CN102405583B - 磁通量可变旋转电机系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在磁铁励磁旋转电机中能量效率良好的激磁控制方法以及旋转电机系统。在磁铁励磁旋转电机中，在转子表面中在圆周方向上交替具有磁性体突极和来自外部的磁通不易通过的岛状突极，励磁部针对岛状突极和磁性体突极一并地在相同的方向上进行励磁而控制与电枢线圈交链的磁通量。电枢线圈具有与岛状突极和磁性体突极同时对向的电枢线圈从而抑制转矩变动以及发电电压失真。励磁部成为使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变化的结构，成为通过励磁电流使所供给的磁通量变化的结构，可以实现低电流、大转矩、进而高速旋转的旋转电机系统。

Description

磁通量可变旋转电机系统

技术领域

本发明涉及包括具有永久磁铁激磁的发电机、电动机的旋转电机系统。

背景技术

取出通过永久磁铁激磁与电枢的相对旋转而电磁性地产生的电力的发电机、或者根据通过对电枢供给的电流而产生的磁场与永久磁铁激磁的相互作用来产生永久磁铁激磁与电枢的相对的旋转的电动机等旋转电机装置的能量效率优良，伴随永久磁铁的技术的进步在日常中广泛使用。但是，这样的旋转电机由于来自激磁磁铁的磁通恒定而不论是用作电动机还是用作发电机都无法在宽的旋转速度范围内始终得到最佳的输出。

即，在电动机的情况下成为在高速旋转域中逆电动势(发电电压)变得过高的结果而难以控制，提出了作为弱激磁控制减弱激磁强度的各种手法。另外，在发电机的情况下，为了在宽的旋转速度范围中使发电电压成为规定的等级，专门使用了通过激磁电流控制实现的恒定电压发电机或者通过半导体实现的发电电压的恒定电压化电路。

在电动机中广泛采用了通过超前相位电流实现的弱激磁控制，但在能量效率、控制范围中存在界限。尝试不牺牲磁铁励磁旋转电机中的能量效率的高度，而通过机械性的偏向来进行旋转电机的激磁控制(例如美国专利7、567、006)。其可以将激磁条件保持为机械性的偏向，所以可以使与激磁控制相伴的能量损失保持最小限来实现高能量效率的旋转电机。

在使能量损失保持最小限的其他激磁控制方法中，在旋转电机的运转中使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变更，其记载于日本特开2008-289300。其是将美国专利5、682、073中的电流励磁结构代替为可磁化变更的磁铁励磁结构的结构。但是，激磁磁铁存在易于受到电枢线圈的磁场的影响、励磁线圈和电枢线圈干扰而结构复杂、以及来自激磁磁铁的磁通集中于中心部而只能应用于轴长短的旋转电机装置等难点。

作为一个具有磁铁励磁和电流励磁的混合动力励磁的例子，有美国专利5、767、601的技术提案。其是仅简化为美国专利5、682、073具有的两个转子中的一方的结构。因此，转矩变动、发电电压的高次谐波失真大、且磁通量控制的范围被限定。另外，不论在上述哪个结构中转子表面的一半都是永久磁铁，所以难以利用磁阻转矩。

发明内容

因此，本发明希望解决的课题在于提供一种旋转电机系统以及磁通量控制方法，可以实现强以及弱激磁控制而将输出控制为最佳。

本发明的旋转电机系统是转子和电枢隔着径向间隙而对向的结构。转子在圆周方向上交替具有岛状突极和磁性体突极，来自励磁部的磁通不易经由岛状突极流到电枢侧，而仅能够经由磁性体突极流到电枢侧，岛状突极和磁性体突极通过励磁部一并地在相同的方向上被励磁而控制电枢中流过的磁通量。其具体的结构如以下规定。

电枢以及转子隔着径向间隙对向而可相对地旋转，电枢在与转子的对向面中在圆周方向上具有电枢线圈，转子在与电枢的对向面中在圆周方向上交替具有岛状突极以及磁性体突极，还具有励磁部而针对所有岛状突极和磁性体突极在相同的方向上一并进行励磁。转子至少在岛状突极内具有以阻止来自外部的磁通通过的方式由永久磁铁以及或者非磁性体构成的隔离部件，岛状突极内的隔离部件的厚度大于磁性体突极内的隔离部件的厚度以便不使来自励磁部的磁通经由岛状突极流向电枢侧，通过岛状突极内以及或者与岛状突极邻接的永久磁铁而岛状突极在大致径向并且相同的方向上被磁化。励磁部至少具有励磁线圈以及激磁磁铁中的某一个，励磁部的两端分别与最外周中配置的转子或者电枢、和最内周中配置的转子或者电枢磁性地耦合而从励磁部的一端出来的磁通经由电枢、和转子的磁性体突极而环流到励磁部的另一端中，以使旋转电机装置的输出最佳化的方式依照上述输出使从励磁部供给的磁通量变化，来控制电枢中流过的磁通量。

在最外周或者最内周中配置的转子中，岛状突极以及磁性体突极配置于磁性体基板中而励磁部的一端与磁性体基板磁性地耦合，在最外周或者最内周中配置的电枢中，电枢线圈配置于磁轭中而励磁部的一端与磁轭磁性地耦合。电枢以及磁性体突极隔着空隙而形成来自励磁部的磁通流过的磁路。即，在按照转子、电枢、转子顺序排列的结构中，当电枢仅由在圆周方向上排列的电枢线圈构成的情况下，两个转子的磁性体突极隔着电枢而在径向上对向。当电枢线圈在径向上延伸的磁性体齿上卷绕的情况下，磁性体突极和磁性体齿构成为根据转子的旋转位置而来自励磁部的磁通经由两个转子的磁性体突极和磁性体齿断续地流过。进而，另外，在按照电枢、转子、电枢顺序排列的结构中，当电枢线圈在径向上延伸的磁性体齿上卷绕的情况下，磁性体突极和磁性体齿构成为根据转子的旋转位置而来自励磁部的磁通经由两个电枢的磁性体齿和磁性体突极断续地流过而与电枢线圈交链。

上述旋转电机系统具有隔着径向间隙而对向的电枢以及转子，其典型的结构之一是如以下那样转子和电枢隔着一个径向间隙而对向的结构。即，在电枢中，在与转子的对向面中在磁轭中配置了电枢线圈，在转子中，在与电枢的对向面中，在磁性体基板中在圆周方向上交替配置了岛状突极和磁性体突极，励磁部的两端与磁轭和磁性体基板分别磁性地耦合。

进而其他结构之一是按照电枢、转子、电枢顺序排列的结构。即，在转子中，在圆周方向上交替配置了岛状突极以及磁性体突极，各个电枢配置成在与转子的对向面中在磁轭中在圆周方向上具有电枢线圈而与转子的内周面以及外周面分别对向，励磁部的两端与两个电枢的磁轭分别磁性地耦合。

在上述旋转电机系统中，转子的磁极部即岛状突极以及磁性体突极的具体的结构之一使一样的磁性体以永久磁铁以及或者磁性的空隙隔离而形成岛状突极和磁性体突极，岛状突极构成为与磁性体突极相比使来自励磁部的磁通不易流过。进而，其他具体的结构是使岛状突极整体成为隔离部件即永久磁铁，使磁性体突极成为磁性体的结构。永久磁铁的相对透磁率接近空隙，来自磁化后的永久磁铁的磁通量大致恒定，所以可以使厚度大的永久磁铁成为双向的磁通的隔离部件。在使岛状突极由磁性地隔离的磁性体构成的情况下，除了磁铁转矩以外还可以利用磁阻。

在上述旋转电机系统中，可以使从岛状突极向电枢流过的磁通量固定，通过励磁部使从磁性体突极向电枢流过的磁通量可变，所以从邻接的岛状突极以及磁性体突极流向电枢的磁通量在大部分的情况下不平衡，引起转矩变动或者发电波形失真。在本发明中，即使在从相邻的磁极向电枢中流过的磁通量中存在不平衡的状态下，电枢的驱动转矩变动或者发电电压波形失真也被抑制。

因此，在上述旋转电机系统中，在电枢中在圆周方向上配置电枢线圈，被分组化为第一电枢磁极群和第二电枢磁极群，在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中在分别相同的定时供给驱动电流的同一相中所属的电枢线圈彼此配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，并且连接成在流过了电流时产生相互逆向的磁通。电枢线圈可以使用磁性体齿上卷绕的结构、或者空芯中的任意一个结构。

该电枢的具体的结构之一是指：具有第一电枢磁极群的电枢、具有第二电枢磁极群的电枢分别与转子对向，在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中分别属于同一相的电枢线圈彼此配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，并且以产生相互逆向的磁通的方式串联地连接。

进而，电枢的具体的结构之一是指：在电枢中在圆周方向的不同的位置具有第一电枢磁极群、第二电枢磁极群的电枢线圈，在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中分别属于同一相的电枢线圈彼此配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，并且以产生相互逆向的磁通的方式串联地连接。

在上述旋转电机系统中，励磁部的具体的结构之一是具有可磁化变更的激磁磁铁的结构。励磁部具有激磁磁铁、和变更激磁磁铁的磁化的励磁线圈，从上述激磁磁铁的N极或者S极中的某一个磁极流出的磁通经由最内周中配置的转子或者电枢、中间中配置的转子以及或者电枢、最外周中配置的转子或者电枢而环流到激磁磁铁的另一方的磁极中，以使旋转电机装置的输出最佳化的方式根据上述输出对励磁线圈供给磁化电流而使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变化，来控制电枢中流过的磁通量。

激磁磁铁由磁化容易度不同的一个以上的磁铁要素的并联连接、或者磁化容易度、即长度与磁阻力之积在剖面内连续地变化的磁铁构成。通过励磁线圈，磁动势(磁势差)大致均等地施加到构成激磁磁铁的磁铁要素，将磁动势除以长度而得到的值成为加到各磁铁要素的磁场强度，所以长度与磁阻力之积小的磁铁要素易于被磁化，通过施加到励磁线圈的电流，选择性地控制磁化容易度不同的磁铁要素的磁化状态。

磁铁要素具有相互逆向的第一磁化、第二磁化中的某一个磁化，使磁性体突极向与岛状突极的磁化方向相逆的方向磁化的磁铁要素成为第一磁化，在使磁性体突极向与岛状突极的磁化方向相逆的方向磁化的情况下，与电枢线圈交链的磁通量增大，所以如果增大第一磁化的磁极面积，则与电枢线圈交链的磁通量增大。

对磁铁要素进行并联连接的磁性体与磁铁要素的饱和磁通密度优选设定为大致相等。否则，来自厚的磁铁要素的磁通集中于薄的磁铁要素，薄的磁铁要素有可能被减磁。如果磁通集中为饱和磁通密度以上，则磁阻变大，所以磁通的集中被避免。

由电枢线圈感应的磁通经由电枢以及转子表面附近而环流，不通过激磁磁铁，所以不易受到电枢线圈的影响，在激磁磁铁中可以使用低保持力、或者厚度小的磁铁，通过励磁线圈易于控制激磁磁铁的磁化状态。在电枢线圈卷绕于磁性体齿上的结构中，由电枢线圈感应的磁通的分布被进一步局部化，而可以使激磁磁铁受到的影响变小。

在上述旋转电机系统中，进而励磁部的具体的结构之一是通过电流励磁实现的结构。励磁部具有励磁线圈以及励磁磁路部件，励磁磁路部件的一端与最外周中配置的转子或者电枢磁性地耦合，励磁磁路部件的另一端与最内周中配置的转子或者电枢磁性地耦合，在经由励磁磁路部件以及磁性体突极以及电枢的磁路中励磁线圈感应磁通，以使旋转电机装置的输出最佳化的方式，根据上述输出向励磁线圈供给励磁电流来控制电枢中流过的磁通量。

在上述旋转电机系统中，进而励磁部的具体的结构之一是重叠通过可磁化变更的激磁磁铁得到的磁通以及通过电流励磁得到的磁通的结构。励磁部具有励磁线圈以及可磁化的激磁磁铁，在激磁磁铁的各磁化状态下向励磁线圈供给不会使激磁磁铁产生不可逆的磁化变化的程度的磁通调整电流，将所感应出的磁通重叠到来自激磁磁铁的磁通来调整电枢中流过的磁通量。

激磁磁铁的磁化即使能够连续地变更，在大部分的情况下间歇地实施激磁磁铁的磁化变更，作为结果，电枢中流过的磁通量被离散地控制的情况较多。在本发明中，使在激磁磁铁的各磁化状态下励磁线圈感应的磁通重叠到来自激磁磁铁的磁通来精密地控制电枢中流过的磁通量。

在具有径向间隙的旋转电机装置中分别存在一个转子和电枢在径向上排列的结构、多个转子和电枢在径向交替排列的结构、以及转子和电枢具有圆锥面状的对向面的结构等，但本发明可以应用于上述任一结构。进而，旋转电机如果以向电枢线圈的电流为输入并以旋转力为输出则是电动机，如果以旋转力为输入并从电枢线圈输出电流则是发电机。在电动机或者发电机中存在最佳的磁极结构，但是可逆的，本发明的旋转电机系统可以应用于电动机、发电机中的任意一个。

附图说明

图1是第一实施例的旋转电机的纵剖面图。

图2是示出图1所示的旋转电机的电枢和转子的剖面图。

图3(a)、3(b)示出图2所示的电枢和转子的剖面的放大图以及磁通的流向。

图4(a)、4(b)、4(c)是图1所示的旋转电机的励磁部的上半部分的纵剖面图，图4(a)示出激磁磁铁区域41、激磁磁铁区域42的磁化状态。图4(b)示出减小了激磁磁铁区域41的磁化区域的情况的磁化状态。图4(c)示出增大了激磁磁铁区域41的磁化区域的情况的磁化状态。

图5是进行磁通量控制的旋转电机系统的框图。

图6是第二实施例的旋转电机的纵剖面图。

图7是示出图6所示的旋转电机的电枢和转子的剖面图。

图8示出图6所示的表面磁极部63以及电枢的剖面的放大图以及磁通的流向。

图9(a)、9(b)、9(c)示出图6所示的旋转电机的励磁部的上半部分的纵剖面图，图9(a)示出第一磁铁要素65、第二磁铁要素66都是第一磁化的状态。图9(b)示出第一磁铁要素65是第一磁化、第二磁铁要素66是第二磁化的状态。图9(c)示出第一磁铁要素65、第二磁铁要素66都是第二磁化的状态。

图10是第三实施例的旋转电机的纵剖面图。

图11是示出图10所示的旋转电机的电枢和转子的剖面图。

图12示出图11所示的表面磁极部以及电枢剖面的放大图以及磁通的流向。

图13是第四实施例的旋转电机的纵剖面图。

图14是示出图13所示的旋转电机的电枢和转子的剖面图。

图15示出图14所示的电枢和转子的剖面的放大图以及励磁磁通的流向。

图16示出图14所示的电枢和转子的剖面的放大图以及励磁磁通的流向。

图17示出图15所示的电枢线圈和驱动电路的接线状态。

图18是第五实施例的旋转电机的纵剖面图。

图19是第六实施例的旋转电机系统的框图。

具体实施方式

以下，针对本发明的旋转电机系统，参照附图，说明其实施例以及原理作用等。

实施例1

使用图1至图5，说明本发明的旋转电机系统的第一实施例。第一实施例是两个电枢与转子对向，使激磁磁铁的磁化状态连续变化的旋转电机系统。

图1示出在径向间隙构造的旋转电机中应用了本发明的实施例的纵剖面图，旋转轴11经由轴承13可转动地支撑于壳体12。转子具有表面磁极部18以及激磁极1a、1b、激磁磁铁19、支撑体1e。与转子对向地两个电枢在轴向排列，左侧的电枢由具有磁性体齿14、圆筒状磁轭15、电枢线圈16的第一电枢磁极群构成，右侧的电枢由具有磁性体齿17、圆筒状磁轭15、未图示的电枢线圈的第二电枢磁极群构成。

励磁部是向转子的两端的壳体侧以及转子内分割而配置的。在转子内在激磁极1a、1b之间配置了径向的厚度连续变化的激磁磁铁19，激磁极1a与在转子的右侧和圆筒状磁轭15连接的圆环状磁芯1d隔着微小间隙而对向，励磁线圈1c配置成在由圆环状磁芯1d、圆筒状磁轭15、磁性体齿14(17)、表面磁极部18、激磁极1b、激磁磁铁19、激磁极1a构成的磁路中产生磁通。符号1f表示非磁性体，激磁磁铁19内的箭头表示磁化的方向。对在转子的左端侧配置的圆环状磁芯、励磁线圈、激磁磁铁没有附加符号，但是同样的结构。

图2示出沿着图1的A-A’的电枢以及转子的剖面图，为了说明相互的关系而对构成部分的一部分附加符号而示出。在表面磁极部18中在圆周方向上交替配置有具有在径向上突出的形状的岛状突极21、磁性体突极22。在岛状突极21中在内周部分中配置有永久磁铁23，在磁性体突极22中在内周部分中配置有永久磁铁24以及磁性体板25。邻接的永久磁铁23、24的磁化方向相互成为逆向而岛状突极21、磁性体突极22分别被磁化为N极、S极。永久磁铁23、24中的箭头表示磁化的方向。

永久磁铁23以及永久磁铁24是隔离部件，永久磁铁23的厚度大于永久磁铁24的厚度，岛状突极21被设定成来自励磁部的磁通不易通过。磁性体板25是具有与永久磁铁23、24大致相同比重的磁性体，配置成不会损失转子的重量平衡。岛状突极21、磁性体突极22是通过宽度窄的可饱和磁性体部连结的结构，通过规定的模具对硅钢板进行冲压并层叠而构成，并在硅钢板中设置的槽中插入了永久磁铁23、24以及磁性体板25。激磁极1a、1b由压粉铁芯构成，传输来自励磁部的磁通。

图2示出第二电枢磁极群的剖面图，包括：壳体12上固定的圆筒状磁轭15；从圆筒状磁轭15在径向上延伸，在圆周方向上具有磁空隙的多个磁性体齿17；以及磁性体齿17上卷绕的电枢线圈26。在电枢的磁性体齿17前端，在邻接的磁性体齿17前端部之间设置有径向短的可饱和磁性体耦合部27。磁性体齿17以及可饱和磁性体耦合部27是通过模具对硅钢板进行冲压并层叠，在卷绕了电枢线圈26之后，与由压粉铁芯构成的圆筒状磁轭15组合而成的。

图2所示的电枢是属于第二电枢磁极群中的电枢线圈26以及磁性体齿17在圆周方向上排列的结构。在电枢线圈26中，在圆周方向上，依次反复配置U’相、V’相、W’相的电枢线圈，并针对转子的8极配置有12个电枢线圈。图1中，在左侧配置的电枢具有第一电枢磁极群，其结构与图2所示的第二电枢磁极群相同，在属于第一电枢磁极群中的电枢线圈16中，在圆周方向上依次反复配置了U相、V相、W相的电枢线圈，针对转子的8极配置有12个电枢线圈。

图3(a)、3(b)是将图2所示的表面磁极部18以及电枢的剖面放大而示出的图，说明通过永久磁铁23、24和励磁部得到的磁通的流向。图3(a)示出表面磁极部18以及第一电枢磁极群的剖面，图3(b)示出表面磁极部18以及第二电枢磁极群的剖面。图3(a)、3(b)示出励磁部使与电枢线圈16、26交链的磁通量比仅永久磁铁23、24的情况增大的情况。

在图3(a)中，在第一电枢磁极群的电枢线圈中，将U相、V相、W相的电枢线圈16分别表示为电枢线圈31、32、33，在图3(b)中，在第二电枢磁极群的电枢线圈26中，将U’相、V’相、W’相的电枢线圈分别表示为电枢线圈34、35、36。以在U相的电枢线圈31正对岛状突极21时使U’相的电枢线圈34与磁性体突极22正对的方式相互偏转地配置。以在流过了电流时使U相的电枢线圈31和U’相的电枢线圈34感应相互逆向的磁通的方式串联连接。V相的电枢线圈32和V’相的电枢线圈35、W相的电枢线圈33和W’相的电枢线圈36也同样地配置而连接，作为整体3相地接线。

虚线37代表而示出来自永久磁铁23、24的磁通。在图3(a)中，从永久磁铁23的N极出来的磁通37经由岛状突极21、磁性体齿14、圆筒状磁轭15、邻接的磁性体齿14、永久磁铁24、磁性体突极22而环流到永久磁铁23的S极。在图3(b)中，从永久磁铁23的N极出来的磁通37经由岛状突极21、磁性体齿17、圆筒状磁轭15、邻接的磁性体齿17、永久磁铁24、磁性体突极22而环流到永久磁铁23的S极。磁通37与U相的电枢线圈31交链的方向和与U’相的电枢线圈34交链的方向成为相互逆向，磁通37与V相的电枢线圈32交链的方向和与V’相的电枢线圈35交链的方向成为相互逆向，磁通37与W相的电枢线圈33交链的方向和与W’相的电枢线圈36交链的方向成为相互逆向。因此，通过来自永久磁铁23、24的磁通得到的感应电压正确地合成为3相的感应电压，即使在经由岛状突极21、磁性体突极22而流过的磁通量中存在不平衡，也不会出现在3相的电压输出中。

在图3(a)、3(b)中来自励磁部的磁通如符号38所示，流过圆筒状磁轭15与激磁极1a之间，但由于永久磁铁23的厚度被设定成大于永久磁铁24的厚度，所以磁通38几乎不流过岛状突极21，而主要流过磁性体突极22与磁性体齿之间。一般在磁路的途中存在永久磁铁的情况下，永久磁铁的饱和磁通量恒定，永久磁铁的相对透磁率接近空隙，所以在永久磁铁的厚度大的情况下，可以针对来自外部的磁通使永久磁铁成为双向的磁通的隔离部件。在本实施例中，接近电枢的永久磁铁23、24由磁阻力大的钕磁铁(NdFeB)构成，来自励磁部的磁通38不怎么强，而几乎不会对永久磁铁23、24的磁化状态造成影响。

磁通38以及磁通37在相同的方向上与V相的电枢线圈32、W相的电枢线圈33、U’相的电枢线圈34交链，所以励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅永久磁铁23、24的情况增大。在使磁通38流过的方向成为与图3(a)、3(b)相逆的方向的情况下，成为励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅永久磁铁23、24的情况减小的状态。

磁通38主要经由磁性体突极22而在电枢内流过，各电枢线圈中感应的电压不一样。但是，在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群的在相同的定时供给驱动电流的同一相中所属的电枢线圈彼此中，以在一方与岛状突极21对向时另一方与磁性体突极22对向，在分别流过了电流时产生逆向的磁通的方式串联连接。因此，驱动转矩变动或者发电电压波形失真被抑制。

配置有如图1所示激磁极1a、1b之间的间隙长在轴向上逐渐变化，径向的厚度连续地变化的激磁磁铁19。即，激磁磁铁19是长度不同的磁铁要素的并联连接。如果对励磁线圈1c供给了磁化电流，则激磁极1a、1b之间的磁势差(磁动势)在轴向上大致相同，在各磁铁要素内施加与将磁势差除以间隙长而得到的值相当的磁场强度的磁场。

因此，短的磁铁要素易于被磁化，长的磁铁要素不易被磁化。当通过对励磁线圈1c供给的磁化电流，激磁磁铁19被一并励磁后，磁通集中于磁场强度变大的短的磁铁要素，磁场强度大于磁阻力的磁铁要素被磁化。如果增大对励磁线圈1c供给的磁化电流，则被磁化变更的激磁磁铁的区域向长的磁铁要素的一侧扩展，激磁磁铁的磁化变更的区域被控制。

在岛状突极、磁性体突极附近配置的永久磁铁23、24、和激磁磁铁都由永久磁铁材料构成，但永久磁铁23、24因被暴露于电枢线圈产生的驱动磁通，所以由厚度与磁阻力之积大的钕磁铁构成，以使由于励磁线圈而被磁化变更的方式，设定了激磁磁铁的厚度与磁阻力之积。

优选为激磁磁铁的厚度的最小值大于磁性体齿17与磁性体突极22之间的空隙长以及圆环状磁芯1d与激磁极1a之间的空隙长之和，来自厚度大的磁铁要素的磁通不易集中于厚度小的磁铁要素。进而，激磁极1a、1b优选由具有与构成激磁磁铁的磁铁要素的饱和磁通密度大致相等的饱和磁通密度的磁性体构成。激磁极1a、1b由于相对饱和磁通密度以上的磁通集中而磁阻变大，所以来自厚度大的磁铁要素的磁通不易集中于厚度小的磁铁要素。

如以上的说明，激磁磁铁19是激磁极1a、1b之间磁化容易度不同的磁铁要素并联连接的结构。磁化的区域的宽度根据对励磁线圈1c施加的磁化电流的大小而变化，进而磁化的方向根据磁化电流的极性而变化。如图1所示，具有不同的磁化方向的区域在激磁磁铁19内共存，通过使各个磁化区域的磁极面积变化而向电枢侧流过的磁通量变化。如使用图3(a)、3(b)的说明，在从圆筒状磁轭15向激磁极1b侧流过励磁磁通时，与电枢线圈16、26交链的磁通量实效地增大，所以内径方向的磁化相当于第一磁化、外径方向的磁化相当于第二磁化。

图4(a)、4(b)、4(c)是示出激磁磁铁附近的纵剖面图的上半部分的图，说明激磁磁铁19的磁化状态变更的步骤。在该图中，激磁磁铁区域41表示第一磁化、激磁磁铁区域42表示第二磁化。具有比由励磁线圈1c向激磁磁铁内施加的磁场强度小的磁阻力的磁铁要素被全部磁化为相同的方向，所以激磁磁铁的磁化状态变更如以下那样实施。

如果减小第一磁化即激磁磁铁区域41的磁极面积，则第二磁化即激磁磁铁区域42的磁极面积扩大。激磁磁铁区域42由于与激磁磁铁区域41相比径向的长度更短，所以为了从图4(a)的状态减小第一磁化的磁极面积，以使第二磁化的区域增大的方式将具有要磁化的振幅以及极性的磁化电流施加到励磁线圈1c。即，将使增大后的激磁磁铁区域42在第二磁化的方向上磁化的振幅以及极性的磁化电流施加到励磁线圈1c。图4(b)的激磁磁铁区域42内的斜线部分43表示激磁磁铁区域42的增大量(激磁磁铁区域41的减小量)。

为了从图4(a)的状态增大第一磁化的磁极面积，将在径向长度最短的激磁磁铁部分中使与第一磁化的放大磁极面积相当的区域在第一磁化的方向上磁化的振幅以及极性的磁化电流施加到励磁线圈1c。图4(c)的斜线部分44表示第一磁化的增大量。在图4(c)的状态下，第一磁化的磁极面积成为激磁磁铁区域41的磁极面积与斜线部44的磁极面积之和。

通过这样使对励磁线圈1c供给的磁化电流的振幅以及极性变化而使激磁磁铁19内的第一、第二磁化区域的磁极表面积变化，来控制与电枢线圈16、26交链的磁通量。电枢中流过的磁通量与对励磁线圈1c供给的磁化电流的关系在设计阶段中被设定为地图数据。但是，在旋转电机的量产阶段中部件的尺寸在公差范围内存在偏差、且还存在磁性体的磁特性的偏差而电枢中流过的磁通量有时难以实现精密的控制。在这样的情况下，在组装了旋转电机之后，针对各个旋转电机检查电枢中流过的磁通量与对励磁线圈1c供给的磁化电流的关系，来修正上述地图数据。

进而，在磁性体的特性易于受到由于温度引起的影响、并且还有可能受到由于经时变化引起的影响的情况下，还可以在运转中监视所施加的磁化电流和作为其结果的激磁磁铁的磁化状态，在旋转电机的运转中学习性地取得修正上述地图数据的信息。虽然难以直接掌握电枢中流过的磁通量，但可以参照电枢线圈16、26中出现的感应电压来推测电枢中流过的磁通量。

例如，电枢线圈16、26中出现的感应电压的振幅与和电枢线圈16、26交链的磁通量以及旋转速度成比例。修正与磁化电流相关的参数，以作为以使激磁磁铁区域91的磁极表面积增大的方式对励磁线圈1c施加了磁化电流的结果，在感应电压的振幅的变化量小于目标值的情况下，增大同一条件中的磁化电流的振幅，在感应电压的振幅的变化量大于目标值的情况下，减小同一条件中的磁化电流的振幅。

在本实施例中，激磁磁铁19的磁化状态可以连续地变化，但在间歇地进行磁化状态的变更的情况下，激磁磁铁19的磁化状态实质上离散地变化。在本实施例中，进而将不使激磁磁铁19的磁化状态变更的程度的磁通调整电流供给到励磁线圈1c而产生磁通，重叠到通过激磁磁铁19以及永久磁铁23、24得到的磁通来控制电枢中流过的磁通量。在该情况下，调整用的磁通主要流过激磁磁铁19的厚度小的区域。

图5示出进行磁通量控制的旋转电机系统的框图。在图5中，旋转电机51具有输入52、输出53，控制装置55以旋转电机51的输出53以及包括转子的位置、温度等的状态信号54为输入经由控制信号56控制磁通量。符号57表示对电枢线圈16、26供给驱动电流的驱动电路。如果旋转电机51被用作发电机，则输入52是旋转力，输出53是发电电力。如果旋转电机51被用作电动机，则输入52是从驱动电路57供给到电枢线圈16、26的驱动电流，输出53是旋转转矩、旋转速度。控制信号56控制切换开关58、磁化控制电路5a、磁通调整电路59，在使激磁磁铁19的磁化状态变更的情况下通过切换开关58连接磁化控制电路5a而对励磁线圈1c供给用于磁化状态变更的磁化电流，在进行与电枢线圈16、26交链的磁通量的微调整的情况下通过切换开关58连接磁通调整电路59而对励磁线圈1c供给磁通调整电流。

在旋转电机被用作电动机的情况下，进行磁通量控制而将旋转力控制为最佳。其中，将使电枢中流过的磁通量增大的极性的磁通调整电流作为正。控制装置55在输出53即旋转速度大于规定的值而需要减小电枢中流过的磁通量时通过磁通调整电路59减小对励磁线圈1c供给的磁通调整电流而减小电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流小于预定的值的情况下将使第二磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈1c而减小第一磁化的磁极面积并且增大第二磁化的磁极面积来减小电枢中流过的磁通量。例如，在图4(a)的状态下为了增大第二磁化的磁极面积，将使扩大后的激磁磁铁区域42在第二磁化的方向上磁化的振幅以及极性的磁化电流施加到励磁线圈1c。图4(b)的激磁磁铁区域42内的斜线部分43表示激磁磁铁区域42的增大量(激磁磁铁区域41的减小量)。

在输出53即旋转速度小于规定的值而需要增大电枢中流过的磁通量时通过磁通调整电路59增大对励磁线圈1c供给的磁通调整电流来增大电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流大于预定的值的情况下将使第一磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈1c而增大第一磁化的磁极面积并且减小第二磁化的磁极面积来增大电枢中流过的磁通量。例如，在图4(a)的状态下为了增大第一磁化的磁极面积，将在激磁磁铁区域42内使与第一磁化的扩大量相当的区域(图4(c)的斜线部分44)在第一磁化的方向上磁化的振幅以及极性的磁化电流供给到励磁线圈1c。

在上述说明中，在激磁控制中流过磁通调整电流而并用了电流励磁，但磁通调整电流是激磁磁铁的各磁化状态下的微调整用且并非大的电流，所以不会大幅损害能量效率。另外，无需进行通过磁通调整电流实现的激磁的微调整，而还可以在激磁磁铁的各磁化状态下通过驱动电流的相位控制来附加弱激磁。即使在该情况下，由于是激磁的微调整，所以也不会大幅损害能量效率。

说明在旋转电机被用作发电机的情况下，控制成进行磁通量控制而使发电电压成为规定的电压的恒定电压发电系统。

控制装置55在输出53即发电电压大于规定的值而需要减小电枢中流过的磁通量时通过磁通调整电路59减小对励磁线圈1c供给的磁通调整电流而减小电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流小于预定的值的情况下将使第二磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈1c而减小第一磁化的磁极面积并且增大第二磁化的磁极面积来减小电枢中流过的磁通量。

控制装置55在输出53即发电电压小于规定的值而需要增大电枢中流过的磁通量时通过磁通调整电路59增大对励磁线圈1c供给的磁通调整电流而增大电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流大于预定的值的情况下将使第一磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈1c而增大第一磁化的磁极面积并且减小第二磁化的磁极面积来增大电枢中流过的磁通量。

在本实施例中，用于进行激磁磁铁的磁化变更的励磁磁通与电枢线圈交链，使电枢线圈感应电压。可以通过具有时间变化尽可能缓慢的波形(与频谱集中于低频侧的波形相同含义)的励磁电流将电枢线圈中出现的电压振幅抑制得较小。例如，作为对励磁线圈供给的电流波形，余弦平方脉冲、高斯脉冲等由于抑制电枢线圈中出现的电压振幅而是有效的。

在本实施例中激磁磁铁的厚度在轴向上连续地变化，但还可以采用厚度在圆周方向上变化的结构、或者在磁性体之间具有厚度离散地不同的多个磁铁要素的结构。

本实施例的激磁磁铁由厚度不同的磁铁要素的并联连接构成，但同样功能的激磁磁铁可以通过厚度恒定且磁阻力不同的磁铁要素的并联连接构成。在后者的情况下，将各磁铁要素视为空隙的磁阻相同，所以向厚度小的磁铁要素的磁通集中被避免，可以通过不同的永久磁铁材料的磁铁要素的并联连接来容易地实现上述结构。

实施例2

使用图6至图9说明本发明的旋转电机系统的第二实施例。第二实施例是径向间隙构造的旋转电机系统，励磁部配置于旋转电机的静止侧。

图6示出在径向间隙构造的旋转电机中应用了本发明的实施例的纵剖面图，旋转轴11经由轴承13可转动地支撑于壳体12上。电枢具有壳体12上固定的圆筒状磁轭15、磁性体齿61、以及电枢线圈62。转子具有表面磁极部63、圆筒状磁芯64、支撑体1e而与旋转轴11一起旋转。在表面磁极部63中圆筒状磁性体基板中埋入的岛状突极和磁性体基板的一部分即磁性体突极在圆周方向上交替配置。励磁部配置于转子两端的壳体侧，分别与圆筒状磁芯64以及圆筒状磁轭15磁性地耦合而在圆筒状磁芯64、圆筒状磁轭15之间流过磁通。

在该图中，与圆筒状磁芯64的右端隔着微小间隙而对向的励磁部包括激磁极6a、激磁极68、第一磁铁要素65、第二磁铁要素66、励磁线圈67，并被配置于壳体12中。即，激磁磁铁由第一磁铁要素65、第二磁铁要素66构成，第一磁铁要素65、第二磁铁要素66以使各自大致等量的磁通流过电枢侧的方式设定了各自的磁极表面积、饱和磁通密度等参数。第一磁铁要素65、第二磁铁要素66内的箭头表示磁化的方向。符号69是配置成包围旋转轴11的导体层，用于减小励磁线圈67的电感并且使磁通集中到励磁磁路。虽然没有对圆筒状磁芯64的左端侧的励磁部的结构部件附加符号，但是相同的结构。对相同种类的部件使用相同的符号。

图7示出沿着图6的B-B’的电枢以及转子的剖面图，为了说明相互的关系而对构成部分的一部分附加了符号。在转子中，通过在圆筒状磁性体基板中在圆周方向上大致等间隔地配置的永久磁铁形成岛状突极71以及磁性体突极72，进而相邻的永久磁铁的圆周方向磁化反转而岛状突极71和磁性体突极72被磁化成相互异极。在本实施例中岛状突极71、磁性体突极72被分别磁化为N极、S极，与电枢对向。将岛状突极71的两侧的永久磁铁分别作为永久磁铁73、75，永久磁铁73、75内的箭头表示磁化方向。进而，以使来自励磁部的磁通不易通过的方式，在岛状突极71内配置了隔离部件即非磁性体74。因此，岛状突极21是通过永久磁铁23、25以及非磁性体24被隔离为岛状的部分。磁性体突极72在内周侧与圆筒状磁芯64连接，来自励磁部的磁通可以在径向上通过。即，在磁性体突极与磁性体基板之间没有配置隔离部件。

岛状突极71、磁性体突极72成为通过宽度窄的可饱和磁性体部连结的结构，通过规定的模具对硅钢板进行冲压并层叠而构成。在冲压后的硅钢板中设置的槽中插入有永久磁铁73、75，在非磁性体74中插入有非磁性体即不锈钢钢筋的块。圆筒状磁芯64由锻铁的块构成，在轴向上传输来自励磁部的磁通。还可以通过电阻率大的压粉铁芯一体地构成岛状突极71、磁性体突极72、圆筒状磁芯64。

电枢由壳体12上固定的圆筒状磁轭15、从圆筒状磁轭15在径向上延伸并在圆周方向上具有磁空隙的多个磁性体齿61、以及磁性体齿61上卷绕的电枢线圈62构成。在电枢的磁性体齿61前端中，在径向上，在邻接的磁性体齿61前端部之间配置了短的可饱和磁性体耦合部76。针对磁性体齿61以及可饱和磁性体耦合部76，通过模具对硅钢板进行冲压且层叠，并卷绕了电枢线圈62之后，与由压粉铁芯构成的圆筒状磁轭15组合而成为电枢。

可饱和磁性体耦合部76使邻接的磁性体齿61彼此机械地连结而提高磁性体齿61的支撑强度，抑制磁性体齿61的不需要的振动。可饱和磁性体耦合部76的径向的长度被设定为较短而成为容易磁性地饱和的形状，所以通过电枢线圈16产生的磁通或者永久来自磁铁的磁通容易地饱和，在该情况下电枢线圈62产生的磁通以及磁通的短路是微少的量。当对电枢线圈62供给电流后，随着时间经过，可饱和磁性体耦合部76被磁性地饱和而向周边泄漏磁通，但磁饱和后的可饱和磁性体耦合部76中出现的有效的磁空隙的边界并未清除，所以泄漏的磁通的分布缓慢，可饱和磁性体耦合部76在该点中也使施加到磁性体齿61的力的时间变化变得缓慢而有助于振动抑制。

在图7所示的电枢中，属于第一电枢磁极群和第二电枢磁极群的各自中的电枢线圈62以及磁性体齿61配置于圆周方向的不同的位置。U相、V相、W相、U’相、V’相、W’相的电枢线圈在圆周方向上依次反复配置，针对转子的8磁极配置了24个电枢线圈。U相、V相、W相的电枢线圈属于第一电枢磁极群，U’相、V’相、W’相的电枢线圈属于第二电枢磁极群。U相和U’相、V相和V’相、W相和W’相分别是同一相。

图8是将图7所示的转子的表面磁极部63以及电枢的剖面放大而示出的图，示出来自永久磁铁73、75以及励磁部的磁通的流向。图8示出励磁部使与电枢线圈62交链的磁通量比仅永久磁铁73、75的情况增大的情况。

在图8中，在第一电枢磁极群的电枢线圈中，将U相、V相、W相的电枢线圈分别表示为电枢线圈81、82、83，在第二电枢磁极群的电枢线圈中，将U’相、V’相、W’相的电枢线圈分别表示为电枢线圈84、85、86。构成为在U相的电枢线圈81面对岛状突极71时U’相的电枢线圈84面对磁性体突极72。此时，以在从永久磁铁73、75流出的磁通中，与U相的电枢线圈81交链的磁通的方向、和与U’相的电枢线圈84交链的方向成为相互逆向，在流过了电流时U相的电枢线圈81和U’相的电枢线圈34感应相互逆向的磁通的方式，串联地连接。V相的电枢线圈82和V’相的电枢线圈85、W相的电枢线圈83和W’相的电枢线圈86也分别同样地配置而连接，作为整体3相地接线。

虚线87代表而示出来自永久磁铁73、75的磁通。磁通87与U相的电枢线圈81交链的方向和与U’相的电枢线圈84交链的方向成为相互逆向，磁通87与V相的电枢线圈82交链的方向和与V’相的电枢线圈85交链的方向成为相互逆向，磁通87与W相的电枢线圈83交链的方向和与W’相的电枢线圈86交链的方向成为相互逆向。因此，通过来自永久磁铁73、75的磁通87得到的感应电压正确地合成为3相的感应电压，即使在经由邻接的突极即岛状突极71、磁性体突极72而流过的磁通量之间存在不平衡，3相的电压输出波形也不会被影响。

在图8中，来自励磁部的磁通用符号88来表示，被非磁性体74阻碍而不流过岛状突极71，主要经由磁性体突极72而在径向上流过。如果使磁通88的方向成为通过永久磁铁73、75对岛状突极71进行磁化的方向相逆的方向，则磁通88和磁通87在与W相的电枢线圈83、U’相的电枢线圈84、V’相的电枢线圈85相同的方向上交链。因此，是励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅永久磁铁73、75的情况增大的状态。在使磁通88流过的方向成为与图8相逆的方向的情况下，是励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅永久磁铁73、75的情况减小的状态。

来自励磁部的磁通88主要经由磁性体突极72在径向上流过，各电枢线圈中感应的电压不一样。但是，如上述说明那样，第一电枢磁极群、第二电枢磁极群的电枢线圈配置于圆周方向的不同的位置，配置成在相同的定时供给驱动电流的同一相中所属的电枢线圈彼此中在一方与岛状突极71对向时另一方与磁性体突极72对向，以在流过了电流时分别产生逆向的磁通的方式串联地连接。因此，驱动转矩变动或者发电电压波形失真被抑制。

图9(a)、9(b)、9(c)示出与转子的右端对向的励磁部的纵剖面图的上半部分，分别示出第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的不同的磁化状态。构成励磁部的主要部的第一磁铁要素65、第二磁铁要素66、励磁线圈67、激磁极6a、68、导体层69是包围旋转轴11的形状。以在由激磁极6a、第一磁铁要素65、激磁极68、第二磁铁要素66构成的闭合磁路中感应磁通的方式配置有励磁线圈67。另外，来自第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁通流过由激磁极68、圆筒状磁芯64、磁性体突极72、磁性体齿61、圆筒状磁轭15、激磁极6a构成的主磁路，第一磁铁要素65、第二磁铁要素66是与主磁路并联地连接的结构。

永久磁铁73、75使岛状突极71、磁性体突极72分别磁化为N极、S极，所以使磁性体突极72磁化为S极的磁铁要素的磁化是第一磁化，逆向的磁化是第二磁化。在图6所示的磁化状态下第一磁铁要素65相当于第一磁化，第二磁铁要素66相当于第二磁化，它们在励磁部内构成闭合磁路而磁通不会供给到外部。

在第一磁铁要素65中，将磁化变更所需的磁场强度设为H1、将厚度设为L1，将第二磁铁要素66的厚度设为L2，将磁化变更所需的磁场强度设为H2，如下那样设定这些参数的关系。即，L1被设定为小于L2，H1＊L1被设定为大于H2＊(L1+L2)。

将对励磁线圈67供给的磁化电流的峰值与线圈的卷绕数之积设为AT，如下那样设定了变更各个磁铁要素的磁化的AT。变更第一磁铁要素65的磁化的AT大于H1＊L1，变更第二磁铁要素66的磁化的AT小于H1＊L1并且大于H2＊(L1+L2)。根据使各个磁铁要素磁化的方向来设定磁化电流的极性。

励磁线圈67配置于将第一磁铁要素65、第二磁铁要素66串联连接而形成的励磁磁路中，所以在第一磁铁要素65、第二磁铁要素66内施加大致相等的磁场强度，但各自的磁化变更所需的磁场强度不同，所以第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化状态被分别控制。在第一磁铁要素65中应用钕磁铁(NdFeB)、在第二磁铁要素66中应用铝镍钴磁铁(AlNiCo)而构成了与上述条件相符的磁铁要素。

在上述结构中，在第一磁铁要素65的磁化变更时第二磁铁要素66始终随着由励磁线圈67感应的励磁磁通的方向而迅速地磁化，向励磁磁通的磁阻小。在第二磁铁要素66的磁化变更时，在励磁磁通的方向与第一磁铁要素65的磁化的方向相同的情况下，向励磁磁通的磁阻当然小，在励磁磁通的方向与第一磁铁要素65的磁化的方向相逆的情况下，其长度L1小，所以将第一磁铁要素65视为空隙的励磁磁路的磁阻小。

因此，在第一磁铁要素65或者第二磁铁要素66的磁化变更时相互成为另一方的励磁磁路的一部分，但针对励磁磁通的磁阻实效地小，所以第一磁铁要素65以及第二磁铁要素66的磁化变更容易。进而，圆筒状磁芯64由锻铁块构成以不易流过交流磁通，相对主磁路的交流磁通的磁阻大，所以励磁线圈67感应的脉冲状的励磁磁通不易流过主磁路。

在与电枢对向的转子表面优选配置不会容易地产生非可逆减磁的钕磁铁(NdFeB)，但如以上的说明，在励磁部中电枢线圈感应的磁通不易到达，所以作为磁铁要素可以使用磁化变更容易的磁铁。在钕磁铁(NdFeB)中磁化所需的磁场强度是2400kA／m(千安培／米)左右，铝镍钴磁铁(AlNiCo)的磁化所需的磁场强度是240kA／m左右。在本实施例中，在第一磁铁要素65、第二磁铁要素66串联地连接而成的电路中感应励磁磁通，所以各个磁铁要素需要具有不同的磁阻力。各个磁铁要素由材料不同的磁铁构成，通过磁阻力与厚度之积来调整各个磁铁要素的磁化容易度。

在本实施例的旋转电机装置中，由电枢线圈62感应的磁通主要流过磁性体突极72、岛状突极71、磁性体齿61、圆筒状磁轭15等的附近，对第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化状态造成影响的可能性少。在第一磁铁要素65、第二磁铁要素66中可以应用低保持力、或者厚度小的磁铁材料。

使用图9(a)、9(b)、9(c)来说明变更第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化的步骤。在图9(a)中第一磁铁要素65、第二磁铁要素66都是第一磁化。对励磁线圈67供给为了将第一磁铁要素65励磁为第一磁化而充分的振幅以及极性的磁化电流。此时，第二磁铁要素66成为第二磁化，所以进一步对励磁线圈67供给仅将第二磁铁要素66励磁为第一磁化的振幅以及极性的磁化电流。在该状态下流向电枢侧的磁通量比仅永久磁铁73、75的情况增大。

在图9(a)中，对励磁线圈67供给仅将第二磁铁要素66励磁为第二磁化的振幅以及极性的磁化电流，其磁化状态如图9(b)所示。在该状态下来自第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁通被相互抵消而不会供给到电枢侧，所以与电枢线圈交链的磁通仅是来自永久磁铁73、75的磁通。

在图9(a)中，对励磁线圈67供给将第一磁铁要素65励磁为第二磁化的振幅以及极性的磁化电流，此时，第二磁铁要素66成为第一磁化，所以对励磁线圈67供给仅将第二磁铁要素66励磁为第二磁化的振幅以及极性的磁化电流。其磁化状态如图9(c)所示。在该状态下流向电枢侧的磁通量比仅永久磁铁73、75的情况减小。

导体层69由包围旋转轴11的铜板构成，发挥使励磁线圈67制作的磁通集中于励磁磁路，使励磁线圈67的电感实效地减小而使脉冲状的磁化电流易于流过的作用。当对励磁线圈67供给脉冲状的磁化电流后，在导体层69中感应妨碍磁通的变化的方向的电流，通过励磁线圈67得到的磁通在导体层69内减小，通过励磁线圈67得到的磁通集中于励磁磁路。激磁极6a、68由电阻率大的压粉铁芯构成。另外，还可以使用电阻率大的桶状磁性体。

这样使对励磁线圈67供给的磁化电流变化，使与第一磁化、第二磁化分别对应的磁铁要素数变化，从而控制电枢中流过的磁通量。电枢中流过的磁通量与磁化电流的关系在设计阶段被设定为地图数据。但是，在旋转电机的量产阶段中存在部件的尺寸的偏差、并且还存在磁特性的偏差而电枢中流过的磁通量的精密控制有时比较困难。在这样的情况下，在组装了旋转电机之后，针对各个旋转电机检查上述关系，修正上述地图数据。进而，在磁性体易于受到由于温度引起的影响、且还担心由于经时变化引起的影响的情况下，还可以在旋转电机的运转中监视磁化电流与磁化状态的关系来学习性地取得修正上述地图数据的信息。虽然难以直接掌握电枢中流过的磁通量，但参照电枢线圈62中出现的感应电压来推测电枢中流过的磁通量。

第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化状态是离散的，但在本实施例中进而将不使第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化状态发生变化的程度的磁通调整电流供给到励磁线圈67而产生磁通，重叠到通过第一磁铁要素65、第二磁铁要素66以及永久磁铁73、75得到的磁通，来控制电枢中流过的磁通量。磁通调整电流的极性根据使磁通量增减的方向而变化。

通过磁通调整电流得到的磁通在一同包括第一磁铁要素65、和第二磁铁要素66的闭合磁路、包括第一磁铁要素65和主磁路的闭合磁路中感应出。以使通过磁通调整电流得到的磁通的大部分流过主磁路的方式，将第一磁铁要素65的厚度L1设定为小于第二磁铁要素66的厚度L2，进而将第二磁铁要素66视为空隙的磁阻被设定为大于主磁路的磁阻。主磁路的磁阻根据磁性体突极与磁性体齿的相对位置而变动，但在本发明中主磁路的磁阻成为关于磁性体突极与磁性体齿之间的各相对位置被平均化的值。

以上，说明了在图6至图9所示的旋转电机中，可以通过使第一磁铁要素65、第二磁铁要素66的磁化状态变化来控制电枢中流过的磁通量的例子。本实施例是控制电枢中流过的磁通量而使输出最佳化的系统，使用图5来说明作为旋转电机系统的控制。

在旋转电机被用作电动机的情况下，进行磁通量控制而将旋转力控制为最佳。其中，将使电枢中流过的磁通量增大的极性的磁通调整电流设为正。

在输出53即旋转速度大于规定的值而需要减小电枢中流过的磁通量时减小从磁通调整电路59向励磁线圈67供给的磁通调整电流。此时，在磁通调整电流小于预定的值的情况下将使第二磁化的磁铁要素数增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈67，减小第一磁化的磁铁要素数并且增大第二磁化的磁铁要素数而使电枢中流过的磁通量变小。

在输出53即旋转速度小于规定的值而需要增大电枢中流过的磁通量时使从磁通调整电路59向励磁线圈67供给的磁通调整电流增大。此时，在磁通调整电流大于预定的值的情况下将使第一磁化的磁铁要素数增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈67，增大第一磁化的磁铁要素数并且减小第二磁化的磁铁要素数而增大电枢中流过的磁通量。

说明在旋转电机被用作发电机的情况下，进行磁通量控制而控制成使发电电压成为规定的电压的恒定电压发电系统。在输出53即发电电压大于规定的值而需要减小电枢中流过的磁通量时使从磁通调整电路59向励磁线圈67供给的磁通调整电流减小。此时，在磁通调整电流小于预定的值的情况下将使第二磁化的磁铁要素数增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈67，减小第一磁化的磁铁要素数并且增大第二磁化的磁铁要素数而使电枢中流过的磁通量变小。

在输出53即发电电压小于规定的值而需要增大电枢中流过的磁通量时使从磁通调整电路59向励磁线圈67供给的磁通调整电流增大。此时，在磁通调整电流大于预定的值的情况下将使第一磁化的磁铁要素数增大的方向的磁化电流从磁化控制电路5a供给到励磁线圈67，增大第一磁化的磁铁要素数并且减小第二磁化的磁铁要素数而使电枢中流过的磁通量变大。

在本实施例中，通过永久磁铁73、75而岛状突极71以及磁性体突极72被相互磁化为异极，岛状突极71通过非磁性体74而使来自励磁部的磁通不易流过。通过该结构，除了磁铁转矩以外还可以利用磁阻转矩。还可以代替非磁性体74而配置永久磁铁，而使岛状突极71以及磁性体突极72更强地磁化。

另外，在本实施例中，转子两端中配置的励磁部是完全相同的结构，任一励磁部都使磁性体突极72在相同的方向上励磁。该结构用于在轴长长的旋转电机装置中供给充分的量的磁通，在轴长短的旋转电机装置的情况下仅为一方的励磁部。另外，虽然将电枢线圈62说明为集中卷，但当然还可以是分布卷的结构。

实施例3

使用图10至图12说明本发明的旋转电机系统的第三实施例。第三实施例是励磁部不具有激磁磁铁，而通过电流来控制电枢中流过的磁通量的旋转电机系统。

图10示出在径向间隙构造的旋转电机中应用了本发明的实施例的纵剖面图。旋转轴11经由轴承13可转动地支撑于壳体101。电枢具有壳体101上固定的圆筒状磁轭15、和磁性体齿61、电枢线圈62。转子具有表面磁极部102、圆筒状磁芯64，与旋转轴11一起旋转。表面磁极部102在圆周方向上交替具有磁性体基板中埋入的岛状突极和磁性体基板的一部分即磁性体突极。励磁部由转子两端的壳体侧中配置的励磁线圈103、以及圆筒状磁芯64、壳体101构成。在本实施例中，壳体101由以铁为主体的磁性体构成，通过对励磁线圈103供给的电流在圆筒状磁芯64与圆筒状磁轭15之间流过磁通而控制与电枢线圈62交链的磁通量。

图11示出沿着图10的C-C’的电枢以及转子的剖面图，为了说明相互的关系而对构成部分的一部分附加了符号。电枢的结构与第二实施例的电枢结构相同，所以省略说明。表面磁极部102是磁性体通过磁组合件而在圆周方向上被划分的结构。在中间磁性体突极113的两侧面配置有大致相同的磁化方向的磁铁板115、116的组合作为磁性地与磁铁等价的磁组合件，转子的表面磁极部102由通过在圆周方向上等间隔地配置了一样的圆筒状磁性体基板的磁组合件划分的岛状突极111、磁性体突极112以及磁组合件构成。进而，邻接的突极即岛状突极111、磁性体突极112是以向相互不同的方向磁化的方式使邻接的磁组合件的磁化方向相互反转而构成的。岛状突极111、磁性体突极122各自的圆周方向两侧面中配置的磁铁板是V字状的配置，磁铁板的交差角度设定为适合于磁通屏障的角度。对磁铁板114、115、116、117附加的箭头表示与磁铁板114、115、116、117的板面大致正交的磁化方向。

在岛状突极111的内周侧，作为隔离部件，配置有非磁性体118，岛状突极111通过磁铁板114、115以及非磁性体118从磁性体突极112被磁性地隔离。在磁性体突极112的圆周方向两侧面，配置有磁铁板116、117，但通过内周部分而所有的磁性体突极112连接。即，在磁性体突极112内没有配置隔离部件。通过磁铁板114、115、116、117，岛状突极111、磁性体突极112被分别磁化为N极、S极。进而，隔着磁组合件以使磁通不会流出到电枢侧的方式配置有非磁性体119。

图12是将图11所示的转子的表面磁极部102以及电枢的剖面放大而示出的图，示出来自磁铁板114、115、116、117以及励磁部的磁通的流向。图12示出励磁部使与电枢线圈62交链的磁通量比仅磁铁板114、115、116、117的情况增大的情况。

与图8同样地，在第一电枢磁极群的电枢线圈中，将U相、V相、W相的电枢线圈分别表示为电枢线圈81、82、83，在第二电枢磁极群的电枢线圈中，将U’相、V’相、W’相的电枢线圈分别表示为电枢线圈84、85、86。构成为在U相的电枢线圈81面对岛状突极111时U’相的电枢线圈84面对磁性体突极112，以在流过了电流时U相的电枢线圈81和U’相的电枢线圈84感应相互逆向的磁通的方式串联地连接。V相的电枢线圈82和V’相的电枢线圈85、W相的电枢线圈83和W’相的电枢线圈86也分别同样地配置而连接，作为整体3相地接线。

虚线121代表而示出来自磁铁板114、115、116、117的磁通。磁通121与U相的电枢线圈81交链的方向和与U’相的电枢线圈84交链的方向成为相互逆向，磁通121与V相的电枢线圈82交链的方向和与V’相的电枢线圈85交链的方向成为相互逆向，磁通121与W相的电枢线圈83交链的方向和与W’相的电枢线圈86交链的方向成为相互逆向。因此，通过来自磁铁板114、115、116、117的磁通121得到的感应电压正确地合成为3相的感应电压，即使在经由邻接的突极即岛状突极111、磁性体突极112而流过的磁通量之间存在不平衡，3相的电压输出波形也不会受到影响。

在图12中，来自励磁部的磁通用符号122表示，通过非磁性体118阻碍而不流过岛状突极111，主要经由磁性体突极112在径向上流过。当使磁通122的方向与磁通121流过磁性体突极112的方向相同，则磁通122和磁通121在与W相的电枢线圈83、U’相的电枢线圈84、V’相的电枢线圈85相同的方向上交链。因此，是励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅磁铁板114、115、116、117的情况增大的状态。在使磁通122流过的方向成为与图12相逆的方向的情况下，是励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅磁铁板114、115、116、117的情况减小的状态。

励磁线圈103如图10所示配置成在与圆筒状磁轭15连接的壳体101的内周侧包围旋转轴11，圆筒状磁芯64的两端与壳体101经由微小间隙对向而构成了励磁部。是励磁线圈103在由圆筒状磁芯64、磁性体突极112、圆筒状磁轭15、壳体102构成的磁路中感应励磁磁通的结构。如使用图12的说明，可以使对励磁线圈103供给的电流变化来实效地控制与电枢线圈62(81、82、83、84、85、86)交链的磁通量。

在本实施例中，在径向上存在三个磁路而并联地连接。是由圆筒状磁芯64、非磁性体118、岛状突极111、磁性体齿61、圆筒状磁轭15构成的第一磁路、由圆筒状磁芯64、磁性体突极112、磁性体齿61、圆筒状磁轭15构成的第二磁路、以及由圆筒状磁芯64、壳体101、圆筒状磁轭15构成的第三磁路。来自永久磁铁114、115、116、117的磁通的大部分如图12所示经由岛状突极111、磁性体突极112、磁性体齿61、圆筒状磁轭15而在小的磁路中环流，但有可能流过第三磁路。以不易流过第三磁路而发生短路的方式，根据壳体101、圆筒状磁芯64之间的间隙中的表面积、间隙长等尺寸规格，将第三磁路的磁阻设定为大于第二磁路的磁阻。

实施例4

使用图13至图17说明本发明的旋转电机系统的第四实施例。第四实施例是具备双定子的旋转电机系统。在岛状突极内具有永久磁铁，通过对电枢线圈供给的电流使永久磁铁的磁化状态变化，扩大磁通量控制的范围。即，岛状突极内中配置的永久磁铁是隔离部件并且是可磁化变更的副激磁磁铁。

图13示出在径向间隙·双定子构造的旋转电机中应用了本发明的实施例的纵剖面图。电枢具有外周侧中配置的第一电枢、内周侧中配置的第二电枢，第一电枢具有磁性体齿134、圆筒状磁轭135、电枢线圈136，第二电枢具有磁性体齿139、圆筒状磁轭13a、电枢线圈13b。旋转轴131经由轴承133可转动地支撑于壳体132，转子具有表面磁极部137，在表面磁极部137的外周侧与第一电枢对向，在内周侧与第二电枢对向。符号138表示转子支撑体。

励磁部由主要部由磁性体构成的壳体132、在和壳体132连接的磁芯13d与圆筒状磁轭13a之间径向的厚度逐渐变化的激磁磁铁13c、励磁线圈13e等构成。励磁线圈13e配置成在由壳体132、圆筒状磁轭135、磁性体齿134、表面磁极部137、磁性体齿139、圆筒状磁轭13a、激磁磁铁13c、磁芯13d构成的磁路中产生磁通。激磁磁铁13c内的箭头表示磁化的方向，存在外径以及内径方向的磁化区域。

图14示出沿着图13的D-D’的电枢以及转子的剖面图，为了说明相互的关系而对构成部分的一部分附加了符号。转子的表面磁极部137在其内周面以及外周面中，通过在圆筒状磁性体基板中在圆周方向上大致等间隔地配置的永久磁铁而形成有岛状突极141、142以及磁性体突极143，进而相邻的永久磁铁的圆周方向磁化反转。在岛状突极141、142之间配置有副激磁磁铁144，在永久磁铁145、146之间、永久磁铁147、148之间配置有非磁性体149。

副激磁磁铁144具有外径方向的磁化，与永久磁铁145、147一起使岛状突极141向外径方向磁化，进而副激磁磁铁144、永久磁铁146、148使岛状突极142向外径方向磁化。磁性体突极143通过永久磁铁145、146、147、148向内径方向磁化。岛状突极141、142之间的副激磁磁铁144是来自励磁部的磁通不易通过的隔离部件并且是可磁化变更的永久磁铁。永久磁铁145、146、147、148、副激磁磁铁144内的箭头表示磁化方向。

第一电枢由壳体132上固定的圆筒状磁轭135、从圆筒状磁轭135在径向上延伸、在圆周方向上具有磁空隙的多个磁性体齿134、以及磁性体齿134上卷绕的电枢线圈136构成。第二电枢由圆筒状磁轭13a、从圆筒状磁轭13a在径向上延伸在圆周方向上具有磁空隙的多个磁性体齿139、以及磁性体齿139上卷绕的电枢线圈13b构成。

在第一电枢、第二电枢中，分别属于第一电枢磁极群和第二电枢磁极群中的电枢线圈以及磁性体齿配置于圆周方向的不同的位置。U相、V相、W相、U’相、V’相、W’相的电枢线圈在圆周方向上依次反复配置，针对转子的8磁极分别配置有24个电枢线圈。U相、V相、W相的电枢线圈属于第一电枢磁极群，U’相、V’相、W’相的电枢线圈属于第二电枢磁极群。U相和U’相、V相和V’相、W相和W’相分另表示相同的相。

图15是将第一电枢以及转子以及第二电枢的一部分放大而示出的图。根据该图说明转子的磁极结构以及通过励磁部得到的磁通的流向。转子的第一表面磁极部、第二表面磁极部在圆周方向上交替具有将一样的磁性体基板通过具有大致圆周方向磁化的永久磁铁在圆周方向上划分的岛状突极以及磁性体突极，在径向上排列的岛状突极141、142之间配置有副激磁磁铁144。

在第一电枢的电枢线圈136中，将U相、V相、W相、U’相、V’相、W’相的电枢线圈分别配置为电枢线圈151、152、153、154、155、156。第二电枢的电枢线圈13b也是相同的结构，对各相的电枢线圈分别附加了相同的符号。U相、V相、W相的电枢线圈属于第一电枢磁极群，U’相、V’相、W’相的电枢线圈属于第二电枢磁极群。两个电枢磁极群中的电枢线圈如以下那样构成。配置成在U相的电枢线圈151面对岛状突极141(142)时U’相的电枢线圈154面对磁性体突极143，以在流过了电流时U相的电枢线圈151和U’相的电枢线圈154感应相互逆向的磁通的方式串联地连接。V相的电枢线圈152和V’相的电枢线圈155、W相的电枢线圈153和W’相的电枢线圈156也分别同样地连接，作为整体3相地接线。

永久磁铁的饱和磁通量恒定，永久磁铁的相对透磁率接近空隙，所以在永久磁铁的厚度大的情况下可以相对来自外部的磁通使永久磁铁成为双向的磁通的隔离部件。被岛状突极141、142之间的副激磁磁铁144阻碍，来自励磁部的磁通不流过岛状突极141、142，而主要流过磁性体突极143。

虚线157代表而示出来自永久磁铁145、146、147、148的磁通，虚线158代表而示出来自副激磁磁铁144的磁通。示出磁通157、158使U相、V相、W相的电枢线圈151、152、153交链的方向、和使U’相、V’相、W’相的电枢线圈154、155、156交链的方向分别是相互逆向。因此，通过磁通157、158得到的感应电压正确地合成为3相的感应电压，即使在经由邻接的突极即岛状突极、磁性体突极而流过的磁通量中存在不平衡，3相的电压输出波形也不会受到影响。

在图15中，来自励磁部的磁通用符号159表示，被副激磁磁铁144阻碍而不流过岛状突极141、142，主要经由磁性体突极143而在径向上流过。如果针对磁通159的方向供给成从圆筒状磁轭135向圆筒状磁轭13a流过磁通159，则磁通157、158、159在与U’相的电枢线圈154、V’相的电枢线圈155相同的方向上交链。因此，成为励磁部使与电枢线圈交链的磁通量比仅永久磁铁145、146、147、148、副激磁磁铁144的情况增大的状态。

来自励磁部的磁通159主要经由磁性体突极143流过，各电枢线圈中感应的电压并不一样。但是，如上述说明，第一电枢磁极群、第二电枢磁极群的电枢线圈相互在圆周方向上偏转地配置，配置成在相同的定时供给驱动电流的同一相中所属的电枢线圈彼此中在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，以在流过了电流时分别产生逆向的磁通的方式串联地连接，而驱动转矩变动、发电电压波形失真被抑制。

在其他实施例中，使从岛状突极流出的磁通量成为固定，使流过磁性体突极的磁通量成为可变，而控制了与电枢线圈交链的磁通量。在本实施例中，进一步变更副激磁磁铁144的磁化，而扩大了与电枢线圈交链的磁通量的控制范围。

在如图15所示永久磁铁145、146、147、148和副激磁磁铁144使岛状突极141、142磁化为相同的极性的情况下，磁通157和磁通158流向电枢侧而与电枢线圈交链。但是，如果如图16所示副激磁磁铁144的磁化方向反转，则如虚线161的代表所示，来自永久磁铁145、146、147、148和副激磁磁铁144的磁通在转子内构成闭合磁路，向电枢侧泄漏的磁通量非常少。

使用图15、图17，说明副激磁磁铁144的磁化变更的动作原理。图17简略地示出了电枢线圈151-156与驱动电路的连接图。电枢线圈151和电枢线圈154以感应相互逆向的磁通的方式串联地连接，一方与中性点171连接，另一方与开关元件173以及174连接。电枢线圈152和电枢线圈155以感应相互逆向的磁通的方式串联地连接，一方与中性点171连接，另一方与开关元件175以及176连接。电枢线圈153和电枢线圈156以感应相互逆向的磁通的方式串联地连接，一方与中性点171连接，另一方与开关元件177以及178连接。进而，中性点171与开关元件179以及17a连接。符号172表示电池。对上述开关元件进行ON／OFF控制的控制部未图示。

在旋转电机的通常的动作时与中性点171连接的开关元件179以及17a成为OFF，根据转子的位置对各电枢线圈供给3相的驱动电流而转子被旋转驱动。在为了变更副激磁磁铁144的磁化状态而对与岛状突极141(142)对向的电枢线圈供给磁化电流的情况下，通过未图示的转子的位置传感器输出，与选定的电枢线圈连接的开关元件一起，进行开关元件179以及17a的ON／OFF控制。

在图15中为了沿着虚线158变更副激磁磁铁144的磁化而流过磁通的情况下，使开关元件173以及175以及17a成为ON而向电枢线圈151、154供给磁化电流17b、向电枢线圈152、155供给磁化电流17c。在使副激磁磁铁144的磁化方向反转的情况下使开关元件174以及176以及179成为ON而向电枢线圈151、154供给磁化电流17d、向电枢线圈152、155供给磁化电流17e。

以上，本实施例的旋转电机通过使激磁磁铁、进而使副激磁磁铁的磁化状态变化来控制电枢中流过的磁通量。通过激磁磁铁13c的磁化状态来控制从励磁部供给的磁通的方向以及量，但激磁磁铁13c的结构与第一实施例相同，所以省略通过励磁部实现的磁通量控制的说明。

实施例5

使用图18说明本发明的旋转电机系统的第五实施例。第五实施例是具有双定子的旋转电机系统，是励磁部不具有激磁磁铁，而通过电流来控制电枢中流过的磁通量的旋转电机系统。

图18示出使第四实施例的旋转电机的励磁部变化为电流励磁，来进行磁通量控制的旋转电机的纵剖面图。本实施例是与第四实施例大致相同的结构，从图13所示的结构去除激磁磁铁，将圆筒状的励磁磁路部件182配置成与圆筒状磁轭13a隔着非磁性体181而对向。由励磁线圈13e感应的磁通在壳体132、圆筒状磁轭135、磁性体齿134、表面磁极部137、磁性体齿139、圆筒状磁轭13a、励磁磁路部件182内流过，而与电枢线圈交链。通过对励磁线圈13e供给的电流，控制与电枢线圈交链的磁通量。

励磁部的主要部如图18所示由磁性体构成的壳体132、壳体132的内周面中配置的励磁线圈13e、为了励磁磁路的磁阻调整而配置的非磁性体181构成，是向圆筒状磁轭135以及圆筒状磁轭13a之间供给励磁线圈13e感应的磁通的结构。

在本实施例中，在径向上主要存在三个磁路而并联连接。是由圆筒状磁轭135、磁性体齿134、岛状突极141、副激磁磁铁144、岛状突极142、磁性体齿139、圆筒状磁轭13a构成的第一磁路、由圆筒状磁轭135、磁性体齿134、磁性体突极143、磁性体齿139、圆筒状磁轭13a构成的第二磁路、以及由圆筒状磁轭135、壳体132、磁芯182、非磁性体181、圆筒状磁轭13a构成的第三磁路。来自永久磁铁145、146、147、148的磁通如在图15中以磁通157为代表所示那样在小的磁路中环流，但来自副激磁磁铁144的磁通158有可能流过第三磁路。以不使来自副激磁磁铁144的磁通流过第三磁路而发生短路的方式，在圆筒状磁轭13a、磁芯182之间配置非磁性体181，将第三磁路的磁阻设定为大于第二磁路的磁阻。

在本实施例中，为了将第三磁路的磁阻设定为较大而配置有非磁性体181，但还可以代替非磁性体181而配置大致相同厚度的永久磁铁。在该情况下，永久磁铁的相对透磁率与空隙大致相同，所以第三磁路的磁阻的设定相同，可以将通过该永久磁铁得到的磁通设定为固定部分。

在本实施例中将非磁性体181配置于第三磁路内并将第三磁路的磁阻设定为大于第二磁路的磁阻，但当然也可以去除非磁性体181而减小第三磁路的磁阻。在该情况下，来自副激磁磁铁144的磁通流过第三磁路，与电枢线圈136、13b交链的磁通量变少。与电枢线圈136、13b交链的磁通量和对励磁线圈13e供给的电流的关系稍有变化，但在可以通过对励磁线圈13e供给的电流来控制与电枢线圈136、13b交链的磁通量方面没有差异。

实施例6

使用图19以及图5说明本发明的第六实施例的旋转电机系统。第六实施例是将第一实施例的旋转电机系统用作混合动力汽车的发电机兼电动机系统的旋转电机系统。

在该图中，符号191表示在第一实施例中示出的旋转电机，旋转电机191具有与混合动力汽车的引擎192以传达旋转力的方式结合的旋转轴199，旋转轴199的旋转力经由变速器193传递到驱动轴19a。控制装置194接收来自上位控制装置的指令19b，经由驱动电路195将旋转电机191作为电动机进行驱动，经由磁通量控制电路196控制流入电枢的磁通量。即，磁通量控制电路196构成为包括图5中的切换开关58、磁化控制电路5a、磁通调整电路59。进而，控制装置194接收来自上位控制装置的指令19b，经由整流电路197对电枢线圈16、26的引出线19c中出现的发电电力进行整流，对蓄电池198进行充电。

当需要在低旋转速度域中使磁铁转矩强化的情况下，通过磁化控制电路5a向励磁线圈1c供给使第一磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流，而增大第一磁化的磁极面积，并且减小第二磁化的磁极面积，从而增大电枢中流过的磁通量。在高旋转速度域中设成弱激磁的情况下，通过磁化控制电路5a向励磁线圈1c供给使第二磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流，而减小第一磁化的磁极面积，并且增大第二磁化的磁极面积，而减小电枢中流过的磁通量。

在仅通过引擎192的旋转力来驱动混合动力汽车时，通过指令19b使电枢线圈16、26的引出线19c中出现的发电电力经由整流电路197变化为直流，对蓄电池198进行充电。在该情况下，控制装置194在发电电压大于对蓄电池198进行充电的最佳的电压的情况下，经由磁通量控制电路196通过磁通调整电路59减小对励磁线圈1c供给的磁通调整电流，从而减小电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流小于预定的值的情况下，通过磁化控制电路5a对励磁线圈1c供给使第二磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流，减小第一磁化的磁极面积并且增大第二磁化的磁极面积从而减小电枢中流过的磁通量。

控制装置194在发电电压小于对蓄电池198进行充电的最佳的电压的情况下，经由磁通量控制电路196通过磁通调整电路59增大对励磁线圈1c供给的磁通调整电流，从而增大电枢中流过的磁通量，在磁通调整电流大于预定的值的情况下，通过磁化控制电路5a向励磁线圈1c供给使第一磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流，增大第一磁化的磁极面积并且减小第二磁化的磁极面积从而增大电枢中流过的磁通量。

在对蓄电池198进行充电的情况下，通过将旋转电机系统作为恒定电压发电机系统，而不需要变换发电电压的转换器。另外，进而在蓄电池198由电压的种类不同的多种蓄电池构成的情况下，也可以通过附加切换电路并控制为对各个蓄电池最佳的发电电压来省略昂贵的转换器。另外，还可以在对蓄电池198进行充电时与磁通量控制一起控制充电电流来实现驱动负载和发电负载的分配控制。

另外，本实施例还作为混合动力汽车的制动时的能量回收系统也有效地发挥功能。如果通过指令19b接收到再生制动的指示，则控制装置194经由磁通量控制电路196通过磁化控制电路5a向励磁线圈1c供给使第一磁化的磁极面积增大的方向的磁化电流，增大第一磁化的磁极面积来增大电枢中流过的磁通量，通过发电电力对蓄电池198进行充电。

与电枢线圈16、26交链的磁通量增大，所以取出的电力大。临时积蓄于具有电气双层电容器的蓄电系统中，确保制动力并且增大能量回收。旋转电机191是用作驱动用电动机的体格，所以可以作为再生制动用的发电机而产生充分的制动力。

本实施例是用作混合动力汽车的发电机兼电动机的旋转电机系统，但当然还可以设成电动汽车中的旋转电机系统。在该情况下，在上述实施例中去除混合动力汽车的引擎192，仅通过本发明的旋转电机系统对电动汽车进行驱动，构成制动时的能量回收系统。

以上，举出实施例，说明了本发明的旋转电机系统。这些实施例仅为实现本发明的要旨、目的的例子，而并非限定本发明的范围。例如在上述说明中将电枢线圈说明为三相结构，但当然还可以是单相或者多相的结构，特别在单相的情况下所有线圈总是对驱动力产生作出贡献，输出密度提高。进而，当然可以分别组合上述实施例中的转子的磁极结构、电枢的结构、励磁部的结构等来构成实现本发明的要旨的旋转电机装置。

产业上的可利用性

应用了本发明的旋转电机系统除了与以往的旋转电机同样地可以用作高输出的电动机以外，还可以扩大实用的旋转速度范围进一步改善发电功能并且控制其发电功能。使用于移动体的发电机兼电动机系统，作为驱动用电动机，可以实现以往以上的旋转速度范围中的使用，此外，可以实现制动时的能量回收来改善综合的能量消耗量。本发明还可以实现抑制电枢线圈中流过的电流并主要通过励磁部进行输出控制的系统的结构，在该情况下电源的低电压化、驱动电路的成本降低等变得容易。进而，作为恒定电压发电机系统，可以在宽的旋转速度范围内将发电电压控制为恒定，所以不需要恒定电压控制电路，可以降低整体的系统成本。

Claims (20)

1.一种旋转电机系统，具有：在与电枢的对向面中在圆周方向上交替具有岛状突极以及磁性体突极的转子；以及在与转子的对向面中在圆周方向上配置了电枢线圈的电枢，电枢和转子隔着径向间隙而对向，其特征在于：

具有针对岛状突极和磁性体突极在相同的方向上一并励磁的励磁部，

转子至少在岛状突极内具有由永久磁铁以及／或者非磁性体构成的隔离部件以阻止来自外部的磁通通过，

使岛状突极内的隔离部件的厚度大于磁性体突极内的隔离部件的厚度，以使来自励磁部的磁通不易流过岛状突极，

通过岛状突极内以及与岛状突极邻接的永久磁铁，所有岛状突极被磁化为大致相同的方向，

电枢线圈被分组化为在圆周方向上配置了电枢线圈的第一电枢磁极群、和第二电枢磁极群，

在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中分别属于同时供给驱动电流的同一相中的电枢线圈彼此被配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向并且连接成产生相互逆向的磁通，

励磁部至少具有励磁线圈以及激磁磁铁的某一个，

励磁部的两端与在最外周中配置的转子或者电枢、和在最内周中配置的转子或者电枢分别磁性地耦合而从励磁部的一端出来的磁通经由电枢和转子的磁性体突极而环流到励磁部的另一端，

为了使旋转电机装置的输出最佳化，依照所述输出使从励磁部供给的磁通量变化，来控制电枢中流过的磁通量。

2.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

电枢和转子隔着一个径向间隙而对向，

在电枢中，在与转子的对向面中在磁轭中配置了电枢线圈，

在转子中，在与电枢的对向面中在磁性体基板中在圆周方向上交替配置了岛状突极和磁性体突极，

励磁部的两端与磁轭和磁性体基板分别磁性地耦合，

从励磁部的一端流出的磁通经由磁轭、磁性体突极、磁性体基板而环流到励磁部的另一端。

3.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

第一电枢、转子、第二电枢配置成以此顺序在径向上隔着径向间隙而对向，

转子在圆周方向上交替具有岛状突极以及磁性体突极，

两个电枢配置成在与转子的对向面中在磁轭中在圆周方向上具有电枢线圈并与转子的两面分别对向，

励磁部的两端分别与两个电枢的磁轭磁性地耦合，

从励磁部的一端流出的磁通经由第一电枢的磁轭、磁性体突极、第二电枢的磁轭而环流到励磁部的另一端。

4.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：岛状突极以及磁性体突极是在与电枢的对向面中将磁性体基板通过具有大致圆周方向磁化的永久磁铁以及磁组合件中的某一个在圆周方向上划分而形成的，并且被相互磁化为异极。

5.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：在磁性体的两个侧面配置永久磁铁而构成的磁组合件配置于岛状突极与磁性体突极之间，磁组合件还具有非磁性体而使来自励磁部的一端的磁通不易通过。

6.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

具有第一电枢磁极群的电枢、具有第二电枢磁极群的电枢分别与转子对向，

在具有第一电枢磁极群的电枢、具有第二电枢磁极群的电枢中分别属于同一相的电枢线圈彼此配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，并且串联地连接以便产生相互逆向的磁通。

7.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

电枢在与转子的对向面中在圆周方向的不同的位置具有第一电枢磁极群、第二电枢磁极群，

在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中分别属于同一相的电枢线圈彼此配置成在一方与岛状突极对向时另一方与磁性体突极对向，并且串联地连接以便产生相互逆向的磁通。

8.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

励磁部具有激磁磁铁、和变更激磁磁铁的磁化的励磁线圈，

励磁部构成为从所述激磁磁铁的N极或者S极中的某一个磁极流出的磁通经由电枢、和转子的磁性体突极而环流到激磁磁铁的另一个的磁极中，为了使旋转电机系统的输出最佳化，依照所述输出向励磁线圈供给磁化电流而使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变化，控制电枢中流过的磁通量。

9.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

激磁磁铁具有磁性体以及所述磁性体之间配置的磁化方向长度与磁阻力之积不同的磁铁要素，通过所述磁性体将所述磁铁要素相互并联连接而构成，

磁铁要素至少具有相互逆向的第一磁化、第二磁化中的某一个磁化，

具有第一磁化的磁铁要素使磁性体突极磁化为与岛状突极的磁化方向相逆的方向。

10.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

从激磁磁铁的N极或者S极中的某一个磁极流出的磁通经由电枢和转子环流到激磁磁铁的另一个的磁极中的主磁路、以及从激磁磁铁的一个的磁极流出的磁通主要在励磁部内环流到激磁磁铁的另一个的磁极中的励磁磁路并联地连接到激磁磁铁，

励磁线圈配置成除了励磁磁路以外在包括激磁磁铁的磁路中也感应磁通。

11.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

激磁磁铁具有磁性体以及磁化变更所需的磁场强度相互不同的第一磁铁要素以及第二磁铁要素，通过所述磁性体将第一磁铁要素以及第二磁铁要素相互并联连接而构成，

励磁线圈配置成使由第一磁铁要素以及第二磁铁要素以及所述磁性体构成的闭合磁路产生磁通。

12.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：将不使激磁磁铁产生不可逆的磁化变化的程度的磁通调整电流在激磁磁铁的各磁化状态下供给到励磁线圈，将所感应出的磁通重叠到来自激磁磁铁的磁通来调整电枢中流过的磁通量。

13.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

配置永久磁铁，作为以使来自励磁部的磁通不易流过的方式在岛状突极内配置的隔离部件，

向在第一电枢磁极群、第二电枢磁极群中分别属于同一相并与岛状突极对向的电枢线圈以及与磁性体突极对向的电枢线圈供给磁化电流而变更永久磁铁的磁化状态，来控制电枢中流过的磁通量。

14.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

还具有控制装置，

在以旋转力为输入，以发电电力为输出的旋转电机系统中，在电枢线圈中感应的发电电压大于规定的值并使电枢中流过的磁通量减小时，通过控制装置以减小使磁性体突极向与岛状突极的磁化方向相逆的方向磁化的第一磁化的磁极面积的方式向励磁线圈供给磁化电流，在电枢线圈中感应的发电电压小于规定的值并使电枢中流过的磁通量增大时，通过控制装置以增大所述第一磁化的磁极面积的方式向励磁线圈供给磁化电流，将发电电压控制为规定的值。

15.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

还具有控制装置，

在以向电枢线圈的供给电流为输入，以旋转力为输出的旋转电机系统中，在旋转速度大于规定的值并使电枢中流过的磁通量减小时，通过控制装置以减小使磁性体突极向与岛状突极的磁化方向相逆的方向磁化的第一磁化的磁极面积的方式向励磁线圈供给磁化电流，在旋转速度小于规定的值并使电枢中流过的磁通量增大时，通过控制装置以增大所述第一磁化的磁极面积的方式向励磁线圈供给磁化电流，将旋转力控制为最佳。

16.根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于：

还具有控制装置，

在以向电枢线圈的供给电流为输入，以旋转力为输出的旋转电机系统中，在使旋转速度减小的情况下通过控制装置对电枢线圈连接蓄电池并且以使属于使磁性体突极向与岛状突极的磁化方向相逆的方向磁化的第一磁化的磁极面积增大的方式向励磁线圈供给磁化电流而增大所述第一磁化的磁极面积来增大电枢中流过的磁通量，将旋转能量作为发电电力而取出。

17.根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于：

励磁部具有励磁线圈以及励磁磁路部件，

励磁磁路部件的两端与配置在最外周的转子或者电枢、和配置在最内周的转子或者电枢分别磁性地耦合，

励磁线圈配置成在经由励磁磁路部件、电枢、以及转子的磁性体突极的磁路中感应磁通，为了使旋转电机系统的输出最佳化，依照所述输出向励磁线圈供给励磁电流从而控制电枢中流过的磁通量。

18.根据权利要求17所述的旋转电机系统，其特征在于：

励磁部在包括励磁磁路部件的磁路内具有磁性的空隙，

来自使岛状突极磁化的永久磁铁的磁通不会经由励磁磁路部件短路。

19.一种旋转电机装置的磁通量控制方法，该旋转电机装置具有：在与电枢的对向面中在圆周方向至少交替具有通过磁性的空隙以及永久磁铁中的某一个而在圆周方向上划分的岛状突极以及磁性体突极的转子；以及在与转子的对向面中在圆周方向上配置了电枢线圈的电枢，电枢和转子隔着径向间隙而对向，所述磁通量控制方法的特征在于：

具有针对岛状突极和磁性体突极在相同的方向上一并励磁的励磁部，

转子至少在岛状突极内具有由永久磁铁以及／或者非磁性体构成的隔离部件以阻止来自外部的磁通通过，

使岛状突极内的隔离部件的厚度大于磁性体突极内的隔离部件的厚度，以使来自励磁部的磁通不易流过岛状突极，

通过岛状突极内以及与岛状突极邻接的永久磁铁，将所有岛状突极磁化为大致相同的方向，

励磁部具有激磁磁铁、和变更激磁磁铁的磁化的励磁线圈，

使励磁部的两端分别与在最外周中配置的转子或者电枢、和在最内周中配置的转子或者电枢分别磁性地耦合，

从所述激磁磁铁的N极或者S极中的某一个磁极流出的磁通经由电枢、和转子的磁性体突极而环流到激磁磁铁的另一个的磁极中，

向励磁线圈供给磁化电流而使激磁磁铁的磁化状态不可逆地变化来控制电枢中流过的磁通量。

20.一种旋转电机装置的磁通量控制方法，该旋转电机装置具有：在与电枢的对向面中在圆周方向至少交替具有通过磁性的空隙以及永久磁铁中的某一个而在圆周方向上划分的岛状突极以及磁性体突极的转子；以及在与转子的对向面中在圆周方向上配置了电枢线圈的电枢，电枢和转子隔着径向间隙而对向，所述磁通量控制方法的特征在于：

具有针对岛状突极和磁性体突极在相同的方向上一并励磁的励磁部，

转子至少在岛状突极内具有由永久磁铁以及／或者非磁性体构成的隔离部件以阻止来自外部的磁通通过，

使岛状突极内的隔离部件的厚度大于磁性体突极内的隔离部件的厚度，以使来自励磁部的磁通不易流过岛状突极，

通过岛状突极内以及／或者与岛状突极邻接的永久磁铁，将所有岛状突极磁化为大致相同的方向，

将励磁线圈以及励磁磁路部件配置于励磁部中，使励磁磁路部件的两端与最外周中配置的转子或者电枢、和最内周中配置的转子或者电枢分别磁性地耦合，

配置励磁线圈以便在经由励磁磁路部件、电枢、以及转子的磁性体突极的磁路中感应磁通，

向励磁线圈供给励磁电流而控制电枢中流过的磁通量。

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