JP4649625B1

JP4649625B1 - 磁束量可変回転電機システム

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Publication number: JP4649625B1
Application number: JP2010107686A
Authority: JP
Inventors: 義和市山
Original assignee: KURA LABORATORY CORPORATION
Current assignee: KURA LABORATORY CORPORATION
Priority date: 2009-10-13
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2011-03-16
Anticipated expiration: 2030-04-15
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Abstract

【課題】エネルギー効率の良い磁束量可変回転電機システムを提供する。
【解決手段】一以上の電機子と回転子とが対向し，回転子表面には互いに異極に磁化された磁性体突極を周方向に交互に有すると共に磁性体突極内に制御磁石を有し，更に回転子の磁極を一括して励磁する励磁コイルを有し，回転電機の出力に応じて励磁コイル及び電機子コイルによる磁束が同方向に流れる制御磁石の磁化状態を不可逆的に変え，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する回転電機システムである。各回転速度に於いて最適な界磁制御でエネルギー効率を改善し，低速で大トルクを可能にし，更に回生制動時に制動力を容易に制御できる回転電機システムを実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は，永久磁石界磁を持つ発電機，電動機を含む回転電機システムに関する。

永久磁石界磁と電機子との相対的回転によって電磁的に生ずる電力を取り出す発電機，或いは電機子に供給する電流によって生ずる磁界と永久磁石界磁との相互作用により永久磁石界磁と電機子との相対的回転を生ずる電動機等の回転電機装置はエネルギー効率に優れ，永久磁石の技術的進歩に伴い日常的に広く使われている。しかしそのような回転電機は、界磁磁石からの磁束が一定であるので電動機として用いられるにしても発電機として用いられるにしても広い回転速度範囲で常に最適の出力が得られる訳ではない。すなわち，電動機の場合は高速回転域では逆起電力（発電電圧）が高すぎる結果となって制御が困難となり，弱め界磁制御として界磁強度を弱める種々の手段が提案されている。また発電機の場合，広い回転速度範囲に於いて発電電圧を所定のレベルとする為に専ら界磁電流制御による定電圧発電機或いは半導体による発電電圧の定電圧化回路が用いられている。

電動機では進み位相電流による弱め界磁制御が広く採用されているが，エネルギー効率，制御範囲には限界がある。磁石励磁回転電機に於けるエネルギー効率の高さを犠牲にすることなく，回転電機の界磁制御を機械的な偏倚により行う試みがある（例えば特許第４２４３６５１号）。これは界磁条件を機械的な偏倚として保持できるので界磁制御に伴うエネルギー損失を最小限に留めて高エネルギー効率の回転電機を実現出来る。エネルギー損失を最小限に留める他の界磁制御方法は，回転電機の運転中に界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変更することであり，特開２００６−２８０１９５，特開２００８−０４８５１４，特開２００８−１２５２０１等の技術提案がある。これらは電機子と対向する回転子磁極を高低の保持力を持つ永久磁石で構成し，電機子コイルの作る磁界により低保持力の永久磁石の磁化を変更しようとしている。しかしながら，電機子コイルの作る駆動磁界に常に曝される位置への低保持力磁石の存在，また電機子コイルのみの作る磁界によって磁化変更可能な低保持力磁石の存在は予見し難い事故により前記永久磁石の磁化が不安定になる可能性が常にあり，システムの安定性には重大な懸念が残る。また，高電圧・大電流パルスによる磁化変更は電子回路に重大なダメージを与える懸念が残る。

したがって，本発明が解決しようとする課題は，システムの安定性と界磁磁石の磁化容易さとを両立させながら界磁磁石の磁化を変えて強め及び弱め界磁を実現する回転電機システム及び磁束量制御方法を提供する事である。

本発明による回転電機システムは，回転子の磁性体突極内に制御磁石を配置し，回転子を一括して励磁する励磁コイルを有し，電機子コイルが生成する磁束及び励磁コイルが生成する励磁磁束が同じ方向に流れる制御磁石を選択的に磁化変更する。その具体的な構成は以下に規定される。

請求項１の発明は，回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて磁性体歯と，磁性体歯に巻回された電機子コイルとが周方向に配置され，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，周方向に隣接する前記磁性体突極の少なくとも一方に於いて，電機子との対向面から離れた磁性体突極内部に制御磁石が配置され，更に励磁磁路部材と，励磁コイルとを有し，励磁磁路部材の両端は電機子と回転子とが微小間隙を介して交互に並ぶ電機子・回転子群の一方の端に配置された回転子或いは電機子と，前記電機子・回転子群の他方の端に配置された回転子或いは電機子とそれぞれ磁気的に結合され，励磁コイルは励磁磁路部材と，電機子と，回転子とを含む磁路に一括して磁束を発生するよう配置され，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積が設定され，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする。

一以上の回転子と電機子とが対向する回転電機装置であって，回転子の磁性体突極内に制御磁石を配置し，回転子全体を一括して励磁する励磁コイルを有し，電機子コイルが生成する磁束及び励磁コイルが生成する励磁磁束が同じ方向に流れる制御磁石を選択的に磁化変更して電機子コイルと鎖交する磁束量を変える。最適化の対象とする出力とは，電動機の場合には回転駆動力，回生制動時の制動力及び回収エネルギー量，発電機の場合には発電電圧等である。

磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石は磁化変更され難い抗磁力を有する永久磁石で構成される。制御磁石が配置される電機子との対向面から離れた磁性体突極内部とは，電機子との対向面から離れた側で，電機子コイルが発生する磁束の影響を受け難い位置を指す。さらに制御磁石は電機子コイルが通常発生させる磁束によっては磁化変更され難く，且つ励磁コイル及び電機子コイルから同じ方向に流れる合成磁束によって磁化変更可能となるよう磁化容易さである磁化方向長さと抗磁力の積が設定される。隣接する磁性体突極内にそれぞれ制御磁石が配置される場合は隣接する制御磁石の磁化方向は互いに逆であり，励磁コイルが発生する励磁磁束の方向を変え，順次にその磁化状態が変更される。励磁コイルは軸を周回する構成として静止側への配置が可能である。励磁磁路部材はその両端が電機子と回転子とが微小間隙を介して交互に並ぶ電機子・回転子群の端に配置された回転子或いは電機子と磁気的に結合されて励磁磁路部材，回転子，電機子で閉磁路を構成し，励磁コイルはその閉磁路に磁束を発生するよう配置される。磁気的に結合されるとは，励磁磁路部材の一端と電機子或いは回転子を構成する磁性体とが直接に接続され，或いは微小間隙を介して対向するよう配置される状態を指す。

回転電機装置には一以上の円筒状電機子と回転子が径方向に空隙を介して対向する構造，一以上の略円盤状電機子と回転子が軸方向に空隙を介して対向する構造，一以上の電機子と回転子とが円錐面形状の空隙を介して対向する構造等が存在する。本発明は上記何れの構造の回転電機システムにも適用される。さらに，回転電機は電機子コイルへの電流を入力として回転力を出力とすれば電動機であり，回転力を入力として電機子コイルから電流を出力すれば発電機である。電動機或いは発電機に於いて最適の磁極構成は存在するが，可逆的であり，上記の回転電機システムは電動機，発電機の何れにも適用される。

請求項２の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の最外側に配置された回転子は一つの面で電機子と対向し，電機子との対向面に於いて磁性体突極を磁性体基板上に有し，前記磁性体基板は励磁磁路部材の一端と磁気的に結合される事を特徴とする。電機子と回転子とが軸方向に並び或いは径方向に並ぶ構成に於いて，軸方向或いは径方向の最外側に位置する回転子は磁性体突極を磁性体基板上に有し，励磁磁路部材は回転子を一括して励磁するよう励磁磁路部材の一端が磁性体基板に磁気的に接続される。

請求項３の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の最外側に配置された電機子は一つの面で回転子と対向し，回転子との対向面に於いて電機子コイル及び磁性体歯が磁気ヨークに配置され，前記磁気ヨークは励磁磁路部材の一端と磁気的に結合される事を特徴とする。電機子と回転子とが軸方向に並び或いは径方向に並ぶ構成に於いて，軸方向或いは径方向の最外側に位置する電機子は電機子コイルが磁気ヨークに配置され，励磁磁路部材は回転子を一括して励磁するよう励磁磁路部材の一端が磁気ヨークに磁気的に接続される。

請求項４の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは永久磁石で磁性体を周方向に区分して形成された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極は互いに異極に磁化された二つの面で電機子と対向し，制御磁石は前記二つの面のほぼ中間に配置される事を特徴とする。二つの電機子間に配置されて磁性体突極の両端で電機子と対向する回転子に於いて，制御磁石は電機子から出来るだけ離れるよう磁性体突極のほぼ中間に配置される。

請求項５の発明は，回転子は電機子との対向面に於いて磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて磁性体歯と，磁性体歯に巻回された電機子コイルとが周方向に配置され，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，第一回転子及び第二回転子が軸方向に並んで電機子と径方向に対向するよう配置され，それぞれの回転子に於いて磁性体突極は円筒状磁性体基板に配置されて第一回転子及び第二回転子の円筒状磁性体基板同士は磁気的に結合され，第一回転子及び第二回転子内に於いて同極に磁化された磁性体突極同士は軸方向に並ぶよう構成され，周方向に隣接する少なくとも一方の磁性体突極と円筒状磁性体基板間に制御磁石が配置され，励磁コイルは電機子と，第一回転子と，第二回転子とを介する閉磁路に励磁磁束を発生するよう第一回転子及び第二回転子間，或いは電機子側に配置され，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積が設定され，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする。

二つの回転子が軸方向に並んで電機子と対向する構成である。励磁コイルは二つの回転子間或いは電機子の軸方向中間に配置されて電機子，第一回転子，第二回転子で構成する閉磁路に励磁磁束を発生させる。励磁磁束は第一回転子，第二回転子を互いに逆方向に流れ，また電機子コイルからの磁束は周方向に隣接する磁性体突極には互いに逆方向に流れるよう発生されるとして，第一回転子，第二回転子内の軸方向に並ばない磁性体突極のそれぞれに配置されている制御磁石の組が同時に磁化変更される。

請求項６の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，制御磁石は磁化方向長さと抗磁力の積が互いに異なる磁石要素を磁性体により並列接続して構成され，前記磁石要素は磁化方向が互いに逆である第一磁化，第二磁化の何れかの磁化を有し，第一磁化を有する磁石要素は磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する事を特徴とする。制御磁石は磁化容易さの異なる一以上の磁石要素が並列に接続される構成，或いは磁化容易さ，すなわち，磁化方向長さと抗磁力の積が連続的に変わる磁石で構成される。制御磁石内に於いて異なる磁化容易さの分布態様は一つの断面内に限定されることなく，電機子コイルと鎖交する磁束量全体として反映されるよう制御磁石全体に配分されればよい。励磁コイル及び電機子コイルによる起磁力（磁気ポテンシャル差）はほぼ均等に制御磁石を構成する磁石要素に加えられ，起磁力を磁化方向長さで除した値が各磁石要素に加わる磁界強度となるので磁化方向長さと抗磁力の積の小さな磁石要素が磁化されやすく，励磁コイル及び電機子コイルに加えられる電流により並列接続された磁石要素の磁化状態は選択的に制御される。第一磁化の磁石要素は磁性体突極を磁性体突極近傍の永久磁石と同じ極性に磁化するので電機子コイルと鎖交する磁束量が増される事になる。

請求項７の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極と対向する電機子コイルに前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させ，制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする。予め励磁コイルにより回転子全体に磁束を流し，磁化方向を逆転しようとする制御磁石或いは制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極と対向する電機子コイルに電流を流す事により電機子コイル及び励磁コイルからの磁束が同じ方向に流れる制御磁石の磁化を変更させる。電機子コイル及び励磁コイルを協働させる事により電機子コイルのみでは磁化変更できない制御磁石の磁化変更を可能とする。

請求項８の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，電機子コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極内に前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させると共に前記磁性体突極に隣接する磁性体突極に前記磁化方向と同方向の磁束が流れるよう電流が供給されて制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする。励磁コイルは磁化を変更しようとする制御磁石或いは制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子の磁極全体に一括して供給し，電機子コイルは前記制御磁石或いは制御磁石内磁石要素，前記制御磁石を含む磁性体突極に励磁コイルと同方向に磁束を供給し，その磁性体突極と隣接する磁性体突極には逆方向の磁束を供給するよう電流が供給される。これにより励磁コイルからの磁束は磁化状態を変更すべき制御磁石及び前記制御磁石が配置される磁性体突極に集中して流れるよう制御する事が可能となり，制御磁石の磁化状態変更を容易に出来る。

請求項９の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極に対向する磁性体歯に前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させると共に前記磁性体突極に隣接する磁性体突極に対向する磁性体歯に前記磁化方向と同方向の磁束を発生させるようそれぞれの磁性体歯に巻回された電機子コイルに電流が供給されて制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする。磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極に対向する磁性体歯と，前記磁性体突極に隣接する磁性体突極に対向する磁性体歯とに互いに逆方向の磁束を発生するようそれぞれの磁性体歯に巻回された電機子コイルに電流を供給する。回転子に一括して供給された励磁コイルからの磁束の流れを磁性体突極に対向する磁性体歯内で制御する。

請求項１０の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，磁性体の二つの側面に永久磁石を配置して構成された集合磁石が磁性体突極間に配置され，励磁コイルが発生する磁束が前記磁性体を通過し難いよう前記磁性体に非磁性体が配置される事を特徴とする。両側に略同じ方向の磁化を持つ永久磁石が配置された磁性体は磁気的に永久磁石と等価な集合磁石である。励磁コイルの作る励磁磁束を制御磁石に集中させる為に集合磁石の磁性体部分には非磁性体を配置して励磁コイルからの磁束が前記磁性体部分を介して電機子側に流れないように構成する。

請求項１１の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，制御磁石の最小となる磁化方向厚みが相対的に大，小に設定された第一制御磁石，第二制御磁石をそれぞれ有する磁性体突極が回転子の周方向に交互に配置され，磁束調整電流を励磁コイルに供給し，電機子を流れる磁束量が調整される事を特徴とする。隣接する磁性体突極には互いに最小厚みの異なる制御磁石が配置されている構成では励磁コイルによる磁束を永久磁石からの磁束に加算重畳して電機子からの磁束を制御できる。すなわち，最小厚みが大の第一制御磁石が配置されている磁性体突極を励磁コイルからの磁束は通過し難く，最小厚みが小の第二制御磁石が配置されている磁性体突極を励磁コイルからの磁束は通過し易い。第一制御磁石及び第二制御磁石に不可逆的な磁化変化を生ぜしめない程度の磁束調整電流を励磁コイルに供給すれば，制御磁石の各磁化状態に於いて電機子コイルと鎖交する磁束量のさらなる調整を可能にする。

請求項１２の発明は，請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，少なくとも一つの電機子コイル両端に現れる誘起電圧の監視手段を有し，回転子の回転と共に前記電機子コイルに対向する各磁性体突極から流入する磁束に起因する誘起電圧を監視し，制御磁石の磁化状態の変更前後に於いて各制御磁石の磁化に起因して前記電機子コイルに現れる誘起電圧の振幅の変化量が目標値より小の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に励磁コイル及び電機子コイルに加えられる電流の振幅を大にし，各制御磁石の磁化に起因して前記電機子コイルに現れる誘起電圧の振幅の変化量が目標値より大の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に励磁コイル及び電機子コイルに加えられる電流の振幅を小に設定される事を特徴とする。制御磁石の磁気特性及び寸法等のバラツキにより，磁化状態が磁性体突極毎に異なる可能性がある。少なくとも一つの電機子コイル両端に現れる誘起電圧の監視手段を有し，磁性体突極毎に電機子コイル両端に現れる誘起電圧を回転子の回転と共に順次監視して磁性体突極毎の制御磁石の磁化状態を把握する。制御磁石の磁化状態変化が目標と異なる場合には制御磁石の磁化状態変更の条件を制御磁石毎，或いはブロックを形成する制御磁石ブロック毎に修正する。

請求項１３の発明は，請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，回転力を入力とし，発電電力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時は制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量が小とされ，電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より小の時は制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，発電電圧が所定の値に制御される事を特徴とする。

請求項１４の発明は，請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，電機子コイルへの供給電流を入力とし，回転力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，回転速度が所定の値より大で電機子を流れる磁束量を減少させる時には制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量が小とされ，回転速度が所定の値より小で電機子を流れる磁束量を増大させる時には制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，回転力が最適に制御される事を特徴とする。

請求項１５の発明は，請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，電機子コイルへの供給電流を入力とし，回転力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，回転速度を減少させる場合には制御装置により電機子コイルにバッテリーを接続すると共に制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，回転エネルギーが発電電力として取り出される事を特徴とする。

請求項１６の発明は，回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁束量制御方法であって，周方向に隣接する前記磁性体突極の少なくとも一方に磁化変更可能な制御磁石を配置し，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積を設定し，更に電機子と，回転子とを含む磁路に一括して励磁磁束を発生するよう軸を周回する励磁コイルを配置し，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石のみの磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する磁束量制御方法である。

本発明によれば，制御磁石を磁性体突極内に配置し，回転子全体を一括して励磁する励磁コイルと，磁性体突極に対向する電機子コイルとによって磁性体突極内の制御磁石の磁化状態を選択的に変更する。さらに隣接する磁性体突極に逆方向の磁束を他の電機子コイルにより流すよう構成して励磁コイルからの磁束を前記制御磁石に集中させる事が出来る。したがって，制御磁石を電機子から離れた位置に配置し，励磁コイルと電機子コイルとが協働して制御磁石の磁化状態を変更する構成により，制御磁石の磁化状態の安定的維持と磁化変更の容易さとを両立できる回転電機システムを実現できる。また，制御磁石の磁化を変更する為に供給される磁束は磁性体歯及び磁性体突極内の磁性体を磁路として制御磁石に集中される構成であり，磁化変更に際して高電圧・大電流パルスを要する事無く，電子回路への影響を小さくできる特徴がある。

第一の実施例による回転電機の縦断面図である。（ａ）は図１に示された回転電機の第一電機子の表面を左から見て透視した平面図，（ｂ）は図１に示された回転電機の回転子を第一電機子側から見た平面図である。第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを示す。第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び通常界磁から弱め界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び弱め界磁から通常界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。第一電機子の円環状磁気ヨーク及び磁性体歯を示す分解斜視図である。（ａ）は回転子支持体の斜視図，（ｂ）は回転子の分解斜視図である。第二の実施例による回転電機の縦断面図である。（ａ）は図９に示された回転電機の回転子表面を左から見て透視した平面図，（ｂ）は図９に示された回転電機の電機子を回転子側から見た平面図である。回転子，電機子の周方向断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを示す。回転子，電機子の周方向断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。回転子，電機子の周方向断面図及び通常界磁から弱め界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。回転子，電機子の周方向断面図及び弱め界磁から通常界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。第三の実施例による回転電機の縦断面図である。図１５に示された回転電機の電機子及び回転子の断面図である。電機子，回転子の拡大された断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを示す。電機子，回転子の拡大された断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。電機子，回転子の拡大された断面図及び通常界磁から弱め界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。電機子，回転子の拡大された断面図及び弱め界磁から通常界磁とする為の電機子コイル及び励磁コイルからの磁束の流れを示す。磁性体突極内に配置された制御磁石の構成及び各種磁化状態を示す縦断面図である。第四の実施例による回転電機システムのブロック図である。第五の実施例による回転電機の縦断面図である。図２３に示された回転電機の電機子及び回転子の断面図である。図２３に示された回転電機の回転子の斜視図である。（ａ）は電機子，回転子の拡大された断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを，（ｂ）は電機子，回転子の拡大された断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。回転子の斜視図に於いて，制御磁石の磁化変更の為に供給される励磁コイルからの励磁磁束及び電機子コイルからの磁束の方向を示す。回転子の斜視図に於いて，制御磁石の磁化変更の為に供給される励磁コイルからの励磁磁束及び電機子コイルからの磁束の方向を示す。第六の実施例による回転電機の縦断面図である。図２９に示された回転電機の電機子及び回転子の断面図である。図２９に示された回転電機の回転子の斜視図である。（ａ）は電機子，回転子の拡大された断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを，（ｂ）は電機子，回転子の拡大された断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。回転子の斜視図に於いて，制御磁石の磁化変更の為に供給される励磁コイルからの励磁磁束及び電機子コイルからの磁束の方向を示す。第七の実施例による回転電機システムのブロック図である。

以下に本発明による回転電機システムについて，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。

本発明による回転電機システムの第一実施例を図１から図８を用いて説明する。第一実施例は，アキシャルギャップ・ダブルステータ構造の回転電機システムであり，励磁コイルは回転軸を周回するよう配置されている。図１はアキシャルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例を示している。回転軸１１はベアリング１３を介してハウジング１２に回動可能に支持され，左から右に第一電機子，回転子，第二電機子が順に配置されている。第一電機子に対向する回転子の第一表面磁極部は磁性体突極１７と磁性体突極１ａとが周方向に交互に並び，第二電機子に対向する回転子の第二表面磁極部は磁性体突極１８と磁性体突極１ｂとが周方向に交互に並んで構成されている。番号１９は磁性体突極１７，１８間に配置された制御磁石を，番号１ｃは磁性体突極１ａ，１ｂ間に配置された制御磁石をそれぞれ示し，番号１ｈは回転子支持体を示す。制御磁石１９，１ｃは磁性体突極内において磁性体歯１４，１ｄから離れた位置に配置され，制御磁石１９，１ｃ内の矢印はそれぞれの磁化方向を示す。

回転子の軸方向の左に対向する第一電機子，回転子の軸方向の右に対向する第二電機子がハウジング１２に固定されている。第一電機子は円環状磁気ヨーク１５から回転軸１１と平行に右に延びる磁性体歯１４，磁性体歯１４に巻回された電機子コイル１６を有し，第二電機子は円環状磁気ヨーク１ｅから回転軸１１と平行に左に延びる磁性体歯１ｄ，磁性体歯１ｄに巻回された電機子コイル１ｆを有する。円環状磁気ヨーク１５とハウジング１２の間に円環状磁気コア１ｋ，円環状磁気ヨーク１５とハウジング１２の間に円環状磁気コア１ｍが配置され，回転子の内周部に配置された円筒状磁気コア１ｐが円環状磁気コア１ｋ，円環状磁気コア１ｍと微小間隙を介して対向している。励磁コイル１ｇが円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍ，第二電機子，回転子，第一電機子を含む磁路に励磁磁束を発生するよう円環状磁気コア１ｋ，円環状磁気コア１ｍに分割して配置されている。本実施例では円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍが軟鉄で構成されて励磁磁路部材に相当している。

図２（ａ）は第一電機子に於いて回転子との対向面を左から見て透視した平面図を示している。磁性体歯１４には電機子コイル１６が巻回され，本実施例では９個の電機子コイル１６を有している。それらは周方向に順次Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相として配置されている。隣接する磁性体歯１４は磁気的な空隙２１を介して対向するよう構成されている。磁性体歯１４は比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成され，円環状磁気ヨーク１５は円環状のケイ素鋼板が積層されている。第二電機子の構成は第一電機子と同じであり，図示されていない。

図２（ｂ）は回転子を第一電機子側から見た平面図を示している。回転子は軸方向両端で第一電機子，第二電機子と対向し，第一電機子との対向面を第一表面磁極部，第二電機子との対向面を第二表面磁極部として図２（ｂ）は第一表面磁極部を示している。第一表面磁極部は一様な磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石２２，２３によってほぼ等間隔で区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された磁性体突極１７，磁性体突極１ａを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石２２，２３は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石２２，２３内の矢印はそれらの磁化方向を示し，磁性体突極１７，磁性体突極１ａ内のＳ，Ｎはそれぞれ磁化された極性を示す。第二表面磁極部は図示されないが，第一表面磁極部と同様な構成を有する。本実施例に於いて，磁性体突極１７，磁性体突極１ａは交流磁束が流れやすいよう比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されているが，これらを周方向に磁束が流れ難いよう磁気的な異方性のある構成，例えばケイ素鋼板を周方向に積層する構成として出力トルクを改善する構成も可能である。

図３は第一電機子及び回転子及び第二電機子の周方向断面を図２（ａ），２（ｂ）に示したＡ−Ａ’に沿って示す図である。同図により回転子の磁極構成及び磁束の流れを説明する。回転子の第一表面磁極部，第二表面磁極部は一様な磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分した磁性体突極を周方向に有し，軸方向に並ぶ磁性体突極間には制御磁石１９，１ｃが配置され，制御磁石１９，１ｃはそれぞれ一つの磁石要素で構成されている。磁性体突極１７両側の永久磁石に番号２２，２３，磁性体突極１８両側の永久磁石に番号３７，３８が付されている。それらの隣り合う永久磁石の磁化方向は互いに逆方向であり，永久磁石２２，２３，３７，３８，制御磁石１９，１ｃ内の矢印はそれらの磁化方向を示す。番号３９は非磁性体を示す。軸方向に並ぶ磁性体突極１７，１８は互いに異なる極性で電機子と対向し，磁性体突極１ａ，１ｂも同様である。永久磁石２２，２３，３７，３８は回転駆動時に電機子コイルが発生する駆動磁束の影響を受け難いよう抗磁力が大のネオジウム磁石を用い，制御磁石１９，１ｃには励磁コイル１ｇ及び電機子コイルの合成磁束によって磁化変更可能なように抗磁力が約１１０ｋＡ／ｍで磁化方向厚みが８ｍｍのアルニコ磁石が用いられている。

第一電機子の電機子コイル１６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル３１，３２，３３とし，第二電機子の電機子コイル１ｆはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル３４，３５，３６として示されている。第一電機子及び第二電機子に於いて同相の電機子コイル３１，３４は磁性体突極１７，１８にそれぞれ対向し，同じ方向の磁束を誘起するよう直列に接続されている。Ｖ相の電機子コイル３２と電機子コイル３５，Ｗ相の電機子コイル３３と電機子コイル３６もそれぞれ同様に接続され，全体として３相に結線されている。点線３ａは永久磁石２２，２３，３７，３８からの磁束を代表して示し，点線３ｂは制御磁石１９，１ｃからの磁束を代表して示している。同図に示されるように永久磁石２２，２３，３７，３８が磁性体突極１７，１８，１ａ，１ｂを磁化する極性と，制御磁石１９，１ｃが磁性体突極１７，１８，１ａ，１ｂを磁化する極性とが同じ場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態である。したがって，制御磁石１９に於いて，右方向の磁化が第一磁化，左方向の磁化が第二磁化に相当し，制御磁石１ｃに於いて，左方向の磁化が第一磁化，右方向の磁化が第二磁化に相当する。

図４は図３に示す状態から制御磁石１９，１ｃの磁化方向が反転された状態である。制御磁石１９，永久磁石２３，制御磁石１ｃ，永久磁石３８は閉磁路を構成し，また制御磁石１９，永久磁石２２，制御磁石１ｃ，永久磁石３７は閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号４１は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図４の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石２２，２３，３７，３８，制御磁石１９，１ｃの飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。

本実施例では，制御磁石１９，１ｃの磁化方向を図３，図４に示された状態の何れかに制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。図３の場合が通常界磁の状態であり，図４の場合が弱め界磁状態に相当する。以下に制御磁石１９，１ｃの磁化状態を制御する構成及び動作原理を説明する。図１に示されるように励磁磁路部材に相当する円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍは第一電機子の円環状磁気ヨーク１５と第二電機子の円環状磁気ヨーク１ｅとを磁気的に結合し，二つのコイルが円環状磁気コア１ｋ，円環状磁気コア１ｍを周回するよう巻回され，それぞれのコイルが直列に接続されて励磁コイル１ｇを構成している。励磁コイル１ｇは円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍ，第二電機子，回転子，第一電機子とで構成する磁路に励磁磁束を発生する。励磁コイル１ｇは第一電機子，回転子，第二電機子を一括して励磁する構成であり，制御磁石１９，１ｃの磁化変更は図５，図６を用いて説明される。

図５は制御磁石１９を弱め界磁側に磁化変更する原理を説明する為の図であり，制御磁石１９，１ｃの磁化方向は図３に示した状態である。励磁コイル１ｇには制御磁石１９の磁化方向と逆方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号５３で示す励磁磁束が磁性体突極１８，制御磁石１９，磁性体突極１７を流れ，番号５４で示す励磁磁束が磁性体突極１ｂ，制御磁石１ｃ，磁性体突極１ａを流れる。電機子コイル３１が配置された磁性体歯が磁性体突極１７に，電機子コイル３４が配置された磁性体歯が磁性体突極１８に対向した時に磁性体突極１８，磁性体突極１７内を磁束５３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル３１，３４に電流を供給し，磁性体突極１ａに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル３２，３３，磁性体突極１ｂに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル３５，３６には磁性体突極１ａ，磁性体突極１ｂ内を磁束５４と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６による磁束が番号５１，５２として代表して示され，磁束５２は永久磁石２２，２３，３７，３８をそれぞれを含む小さな磁路に流れる磁束，磁束５１は制御磁石１９，１ｃを含む大きな磁路に流れる磁束を示している。

磁性体突極１７，１８内で磁束５１，５２の流れる方向は励磁磁束５３の流れる方向と同じであり，磁性体突極１ａ，１ｂ内で磁束５１，５２の流れる方向は励磁磁束５４の流れる方向と逆である。磁性体突極１ａ，１ｂ内で励磁磁束５４と磁束５１，５２とが相殺される程度の電流を電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６に供給すると，励磁磁束５４はほぼゼロになり，励磁コイル１ｇによる磁束は励磁磁束５３として制御磁石１９に集中され，制御磁石１９の磁化が反転される。回転子を回転駆動するに際して電機子コイルから磁束５１，５２が回転子に加えられる。磁束５１の流れる磁路は制御磁石１９，１ｃを含み，磁束５２の流れる磁路は永久磁石２２，２３，３７，３８の何れか一つを含んで前者の磁路の磁気抵抗は後者の磁路の磁気抵抗より大である。磁束５２の量が磁束５１の量に比して大であり，永久磁石２２，２３，３７，３８それぞれの両端に印可されるポテンシャル差は制御磁石１９，１ｂそれぞれの両端に印可されるポテンシャル差より大となる。磁束５２の流れる方向は永久磁石２２，２３，３７，３８の磁化方向と逆であるが，永久磁石２２，２３，３７，３８にはネオジウム磁石を主体とする抗磁力が大の永久磁石で構成されるのでそれらの磁化は影響を受けない。また，制御磁石１９，１ｂの磁化容易さを示す抗磁力と磁化方向長さとの積は磁束５１のみによっては磁化状態が変更されない程度に設定されるので制御磁石１９，１ｂの磁化状態は安定的に維持される。

このように励磁コイル１ｇ，電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６により制御磁石１９を磁束が流れやすく，制御磁石１９の磁化方向が反転させられる。制御磁石１ｃの磁化は変更されないが，引き続いて制御磁石１ｃの磁化方向と逆方向の励磁磁束を供給するよう励磁コイル１ｇに供給する電流の方向を変え，制御磁石１９の磁化変更と同じ上記のステップで制御磁石１ｃの磁化を変更する。

図６は制御磁石１９を弱め界磁から通常の界磁状態に磁化変更する原理を説明する為の図であり，制御磁石１９，１ｃの磁化方向は図４に示した状態である。制御磁石１９を弱め界磁から通常の界磁状態に磁化変更する過程はやや困難を伴う。すなわち，電機子コイルからの磁束は磁性体突極間に配置された永久磁石で短絡され，制御磁石に磁束を集中させる事が困難になる。本発明では励磁コイルからの励磁磁束を電機子コイルからの磁束に重畳させる事により制御磁石の磁化を変更する。

励磁コイル１ｇには制御磁石１９の磁化方向と逆方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号６３で示す励磁磁束が磁性体突極１７，制御磁石１９，磁性体突極１８を流れ，番号６５で示す励磁磁束が磁性体突極１ａ，制御磁石１ｃ，磁性体突極１ｂを流れる。電機子コイル３１が配置された磁性体歯が磁性体突極１７に，電機子コイル３４が配置された磁性体歯が磁性体突極１８に対向した時に磁性体突極１８，磁性体突極１７内を磁束６３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル３１，３４に電流を供給し，磁性体突極１ａに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル３２，３３，磁性体突極１ｂに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル３５，３６には磁性体突極１ａ，磁性体突極１ｂ内を磁束６５と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６による磁束が番号６１，６２として代表して示され，磁束６２は永久磁石２２，２３，３７，３８をそれぞれを含む小さな磁路に流れる磁束，磁束６１は制御磁石１９，１ｃを含む大きな磁路に流れる磁束を示している。

磁性体突極１７，１８内で磁束６１，６２の流れる方向は励磁磁束６３の流れる方向と同じであり，磁性体突極１ａ，１ｂ内で磁束６１，６２の流れる方向は励磁磁束６５の流れる方向と逆である。また，励磁磁束６３の流れる方向と制御磁石１９の磁化方向は逆であるので励磁磁束６３の一部は番号６４で示されるように永久磁石２３，制御磁石１ｃ，永久磁石３８を介して流れる。磁性体突極１ａ，１ｂ内で励磁磁束６５と磁束６１，６２とが相殺される程度の電流を電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６に供給すると，励磁磁束６５はほぼゼロになるが，励磁磁束６４は大となる。この状態では制御磁石１９に十分な磁束が供給されず，制御磁石１９の磁化は反転されない。更に電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６に供給する電流を大とし，磁束６２により永久磁石２２，２３，３７，３８を磁気的に飽和せしめると，励磁コイル１ｇによる磁束は励磁磁束６３として制御磁石１９に集中され，制御磁石１９の磁化が反転される。制御磁石１ｃの磁化変更は引き続いて制御磁石１ｃの磁化方向と逆方向の励磁磁束を供給するよう励磁コイル１ｇに供給する電流の方向を変え，制御磁石１９の磁化変更と同じ上記のステップで制御磁石１ｃの磁化を変更する。

本実施例に於いて，制御磁石１９，１ｃは互いに隣接する磁性体突極内に配置されているのでそれらの磁化変更は連続して短時間で終了可能であるが，磁化変更に要する時間は励磁コイル１ｇに供給する電流の切換時間に左右される。励磁コイル１ｇが発生させる励磁磁束は円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍを流れるので高周波成分を含む狭いパルス的な磁束を伝搬させるのは困難である。さらに励磁コイル１ｇの巻回数を大とする場合はインダクタンスが大になり，更に電流の切換には時間を要する。巻回数を小にし，発生された磁束の伝搬路として渦電流を生じ難い圧粉鉄心で円環状磁気コア１ｋ，円筒状磁気コア１ｐ，円環状磁気コア１ｍを構成する事によって励磁コイル１ｇへの電流切換時間を小として制御磁石の磁化変更を短時間で終了させる事が出来る。

図３から図６に於ける磁束流れの説明は理解を容易にする為に永久磁石，制御磁石，電機子コイル，励磁コイルそれぞれからの磁束を異なった線で代表して示した。磁束が流れる磁性体内で磁気的な飽和が生じない限り，それらは重畳される。図６に於いて磁束６３と磁束６２とが交差する部分が示されているが，これも理解を容易にする為にモデル的に図示されたものである。

本実施例の回転電機装置に於いて，磁性体突極間の永久磁石は電機子との対向面に近いので磁化され難いネオジウム磁石の採用が望ましい。制御磁石は電機子との対向面より遠い位置に配置され，励磁コイル及び電機子コイルによって磁化変更可能な範囲に磁化方向長さと抗磁力の積が設定される。制御磁石は電機子より離れるので電機子コイルのみによってその磁化変更は困難であるが，励磁コイルと併せて磁化変更が可能となるのであり，制御磁石の磁化状態は安定的に維持される。制御磁石にはアルニコ磁石，ネオジウム磁石，その他の磁石が使用可能であり，励磁コイル及び電機子コイルの各仕様，更に電源の仕様と合わせて選定する。

本実施例はアキシャルギャップを有して電機子及び回転子はそれぞれ円板状に形成され，軸方向に微小間隙を介して対向している。電機子及び回転子の構成は図２，３により磁気的な側面を中心に説明されたが，以下に図７，８を用いて電機子及び回転子，それぞれの機械的な構成が更に説明される。図７は第一電機子の分解斜視図であり，円環状磁気ヨーク１５と磁性体歯１４の構成が示されている。円環状磁気ヨーク１５は所定の型により打ち抜かれた薄い円環状ケイ素鋼板を積層して構成され，その際に形成されたスロット７２に磁性体歯１４の一部が挿入固定される。磁性体歯１４は周方向断面がＴ字形状であり，圧粉鉄心で構成されている。番号２１は隣接する磁性体歯１４間の空隙を示し，番号７１は円環状磁気ヨーク１５から引き出された磁性体歯を示している。同図に於いて，図を判りやすく示す為に電機子コイル１６は省略されているが，電機子を組み立てる際には磁性体歯１４に電機子コイル１６を巻回した後，円環状磁気ヨーク１５に設けたスロット７２に挿入して固定し，電機子コイル１６相互の結線を行って完成させる。第二電機子は図示されていないが，第一電機子と同じ構成である。

図８（ａ），（ｂ）により回転子の構成が示されている。図８（ａ）は回転子支持体１ｈの斜視図を示し，回転子支持体１ｈは外側支持体８１，脚部８２，内側支持体８３とより構成され，それらは非磁性のステンレススチールで構成されている。内側支持体８３は円筒状磁気コア１ｐを有して回転軸１１に固定され，外側支持体８１は回転子を構成する部材を外周側から支持し，脚部８２は径方向に延びて外側支持体８１と内側支持体８３とを連結している。図８（ｂ）は回転子の分解斜視図を示し，構成を判りやすくする為に一部の部材が軸方向の右に引き出されている。回転子の構成は図２，３により説明されたように磁性体突極１７，１ａ，１８，１ｂ，永久磁石２２，２３，３７，３８，制御磁石１９，１ｃを含んで構成され，永久磁石２２，３７間，永久磁石２３，３８間には非磁性体３９が配置されている。本実施例では磁性体突極１７，１ａ，１８，１ｂに相当する磁性体片，永久磁石２２，２３，３７，３８，制御磁石１９，１ｃが回転子支持体１ｈに固定され，脚部８２が非磁性体３９に相当している。

以上，図１から図８を用いて実施例１の構成を示し，電機子と鎖交する磁束量変更の為に制御磁石の磁化変更の原理を説明した。実施例１に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例では磁化反転させようとする制御磁石１９を含む磁性体突極１７，１８にそれぞれ同相の電機子コイル３１，３４が同時に対向するよう構成されているが，本発明の構成はこれに限定されない。磁性体突極１７に電機子コイル３１が対向する時，磁性体突極１ｂに電機子コイル３４が対向する構成も可能であり，この場合に電機子コイル３１，３４は互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続される。

本実施例では磁化反転させようとする制御磁石１９を含む磁性体突極１７，１８にそれぞれ対向する電機子コイル３１，３４と，隣接する磁性体突極１ａ，１ｂにそれぞれ対向する電機子コイル３２，３３，３５，３６とに逆方向の磁束を発生させたが，電機子コイル３２，３３，３５，３６に電流を供給しない構成も可能である。電機子コイル３１，３４が一方向の磁束を磁性体突極１７，１８内に発生させるよう電流を供給すれば，隣接する磁性体突極１ａ，１ｂを介して磁束は環流する。但し，制御磁石１９に磁化反転の為に磁束を集中させる効率は低くなる。

また，本実施例はアキシャルギャップ・ダブルステータ構造であるが，ラジアルギャップ・ダブルステータ構造とする事も可能である。その場合には回転子を有底円筒形状とし，底部に相当する部分で回転軸に固定する。励磁コイルは回転子と軸方向に並んでハウジング側面に配置される。

本発明による回転電機システムの第二実施例を図９から図１４を用いて説明する。第二実施例は，隣接する磁性体突極に厚みの異なる制御磁石が配置され，励磁コイルによって電機子コイルと鎖交する磁束量が更に精密に制御される回転電機システムである。図９はアキシャルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示している。基板９ｅに固定軸９１及び電機子が固定され，固定軸９１にベアリング９３を介してロータハウジング９２が回動可能に支持されている。ロータハウジング９２は非磁性のステンレススチールで構成され，磁性体基板９７を有し，電機子との対向面には磁性体突極９８及び磁性体突極９ａとが周方向に交互に配置され，磁性体突極９８には厚みが大の第一制御磁石９９，磁性体突極９ａには厚みが小の第二制御磁石９ｂをそれぞれ配置される。制御磁石９９，９ｂ内の矢印は磁化方向を示している。電機子は基板９ｅに固定された円環状磁気ヨーク９５と，円環状磁気ヨーク９５に配置された磁性体歯９４，電機子コイル９６とを有している。励磁磁路部材である円筒状磁気コア９ｄの一端は円環状磁気ヨーク９５に繋がり，他端は微小空隙を介して磁性体基板９７の一部と対向している。励磁コイル９ｃは円筒状磁気コア９ｄに巻回され，円筒状磁気コア９ｄ，円環状磁気ヨーク９５，磁性体歯９４，磁性体突極９８，９ａ，磁性体基板９７を含む磁路に励磁磁束を発生するよう構成されている。

図１０（ａ）は回転子の電機子との対向面を左から見て透視した平面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付して示されている。回転子はロータハウジング９２に磁性体基板９７が配置され，電機子に対向する面には磁性体突極９８及び磁性体突極９ａとが周方向に交互に配置されている。番号１０１，１０２は磁性体突極９８と磁性体突極９ａとの間に配置された周方向磁化を有する永久磁石を示し，第一制御磁石９９と共に磁性体突極９８をＳ極に，第二制御磁石９ｂと共に磁性体突極９ａをＮ極に磁化している。永久磁石１０１，１０２内の矢印は磁化方向を示し，磁性体突極９８，９ａ内のＮ，Ｓは制御磁石９９，９ｂ，永久磁石１０１，１０２によって磁化された極性を示す。回転子の表面に於いて磁性体突極９８，９ａは厚みの小さい磁性体で繋がって一体化されているので表面から永久磁石１０１，１０２は見えないが，図では判りやすいように示している。図１０（ｂ）は電機子を左方向から見た平面図を示している。電機子は基板９ｅに固定された円環状磁気ヨーク９５と，円環状磁気ヨーク９５から延びる磁性体歯９４に巻回された電機子コイル９６とから構成されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルが周方向に順次繰り返し配置されている。番号１０３は隣接する磁性体歯間の空隙を示す。

図１１は回転子及び電機子の周方向断面を図１０（ａ），１０（ｂ）に示したＢ−Ｂ’に沿って示す図である。同図により回転子の磁極構成及び磁束の流れを説明する。回転子の表面磁極部は一様な磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分した磁性体突極を周方向に有し，磁性体突極９８の電機子と対向しない側に第一制御磁石９９，磁性体突極９ａの電機子と対向しない側に第二制御磁石９ｂが配置され，第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂはそれぞれ一つの磁石要素で構成されている。永久磁石１０１，１０２，第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂ内の矢印はそれぞれの磁化方向を示す。番号１１４は永久磁石からの磁束がが磁気的に短絡し難いよう配置された非磁性体を示す。電機子コイル９６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル１１１，１１２，１１３として示されている。

点線１１５は永久磁石１０１，１０２からの磁束を代表して示し，点線１１６は第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂからの磁束を代表して示している。同図に示されるように永久磁石１０１，１０２と第一制御磁石９９とが磁性体突極９８を同じ極性に磁化し，永久磁石１０１，１０２と第二制御磁石９ｂとが磁性体突極９ａを同じ極性に磁化する場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態である。したがって，第一制御磁石９９に於いて，同図に於いて左方向の磁化が第一磁化，右方向の磁化が第二磁化に相当し，第二制御磁石９ｂに於いて，右方向の磁化が第一磁化，左方向の磁化が第二磁化に相当する。同図に於いて，磁性体突極９８，９ａは幅の狭い磁性体で互いに連結されているが，幅の狭い磁性体は容易に磁気的に飽和するので磁気的には無視できる。

図１２は図１１に示す状態から第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化方向が反転された状態である。第一制御磁石９９，永久磁石１０１，第二制御磁石９ｂは閉磁路を構成し，また第一制御磁石９９，永久磁石１０２，第二制御磁石９ｂは閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号１２１は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図１２の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石１０１，１０２，第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。

本実施例では，第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化方向を図１１，１２に示された状態の何れかに制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。図１１の場合が通常界磁の状態であり，図１２の場合が弱め界磁状態に相当する。以下に第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を制御する構成及び動作原理を説明する。図９に示されるように励磁磁路部材に相当する円筒状磁気コア９ｄは電機子の円環状磁気ヨーク９５と磁性体基板９７とを磁気的に結合し，励磁コイル９ｃは円筒状磁気コア９ｄ，円環状磁気ヨーク９５，磁性体歯９４，磁性体突極９８，９ａ，磁性体基板９７を含む磁路に磁束を発生するよう配置されている。励磁コイル９ｃは回転子，電機子を一括して励磁する構成であり，第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化変更は図１３，１４を用いて説明される。

図１３は第一制御磁石９９を弱め界磁側に磁化変更する原理を説明する為の図であり，第一制御磁石９９の磁化方向は図１１に示した状態である。励磁コイル９ｃは第一制御磁石９９の磁化方向と逆方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号１３３で示す励磁磁束が第一制御磁石９９，磁性体突極９８内を流れ，番号１３４で示す励磁磁束が第二制御磁石９ｂ，磁性体突極１３ａ内を流れる。電機子コイル１１１が配置された磁性体歯が磁性体突極９８に対向した時に磁性体突極９８内を励磁磁束１３３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル１１１に電流を供給し，磁性体突極９ａに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル１１２，１１３に磁性体突極９ａ内を励磁磁束１３４と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル１１１，１１２，１１３による磁束が番号１３１，１３２として代表して示され，磁束１３２は永久磁石１０１，１０２をそれぞれを含む小さな磁路に流れる磁束，磁束１３１は制御磁石９９，９ｂを含む大きな磁路に流れる磁束を示している。

磁性体突極９８内で磁束１３１，１３２の流れる方向は励磁磁束１３３の流れる方向と同じであり，磁性体突極９ａ内で磁束１３１，１３２の流れる方向は励磁磁束１３４の流れる方向と逆である。磁性体突極９ａ内で励磁磁束１３４と磁束１３１，１３２とが相殺される程度の電流を電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給すると，励磁磁束１３４はほぼゼロになり，励磁コイル９ｃによる磁束は励磁磁束１３３として第一制御磁石９９に集中され，第一制御磁石９９の磁化が反転される。回転子を回転駆動するに際して電機子コイルから磁束１３１，１３２が回転子に加えられる。磁束１３１の流れる磁路は制御磁石９９，９ｂを含み，磁束１３２の流れる磁路は永久磁石１０１，１０２の何れか一つを含んで前者の磁路の磁気抵抗は後者の磁路の磁気抵抗より大である。磁束１３２の量が磁束１３１の量に比して大であり，永久磁石１０１，１０２それぞれの両端に印可されるポテンシャル差は制御磁石９９，９ｂそれぞれの両端に印可されるポテンシャル差より大となる。磁束１３２の流れる方向は永久磁石１０１，１０２の磁化方向と逆であるが，永久磁石１０１，１０２にはネオジウム磁石を主体とする抗磁力が大の永久磁石で構成されるのでそれらの磁化は影響を受けない。また，制御磁石９９，９ｂの磁化容易さを示す抗磁力と磁化方向長さとの積は磁束１３１のみによっては磁化状態が変更されない程度に設定されるので制御磁石９９，９ｂの磁化状態は安定的に維持される。

このように励磁コイル９ｃ，電機子コイル１１１，１１２，１１３により第一制御磁石９９を磁束が流れやすく，第一制御磁石９９の磁化方向が反転させられる。第二制御磁石９ｂの磁化は変更されないが，引き続いて第二制御磁石９ｂの磁化方向と逆方向の励磁磁束を供給するよう励磁コイル９ｃに供給する電流の方向を変え，第一制御磁石９９の磁化変更と同じ上記のステップで第二制御磁石９ｂの磁化を変更する。

図１４は第一制御磁石９９を弱め界磁から通常の界磁状態に磁化変更する原理を説明する為の図であり，第一制御磁石９９の磁化方向は図１２に示した状態である。第一制御磁石９９を弱め界磁から通常の界磁状態に磁化変更する過程はやや困難を伴う。すなわち，電機子コイルからの磁束は磁性体突極間に配置された永久磁石で短絡され，制御磁石に磁束を集中させる事が困難になる。本発明では励磁コイルを有して励磁コイルからの励磁磁束を電機子コイルからの磁束に重畳させる事により制御磁石の磁化を変更する。

励磁コイル９ｃには第一制御磁石９９の磁化方向と逆方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号１４３で示す励磁磁束が第一制御磁石９９，磁性体突極９８内を流れ，番号１４５で示す励磁磁束が第二制御磁石９ｂ，磁性体突極９ａ内を流れる。電機子コイル１１１が配置された磁性体歯が磁性体突極９８に対向した時に磁性体突極９８内を励磁磁束１４３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル１１１に電流を供給し，磁性体突極９ａに対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル１１２，１１３には磁性体突極９ａ内を励磁磁束１４５と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル１１１，１１２，１１３による磁束が番号１４１，１４２として代表して示され，磁束１４２は永久磁石１０１，１０２をそれぞれを含む小さな磁路に流れる磁束，磁束１４１は制御磁石９９，９ｂを含む大きな磁路に流れる磁束を示している。

磁性体突極９８内で磁束１４１，１４２の流れる方向は励磁磁束１４３の流れる方向と同じであり，磁性体突極９ａ内で磁束１４１，１４２の流れる方向は励磁磁束１４５の流れる方向と逆である。また，励磁磁束１４３の流れる方向と第一制御磁石９９の磁化方向は逆であるので励磁磁束１４３の一部は番号１４４で示されるように永久磁石１０２，第二制御磁石９ｂを介して流れる。磁性体突極９ａ内で励磁磁束１４５と磁束１４１，１４２とが相殺される程度の電流を電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給すると，励磁磁束１４５はほぼゼロになって励磁磁束１４４は大となる。この状態では第一制御磁石９９に十分な磁束が供給されず，第一制御磁石９９の磁化は反転されない。更に電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給する電流を大とし，磁束１４２により永久磁石１０１，１０２を磁気的に飽和せしめると，励磁コイル９ｃによる磁束は励磁磁束１４３として第一制御磁石９９に集中され，第一制御磁石９９の磁化が反転される。

第二制御磁石９ｂの磁化変更は引き続いて第二制御磁石９ｂの磁化方向と逆方向の励磁磁束を供給するよう励磁コイル９ｃに供給する電流の方向を変え，第一制御磁石９９の磁化変更と同じ上記のステップで第二制御磁石９ｂの磁化を変更する。図１１から図１４に於ける磁束流れの説明は理解を容易にする為に永久磁石，制御磁石，電機子コイル，励磁コイルそれぞれからの磁束を異なった線で代表して示した。磁束が流れる磁性体内で磁気的な飽和が生じない限り，それらは重畳される。したがって，図１４に於いて磁束１４４と磁束１４１とが交差する部分が示されているが，これも理解を容易にする為にモデル的に図示されたものである。

以上に説明したように第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を変更して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御できるが，本実施例では更に励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流により電機子コイルと鎖交する磁束量を精密に制御できる。すなわち，本実施例では磁性体突極９８に厚みが大の第一制御磁石９９を配置し，磁性体突極９ａに厚みが小の第二制御磁石９ｂを配置した構成であり，更に励磁コイル９ｃに第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を変更しない程度の磁束調整電流を供給して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御できる。磁気的に飽和した永久磁石に抗磁力以下の弱磁界を加えても永久磁石の透磁率は空気とほぼ同じであって厚み相当の空隙とほぼ同じ存在となる。したがって，磁束調整電流を励磁コイル９ｃに加えて発生された磁束は厚みが大の第一制御磁石９９及び磁性体突極９８を流れ難く，厚みが小の第二制御磁石９ｂ及び磁性体突極９ａを専ら流れて電機子コイルと鎖交し，電機子コイルと鎖交する磁束量は実効的に制御される。その場合，図１１に於いて励磁コイル９ｃに加えて発生された磁束が第二制御磁石９ｂの磁化方向と同じく右方向に流れる方向であれば，電機子コイルと鎖交する磁束量は増大し，逆方向の場合に電機子コイルと鎖交する磁束量は減少する。

以上，図９から図１４を用いて実施例２の構成を示し，電機子と鎖交する磁束量変更の為に制御磁石の磁化変更の原理を説明した。実施例２に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例は電機子を流れる磁束量を制御して出力を最適化するシステムであり，回転電機が電動機として用いられる場合に於いて，磁束量制御を行って回転力を最適に制御する。但し，電機子を流れる磁束量を増やす極性の磁束調整電流を正としている。制御装置は回転速度が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流を減じて電機子に流れる磁束量を小とし，磁束調整電流が予め定めた値より小である場合には第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を不可逆的に変えて第二磁化の磁極面積を増す方向の電流が励磁コイル９ｃ及び電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給されて第一磁化の磁極面積を減じると共に第二磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量を小とする。制御装置は回転速度が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流を増して電機子に流れる磁束量を大とし，磁束調整電流が予め定めた値より大である場合には第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を不可逆的に変えて第一磁化の磁極面積を増す方向の電流を励磁コイル９ｃ及び電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給して第一磁化の磁極面積を増すと共に第二磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。

回転電機が発電機として用いられる場合において，磁束量制御を行って発電電圧を所定の電圧となるよう制御する定電圧発電システムを説明する。但し，電機子を流れる磁束量を増やす極性の磁束調整電流を正としている。制御装置は発電電圧が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流を減じて電機子に流れる磁束量を小とし，磁束調整電流が予め定めた値より小である場合には第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を不可逆的に変えて第二磁化の磁極面積を増す方向の電流が励磁コイル９ｃ及び電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給されて第一磁化の磁極面積を減じると共に第二磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量を小とする。制御装置は発電電圧が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流を増して電機子に流れる磁束量を大とし，磁束調整電流が予め定めた値より大である場合には第一制御磁石９９，第二制御磁石９ｂの磁化状態を不可逆的に変えて第一磁化の磁極面積を増す方向の電流を励磁コイル９ｃ及び電機子コイル１１１，１１２，１１３に供給して第一磁化の磁極面積を増すと共に第二磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。

本実施例の回転電機をハイブリッドカー或いは電気自動車の駆動モータ及び発電機として搭載する場合には，減速時に運動エネルギーを有効に回収する事が出来る。すなわち，減速時には回転電機を発電機として発電電力をバッテリー或いは電気二重層コンデンサー等に蓄えて運動エネルギーを回収する。その際，速度の低下に応じて励磁コイル９ｃに供給する磁束調整電流を大とし，更に充電電流の制御と併せて制動力を制御する。通常の一定界磁のモータによる回生制動では速度低下と共に出力電圧も低下し，制動力は急激に減少するが，本実施例の回転電機によれば回生制動時の制動力を確保できる。また，低速までも十分なエネルギー回収を可能にする。

本発明による回転電機システムの第三実施例を図１５から図２１を用いて説明する。第三実施例は，ラジアルギャップ構造の回転電機システムであり，制御磁石は磁化容易さの異なる磁石要素の並列接続として構成されている。図１５はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸１５１がベアリング１５３を介してハウジング１５２に回動可能に支持されている。電機子はハウジング１５２に固定された円筒状磁気ヨーク１５５と，磁性体歯１５４と，電機子コイル１５６とを有している。回転子は表面磁極部１５７，円筒状磁気コア１５９，回転子支持体１５ａを有して回転軸１５１と共に回転する。ハウジング１５２は鉄を主体とする磁性体で構成され，円筒状磁気コア１５９の両端と微小間隙を介して対向し，励磁コイル１５８がハウジング１５２，円筒状磁気コア１５９，表面磁極部１５７，磁性体歯１５４，円筒状磁気ヨーク１５５で構成される磁路に励磁磁束を発生するようハウジング１５２の内側に回転軸を周回するよう配置されている。

図１６は図１５のＣ−Ｃ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部１５７は磁性体が集合磁石により周方向に区分された構成である。中間磁性体突極１６３の両側面にほぼ同じ磁化方向の磁石板１６５，１６６が配置された組み合わせは磁気的には磁石と等価な集合磁石として，回転子の表面磁極部１５７は一様な円筒状磁性体基板を周方向に等間隔に配置された集合磁石によって区分された磁性体突極及び集合磁石とから構成されている。隣接する磁性体突極を磁性体突極１６１，磁性体突極１６２として互いに異なる方向に磁化されるよう隣接する集合磁石の磁化方向は互いに反転して構成されている。磁性体突極１６１，１６２それぞれの周方向両側面に配置された磁石板はＶ字状の配置であり，磁石板の交差角度は磁束バリアに好適な角度に設定する。磁性体突極１６１，１６２の側面に配置されている磁石板１６４，１６５，１６６，１６７に付された矢印は磁石板１６４，１６５，１６６，１６７の板面にほぼ直交する磁化方向を示す。

磁性体突極１６１の内周側には制御磁石１６８が配置され，磁性体突極１６２の内周側には制御磁石１６９が配置されている。何れの制御磁石１６８，１６９も磁性体歯１５４から離れた位置に配置され，制御磁石１６８，１６９内の矢印は磁化方向を示している。磁石板１６４，１６５と制御磁石１６８は磁性体突極１６１を同じ極性に磁化し，磁石板１６６，１６７と制御磁石１６９は磁性体突極１６２を同じ極性に磁化している。集合磁石は中間磁性体突極１６３及び磁石板１６５，１６６により構成されるが，励磁コイル１５８からの磁束が中間磁性体突極１６３を介して電機子側に流れないように非磁性体１６ｂが集合磁石の内周側に配置されている。更に制御磁石１６８，１６９は軸方向に繰り返し配置された厚みの異なる磁石要素の並列接続としてそれぞれ構成され，その構成は図２１に示されている。

電機子はハウジング１５２に固定された円筒状磁気ヨーク１５５と，円筒状磁気ヨーク１５５から径方向に延び，周方向に磁気空隙を有する複数の磁性体歯１５４と，磁性体歯１５４に巻回された電機子コイル１５６とから構成されている。電機子の磁性体歯１５４先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部１６ａを隣接する磁性体歯１５４先端部間に配置されている。磁性体歯１５４及び可飽和磁性体結合部１６ａはケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル１５６を巻回された後，圧粉鉄心で構成された円筒状磁気ヨーク１５５と組み合わせて電機子とされている。可飽和磁性体結合部１６ａは隣接する磁性体歯１５４同士を機械的に連結させて磁性体歯１５４の支持強度を向上させ，磁性体歯１５４の不要な振動を抑制させる。可飽和磁性体結合部１６ａの径方向の長さは短く設定して容易に磁気的に飽和する形状としたので電機子コイル１５６が発生させる磁束或いは永久磁石からの磁束によって容易に飽和し，その場合に電機子コイル１５６が発生させる磁束及び磁束の短絡を僅かな量とする。電機子コイル１５６に電流が供給されると，時間と共に可飽和磁性体結合部１６ａは磁気的に飽和させられて周辺に磁束を漏洩させるが，磁気飽和した可飽和磁性体結合部１６ａに現れる実効的な磁気空隙の境界はクリアではないので漏洩する磁束の分布は緩やかとなり，可飽和磁性体結合部１６ａはこの点でも磁性体歯１５４に加わる力の時間変化を緩やかにして振動抑制に寄与する。

本実施例に於いて，更に制御磁石１６８，１６９は磁化容易さの異なる磁石要素の並列接続として構成され，図２１は磁性体突極１６１に配置された制御磁石１６８の上半分の縦断面図を示す。制御磁石１６８は磁化方向長さの異なる磁石要素２１１，２１２，２１３がこの順で繰り返し軸方向に並び，磁石要素２１１，２１２，２１３を挟む磁性体によって並列に接続された構成である。電機子コイル１５６，励磁コイル１５８により磁界が加えられると，磁石要素２１１，２１２，２１３を上下に挟んでいる磁性体間の磁気ポテンシャル差（起磁力）はほぼ一様として各磁石要素内では磁気ポテンシャル差を長さで除した値に相当する磁界強度が加えられ，その磁界強度が抗磁力を越えた磁石要素の磁化が変更される。したがって，短い磁石要素が磁化されやすく，長い磁石要素は磁化され難い。制御磁石１６９も同じ構成で磁化方向が逆である。

図１７，１８，１９，２０は図１６に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，これらの図を用いて磁束の流れを説明する。これらの図に於いて，電機子コイル１５６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル１７１，１７２，１７３として周方向に繰り返し配置されている。また，本実施例に於いて制御磁石１６８，１６９はそれぞれ３個の磁石要素から構成され，３個の磁石要素はそれぞれ異なる磁化方向を取り得る。図１７，１８では磁石要素の数で勝る磁石要素の磁化方向を制御磁石１６８，１６９それぞれの磁化方向として示している。図１７に於いて，点線１７４は磁石板１６４，１６５，１６６，１６７からの磁束を代表して示し，点線１７５は制御磁石１６８，１６９からの磁束を代表して示している。同図に於いて，磁性体突極１６１，１６２は幅の狭い磁性体で互いに連結されているが，幅の狭い磁性体は容易に磁気的に飽和するので磁気的には無視できる。同図に示されるように磁石板１６４，１６５と制御磁石１６８とが磁性体突極１６１をＳ極に磁化し，磁石板１６６，１６７と制御磁石１６９とが磁性体突極１６２をＮ極に磁化する場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態である。図１７に示されるように制御磁石１６８の磁化方向を内径方向とする各磁石要素の磁化状態は図２１（ａ），（ｂ）に示されるように２個以上の磁石要素の磁化方向が内径方向である状態に相当し，制御磁石１６８に於いて，内径方向の磁化が第一磁化，外径方向の磁化が第二磁化に相当し，制御磁石１６９に於いて，外径方向の磁化が第一磁化，内径方向の磁化が第二磁化に相当する。

図１８は図１７に示す状態から制御磁石１６８，１６９の磁化方向が反転された状態である。制御磁石１６８，１６９と磁石板１６５，１６６は閉磁路を構成し，制御磁石１６８，１６９と磁石板１６４，１６７は閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号１８１は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図１８の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は磁石板１６４，１６５，１６６，１６７，制御磁石１６８，１６９の飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。図１８に示されるように制御磁石１６８の磁化方向を外径方向とする各磁石要素の磁化状態は図２１（ｃ），（ｄ）に示されるように２個以上の磁石要素の磁化方向が外径方向である状態に相当する。

本実施例では，制御磁石１６８，１６９からの磁束量及び磁束の方向を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。以下に制御磁石１６８，１６９の磁化状態を制御する構成及び動作原理を説明する。図１５に示されるように励磁磁路部材に相当するハウジング１５２は電機子の円筒状磁気ヨーク１５５と円筒状磁気コア１５９と磁気的に結合し，励磁コイル１５８はハウジング１５２，円筒状磁気コア１５９，表面磁極部１５７，磁性体歯１５４，円筒状磁気ヨーク１５５で構成される磁路に励磁磁束を発生するよう配置されている。回転子両端に配置された励磁コイル１５８は全く同一の構成であり，何れの励磁コイル１５８も表面磁極部１５７を同じ方向に励磁する。この構成は軸長の長い回転電機装置に於いて十分な量の励磁磁束を均等に供給する為であって，軸長の短い回転電機装置の場合は一方の励磁コイル１５８のみでよい。励磁コイル１５８は電機子，回転子を一括して励磁する構成であり，制御磁石１６８，１６９の磁化状態変更は図１９，図２０，図２１を用いて説明される。

図１９は制御磁石１６８を弱め界磁側に磁化変更する原理を説明する為の図であり，制御磁石１６８，１６９はそれぞれ制御磁石１６８内の内径方向の磁化を持つ磁石要素，制御磁石１６９内の外径方向の磁化を持つ磁石要素を代表して示している。図２１に示した制御磁石１６８の各磁石要素に関して，図２１（ａ）では磁石要素２１３を，図２１（ｂ）では磁石要素２１２を，図２１（ｃ）では磁石要素２１１をそれぞれ示している。制御磁石１６８を弱め界磁側に変更する事は図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）からそれぞれ図２１（ｂ），（ｃ），（ｄ）の状態に変更するよう制御磁石１６８を構成する磁石要素に於いて外径方向の磁化を有する磁石要素の数を増やす事であり，励磁コイル１５８，電機子コイル１７１，１７２，１７３によって制御磁石１６８内を外径方向に流れる磁束を供給して磁化反転させる。

励磁コイル１５８は磁性体突極１６１，１６２内を外径方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号１９３で示す励磁磁束が制御磁石１６８，磁性体突極１６１内を流れ，番号１９４で示す励磁磁束が制御磁石１６９，磁性体突極１６２内を流れる。電機子コイル１７１が配置された磁性体歯が磁性体突極１６１に対向した時に磁性体突極１６１内を励磁磁束１９３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル１７１に電流を供給し，磁性体突極１６２に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル１７２，１７３に磁性体突極１６２内を励磁磁束１９４と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル１７１，１７２，１７３による磁束が番号１９１，１９２として代表して示され，磁束１９２は永久磁石１６５，１６６を含む小さな磁路に流れる磁束，磁束１９１は制御磁石１６８，１６９を含む大きな磁路に流れる磁束を示している。磁性体突極１６１内で磁束１９１，１９２の流れる方向は励磁磁束１９３の流れる方向と同じであり，磁性体突極１６２内で磁束１９１，１９２の流れる方向は励磁磁束１９４の流れる方向と逆である。磁性体突極１６２内で励磁磁束１９４と磁束１９１，１９２とが相殺される程度の電流を電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給すると，励磁磁束１９４はほぼゼロになり，励磁コイル１５８による磁束は励磁磁束１９３として制御磁石１６８に集中され，制御磁石１６８の磁化が反転される。

回転子を回転駆動するに際して電機子コイルから磁束１９１，１９２が回転子に加えられる。磁束１９１の流れる磁路は制御磁石１６８，１６９を含み，磁束１９２の流れる磁路は永久磁石１６５，１６６を含んで前者の磁路の磁気抵抗は後者の磁路の磁気抵抗より大である。磁束１９２の量は磁束１９１の量に比して大であり，永久磁石１６５，１６６それぞれの両端に印可されるポテンシャル差は制御磁石１６８，１６９それぞれの両端に印可されるポテンシャル差より大となる。磁束１９２の流れる方向は永久磁石１６５，１６６の磁化方向と逆であるが，永久磁石１６５，１６６にはネオジウム磁石を主体とする抗磁力が大の永久磁石で構成されるのでそれらの磁化は影響を受けない。また，制御磁石１６８，１６９の磁化容易さを示す抗磁力と磁化方向長さとの積は磁束１９１のみによっては磁化状態が変更されない程度に設定されるので制御磁石１６８，１６９の磁化状態は安定的に維持される。

このように励磁コイル１５８，電機子コイル１７１により制御磁石１６８を磁束が流れやすく，励磁コイル１５８，電機子コイル１７２，１７３により制御磁石１６９を磁束が流れ難く，制御磁石１６８を構成する磁石要素の磁化が変更される。以下には図２１に示す各磁石要素の磁化状態と電機子コイルの鎖交磁束量との関係を更に説明する。制御磁石１６８は磁石要素２１１，２１２，２１３がこの順で繰り返し軸方向に並ぶ構成であるので一周期に相当する磁石要素２１１，２１２，２１３の長さ相当の磁石板１６４，１６５が磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量を基準として１．０とし，各磁石要素が磁性体突極１６１を介して電機子側に流れる磁束量を０．２５とすると，図２１（ａ）の場合，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は１．７５に相当する。

図２１（ａ）の状態から電機子側に流れる磁束量を減ずる為には最も磁化方向長さの小さい磁石要素２１３の磁化方向のみを反転させるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に供給する電流を設定して磁界を加える。その結果が図２１（ｂ）であり，磁石要素２１２，２１３からの磁束は互いに相殺されて制御磁石１６８が供給する磁束量は０．２５となるので磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は１．２５となる。更に図２１（ｂ）の状態から電機子側に流れる磁束量を減ずる為には二番目に磁化方向長さの小さい磁石要素２１２の磁化方向を反転させ，磁石要素２１１の磁化状態には影響を与えないよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に供給する電流を設定して磁界を加える。その結果が図２１（ｃ）であり，制御磁石１６８が供給する磁束の方向は反転して磁石板１６４，１６５からの磁束と一部相殺されるので磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は０．７５となる。更に図２１（ｃ）の状態から電機子側に流れる磁束量を減ずる為には最も磁化方向長さの長い磁石要素２１１の磁化方向を反転させるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に供給する電流を設定して磁界を加える。その結果が図２１（ｄ）であり，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は０．２５となる。

図２０は制御磁石１６８を強め界磁側に磁化変更する原理を説明する為の図であり，制御磁石１６８，１６９はそれぞれ制御磁石１６８内の外径方向の磁化を持つ磁石要素，制御磁石１６９内の内径方向の磁化を持り磁石要素を代表して示している。制御磁石１６８を強め界磁側に磁化変更する事は制御磁石１６８を構成する磁石要素に於いて内径方向の磁化を有する磁石要素の数を増やす事であり，励磁コイル１５８，電機子コイル１７１，１７２，１７３によって制御磁石１６８内を内径方向に流れる磁束を供給する。制御磁石１６８を強め界磁側に磁化変更する過程はやや困難を伴う。すなわち，電機子コイルからの磁束は磁性体突極間に配置された磁石板で短絡され，制御磁石に磁束を集中させる事が困難になる。本発明では励磁コイルを有して励磁コイルからの励磁磁束を電機子コイルからの磁束に重畳させる事によりその磁化変更を容易とする。

励磁コイル１５８には制御磁石１６８の磁化方向と逆方向に流れる励磁磁束を一括して回転子に供給する。番号２０３で示す励磁磁束が磁性体突極１６１，制御磁石１６８内を流れ，番号２０５で示す励磁磁束が制御磁石１６９，磁性体突極１６２内を流れる。電機子コイル１７１が配置された磁性体歯が磁性体突極１６１に対向した時に磁性体突極１６１内を励磁磁束２０３と同方向に磁束が流れるよう電機子コイル１７１に電流を供給し，磁性体突極１６２に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイル１７２，１７３に磁性体突極１６２内を励磁磁束２０５と逆方向に磁束が流れるよう電流を供給する。電機子コイル１７１，１７２，１７３による磁束が番号２０１，２０２として代表して示され，磁束２０２は永久磁石１６５，１６６を含む小さな磁路に流れる磁束，磁束２０１は制御磁石１６８，１６９を含む大きな磁路に流れる磁束を示している。

磁性体突極１６１内で磁束２０１，２０２の流れる方向は励磁磁束２０３の流れる方向と同じであり，磁性体突極１６２内で磁束２０１，２０２の流れる方向は励磁磁束２０５の流れる方向と逆である。また，励磁磁束２０３の流れる方向と制御磁石１６８の磁化方向は逆であるので励磁磁束２０３の一部は番号２０４で示されるように永久磁石１６５，１６６，制御磁石１６９を介して流れる。磁性体突極１６２内で励磁磁束２０５と磁束２０１，２０２とが相殺される程度の電流を電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給すると，励磁磁束２０５はほぼゼロになるが，励磁磁束２０４は大となる。この状態では制御磁石１６８に十分な磁束が供給されず，制御磁石１６８の磁化は反転されない。更に電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給する電流を大とし，磁束２０２により永久磁石１６５，１６６を磁気的に飽和せしめると，励磁コイル１５８による磁束は励磁磁束２０３として制御磁石１６８に集中され，制御磁石１６８の磁化が反転される。

励磁コイル１５８よる励磁磁束２０３と電機子コイル１７１，１７２，１７３による磁束２０１，２０２は共に制御磁石１６８を同じ方向に流れて磁石要素の磁化を変更する。以下には図２１を参照しながら各磁石要素の磁化状態と電機子コイルの鎖交磁束量との関係を更に説明する。電機子コイルとの鎖交磁束量が最も少ない場合は制御磁石１６８の磁化状態が図２１（ｄ）に示される状態であり，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は０．２５である。この状態から電機子コイルとの鎖交磁束量を増やすには上記のステップに従って制御磁石１６８内を内径方向に流れる磁束を供給して内径方向の磁化を有する磁石要素数を増やす事である。磁化方向長さが最も短い磁石要素２１３のみを内径方向に反転させる大きさの電流を励磁コイル１５８，電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給して磁石要素２１３の磁化方向を内径方向とする。この状態は図示されていないが，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は０．７５となる。

更に電機子コイルとの鎖交磁束量を増やすには磁化方向長さが２番目に短い磁石要素２１２の磁化方向を内径方向に変え，磁石要素２１１の磁化に影響を与えないような大きさの電流を励磁コイル１５８，電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給して磁石要素２１２の磁化方向を内径方向とする。この状態は図示されていないが，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は１．２５となる。更に電機子コイルとの鎖交磁束量を増やして最大にするには磁化方向長さが最も長い磁石要素２１１の磁化方向を内径方向に反転させる大きさの電流を励磁コイル１５８，電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給して磁石要素２１１の磁化方向を内径方向とする。この状態が図２１（ａ）であり，磁性体突極１６１から電機子側に流れる磁束量は１．７５となる。

上記のステップに於いて，制御磁石１６９には磁化変更をさせるほどの磁束は供給されず，制御磁石１６９を構成する磁石要素の磁化は変更されない。制御磁石１６９は制御磁石１６８とは構成する各磁石要素の磁化の方向がそれぞれ逆である以外は同じ構成であり，上記制御磁石１６８の磁化状態変更と同じステップで制御磁石１６９の磁化状態を変更する。

図１７から図２０に於ける磁束流れの説明は理解を容易にする為に磁石板，制御磁石，電機子コイル，励磁コイルそれぞれからの磁束を異なった線で代表して示した。磁束が流れる磁性体内で磁気的な飽和が生じない限り，それらは重畳される。したがって，図２０に於いて磁束２０４と磁束２０２とが交差する部分が示されているが，これも理解を容易にする為にモデル的に図示されたものである。

本実施例では磁化方向長さの異なる磁石要素を軸方向に並べたので電機子コイルと鎖交する磁束量は軸方向に異なり，逆起電圧，出力トルクも軸方向に異なる事になる。しかし，制御磁石からの磁束は軸方向に分散して平均化される傾向にあり，軸方向に鎖交磁束量の変動が残って逆起電圧が軸方向に変動しても電機子コイル内で平均化される。出力トルクが軸方向に変動し，振動を引き起こす可能性はあるが，各磁石要素磁石の配列周期を小さくする事で解消される。

本実施例では磁化方向長さの異なる磁石要素を軸方向に並べ，並列接続して制御磁石を構成したが，制御磁石の磁化方向長さが連続的に変わる構成，磁化方向長さを一定として抗磁力の異なる磁石要素を並列接続する構成も可能であり，構造はシンプルになる。また，各磁石要素を軸方向に並べる替わりに各磁性体突極内で周方向に並べる事も勿論可能である。

更にまた，制御磁石１６８，制御磁石１６９それぞれの最小磁化方向長さに差を持たせ，励磁コイル１５８により電機子を流れる磁束量の微調整を行う構成も可能である。すなわち，制御磁石１６８の最小磁化方向長さが制御磁石１６９のそれより小に設定した場合，励磁コイル１５８による磁束は制御磁石１６９より制御磁石１６８を多く通過して流れ，制御磁石１６８，制御磁石１６９の磁化状態を変更しない程度の磁束調整電流を励磁コイル１５８に供給する事により電機子コイル１５６と鎖交する磁束量を実効的に調整できる。

このように励磁コイル１５８及び電機子コイル１７１，１７２，１７３に供給する電流を変え，制御磁石１６８，１６９に於ける第一磁化，第二磁化にそれぞれ対応する磁石要素数を変えて電機子を流れる磁束量は制御される。電機子を流れる磁束量と電流との関係は設計段階でマップデータとして設定する。しかし，回転電機の量産段階では部材の寸法のバラツキ，磁気特性のバラツキも存在して電機子を流れる磁束量の精密な制御が困難になる場合がある。そのような場合には回転電機を組み立て後に回転電機個々に前記関係を検査し，前記マップデータを修正する。

さらに磁性体は温度による影響を受けやすく，経時変化による影響も懸念される場合には回転電機の運転中に磁化電流とその結果である制御磁石１６８，１６９の磁化状態の関係を監視して前記マップデータを修正する情報を学習的に取得する事も出来る。電機子を流れる磁束量を直接に把握する事は難しいが，電機子コイル１５６に現れる誘起電圧を参照して電機子を流れる磁束量を推定する。例えば，電機子コイル１５６に現れる誘起電圧の振幅は電機子コイル１５６と鎖交する磁束量及び回転速度にほぼ比例する。制御磁石１６８，１６９内の第一磁化の磁石要素数を増やすよう励磁コイル１５８及び電機子コイル１７１，１７２，１７３に電流を加えた結果として誘起電圧の振幅の変化量が目標値より小の場合は同一条件に於ける電流の振幅を大に，誘起電圧の振幅の変化量が目標値より大の場合は同一条件に於ける電流の振幅を小にするよう磁化変更の為に供給する電流に係わるパラメータを修正する。

以上，図１５から図２１を用いて実施例３の構成を示し，電機子と鎖交する磁束量変更の為に制御磁石の磁化変更の原理を説明した。実施例３に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例は電機子を流れる磁束量を制御して出力を最適化するシステムであり，電動機システムとしての制御を説明する。回転電機が電動機として用いられる場合において，磁束量制御を行って回転力を最適に制御する。回転速度が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には制御磁石１６８に於いて内径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６８の磁化状態を変え，制御磁石１６９に於いて外径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６９の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を小とする。回転速度が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には制御磁石１６８に於いて外径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６８の磁化状態を変え，制御磁石１６９に於いて内径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６９の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を大とする。

回転電機が発電機として用いられる場合において，磁束量制御を行って発電電圧を所定の電圧となるよう制御する定電圧発電システムを説明する。発電電圧が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には制御磁石１６８に於いて内径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６８の磁化状態を変え，制御磁石１６９に於いて外径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６９の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を小とする。発電電圧が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には制御磁石１６８に於いて外径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６８の磁化状態を変え，制御磁石１６９に於いて内径方向の磁化を持つ磁石要素数を減じるよう電機子コイル１７１，１７２，１７３，励磁コイル１５８に電流を流して制御磁石１６９の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を大とする。

本発明の第四実施例による回転電機システムを図２２を用いて説明する。第四実施例は第三実施例の回転電機システムに於いて，各磁性体突極内の制御磁石の磁化状態をそれぞれ個別に監視し，全ての制御磁石の磁化状態が同じ状態に保たれるよう制御される。第三実施例は，制御磁石１６８，１６９の磁化状態を励磁コイル１５８，電機子コイル１５６に供給する電流によって不可逆的に変え，電機子コイル１５６と鎖交する磁束量を変える。その場合に，制御磁石１６８，１６９の磁化状態変更前後の電機子コイル１５６に現れる誘起電圧の振幅変化を監視する事により，制御磁石１６８，１６９の磁化状態が正しく変更されたか否かを知り，磁化状態変更の条件を修正する事が出来る。しかしながら，制御磁石１６８，１６９はそれぞれの磁性体突極内に配置されるので個々の磁性体突極内の制御磁石１６８，１６９の磁気特性は微妙に異なり，制御磁石１６８，１６９の磁化状態が磁性体突極毎に異なる可能性がある。その場合には電機子コイル１５６全体に現れる誘起電圧の監視では個々の制御磁石１６８，１６９の磁化状態検出は困難で正確な磁化状態制御は難しい。

第四実施例は上記不具合への対処を可能にするシステムであり，個々の磁性体突極内の制御磁石の磁化状態を検出し，磁化状態変更の条件を修正する事が出来る。すなわち，一つの磁性体歯に巻回された電機子コイルの両端に現れる誘起電圧の監視手段を有し，回転子の回転と共に個々の磁性体突極内の制御磁石の磁化状態を検出する。制御磁石の磁化状態変更が目標と異なった場合には，その制御磁石の磁化変更に際して磁化状態変更の為に電機子コイルに供給する電流をＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相単位で修正する。図２２は第四実施例に於いて制御磁石の磁化状態変更の為の制御ブロック図を示し，図２２を用いて第四実施例に於ける制御磁石の磁化状態制御のステップを説明する。番号２２１は図１５に示す第三実施例の回転電機を示し，番号２２２は制御部を，番号２２３，２２４，２２５はそれぞれ電機子コイル１５６のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルである電機子コイル１７１，１７２，１７３それぞれを駆動する回路を，番号２２７は励磁コイル１５８に電流を供給する回路を，番号２２８は回転子の位置センサーを，番号２２６は電機子コイル１７１に於いて一つの電機子コイル両端の誘起電圧を検出する為の電圧検出器をそれぞれ示す。

制御磁石１６８，１６９の磁化状態変更に際しては，予め励磁コイル１５８に所定の電流を回路２２７を介して供給し，回転子の位置センサー２２８の出力に応じて対象とする磁性体突極と対向する磁性体歯１５４に巻回された電機子コイルを含む相（Ｕ相コイル１７１，Ｖ相コイル１７２，Ｗ相コイル１７３の何れか）の駆動回路２２３，２２４，２２５の何れかに予め定めた電流を供給して対象とする磁性体突極内の制御磁石の磁化状態を変更する。磁化状態変更後に電圧検出器２２６は回転子の回転と共に個々の磁性体突極から磁性体歯１５４に流入する磁束量に起因する誘起電圧を検出し，回転子の位置センサー２２８の出力と併せて個々の制御磁石の磁化状態を確認する。目標と異なる誘起電圧が検出されれば，回転子の位置センサー２２８の出力により磁性体突極及び制御磁石を特定する。制御部２２２はこの結果に基づき，誘起電圧の振幅の変化量が目標値より小の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に同一条件に於いて電機子コイルに加えられる電流の振幅を大にし，前記電機子コイルに現れる誘起電圧の振幅の変化量が目標値より大の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に同一条件に於いて電機子コイルに加えられる電流の振幅を小に設定する

図２２を用いて説明した上記の制御ステップにより制御磁石の磁化状態は全周で均一となるように制御される。磁化変更の為に駆動回路２２３，２２４，２２５から相単位で電機子コイルに電流を供給したが，一つの電機子コイルにのみ磁化状態変更の為の電流を加える事にして更に細かい制御も可能である。また，励磁コイル１５８に供給する電流量を変える事も可能であり，回転電機の仕様により種々の修正は可能である。

本発明による回転電機システムの第五実施例を図２３から図２８を用いて説明する。第五実施例は，二つの回転子が軸方向に並んでラジアルギャップを介して電機子と対向する回転電機であり，励磁コイルは二つの回転子間に配置されている。図２３はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸２３１がベアリング２３３を介してハウジング２３２に回動可能に支持されている。電機子はハウジング２３２に固定された円筒状磁気ヨーク２３５と，磁性体歯２３４と，電機子コイル２３６とを有している。回転軸２３１に固定された円筒状磁気コア２３７，回転子支持体２３ｄを共通の部材として第一回転子は表面磁極部２３８，制御磁石２３９を有し，第二回転子は表面磁極部２３ａ，制御磁石２３ｂを有する。円筒状磁気コア２３７は軸方向に磁束が流れやすいよう圧粉鉄心で構成されている。励磁コイル２３ｃは二つの回転子間に相当する表面磁極部２３８，２３ａ間に回転軸２３１を周回するよう配置され，円筒状磁気コア２３７，制御磁石２３９，表面磁極部２３８，磁性体歯２３４，円筒状磁気ヨーク２３５，磁性体歯２３４，表面磁極部２３ａ，制御磁石２３ｂで構成される磁路に励磁磁束を発生させる。励磁コイル２３ｃにはブラシ２３ｅ，スリップリング２３ｆを介して電流が供給される。

図２４は図２３のＤ−Ｄ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部２３８は円筒状磁性体基板が周方向磁化を有する永久磁石により周方向に区分された構成である。隣接する磁性体突極を第一磁性体突極２４１，第二磁性体突極２４２として互いに異なる方向に磁化されるよう隣接する永久磁石２４３，２４４の磁化方向は互いに反転して配置されている。第一磁性体突極２４１の内周側には制御磁石２４５が配置され，第二磁性体突極２４２の内周側には制御磁石２３９が配置されている。何れの制御磁石２４５，２３９も磁性体歯２３４から離れた位置に配置され，制御磁石２４５，２３９内，永久磁石２４３，２４４内の矢印は磁化方向を示している。番号２４６は非磁性体を示す。電機子はハウジング２３２に固定された円筒状磁気ヨーク２３５と，円筒状磁気ヨーク２３５から径方向に延び，周方向に磁気空隙を有する複数の磁性体歯２３４と，磁性体歯２３４に巻回された電機子コイル２３６とから構成されている。電機子の磁性体歯２３４先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部２４７を隣接する磁性体歯２３４先端部間に配置されている。磁性体歯２３４及び可飽和磁性体結合部２４７はケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル２３６を巻回された後，圧粉鉄心で構成された円筒状磁気ヨーク２３５と組み合わせて電機子とされている。

図２４には第一回転子に相当する表面磁極部２３８の磁極構成を示したが，図２５に於いて回転子全体の斜視図を示して第二回転子に相当する表面磁極部２３ａの磁極構成を説明し，表面磁極部２３８，２３ａの相互の関係を説明する。表面磁極部２３ａの構成は表面磁極部２３８と全く同一であり，円筒状磁性体基板が周方向磁化を有する永久磁石２５３，２５４により周方向に区分され，互いに異極に磁化された第一磁性体突極２５１，第二磁性体突極２５２が周方向に交互に配置されている。更に制御磁石２５５，２３ｂがそれぞれ第一磁性体突極２５１，第二磁性体突極２５２の内周側に配置されている。第一磁性体突極２４１は永久磁石２４３，２４４によってＳ極に磁化され，第一磁性体突極２５１は永久磁石２５３，２５４によってＳ極に磁化され，同種の極性である第一磁性体突極２４１，第一磁性体突極２５１が軸方向に並ぶよう構成されている。

図２６（ａ），（ｂ）は図２４に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，これらの図を用いて磁束の流れを説明する。これらの図に於いて，電機子コイル２３６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル２６１，２６２，２６３として周方向に繰り返し配置されている。図２６（ａ）に於いて，点線２６４は永久磁石２４３，２４４からの磁束を代表して示し，点線２６５は制御磁石２３９，２４５からの磁束を代表して示している。同図に於いて，磁性体突極２４１，２４２は幅の狭い磁性体で互いに連結されているが，幅の狭い磁性体は容易に磁気的に飽和するので磁気的には無視できる。同図に示されるように永久磁石２４３，２４４と制御磁石２３９，２４５とが第一磁性体突極２４１をＳ極に磁化し，第二磁性体突極２４２をＮ極に磁化している。

図２６（ｂ）は図２６（ａ）に示す状態から制御磁石２３９，２４５の磁化方向が反転された状態である。制御磁石２３９，２４５と永久磁石２４３，２４４は閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号２６６は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図２６（ｂ）の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石２４３，２４４，制御磁石２３９，２４５の飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。図２６（ａ），（ｂ）に示されるように制御磁石２３９の磁化方向を外径方向とし，制御磁石２４５の磁化方向を内径方向とする場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態であり，制御磁石２３９に於いては外径方向の磁化が第一磁化に相当し，制御磁石２４５に於いては内径方向の磁化が第一磁化に相当する。

本実施例では，永久磁石２４３，２４４，２５３，２５４は磁化状態が変更され難いネオジウム磁石で構成され，制御磁石２３９，２４５，２３ｂ，２５５は永久磁石２４３，２４４，２５３，２５４より磁化状態の変更が容易なアルニコ磁石で構成され，制御磁石２３９，２４５，２３ｂ，２５５の磁化状態を変更して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。以下に制御磁石２３９，２４５，２３ｂ，２５５の磁化状態を制御する構成及び動作原理を説明する。図２３，２５に示されるように励磁コイル２３ｃは表面磁極部２３８，２３ａ間に回転軸２３１を周回するよう配置され，円筒状磁気コア２３７，制御磁石２３９，表面磁極部２３８，磁性体歯２３４，円筒状磁気ヨーク２３５，磁性体歯２３４，表面磁極部２３ａ，制御磁石２３ｂで構成される磁路に励磁磁束を発生させる。

図２７，２８を用いて制御磁石２３９，２４５，２３ｂ，２５５の磁化状態を選択的に制御するステップを説明する。図２７は制御磁石２４５の磁化方向を外径方向に，制御磁石２３ｂの磁化方向を内径方向に変更する場合を示す。励磁コイル２３ｃに励磁磁束が制御磁石２４５内を外径方向に，制御磁石２３ｂ内を内径方向に流れる極性の電流を予め供給する。番号２７１は第一磁性体突極２４１内を，番号２７２は第二磁性体突極２４２内を，番号２７３は第一磁性体突極内を，番号２７４は第二磁性体突極内を流れる励磁磁束の方向をそれぞれ示す。更に電機子コイルによる磁束が制御磁石２４５内を外径方向に，制御磁石２３ｂ内を内径方向に流れるよう電機子コイルに電流が供給される。図２６（ａ）を参照すれば，制御磁石２４５を含む第一磁性体突極２４１に対向する電機子コイル２６２，２６３に第一磁性体突極２４１内を外径方向に磁束２７５を発生させるよう電流を供給する。更に制御磁石２３ｂの周方向位置は制御磁石２３９と同じであるので第二磁性体突極２４２と対向する電機子コイル２６１に第二磁性体突極２４２内を内径方向に流れる磁束２７７を発生させるよう電流を供給する。第一磁性体突極２５１内を流れる磁束２７６は磁束２７５と同じ方向であり，第二磁性体突極２５２内を流れる磁束２７８は磁束２７７と同じ方向である。

同図に於いて，第一磁性体突極２４１内及び第二磁性体突極２５２内を電機子コイルによる磁束と励磁コイルによる励磁磁束とが同方向に流れ，第二磁性体突極２４２内及び第一磁性体突極２５１内を電機子コイルによる磁束と励磁コイルによる励磁磁束とが逆方向に流れる。従って，第二磁性体突極２４２内及び第一磁性体突極２５１内には十分な磁束が流れないので制御磁石２３９，２５５の磁化状態は影響を受けず，第一磁性体突極２４１内及び第二磁性体突極２５２内には十分に大きな磁束が流れて制御磁石２４５は外径方向に，制御磁石２３ｂは内径方向に磁化方向が変更される。制御磁石２４５の磁化を内径方向に，制御磁石２３ｂの磁化を外径方向に変更させる場合は電機子コイルによる磁束及び励磁コイルによる磁束の流れる方向を上記説明とはそれぞれ逆に設定する。

図２８は制御磁石２３９の磁化方向を内径方向に，制御磁石２５５の磁化方向を外径方向に変更する場合を示す。図２７の場合から励磁コイル２３ｃに供給する電流の極性を逆にして励磁磁束２７１，２７２，２７３，２７４とは逆方向の励磁磁束２８１，２８２，２８３，２８４を各磁性体突極内に発生させる。従って，電機子コイルの発生させる磁束と励磁磁束とが同じ方向に流れるのは第二磁性体突極２４２，第一磁性体突極２５１であり，制御磁石２３９の磁化方向が内径方向に，制御磁石２５５の磁化方向が外径方向に変更される。制御磁石２３９の磁化を外径方向に，制御磁石２５５の磁化を内径方向に変更させる場合は電機子コイルによる磁束及び励磁コイルによる磁束の流れる方向を上記説明とはそれぞれ逆に設定する。このように上記ステップに従って制御磁石２３９，２５５，２３ｂ，２４５の磁化状態が図２６（ａ）から図２６（ｂ）に示す状態に変更され，或いは逆に図２６（ｂ）に示す状態から図２６（ａ）に示す状態に変更される。それに伴って電機子コイル２３６（２６１，２６２，２６３）と鎖交する磁束量が制御される。

以上，図２３から図２８を用いて第五実施例の構成を示し，制御磁石の磁化変更の為に選択された制御磁石に磁束を集中させるステップを中心に説明した。第五実施例に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本発明による回転電機システムの第六実施例を図２９から図３３を用いて説明する。第六実施例は，二つの回転子が軸方向に並んで電機子と対向し，主としてリラクタンストルクにより回転駆動する回転電機に於いて，起動トルクを改善し，回生制動時の制御を容易にする回転電機システムである。図２９はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸２３１がベアリング２３３を介してハウジング２３２に回動可能に支持されている。電機子はハウジング２３２に固定された円筒状磁気ヨーク２３５と，磁性体歯２３４と，電機子コイル２３６とを有している。回転軸２３１に固定された円筒状磁気コア２３７，回転子支持体２３ｄを共通の部材として第一回転子は表面磁極部２９１，第二回転子は表面磁極部２９２を有する。それぞれの表面磁極部に於いて，隣り合う磁性体突極の一方にのみ磁石を有する構成であって，図２９には磁石２９３が示されている。励磁コイル２９４は回転軸２３１を周回するよう電機子側に固定され，円筒状磁気コア２３７，表面磁極部２９１，磁性体歯２３４，円筒状磁気ヨーク２３５，磁性体歯２３４，表面磁極部２９２を含む磁路に励磁磁束を発生させる。

図３０は図２９のＥ−Ｅ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部２９１は円筒状磁性体基板が非磁性体であるアルミブロック３０３により周方向に区分された構成である。隣接する磁性体突極を第一磁性体突極３０１，第二磁性体突極３０２として互いに異なる方向に磁化されるよう第二磁性体突極３０２と円筒状磁気コア２３７間に配置された永久磁石３０４，制御磁石３０５により磁化されている。図２９に於いて磁石２９３は制御磁石３０５，永久磁石３０４で構成され，矢印はそれぞれの磁化方向を示している。電機子の構成は図２４に示された第三実施例と同じであるので再度の説明は省略する。アルミブロック３０３は隣接する磁性体突極間を磁気的に分離すると共に渦電流が流れやすい領域として周方向の磁気抵抗を実効的に大とし，リラクタンストルクを大にしている。

図３０には第一回転子に相当する表面磁極部２９１の磁極構成を示したが，図３１に於いて回転子全体の斜視図を示して第二回転子に相当する表面磁極部２９２の磁極構成を説明し，表面磁極部２９１，２９２の相互の関係を説明する。表面磁極部２９２の構成は表面磁極部２９１と似ているが，永久磁石３０４，制御磁石３０５に相当する永久磁石３１３及び制御磁石３１４が第一磁性体突極３１１と円筒状磁気コア２３７間に配置されている点が異なる。第一磁性体突極３０１は永久磁石３０４，制御磁石３０５によってＳ極に磁化され，第一磁性体突極３１１は永久磁石３１３，制御磁石３１４によってＳ極に磁化され，同種の極性である第一磁性体突極３０１，第一磁性体突極３１１が軸方向に並んで構成されている。第六実施例に於いて，第一磁性体突極３０１及び第二磁性体突極３１２は円筒状磁気コア２３７上に配置されているので励磁コイル２９４に電流を流した場合，励磁磁束が第一磁性体突極３０１及び第二磁性体突極３１２を介して電機子側に容易に流れ，番号３１５，３１６は励磁磁束の方向を示している。

図３２（ａ），（ｂ）は図３０に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，これらの図を用いて磁束の流れを説明する。これらの図に於いて，電機子コイル２３６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル２６１，２６２，２６３として周方向に繰り返し配置されている。図３２（ａ）に於いて，点線３２１は永久磁石３０４，制御磁石３０５からの磁束を代表して示している。図３２（ｂ）は図３２（ａ）に示す状態から制御磁石３０５の磁化方向が反転された状態である。永久磁石３０４，制御磁石３０５は閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号３２２は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図３２（ｂ）の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石３０４，制御磁石３０５の飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。図３２（ａ），（ｂ），図３１に示されるように制御磁石３０５の磁化方向を外径方向とし，制御磁石３１４の磁化方向を内径方向とする場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態であり，制御磁石３０５に於いては外径方向の磁化が第一磁化に相当し，制御磁石３１４に於いては内径方向の磁化が第一磁化に相当する。

本実施例では，永久磁石３０４，３１３は磁化状態が変更され難いネオジウム磁石で構成され，制御磁石３０５，３１４は永久磁石３０４，３１３より磁化状態の変更が容易なアルニコ磁石で構成され，制御磁石３０５，３１４の磁化状態を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。以下に制御磁石３０５，３１４の磁化状態を制御する構成及び動作原理を説明する。図２９，３１に示されるように励磁コイル２９４は電機子の軸方向中間に回転軸２３１を周回するよう配置され，円筒状磁気コア２３７，制御磁石３０５，表面磁極部２９１（，磁性体歯２３４），円筒状磁気ヨーク２３５，磁性体歯２３４，表面磁極部２９２（，制御磁石３１４）で構成される磁路に励磁磁束を発生させる。

図３３を用いて制御磁石３０５，３１４の磁化状態を変更するステップを説明する。図３３は制御磁石３０５の磁化方向を内径方向に，制御磁石３１４の磁化方向を外径方向に変更する場合を示す。励磁コイル２９４に励磁磁束が制御磁石３１４内を外径方向に，制御磁石３０５内を内径方向に流れる極性の電流を予め供給する。番号３３１は第一磁性体突極３０１内を，番号３３２は第二磁性体突極３０２内を，番号３３３は第一磁性体突極３１１内を，番号３３４は第二磁性体突極３１２内を流れる励磁磁束の方向をそれぞれ示す。更に電機子コイルによる磁束が制御磁石３１４内を外径方向に，制御磁石３０５内を内径方向に流れるよう電機子コイルに電流が供給される。図３２（ａ）を参照すれば，制御磁石３０５を含む第二磁性体突極３０２に対向する電機子コイル２６１に第二磁性体突極３０２内を内径方向に磁束３３７を発生させるよう電流を供給する。更に制御磁石３１４の周方向位置は第一磁性体突極３０１と同じであるので第一磁性体突極３０１と対向する電機子コイル２６２，２６３に第一磁性体突極３０１内を外径方向に流れる磁束３３５を発生させるよう電流を供給する。第一磁性体突極３１１内を流れる磁束３３６は磁束３３５と同じ方向であり，第二磁性体突極３１２内を流れる磁束３３８は磁束３３７と同じ方向である。

同図に於いて，第一磁性体突極３１１内及び第二磁性体突極３０２内を電機子コイルによる磁束と励磁コイルによる励磁磁束とが同方向に流れ，第一磁性体突極３０１内及び第二磁性体突極３１２内を電機子コイルによる磁束と励磁コイルによる励磁磁束とが逆方向に流れる。従って，第一磁性体突極３１１内及び第二磁性体突極３０２内には十分に大きな磁束が流れて制御磁石３１４は外径方向に，制御磁石３０５は内径方向に磁化方向が変更される。制御磁石３１４の磁化を内径方向に，制御磁石３０５の磁化を外径方向に変更させる場合は電機子コイルによる磁束及び励磁コイルによる磁束の流れる方向を上記説明とはそれぞれ逆に設定する。このように上記ステップに従って制御磁石３０５の磁化状態が図３２（ａ）から図３２（ｂ）に示す状態に変更され，或いは逆に図３２（ｂ）に示す状態から図３２（ａ）に示す状態に変更される。それに伴って電機子コイル２３６（２６１，２６２，２６３）と鎖交する磁束量が制御される。

本実施例はリラクタンストルクを専ら利用して回転駆動する回転電機システムである。通常は図３２（ｂ）に示されるように永久磁石３０４と制御磁石３０５が閉磁路を構成する状態で電機子側に漏れる磁束量を最小として回転子を回転駆動する。しかし，リラクタンストルクのみでは起動トルクが小さいので起動時には制御磁石３０５の磁化を変更して図３２（ａ）に示す磁化状態として電機子側に漏れる磁束量を大とし，更に励磁コイル２９３に電流を供給して図３１に示す励磁磁束３１５，３１６を発生させて起動トルクを大にする。更に回生制動時にも永久磁石３０４，制御磁石３０５の磁化状態を図３２（ａ）の状態とし，励磁コイル２９３への電流を制御して回生制動力を制御し，回生時のエネルギー回収を低速まで効率よく実現させる。磁気エネルギーの蓄積，回収を通じてエネルギー回収は従来方法でも可能であるが，本実施例により更に高効率でエネルギー回収が可能となる。

本発明の第七実施例である回転電機システムを図３４により説明する。第七実施例は第三実施例の回転電機システムをインホイールモータとして前輪に組み込み，前輪駆動のエンジンと組み合わせたハイブリッドカーシステムである。同図に於いて，番号３４２は前輪駆動のエンジンを示し，トランスミッション３４３，駆動軸３４９を介して前輪に組み込まれた回転電機３４１に結合され，エンジン３４２と回転電機３４１によりハイブリッドカーを駆動する。制御装置３４４は上位制御装置からの指令３４ｂを受け，駆動回路３４５を介して回転電機３４１を電動機として駆動し，磁束量制御回路３４６を介して電機子に流入する磁束量を制御する。更に制御装置３４４は上位制御装置からの指令３４ｂを受け，電機子コイル１５６の引き出し線３４ｃに現れる発電電力を整流回路３４７を介して整流し，バッテリー３４８を充電する構成である。

回転電機３４１のみでハイブリッドカーを駆動する時はトランスミッション３４３に於いてエンジン３４２を切り離し，回転電機３４１の負荷を軽減する。低回転速度域で回転電機３４１の磁石トルクを強化する必要がある場合は制御磁石１６８，１６９内の第一磁化の磁石要素数を増す方向の磁束を励磁コイル１５８，電機子コイル１５６により生成して第一磁化の磁石要素数を増すと共に第二磁化の磁石要素数を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。高回転速度域で弱め界磁とする場合には第二磁化の磁石要素数を増す方向の磁束を励磁コイル１５８，電機子コイル１５６により生成して第一磁化の磁石要素数を減じると共に第二磁化の磁石要素数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。

エンジン３４２の回転力のみでハイブリッドカーを駆動する時は，指令３４ｂを受け，第二磁化の磁石要素数を最大にするよう励磁コイル１５８，電機子コイル１５６に電流を供給し，回転子から電機子側に流れる磁束量を最小値に設定する。この状態で回転子から漏れる磁束量は最小になるのでエンジン３４２により回転子が回転されても渦電流損は少ない。

回転電機３４１及びエンジン３４２でハイブリッドカーを駆動する時はトランスミッション３４３に於いてエンジン３４２を駆動軸３４９に結合する。さらにエンジン３４２の駆動力に余力があり，回転電機３４１を発電機としてバッテリー３４８を充電させる場合には，電機子コイル１５６の引き出し線３４ｃに現れる発電電力を整流回路３４７を介して直流に変え，バッテリー３４８を充電させる。その場合に制御装置３４４は発電電圧がバッテリー３４８を充電する最適な電圧より大である場合は第二磁化の磁石要素数を増すよう励磁コイル１５８，電機子コイル１５６にて第一磁化の磁石要素数を減じると共に第二磁化の磁石要素数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。発電電圧がバッテリー３４８を充電する最適な電圧より小である場合は磁束量制御回路３４６を介して第一磁化の磁石要素数を増すよう励磁コイル１５８，電機子コイル１５６に電流を供給して第一磁化の磁石要素数を増すと共に第二磁化の磁石要素数を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。

バッテリー３４８に充電する場合に回転電機システムを定電圧発電機とする事で発電電圧を変換するコンバータは不要である。また，更にバッテリー３４８が電圧の種類の異なる複数種のバッテリーで構成される場合でも切り替え回路を付け加えてそれぞれのバッテリーに最適の発電電圧に制御する事で高価なコンバータを不要に出来る。また，バッテリー３４８に充電する際に磁束量制御と共に充電電流を制御して駆動負荷と発電負荷の配分制御も可能である。

本実施例はまたハイブリッドカーの制動時に於けるエネルギー回収システムとしても有効に機能する。ブレーキペダルの動きに応じ，指令３４ｂを通じて回生制動の指示を受けると，制御装置３４４は磁束量制御回路３４６を介して第一磁化の磁石要素数を増すよう励磁コイル１５８，電機子コイル１５６に電流を供給して第一磁化の磁石要素数を増して電機子を流れる磁束量を大とし，発電電力でバッテリー３４８に充電させる。電機子コイル１５６と鎖交する磁束量は増えるので取り出せる電力は大きく，電気二重層コンデンサ他の蓄電システムに一時的に蓄えて制動力の確保とエネルギー回収を大にする。従来は低速で十分なエネルギーを回収できなかったが，本実施例では電機子コイル１５６と鎖交する磁束量を自在に制御できるので低速に於いてもエネルギー回生を可能とし，制動力を確保できる。回転電機３４１は駆動用電動機として用いられる体格であるので回生制動用の発電機として十分な制動力を発生できる。

本実施例は前輪にインホイールモータとして回転電機システムを組み込み，前輪駆動エンジンシステムと組み合わせてハイブリッドモータカーとした例である。インホイールモータは前輪の他に駆動軸３４９を回転させるので若干負荷が増えるが，前輪駆動エンジンの駆動軸は短いので大きな負担には成らず，簡素な構成のハイブリッドカーシステムを実現できる特徴がある。

本実施例はハイブリッドカーの発電機兼電動機として用いた回転電機システムであるが，電気自動車に於ける回転電機システムとする事も当然に可能である。その場合には上記実施例に於いてハイブリッドカーのエンジン３４２，トランスミッション３４３，駆動軸３４９を取り除き，本発明による回転電機システムのみで電気自動車を駆動し，制動時に於けるエネルギー回収システムを構成する。

以上，本発明の回転電機システムについて，実施例を挙げて説明した。これらの実施例は本発明の趣旨，目的を実現する例を示したのであって本発明の範囲を限定するわけでは無い。例えば上記の説明に於いて電機子コイルは集中巻きとして説明したが，当然に分布巻きとして構成することも可能であり，分布巻きの電機子コイルの場合には磁化方向を逆転しようとする制御磁石或いは制御磁石の一部を有する磁性体突極及び隣接する磁性体突極に実効的に所定の方向の磁束が流れるよう電機子コイルに電流を供給する。更に，上記実施例に於ける回転子の磁極構成，電機子の構成，励磁部の構成等はそれぞれ組み合わせを変えて本発明の趣旨を実現する回転電機装置を構成できる事は勿論である。

本発明を適用した回転電機システムは従来の回転電機と同様に磁石トルク及びリラクタンストルクを利用出来，更に発電機能を改善し，またその発電機能を制御できる。移動体の発電機兼電動機システムに用いて，駆動用電動機としては従来以上の回転速度範囲での使用と低電流・大トルク出力が期待できる他に制動時のエネルギー回収を可能として総合的なエネルギー消費量を改善できる。

Claims

回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて磁性体歯と，磁性体歯に巻回された電機子コイルとが周方向に配置され，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，周方向に隣接する前記磁性体突極の少なくとも一方に於いて，電機子との対向面から離れた磁性体突極内部に制御磁石が配置され，更に励磁磁路部材と，励磁コイルとを有し，励磁磁路部材の両端は電機子と回転子とが微小間隙を介して交互に並ぶ電機子・回転子群の一方の端に配置された回転子或いは電機子と，前記電機子・回転子群の他方の端に配置された回転子或いは電機子とそれぞれ磁気的に結合され，励磁コイルは励磁磁路部材と，電機子と，回転子とを含む磁路に一括して磁束を発生するよう配置され，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積が設定され，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする回転電機システム
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の最外側に配置された回転子は一つの面で電機子と対向し，電機子との対向面に於いて磁性体突極を磁性体基板上に有し，前記磁性体基板は励磁磁路部材の一端と磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の最外側に配置された電機子は一つの面で回転子と対向し，回転子との対向面に於いて電機子コイル及び磁性体歯が磁気ヨークに配置され，前記磁気ヨークは励磁磁路部材の一端と磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは永久磁石で磁性体を周方向に区分して形成された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極は互いに異極に磁化された二つの面で電機子と対向し，制御磁石は前記二つの面のほぼ中間に配置される事を特徴とする回転電機システム
回転子は電機子との対向面に於いて磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて磁性体歯及び磁性体歯に巻回された電機子コイルが周方向に配置され，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，第一回転子及び第二回転子が軸方向に並んで電機子と径方向に対向するよう配置され，それぞれの回転子に於いて磁性体突極は円筒状磁性体基板に配置されて第一回転子及び第二回転子の円筒状磁性体基板同士は磁気的に結合され，第一回転子及び第二回転子内に於いて同極に磁化された磁性体突極同士は軸方向に並ぶよう構成され，周方向に隣接する少なくとも一方の磁性体突極と円筒状磁性体基板間に制御磁石が配置され，励磁コイルは電機子と，第一回転子と，第二回転子とを介する閉磁路に励磁磁束を発生するよう第一回転子及び第二回転子間，或いは電機子側に配置され，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積が設定され，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，制御磁石は磁化方向長さと抗磁力の積が互いに異なる磁石要素を磁性体により並列接続して構成され，前記磁石要素は磁化方向が互いに逆である第一磁化，第二磁化の何れかの磁化を有し，第一磁化を有する磁石要素は磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，磁化方向を逆転しようとする前記制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極と対向する電機子コイルに前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させ，前記制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，電機子コイルは磁化方向を逆転しようとする前記制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極内に前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させると共に前記磁性体突極に隣接する磁性体突極に前記磁化方向と同方向の磁束が流れるよう電流が供給されて前記制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，励磁コイルは磁化方向を逆転しようとする制御磁石内磁石要素の磁化方向と逆方向に流れる磁束を回転子に一括して供給し，磁化方向を逆転しようとする前記制御磁石内磁石要素を含む磁性体突極に対向する磁性体歯に前記磁化方向と逆方向の磁束を発生させると共に前記磁性体突極に隣接する磁性体突極に対向する磁性体歯に前記磁化方向と同方向の磁束を発生させるようそれぞれの磁性体歯に巻回された電機子コイルに電流が供給されて前記制御磁石の磁化状態を変更するよう構成される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，磁性体の二つの側面に永久磁石を配置して構成された集合磁石が磁性体突極間に配置され，励磁コイルが発生する磁束が前記磁性体を通過し難いよう前記磁性体に非磁性体が配置される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，制御磁石の最小となる磁化方向厚みが相対的に大，小に設定された第一制御磁石，第二制御磁石をそれぞれ有する磁性体突極が回転子の周方向に交互に配置され，磁束調整電流を励磁コイルに供給し，電機子を流れる磁束量が調整される事を特徴とする回転電機システム
請求項１から請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，少なくとも一つの電機子コイル両端に現れる誘起電圧の監視手段を有し，回転子の回転と共に前記電機子コイルに対向する各磁性体突極から流入する磁束に起因する誘起電圧を監視し，制御磁石の磁化状態の変更前後に於いて各制御磁石の磁化に起因して前記電機子コイルに現れる誘起電圧の振幅の変化量が目標値より小の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に励磁コイル及び電機子コイルに加えられる電流の振幅を大にし，各制御磁石の磁化に起因して前記電機子コイルに現れる誘起電圧の振幅の変化量が目標値より大の場合は制御磁石の磁化状態の変更の為に励磁コイル及び電機子コイルに加えられる電流の振幅を小に設定される事を特徴とする回転電機システム
請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，回転力を入力とし，発電電力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時は制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量が小とされ，電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より小の時は制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，発電電圧が所定の値に制御される事を特徴とする回転電機システム
請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，電機子コイルへの供給電流を入力とし，回転力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，回転速度が所定の値より大で電機子を流れる磁束量を減少させる時には制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を減じて電機子を流れる磁束量が小とされ，回転速度が所定の値より小で電機子を流れる磁束量を増大させる時には制御装置により制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，回転力が最適に制御される事を特徴とする回転電機システム
請求項１或いは請求項５記載の何れかの回転電機システムに於いて，さらに制御装置を有し，電機子コイルへの供給電流を入力とし，回転力を出力とする回転電機システムであって，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，回転速度を減少させる場合には制御装置により電機子コイルにバッテリーを接続すると共に制御磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう制御磁石を磁化する極性の電流が励磁コイル及び電機子コイルに供給されて第一磁化の磁極面積を増して電機子を流れる磁束量が大とされ，回転エネルギーが発電電力として取り出される事を特徴とする回転電機システム
回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された複数の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁束量制御方法であって，周方向に隣接する前記磁性体突極の少なくとも一方に磁化変更可能な制御磁石を配置し，電機子コイルによる磁束のみによっては前記制御磁石の磁化状態が変更されないように磁化方向長さと抗磁力の積を設定し，更に電機子と，回転子とを含む磁路に一括して励磁磁束を発生するよう軸を周回する励磁コイルを配置し，励磁コイルによる励磁磁束及び電機子コイルによる磁束が同じ方向に流れる前記制御磁石のみの磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する磁束量制御方法