱动用
定子线圈101的各相的交流电功率用二极管电桥510的整流二极管
511u、512u、整流二极管511v、512v以及整流二极管511w、512w
的各组整流为直流电功率，将该直流电功率供应给定子100的直流
励磁定子线圈102。
此时，旋转电机M构成为：在将通过二极管电桥510对交流驱
动电流进行整流所得的直流电流供应给定子100的直流励磁定子线
圈102时，在定子凸极131、132中，与由于环绕直流励磁定子线圈
102(换言之，定子基体110周围)的通电电流而产生的磁场相应的
方向的磁通以定子基体110为磁轭而迂回，由此形成磁路。
定子100的定子凸极131、132以各自的相对部131b、132b与内
转子300的转子凸极331、332、341、342、351、352的相对部331b、
332b、341b、342b、351b、352b仅隔着微小的间隙G2的近距离断续
地反复接近。
因此，通过定子100的定子凸极131、132的磁通能以与直流励
磁定子线圈102中的通电电流所产生的磁场相应的方向通过延伸部
131a、132a和定子基体110，并且在与相对部131b、132b接近而相
对的定时，从相对部131b、132b向内转子300的转子凸极331、332、
341、342、351、352的相对部331b、332b、341b、342b、351b、352b
交链而转移。
该交链磁通通过内转子300的相对部331b、332b、341b、342b、
351b、352b和延伸部331a、332a、341a、342a、351a、352a将内基
体310用作磁轭，由此能以与直流励磁定子线圈102中的通电电流所
产生磁场相应的方向形成返回到定子100的定子凸极131、132的磁
路。
即，定子100的定子凸极131、132和内转子300的转子凸极331、
332、341、342、351、352形成为沿着在直流励磁定子线圈102、交
流感应转子线圈301(301u、301v、301w)的周围所形成的磁场的
磁力线的形状，作为分别使磁通通过的磁路发挥作用。
如上所述，通过内转子300的转子凸极331、332、341、342、
351、352的磁通形成以内基体310为磁轭而迂回的磁路，所以旋转
电机M能利用如下二次励磁的电磁感应：其在转子凸极331、332、
341、342、351、352包围的交流感应转子线圈301u、301v、301w
内产生感应电流。
关于交流感应转子线圈301u、301v、301w内产生的感应电流，
因为内转子300的转子凸极331、332、341、342、351、352各以120
度的电角错开，并且通过的磁通的方向在圆周方向以交替地方式重
叠，所以能以与U相、V相、W相对应的交流波形激励该感应电流，
能将其作为交流驱动电流输入(供应)到各自连接的外转子200的
驱动用转子线圈201u、201v、201w。
因此，使轴一体旋转的外转子200能以基于如下一次励磁作用
的转矩进行旋转驱动：该一次励磁作用是使在定子100的驱动用定
子线圈101中产生的磁通与驱动用转子线圈201交链而产生磁场；并
且，除此之外，外转子200能以如下得到的转矩进行旋转驱动：将
从内转子300的交流感应转子线圈301通过二次励磁作用产生的交
流的感应电流作为驱动电流，将该驱动电流输入到该驱动用转子线
圈201，由此强化与在定子100的驱动用定子线圈101中产生的磁通
的相互作用，得到上述转矩。
这样，本实施方式的旋转电机M采用如下结构：在收纳于外转
子200内的定子100的内周面侧设置直流励磁定子线圈102和定子凸
极131、132，并且在其内侧旋转自如地收纳具备转子凸极331、332、
341、342、351、352和交流感应转子线圈301的内转子300。
因此，该旋转电机M仅仅从车载的电源(即电池550和逆变器
560)对定子100的驱动用定子线圈101供应交流的驱动电流，就能
利用外转子200与定子100之间的一次励磁的电磁感应产生转矩，而
且，能将由于定子100与内转子300之间的二次励磁的电磁感应而产
生的交流电流供应给外转子200，使转矩增加。
因此，能提供如下二次励磁感应机类型的旋转电机M：其不需
要集电环、多台逆变器就能实现二次励磁感应，能削减成本并且能
小型化。
虽然公开了本发明的实施方式，但是应明白本领域技术人员可
在不脱离本发明的范围的情况下施加变更。意图将所有的这样的修
改和等同物包含于本权利要求。