WO2010098006A1

WO2010098006A1 - 磁束量可変回転電機システム

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Publication number: WO2010098006A1
Application number: PCT/JP2009/071468
Authority: WO
Inventors: 市山義和
Original assignee: 有限会社クラ技術研究所
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2009-12-24
Publication date: 2010-09-02
Also published as: US8207645B2; CN102405583A; KR101254062B1; CN102405583B; KR20110127698A; US20100213885A1; EP2400640A1

Abstract

磁石励磁回転電機に於いて，エネルギー効率の良い界磁制御方法及び回転電機システムを提供する。磁石励磁回転電機に於いて，回転子表面には磁性体突極と外部からの磁束が通過し難い島状突極とを周方向に交互に有し，励磁部は島状突極と磁性体突極とを一括して同方向に励磁して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。電機子コイルは島状突極と磁性体突極と同時に対向する電機子コイルを有してトルク変動及び発電電圧歪みが抑制される。励磁部は界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変える構成，励磁電流により供給する磁束量を変える構成とし，低電流・大トルク，さらに高速回転を可能にする回転電機システムを実現する。

Description

磁束量可変回転電機システム

　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（例えば米国特許７，５６７，００６）。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２００８－２８９３００の技術提案がある。これは米国特許５，６８２，０７３に於ける電流励磁構成を磁化変更可能な磁石励磁構成に代替された構成である。しかしながら，界磁磁石は電機子コイルの磁界の影響を受けやすい事，励磁コイルと電機子コイルが干渉して構成が複雑である事，界磁磁石からの磁束は中心部に集中するので軸長の短い回転電機装置に適用が限定される等の難点がある。

　磁石励磁と電流励磁を共に有するハイブリッド励磁の例に，米国特許５，７６７，６０１の技術提案がある。これは米国特許５，６８２，０７３が有する二つの回転子の一方のみとして簡略化された構成である。その為，トルク変動，発電電圧の高調波歪みが大きく，磁束量制御の範囲が限定される。また，上記何れの構成に於いても回転子表面の半分は永久磁石であるのでリラクタンストルクを利用し難い。

　したがって，本発明が解決しようとする課題は，強め及び弱め界磁制御を可能として出力を最適に制御でき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，回転子と電機子とがラジアルギャップを介して対向する構成である。回転子は周方向に島状突極と磁性体突極とを交互に有し，励磁部からの磁束は島状突極を介して電機子側に流れ難く，磁性体突極のみを介して電機子側に流れる事が出来るよう構成され，島状突極と磁性体突極とは励磁部により一括して同じ方向に励
磁されて電機子を流れる磁束量が制御される。その具体的な構成は以下に規定される。

　電機子及び回転子がラジアルギャップを介して対向して相対的に回転可能に構成され，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，回転子は電機子との対向面に於いて島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有し，さらに励磁部を有して全ての島状突極と磁性体突極を同じ方向に一括して励磁する。回転子は外部からの磁束通過を阻止するよう永久磁石及び或いは非磁性体で構成される離隔部材を少なくとも島状突極内に有し，励磁部からの磁束が島状突極を介して電機子側に流れないよう島状突極内の離隔部材の厚みは磁性体突極内の離隔部材の厚みより大とされ，島状突極内及び或いは島状突極に隣接する永久磁石によって島状突極はほぼ径方向且つ同じ方向に磁化されるよう構成される。励磁部は励磁コイル及び界磁磁石の何れかを少なくとも有し，励磁部の両端はそれぞれ最外周に配置された回転子或いは電機子と，最内周に配置された回転子或いは電機子とにそれぞれ磁気的に結合されて励磁部の一端から出た磁束が電機子と，回転子の磁性体突極とを介して励磁部の他端に環流するよう構成され，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励磁部から供給する磁束量を変え，電機子に流れる磁束量が制御される。

　最外周或いは最内周に配置された回転子は島状突極及び磁性体突極が磁性体基板に配置されて励磁部の一端は磁性体基板と磁気的に結合され，最外周或いは最内周に配置された電機子は電機子コイルが磁気ヨークに配置されて励磁部の一端は磁気ヨークと磁気的に結合される。電機子及び磁性体突極は空隙を介して励磁部からの磁束が流れる磁路を形成するよう構成される。すなわち，回転子，電機子，回転子がこの順で並ぶ構成に於いて，電機子が周方向に並ぶ電機子コイルのみで構成される場合には二つの回転子の磁性体突極は電機子を介して径方向に対向する構成とする。電機子コイルが径方向に延びる磁性体歯に巻回される場合に，磁性体突極と磁性体歯は回転子の回転位置に応じて励磁部からの磁束が二つの回転子の磁性体突極と磁性体歯とを介して断続的に流れるよう構成される。さらにまた，電機子，回転子，電機子がこの順で並ぶ構成に於いて，電機子コイルが径方向に延びる磁性体歯に巻回される場合に，磁性体突極と磁性体歯は回転子の回転位置に応じて励磁部からの磁束が二つの電機子の磁性体歯と磁性体突極とを介して断続的に流れて電機子コイルと鎖交するよう構成される。

　上記回転電機システムは，ラジアルギャップを介して対向する電機子及び回転子を有し，その典型的な構成の一つは以下のように回転子と電機子とが一つのラジアルギャップを介して対向する構成である。すなわち電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルが磁気ヨークに配置され，回転子は電機子との対向面に於いて島状突極と磁性体突極とを磁性体基板に周方向に交互に配置され，励磁部の両端は磁気ヨークと磁性体基板とにそれぞれ磁気的に結合される。

　さらに他の構成の一つは電機子，回転子，電機子がこの順で並ぶ構成である。すなわち，回転子は島状突極及び磁性体突極が周方向に交互に配置され，それぞれの電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の内周面及び外周面にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部の両端は二つの電機子の磁気ヨークとそれぞれ磁気的に結合される。

　上記回転電機システムに於いて，回転子の磁極部である島状突極及び磁性体突極の具体的な構成の一つは，一様な磁性体を永久磁石及び或いは磁気的な空隙で離隔して島状突極と磁性体突極とを形成し，島状突極は磁性体突極に比して励磁部からの磁束が流れ難いよう構成される。更に他の具体的な構成は，島状突極全体を離隔部材である永久磁石とし，磁性体突極を磁性体とする構成である。永久磁石の比透磁率は空隙に近く，磁化した永久磁石からの磁束量はほぼ一定であるので，厚みが大の永久磁石を双方向の磁束の離隔部材
と出来る。島状突極を磁気的に離隔された磁性体で構成する場合は磁石トルクに加えてリラクタンスを利用出来る。

　上記回転電機システムに於いて，島状突極から電機子に流れる磁束量を固定とし，磁性体突極から電機子に流れる磁束量を励磁部により可変であるので，隣接する島状突極及び磁性体突極から電機子に流れる磁束量は殆どの場合にアンバランスであり，トルク変動或いは発電波形歪みが引き起こされる。本発明では隣り合う磁極から電機子に流れる磁束量にアンバランスがある状態でも電機子は駆動トルク変動或いは発電電圧波形歪みが抑制されるよう構成される。

　その為，上記回転電機システムに於いて，電機子は電機子コイルが周方向に配置され，第一電機子磁極群と第二電機子磁極群とにグループ化され，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いてそれぞれ同じタイミングで駆動電流が供給される同一相に属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に，電流が流された時に互いに逆方向の磁束を発生するよう接続される。電機子コイルは磁性体歯に巻回する構成，或いは空芯の何れの構成も使用できる。

　その電機子の具体的な構成の一つは，第一電機子磁極群を有する電機子，第二電機子磁極群を有する電機子がそれぞれ回転子と対向し，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いてそれぞれ同一相に属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続される。

　さらに電機子の具体的な構成の一つは，電機子は第一電機子磁極群，第二電機子磁極群の電機子コイルを周方向の異なる位置に有し，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いてそれぞれ同一相に属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続される。

　上記回転電機システムに於いて，励磁部の具体的な構成の一つは，磁化変更可能な界磁磁石を有する構成である。励磁部は界磁磁石と，界磁磁石の磁化を変更する励磁コイルとを有し，前記界磁磁石のＮ極或いはＳ極の何れか一方の磁極から流れる磁束は最内周に配置された回転子或いは電機子，中間に配置された回転子及び或いは電機子，最外周に配置された回転子或いは電機子を介して界磁磁石の他方の磁極に環流するよう構成され，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励磁コイルに磁化電流を供給して界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変え，電機子に流れる磁束量が制御される。

　界磁磁石は磁化容易さが異なる一以上の磁石要素の並列接続で，或いは磁化容易さ，すなわち，長さと抗磁力との積が断面内で連続的に変わる磁石で構成される。励磁コイルにより起磁力（磁気ポテンシャル差）はほぼ均等に界磁磁石を構成する磁石要素に加えられ，起磁力を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，励磁コイルに加えられる電流により磁化容易さの異なる磁石要素の磁化状態は選択的に制御される。

　磁石要素はは互いに逆方向である第一磁化，第二磁化の何れかの磁化を有し，磁性体突極を島状突極の磁化方向と逆方向に磁化する磁石要素は第一磁化として，磁性体突極を島状突極の磁化方向と逆方向に磁化する場合は電機子コイルと鎖交する磁束量が増すので第一磁化の磁極面積を増すと電機子コイルと鎖交する磁束量が増す事になる。

　磁石要素を並列接続する磁性体と磁石要素との飽和磁束密度はほぼ等しく設定する事が
望ましい。そうでないと，厚い磁石要素からの磁束は薄い磁石要素に集中し，薄い磁石要素が減磁される可能性がある。磁束が飽和磁束密度以上に集中すると，磁気抵抗が大となるので磁束の集中は回避される。

　電機子コイルにより誘起される磁束は電機子及び回転子表面近傍を介して環流し，界磁磁石を通過しないので電機子コイルの影響を受け難く，界磁磁石には低保持力，或いは厚みの小さい磁石を使用出来，励磁コイルにより界磁磁石の磁化状態が容易に制御されるよう構成できる。電機子コイルが磁性体歯に巻回される構成では電機子コイルにより誘起される磁束の分布がさらに局所化されて界磁磁石が受ける影響を小に出来る。

　上記回転電機システムに於いて，さらに励磁部の具体的な構成の一つは，電流励磁による構成である。励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材の一端は最外周に配置された回転子或いは電機子と，励磁磁路部材の他端は最内周に配置された回転子或いは電機子とに磁気的に結合され，励磁磁路部材及び磁性体突極及び電機子を介する磁路に励磁コイルが磁束を誘起するよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するように前記出力に応じて励磁コイルに励磁電流を供給して電機子に流れる磁束量が制御される。

　上記回転電機システムに於いて，さらに励磁部の具体的な構成の一つは，磁化変更可能な界磁磁石による磁束及び電流励磁による磁束を重畳する構成である。励磁部は励磁コイル及び磁化変更可能な界磁磁石を有し，界磁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界磁磁石の各磁化状態に於いて励磁コイルに供給し，誘起された磁束を界磁磁石からの磁束に重畳して電機子を流れる磁束量を調整する。

　界磁磁石の磁化は連続的に変更が可能であっても，界磁磁石の磁化変更は殆どの場合は間歇的に実施され，結果として電機子を流れる磁束量は離散的に制御される事が多い。本発明では界磁磁石の各磁化状態に於いて励磁コイルが誘起する磁束を界磁磁石からの磁束に重畳させて電機子を流れる磁束量を精密に制御する。

　ラジアルギャップを有する回転電機装置にはそれぞれ一つの回転子と電機子とが径方向に並ぶ構成，複数の回転子と電機子とが径方向に交互に並ぶ構成，回転子と電機子とが円錐面状の対向面を有する構成等，存在するが，本発明は上記何れの構成にも適用できる。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，本発明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。

第一の実施例による回転電機の縦断面図である。図１に示された回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。図３（ａ），３（ｂ）は図２に示された電機子と回転子の断面の拡大図及び磁束の流れを示す。図４（ａ），４（ｂ），４（ｃ）は図１に示された回転電機の励磁部の上半分の縦断面図であり，図４（ａ）は界磁磁石領域４１，界磁磁石領域４２の磁化状態を示す。図４（ｂ）は界磁磁石領域４１の磁化領域を減じた場合の磁化状態を示す。図４（ｃ）は界磁磁石領域４１の磁化領域を増した場合の磁化状態を示す。磁束量制御を行う回転電機システムのブロック図である。第二の実施例による回転電機の縦断面図である。図６に示された回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。図６に示された表面磁極部６３及び電機子の断面の拡大図及び磁束の流れを示す。図９（ａ），９（ｂ），９（ｃ）は図６に示された回転電機の励磁部の上半分の縦断面図を示し，図９（ａ）は第一磁石要素６５，第二磁石要素６６が共に第一磁化である状態を示す。図９（ｂ）は第一磁石要素６５が第一磁化，第二磁石要素６６が第二磁化である状態を示す。図９（ｃ）は第一磁石要素６５，第二磁石要素６６が共に第二磁化である状態を示す。第三の実施例による回転電機の縦断面図である。図１０に示された回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。図１１に示された表面磁極部及び電機子断面の拡大図及び磁束の流れを示す。第四の実施例による回転電機の縦断面図である。図１３に示された回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。図１４に示された電機子と回転子の断面の拡大図及び励磁磁束の流れを示す。図１４に示された電機子と回転子の断面の拡大図及び励磁磁束の流れを示す。図１５に示された電機子コイルと駆動回路との結線状態を示す。第五の実施例による回転電機の縦断面図である。第六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５を用いて説明する。第一実施例は，二つの電機子が回転子に対向し，界磁磁石の磁化状態を連続的に変えられる回転電機システムである。

　図１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１１がベアリング１３を介してハウジング１２に回動可能に支持されている。回転子は表面磁極部１８及び界磁極１ａ，１ｂ，界磁磁石１９，支持体１ｅを有している。回転子に対向して二つの電機子が軸方向に並び，左側の電機子は磁性体歯１４，円筒状磁気ヨーク１５，電機子コイル１６を有する第一電機子磁極群で，右側の電機子は磁性体歯１７，円筒状磁気ヨーク１５，図示されていない電機子コイルを有する第二電機子磁極群で構成されている。

　励磁部は回転子の両端のハウジング側及び回転子内に分割して配置されている。回転子内には界磁極１ａ，１ｂ間に径方向の厚みが連続的に変わる界磁磁石１９が配置され，界磁極１ａは回転子の右側に於いて円筒状磁気ヨーク１５に繋がる円環状磁気コア１ｄと微小間隙を介して対向し，励磁コイル１ｃは円環状磁気コア１ｄ，円筒状磁気ヨーク１５，磁性体歯１４（１７），表面磁極部１８，界磁極１ｂ，界磁磁石１９，界磁極１ａで構成される磁路に磁束を発生するよう配置されている。番号１ｆは非磁性体を示し，界磁磁石１９内の矢印は磁化の方向を示す。回転子の左端側に配置された円環状磁気コア，励磁コイル，界磁磁石に番号を付していないが，同様な構成である。

　図２は図１のＡ－Ａ’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示している。表面磁極部１８にはそれぞれ径方向に突出する形状を持つ島状突極２１，磁性体突極２２が周方向に交互に配置されている。島状突極２１には内周部分に永久磁石２３が配置され，磁性体突極２２には内周部分に永久磁石２４及び磁性体板２５が配置されている。隣接する永久磁石２３，２４の磁化方向は互
いに逆とされて島状突極２１，磁性体突極２２はそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化されている。永久磁石２３，２４に於ける矢印は磁化の方向を示す。

　永久磁石２３及び永久磁石２４は離隔部材であり，永久磁石２３の厚みは永久磁石２４の厚みより大とされ，島状突極２１は励磁部からの磁束が通り難く設定されている。磁性体板２５は永久磁石２３，２４とほぼ同じ比重を持つ磁性体であり，回転子の重量バランスを損なわないよう配置されている。島状突極２１，磁性体突極２２は幅の狭い可飽和磁性体部で連結された構成として所定の型でケイ素鋼板を打ち抜き，積層して構成され，ケイ素鋼板に設けられたスロットに永久磁石２３，２４及び磁性体板２５が挿入される。界磁極１ａ，１ｂは圧粉鉄心で構成され，励磁部からの磁束を伝搬させる。

　図２に於いて，第二電機子磁極群の断面図が示され，ハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，円筒状磁気ヨーク１５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１７と，磁性体歯１７に巻回された電機子コイル２６とから構成されている。電機子の磁性体歯１７先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部２７を隣接する磁性体歯１７先端部間に設けてある。磁性体歯１７及び可飽和磁性体結合部２７はケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル２６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１５と組み合わせられる。

　図２に示す電機子は第二電機子磁極群に属する電機子コイル２６及び磁性体歯１７が周方向に並ぶ構成である。電機子コイル２６は周方向に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，回転子の８極に対して１２個の電機子コイルが配置されている。図１に於いて，左側に配置された電機子は第一電機子磁極群を有し，その構成は図２に示す第二電機子磁極群と同じであり，第一電機子磁極群に属する電機子コイル１６は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，回転子の８極に対して１２個の電機子コイルが配置されている。

　図３（ａ），３（ｂ）は図２に示した表面磁極部１８及び電機子の断面を拡大して示す図であり，永久磁石２３，２４と励磁部による磁束の流れを説明する。図３（ａ）は表面磁極部１８及び第一電機子磁極群の断面を，図３（ｂ）は表面磁極部１８及び第二電機子磁極群の断面をそれぞれ示している。図３（ａ），３（ｂ）は励磁部が電機子コイル１６，２６と鎖交する磁束量を永久磁石２３，２４のみの場合より増大させる場合を示している。

　図３（ａ）に於いて，第一電機子磁極群の電機子コイルはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル１６をそれぞれ電機子コイル３１，３２，３３とし，図３（ｂ）に於いて，第二電機子磁極群の電機子コイル２６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。Ｕ相の電機子コイル３１が島状突極２１に正対する時にはＵ’相の電機子コイル３４は磁性体突極２２と正対するよう互いに偏倚して配置されている。電流を流した時にＵ相の電機子コイル３１とＵ’相の電機子コイル３４とは互いに逆方向の磁束を誘起するよう直列に接続される。Ｖ相の電機子コイル３２とＶ’相の電機子コイル３５，Ｗ相の電機子コイル３３とＷ’相の電機子コイル３６もそれぞれ同様に配置されて接続され，全体として３相に結線されている。

　点線３７は永久磁石２３，２４からの磁束を代表して示している。図３（ａ）に於いて，永久磁石２３のＮ極から出た磁束３７は島状突極２１，磁性体歯１４，円筒状磁気ヨーク１５，隣接する磁性体歯１４，永久磁石２４，磁性体突極２２を介して永久磁石２３のＳ極に環流する。図３（ｂ）に於いて，永久磁石２３のＮ極から出た磁束３７は島状突極２１，磁性体歯１７，円筒状磁気ヨーク１５，隣接する磁性体歯１７，永久磁石２４，磁性体突極２２を介して永久磁石２３のＳ極に環流する。磁束３７がＵ相の電機子コイル３
１と鎖交する方向は，Ｕ’相の電機子コイル３４と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束３７がＶ相の電機子コイル３２と鎖交する方向は，Ｖ’相の電機子コイル３５と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束３７がＷ相の電機子コイル３３と鎖交する方向は，Ｗ’相の電機子コイル３６と鎖交する方向とは互いに逆である。したがって，永久磁石２３，２４からの磁束による誘起電圧は３相の誘起電圧として正しく合成され，島状突極２１，磁性体突極２２を介して流れる磁束量にアンバランスがあっても３相の電圧出力には現れない。

　図３（ａ），３（ｂ）に於いて励磁部からの磁束は番号３８で示されるように，円筒状磁気ヨーク１５と界磁極１ａとの間を流れるが，永久磁石２３の厚みは永久磁石２４の厚みより大に設定されているので，磁束３８は島状突極２１には殆ど流れず，専ら磁性体突極２２と磁性体歯間を流れる。一般に磁路の途中に永久磁石が存在する場合，永久磁石の飽和磁束量は一定であり，永久磁石の比透磁率は空隙に近いので，永久磁石の厚みが大である場合には外部からの磁束に対して永久磁石を双方向の磁束の離隔部材と出来る。本実施例で電機子に近い永久磁石２３，２４は抗磁力が大であるネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）で構成され，励磁部からの磁束３８は永久磁石２３，２４の磁化状態に影響を及ぼすほどには強くない。

　磁束３８及び磁束３７は同じ方向にＶ相の電機子コイル３２，Ｗ相の電機子コイル３３，Ｕ’相の電機子コイル３４と鎖交するので励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石２３，２４のみの場合より増大させる。磁束３８の流れる方向を図３（ａ），３（ｂ）とは逆方向にした場合は励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石２３，２４のみの場合より減少させる状態となる。

　磁束３８は専ら磁性体突極２２を介して電機子内を流れ，各電機子コイルに誘起される電圧は一様ではない。しかし，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群の同じタイミングで駆動電流が供給される同一相に属する電機子コイル同士に於いて，一方が島状突極２１に対向する時に他方が磁性体突極２２に対向し，それぞれは電流が流された時に逆方向の磁束を生じるよう直列に接続されている。したがって，駆動トルク変動或いは発電電圧波形歪みが抑制される。

　図１に示されるように界磁極１ａ，１ｂ間の間隙長が軸方向に徐々に変わり，径方向の厚みが連続的に変わる界磁磁石１９が配置されている。すなわち，界磁磁石１９は長さの異なる磁石要素の並列接続である。励磁コイル１ｃに磁化電流が供給されると，界磁極１ａ，１ｂ間の磁気ポテンシャル差（起磁力）は軸方向にほぼ同じであり，各磁石要素内では磁気ポテンシャル差を間隙長で除した値に相当する磁界強度の磁界が加えられる。

　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。励磁コイル１ｃに供給する磁化電流により界磁磁石１９が一括して励磁されると，磁界強度が大となる短い磁石要素に磁束が集中し，磁界強度が抗磁力より大となる磁石要素が磁化される。励磁コイル１ｃに供給する磁化電流を増やすと磁化変更される界磁磁石の領域は長い磁石要素の側に広がり，界磁磁石の磁化変更される領域は制御される。

　島状突極，磁性体突極近傍に配置される永久磁石２３，２４と，界磁磁石は共に永久磁石素材で構成されるが，永久磁石２３，２４には電機子コイルが発生する駆動磁束に曝されるので厚みと抗磁力との積が大のネオジム磁石で構成し，界磁磁石は励磁コイルによって磁化変更されるよう厚みと抗磁力との積が設定されている。

　界磁磁石の厚みの最小値は，磁性体歯１７と磁性体突極２２間の空隙長及び円環状磁気コア１ｄと界磁極１ａ間の空隙長の和より大とし，厚みが大の磁石要素からの磁束が厚み
が小の磁石要素に集中し難い構成が望ましい。更に界磁極１ａ，１ｂは界磁磁石を構成する磁石要素の飽和磁束密度にほぼ等しい飽和磁束密度を持つ磁性体で構成する事が望ましい。界磁極１ａ，１ｂは飽和磁束密度以上の磁束集中に対して磁気抵抗が大となるので，厚みが大の磁石要素からの磁束が厚みが小の磁石要素に集中し難い。

　上記説明のように界磁磁石１９は界磁極１ａ，１ｂ間に磁化容易さの異なる磁石要素が並列接続された構成である。磁化される領域の広さは励磁コイル１ｃに加えられる磁化電流の大きさにより変えられ，さらに磁化される方向は磁化電流の極性により変えられる。図１に示したように異なる磁化方向を持つ領域が界磁磁石１９内に共存し，それぞれの磁化領域の磁極面積を変える事により電機子側に流れる磁束量が変わる。図３（ａ），３（ｂ）を用いて説明したように円筒状磁気ヨーク１５から界磁極１ｂ側に励磁磁束が流れる時に電機子コイル１６，２６と鎖交する磁束量が実効的に増えるので内径方向の磁化が第一磁化に，外径方向の磁化が第二磁化に相当する。

　図４（ａ），４（ｂ），４（ｃ）は界磁磁石近傍の縦断面図の上半分を示した図であり，界磁磁石１９の磁化状態変更のステップを説明する。同図に於いて，界磁磁石領域４１は第一磁化を，界磁磁石領域４２は第二磁化をそれぞれ示している。励磁コイル１ｃにより界磁磁石内に加えられた磁界強度より小の抗磁力を持つ磁石要素は全て同じ方向に磁化されるので界磁磁石の磁化状態変更は以下のように実施される。

　第一磁化である界磁磁石領域４１の磁極面積を減じると第二磁化である界磁磁石領域４２の磁極面積が拡大される。界磁磁石領域４２は界磁磁石領域４１より径方向の長さが短いので図４（ａ）の状態から第一磁化の磁極面積を減じるには第二磁化の領域を増すよう磁化する振幅及び極性を持つ磁化電流を励磁コイル１ｃに加える。すなわち，増大された界磁磁石領域４２を第二磁化の方向に磁化する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｃに加える。図４（ｂ）の界磁磁石領域４２内の斜線部分４３は界磁磁石領域４２の増大分（界磁磁石領域４１の減少分）を示す。

　図４（ａ）の状態から第一磁化の磁極面積を増すには，径方向長さの最も短い界磁磁石部分に於いて第一磁化の拡大磁極面積に相当する領域を第一磁化の方向に磁化する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｃに加える。図４（ｃ）の斜線部分４４は第一磁化の増加分を示す。図４（ｃ）の状態に於いて，第一磁化の磁極面積は界磁磁石領域４１の磁極面積と斜線部４４の磁極面積との和になる。

　電機子コイル１６，２６と鎖交する磁束量はこのように励磁コイル１ｃに供給する磁化電流の振幅及び極性を変えて界磁磁石１９内の第一，第二磁化領域の磁極表面積を変える事で制御される。電機子を流れる磁束量と励磁コイル１ｃに供給する磁化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が公差範囲内でバラツキ，磁性体の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電機子を流れる磁束量と励磁コイル１ｃに供給する磁化電流との関係を検査し，前記マップデータを修正する。

　さらに磁性体の特性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運転中に加えられる磁化電流とその結果としての界磁磁石の磁化状態を監視し，回転電機の運転中に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１６，２６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できる。

　例えば，電機子コイル１６，２６に現れる誘起電圧の振幅は電機子コイル１６，２６と
鎖交する磁束量及び回転速度に比例する。界磁磁石領域９１の磁極表面積を増やすよう励磁コイル１ｃに磁化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磁化電流の振幅を大に，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磁化電流の振幅を小にするよう磁化電流に係わるパラメータを修正する。

　本実施例に於いて，界磁磁石１９の磁化状態は連続的に変える事が出来るが，磁化状態の変更を間歇的に行う場合に界磁磁石１９の磁化状態は実質的に離散的に変えられる事になる。本実施例ではさらに界磁磁石１９の磁化状態を変更させない程度の磁束調整電流を励磁コイル１ｃに供給して磁束を発生させ，界磁磁石１９及び永久磁石２３，２４による磁束に重畳させて電機子を流れる磁束量を制御する。この場合に調整用の磁束は主に界磁磁石１９の厚みの小さい領域を流れる事になる。

　図５は磁束量制御を行う回転電機システムのブロック図を示している。図５に於いて，回転電機５１は入力５２，出力５３を有するとし，制御装置５５は回転電機５１の出力５３及び回転子の位置，温度等を含む状態信号５４を入力として制御信号５６を介して磁束量を制御する。番号５７は電機子コイル１６，２６に駆動電流を供給する駆動回路を示す。回転電機５１が発電機として用いられるのであれば，入力５２は回転力であり，出力５３は発電電力となる。回転電機５１が電動機として用いられるのであれば，入力５２は駆動回路５７から電機子コイル１６，２６に供給される駆動電流であり，出力５３は回転トルク，回転速度となる。制御信号５６は切換スイッチ５８，磁化制御回路５ａ，磁束調整回路５９を制御し，界磁磁石１９の磁化状態を変更させる場合には切換スイッチ５８により磁化制御回路５ａを接続して励磁コイル１ｃに磁化状態変更の為の磁化電流を供給し，電機子コイル１６，２６と鎖交する磁束量の微調整を行う場合は切換スイッチ５８により磁束調整回路５９を接続して励磁コイル１ｃに磁束調整電流を供給する。

　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５５は出力５３であ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磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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二磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流が磁化制御回路５ａから励磁コイル１ｃ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。例えば，図４（ａ）の状態に於いて第二磁化の磁極面積を増すには，拡大された界磁磁石領域４２を第二磁化の方向に磁化する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｃに加える。図４（ｂ）の界磁磁石領域４２内の斜線部分４３は界磁磁石領域４２の増大分（界磁磁石領域４１の減少分）を示す。

　出力５３であ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磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａから励磁コイル１ｃ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。例えば，図４（ａ）の状態に於いて第一磁化の磁極面積を増すには，界磁磁石領域４２内に第一磁化の拡大分に相当する領域（図４（ｃ）の斜線部分４４）を第一磁化の方向に磁化する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｃに供給する。

　上記説明に於いて，界磁制御に磁束調整電流を流して電流励磁を併用したが，磁束調整電流は界磁磁石の各磁化状態に於ける微調整用であって大きな電流ではないのでエネルギー効率を大きく損なう事はない。また，磁束調整電流による界磁の微調整をする事無く，
界磁磁石の各磁化状態に於いて駆動電流の位相制御により弱め界磁を付加する事も可能である。その場合でも界磁の微調整であるのでエネルギー効率を大きく損なう事はない。

　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。

　制御装置５５は出力５３であ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磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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二磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流が磁化制御回路５ａから励磁コイル１ｃ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５５は出力５３であ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磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａから励磁コイル１ｃ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。

　本実施例では界磁磁石の磁化変更をする為の励磁磁束は電機子コイルと鎖交し，電機子コイルに電圧を誘起させる。可能な限り時間変化の緩やかな波形を持つ（低周波数側に周波数スペクトラムが集中する波形と同義）励磁電流により電機子コイルに現れる電圧振幅は小さく抑える事が出来る。例えば，励磁コイルに供給する電流波形としてレイズドコサインパルス，ガウシアンパルス等は電機子コイルに現れる電圧振幅を抑える為に有効である。

　本実施例で界磁磁石の厚みが軸方向に連続的に変わるが，厚みが周方向に変わる構成，或いは厚みが離散的に異なる複数の磁石要素を磁性体間に有する構成の何れも採用可能である。

　本実施例の界磁磁石は厚みの異なる磁石要素の並列接続で構成したが，同様機能の界磁磁石は厚みを一定として抗磁力の異なる磁石要素の並列接続で構成出来る。後者の場合は各磁石要素を空隙と見なした磁気抵抗は同じであるので厚みが小の磁石要素への磁束集中は避けられ，異なる永久磁石素材の磁石要素の並列接続で上記構成は容易に実現できる。

　本発明による回転電機システムの第二実施例を図６から図９を用いて説明する。第二実施例は，ラジアルギャップ構造の回転電機システムであり，励磁部は回転電機の静止側に配置されている。

　図６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１１がベアリング１３を介してハウジング１２に回動可能に支持されている。電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，磁性体歯６１と，電機子コイル６２とを有している。回転子は表面磁極部６３，円筒状磁気コア６４，支持体１ｅを有して回転軸１１と共に回転する。表面磁極部６３は円筒状磁性体基板に埋め込まれた島状突極と磁性体基板の一部である磁性体突極とが周方向に交互に配置されている。励磁部は回転子両端のハウジング側に配置され，それぞれ円筒状磁気コア６４及び円筒状磁気ヨーク１５と磁気的に結合して円筒状磁気コア６４，円筒状磁気ヨーク１５間に磁束を流すよう構成されている。

　同図に於いて，円筒状磁気コア６４の右端と微小間隙を介して対向する励磁部は界磁極６ａ，界磁極６８，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６，励磁コイル６７を含み，ハウジング１２に配置されている。すなわち，界磁磁石は第一磁石要素６５，第二磁石要素６６より構成され，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６はそれぞれほぼ等量の磁束を電機子側に流すようそれぞれの磁極表面積，飽和磁束密度等のパラメータが設定されている。第一磁石要素６５，第二磁石要素６６内の矢印は磁化の方向を示す。番号６９は回転軸１１を周回するよう配置された導体層であり，励磁コイル６７のインダクタンスを減少し且つ磁束を励磁磁路に集中させる為に設けられている。円筒状磁気コア６４の左端側の励磁部の構成部材に番号を付していないが，同じ構成であり，同種の部材には同じ番号を用いるとする。

　図７は図６のＢ－Ｂ’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。回転子に於いて，円筒状磁性体基板に周方向にほぼ等間隔に配置された永久磁石によって島状突極７１及び磁性体突極７２が形成され，さらに隣り合う永久磁石の周方向磁化は反転されて島状突極７１と磁性体突極７２とは互いに異極に磁化されている。本実施例で島状突極７１，磁性体突極７２はそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化され，電機子に対向している。島状突極７１の両側の永久磁石をそれぞれ永久磁石７３，７５とし，永久磁石７３，７５内の矢印は磁化方向を示す。さらに励磁部からの磁束が通り難いように島状突極７１内に離隔部材である非磁性体７４が配置されている。したがって，島状突極２１は永久磁石２３，２５及び非磁性体２４により島状に離隔された部分である。磁性体突極７２は内周側で円筒状磁気コア６４に接続され，励磁部からの磁束が径方向に通る事が出来る。すなわち，磁性体突極と磁性体基板との間に離隔部材は配置されていない。

　島状突極７１，磁性体突極７２は幅の狭い可飽和磁性体部で連結された構成として所定の型でケイ素鋼板を打ち抜き，積層して構成される。打ち抜かれたケイ素鋼板に設けられたスロットに永久磁石７３，７５が挿入され，非磁性体７４には非磁性体であるステンレススチールのブロックが挿入されている。円筒状磁気コア６４は軟鉄のブロックで構成され，励磁部からの磁束を軸方向に伝搬させる。島状突極７１，磁性体突極７２，円筒状磁気コア６４を比抵抗の大きな圧粉鉄心で一体として構成する事も可能である。

　電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，円筒状磁気ヨーク１５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６１と，磁性体歯６１に巻回された電機子コイル６２とから構成されている。電機子の磁性体歯６１先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部７６を隣接する磁性体歯６１先端部間に配置されている。磁性体歯６１及び可飽和磁性体結合部７６はケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル６２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１５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７６は隣接する磁性体歯６１同士を機械的に連結させて磁性体歯６１の支持強度を向上させ，磁性体歯６１の不要な振動を抑制させる。可飽和磁性体結合部７６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１６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６２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６２に電流が供給されると，時間と共に可飽和磁性体結合部７６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７６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７６はこの点でも磁性体歯６１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。

　図７に示す電機子に於いて，第一電機子磁極群と第二電機子磁極群それぞれに属する電機子コイル６２及び磁性体歯６１が周方向の異なる位置に配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，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，回転子の８磁極に対して２４個の電機子コイルが配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルは第一電機子磁極群に属し，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群に属する。Ｕ相とＵ’相，Ｖ相とＶ’相，Ｗ相とＷ’相はそれぞれ同一の相である。

　図８は図７に示した回転子の表面磁極部６３及び電機子の断面を拡大して示す図であり，永久磁石７３，７５及び励磁部からの磁束の流れが示される。図８は励磁部が電機子コイル６２と鎖交する磁束量を永久磁石７３，７５のみの場合より増大させる場合を示している。

　図８に於いて，第一電機子磁極群の電機子コイルはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル８１，８２，８３とし，第二電機子磁極群の電機子コイルはＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル８４，８５，８６として示されている。Ｕ相の電機子コイル８１が島状突極７１に面する時にはＵ’相の電機子コイル８４は磁性体突極７２と面するよう構成されている。その際に永久磁石７３，７５から流れる磁束に於いて，Ｕ相の電機子コイル８１と鎖交する磁束の方向と，Ｕ’相の電機子コイル８４と鎖交する方向とは互いに逆方向であり，電流が流された時にＵ相の電機子コイル８１とＵ’相の電機子コイル３４とは互いに逆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８２とＶ’相の電機子コイル８５，Ｗ相の電機子コイル８３とＷ’相の電機子コイル８６もそれぞれ同様に配置されて接続され，全体として３相に結線されている。

　点線８７は永久磁石７３，７５からの磁束を代表して示している。磁束８７がＵ相の電機子コイル８１と鎖交する方向は，Ｕ’相の電機子コイル８４と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束８７がＶ相の電機子コイル８２と鎖交する方向は，Ｖ’相の電機子コイル８５と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束８７がＷ相の電機子コイル８３と鎖交する方向は，Ｗ’相の電機子コイル８６と鎖交する方向とは互いに逆である。したがって，永久磁石７３，７５からの磁束８７による誘起電圧は３相の誘起電圧として正しく合成され，隣接する突極である島状突極７１，磁性体突極７２を介して流れる磁束量間にアンバランスがあっても３相の電圧出力波形は影響されない。

　図８において，励磁部からの磁束は番号８８で示され，非磁性体７４により阻害されて島状突極７１を流れず，専ら磁性体突極７２を介して径方向に流れる。磁束８８の方向を永久磁石７３，７５により島状突極７１が磁化される方向とは逆方向とすると，磁束８８と磁束８７はＷ相の電機子コイル８３，Ｕ’相の電機子コイル８４，Ｖ’相の電機子コイル８５と同じ方向に鎖交する。したがって励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石７３，７５のみの場合より増大させる状態である。磁束８８の流れる方向を図８とは逆方向にした場合は励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石７３，７５のみの場合より減少させる状態である。

　励磁部からの磁束８８は専ら磁性体突極７２を介して径方向に流れ，各電機子コイルに誘起される電圧は一様ではない。しかし，上記の説明のように第一電機子磁極群，第二電機子磁極群の電機子コイルは周方向の異なる位置に配置され，同じタイミングで駆動電流が供給される同一相に属する電機子コイル同士に於いて一方が島状突極７１に対向する時に他方が磁性体突極７２に対向するよう配置され，電流が流された時にそれぞれ逆方向の磁束を生じるよう直列に接続されている。したがって，駆動トルク変動或いは発電電圧波形歪みが抑制される。

　図９（ａ），９（ｂ），９（ｃ）は回転子の右端に対向する励磁部の縦断面図の上半分を示し，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の異なる磁化状態をそれぞれ示している。励磁部の主要部を構成する第一磁石要素６５，第二磁石要素６６，励磁コイル６７，界磁極６ａ，６８，導体層６９は回転軸１１を周回する形状である。界磁極６ａ，第一磁石要素６５，界磁極６８，第二磁石要素６６で構成する閉磁路に磁束を誘起するよう励磁コイル６７が配置されている。また，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６からの磁束は界磁極６８，円筒状磁気コア６４，磁性体突極７２，磁性体歯６１，円筒状磁気ヨーク１５，界磁極６ａで構成される主磁路を流れ，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６は主磁路に並列に接続される構成である。

　永久磁石７３，７５は島状突極７１，磁性体突極７２をそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化するので磁性体突極７２をＳ極に磁化する磁石要素の磁化が第一磁化であり，逆方向の磁化が第二磁化となる。図６に示した磁化状態では第一磁石要素６５が第一磁化に，第二磁石要素６６が第二磁化にそれぞれ相当し，それらは励磁部内で閉磁路を構成して磁束は外部に供給されていない。

　第一磁石要素６５に於いて磁化変更に要する磁界強度をＨ１，厚みをＬ１とする，第二磁石要素６６の厚みをＬ２，磁化変更に要する磁界強度をＨ２とし，それらのパラメータの関係は次のように設定されている。すなわち，Ｌ１はＬ２より小に設定され，Ｈ１＊Ｌ１がＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大に設定されている。

　励磁コイル６７に供給する磁化電流のピーク値とコイルの巻回数との積をＡＴとし，それぞれの磁石要素の磁化を変更するＡＴは次のように設定されている。第一磁石要素６５の磁化を変更するＡＴはＨ１＊Ｌ１より大とし，第二磁石要素６６の磁化を変更するＡＴはＨ１＊Ｌ１より小で且つＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大とする。磁化電流の極性はそれぞれの磁石要素を磁化する方向に応じて設定する。

　励磁コイル６７は第一磁石要素６５，第二磁石要素６６を直列に繋いで形成された励磁磁路に配置されるので第一磁石要素６５，第二磁石要素６６内にはほぼ等しい磁界強度が加えられるが，それぞれの磁化変更に要する磁界強度が異なるので第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化状態はそれぞれ制御される。第一磁石要素６５にはネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ），第二磁石要素６６にはアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）を適用して上記条件に合う磁石要素を構成している。

　上記構成に於いて，第一磁石要素６５の磁化変更に際して第二磁石要素６６は常に励磁コイル６７によって誘起された励磁磁束の方向に従って速やかに磁化され，励磁磁束への磁気抵抗は小である。第二磁石要素６６の磁化変更に際し，励磁磁束の方向が第一磁石要素６５の磁化の方向と同じ場合には当然に励磁磁束への磁気抵抗は小であり，励磁磁束の方向が第一磁石要素６５の磁化の方向と逆の場合にはその長さＬ１が小であるので第一磁石要素６５を空隙と見なした励磁磁路の磁気抵抗は小である。

　したがって，第一磁石要素６５或いは第二磁石要素６６の磁化変更に際しては互いに他の励磁磁路の一部となる構成であるが，励磁磁束に対する磁気抵抗は実効的に小さいので第一磁石要素６５及び第二磁石要素６６の磁化変更は容易である。更に，円筒状磁気コア６４は交流磁束が流れ難いように軟鉄ブロックで構成され，主磁路の交流磁束に対する磁気抵抗は大であるので励磁コイル６７が誘起するパルス状の励磁磁束は主磁路を流れ難い。

　電機子に対向する回転子表面には容易に非可逆減磁を生じないネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）の配置が望ましいが，上記説明のように励磁部には電機子コイルが誘起する磁束は
到達し難いので磁石要素として磁化変更容易な磁石を使用する事が出来る。ネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）では着磁に必要な磁界強度が２４００ｋＡ／ｍ（キロアンペア／メートル）程度であり，アルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）の着磁に必要な磁界強度は２４０ｋＡ／ｍ程度である。本実施例では第一磁石要素６５，第二磁石要素６６が直列に接続された回路に励磁磁束が誘起されるのでそれぞれの磁石要素は異なる抗磁力を有する必要がある。それぞれの磁石要素は素材の異なる磁石で構成され，それぞれの磁石要素の磁化容易さは抗磁力と厚みの積により調整されている。

　本実施例の回転電機装置に於いて，電機子コイル６２によって誘起される磁束は，磁性体突極７２，島状突極７１，磁性体歯６１，円筒状磁気ヨーク１５等の近傍を主として流れ，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化状態に影響を及ぼす可能性は少ない。第一磁石要素６５，第二磁石要素６６には低保持力，或いは厚みの小さい磁石素材を適用出来る。

　図９（ａ），９（ｂ），９（ｃ）を用いて第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化を変更するステップを説明する。図９（ａ）では第一磁石要素６５，第二磁石要素６６が共に第一磁化である。第一磁石要素６５を第一磁化に励磁するに十分な振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル６７に供給される。この時，第二磁石要素６６は第二磁化となるので第二磁石要素６６のみを第一磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流をさらに励磁コイル６７に供給する。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石７３，７５のみの場合より増加される。

　図９（ａ）に於いて，第二磁石要素６６のみを第二磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流が励磁コイル６７に供給され，その磁化状態は図９（ｂ）に示される。この状態で第一磁石要素６５，第二磁石要素６６からの磁束は相殺されて電機子側には供給されないので電機子コイルと鎖交する磁束は永久磁石７３，７５からの磁束のみである。

　図９（ａ）に於いて，第一磁石要素６５を第二磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流が励磁コイル６７に供給され，この時，第二磁石要素６６は第一磁化となるので第二磁石要素６６のみを第二磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル６７に供給する。その磁化状態は図９（ｃ）に示される。この状態で電機子側に流れる磁束量は永久磁石７３，７５のみの場合より減少される。

　導体層６９は回転軸１１を周回する銅板で構成され，励磁コイル６７の作る磁束を励磁磁路に集中させ，励磁コイル６７のインダクタンスを実効的に減少させてパルス状の磁化電流を流れやすくする役割を持つ。励磁コイル６７にパルス状の磁化電流が供給されると，導体層６９には磁束の変化を妨げる方向の電流が誘起され，励磁コイル６７による磁束が導体層６９内で減少し，励磁磁路に励磁コイル６７による磁束が集中させられる。界磁極６ａ，６８は比抵抗が大である圧粉鉄心で構成している。他に比抵抗の大きなバルク状磁性体を用いる事も出来る。

　このように励磁コイル６７に供給する磁化電流を変え，第一磁化，第二磁化それぞれに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磁化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６２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。

　第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化状態は離散的であるが，本実施例ではさらに第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化状態を変更させない程度の磁束調整電流を励磁コイル６７に供給して磁束を発生させ，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６及び永久磁石７３，７５による磁束に重畳され，電機子を流れる磁束量は制御される。磁束調整電流の極性は磁束量を増減する方向に応じて変えられる。

　磁束調整電流による磁束は第一磁石要素６５，第二磁石要素６６を共に含む閉磁路，第一磁石要素６５と主磁路を含む閉磁路に誘起される。磁束調整電流による磁束の殆どが主磁路に流れるよう第一磁石要素６５の厚みＬ１を第二磁石要素６６の厚みＬ２より小に設定され，さらに第二磁石要素６６を空隙と見なした磁気抵抗が主磁路の磁気抵抗より大に設定されている。主磁路の磁気抵抗は磁性体突極と磁性体歯との相対位置により変動するが，本発明で主磁路の磁気抵抗は磁性体突極と磁性体歯間の各相対位置に関して平均化された値としている。

　以上，図６から図９に示した回転電機に於いて，第一磁石要素６５，第二磁石要素６６の磁化状態を変える事で電機子に流れる磁束量を制御できることを説明した。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，図５を用いて回転電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。

　出力５３であ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磁束調整回路５９から励磁コイル６７に供給する磁束調整電流を減じられる。その際，磁束調整電流が予め定めた値より小である場合には第二磁化の磁石要素数を増す方向の磁化電流が磁化制御回路５ａから励磁コイル６７に供給され，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が小とされる。

　出力５３であ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磁束調整回路５９から励磁コイル６７に供給する磁束調整電流を増大される。その際，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磁化の磁石要素数を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａから励磁コイル６７に供給され，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される。

　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。出力５３であ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磁束調整回路５９から励磁コイル６７に供給する磁束調整電流を減じられる。その際，磁束調整電流が予め定めた値より小である場合には第二磁化の磁石要素数を増す方向の磁化電流が磁化制御回路５ａから励磁コイル６７に供給され，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が小とされる。

　出力５３であ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磁束調整回路５９から励磁コイル６７に供給する磁束調整電流を増大される。その際，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磁化の磁石要素数を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａから励磁コイル６７に供給され，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される。

　本実施例に於いて，永久磁石７３，７５により島状突極７１及び磁性体突極７２は互いに異極に磁化され，島状突極７１は非磁性体７４により励磁部からの磁束が流れ難いように構成されている。この構成により磁石トルクに加えてリラクタンストルクの利用が可能である。非磁性体７４に替えて永久磁石を配置し，島状突極７１及び磁性体突極７２を更に強く磁化する構成も可能である。

　また本実施例に於いて，回転子両端に配置された励磁部は全く同一の構成であり，何れの励磁部も磁性体突極７２を同じ方向に励磁している。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磁束を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部のみでよい。また，電機子コイル６２は集中巻きとして説明したが，当然に分布巻きの構成も可能である。

　本発明による回転電機システムの第三実施例を図１０から図１２を用いて説明する。第三実施例は，励磁部が界磁磁石を持たず，電流により電機子を流れる磁束量を制御する回転電機システムである。

　図１０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している。回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１０１に回動可能に支持されている。電機子はハウジング１０１に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，磁性体歯６１，電機子コイル６２とを有している。回転子は表面磁極部１０２，円筒状磁気コア６４を有し，回転軸１１と共に回転する。表面磁極部１０２は磁性体基板に埋め込まれた島状突極と磁性体基板の一部である磁性体突極とを周方向に交互に有する。励磁部は回転子両端のハウジング側に配置された励磁コイル１０３，及び円筒状磁気コア６４，ハウジング１０１で構成されている。本実施例に於いて，ハウジング１０１は鉄を主体とする磁性体で構成され，励磁コイル１０３に供給される電流により円筒状磁気コア６４と円筒状磁気ヨーク１５間に磁束を流して電機子コイル６２と鎖交する磁束量を制御する。

　図１１は図１０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。電機子の構成は第二実施例の電機子構成と同じであるので説明は省略する。表面磁極部１０２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１１３の両側面にほぼ同じ磁化方向の磁石板１１５，１１６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１０２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島状突極１１１，磁性体突極１１２及び集合磁石とから構成されている。さらに隣接する突極である島状突極１１１，磁性体突極１１２は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。島状突極１１１，磁性体突極１２２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。磁石板１１４，１１５，１１６，１１７に付された矢印は磁石板１１４，１１５，１１６，１１７の板面にほぼ直交する磁化方向を示す。

　島状突極１１１の内周側には非磁性体１１８が離隔部材として配置され，島状突極１１１は磁石板１１４，１１５及び非磁性体１１８によって磁性体突極１１２から磁気的に離隔されている。磁性体突極１１２の周方向両側面には磁石板１１６，１１７が配置されているが，内周部分を通じて全ての磁性体突極１１２は繋がっている。すなわち，磁性体突極１１２内に離隔部材は配置されていない。磁石板１１４，１１５，１１６，１１７により島状突極１１１，磁性体突極１１２はそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化されている。さらに非磁性体１１９が集合磁石を介して磁束が電機子側に流れないように配置されている。

　図１２は図１１に示した回転子の表面磁極部１０２及び電機子の断面を拡大して示す図であり，磁石板１１４，１１５，１１６，１１７及び励磁部からの磁束の流れが示される。図１２は励磁部が電機子コイル６２と鎖交する磁束量を磁石板１１４，１１５，１１６，１１７のみの場合より増大させる場合を示している。

　図８と同様に第一電機子磁極群の電機子コイルはＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル８１，８２，８３とし，第二電機子磁極群の電機子コイルはＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル８４，８５，８６として示されている。Ｕ相の電機子コイル８１が島状突極１１１に面する時にはＵ’相の電機子コイル８４は磁性体突極１１２と面するよう構成され，電流が流された時にＵ相の電機子コイル８１とＵ’相の電機子コイル８４とは互いに逆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８２とＶ’相の電機子コイル８５，Ｗ相の電機子コイル８３とＷ’相の電機子コイル８６もそれぞれ同様に配置されて接続され，全体として３相に結線されている。

　点線１２１は磁石板１１４，１１５，１１６，１１７からの磁束を代表して示している。磁束１２１がＵ相の電機子コイル８１と鎖交する方向は，Ｕ’相の電機子コイル８４と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束１２１がＶ相の電機子コイル８２と鎖交する方向は，Ｖ’相の電機子コイル８５と鎖交する方向とは互いに逆であり，磁束１２１がＷ相の電機子コイル８３と鎖交する方向は，Ｗ’相の電機子コイル８６と鎖交する方向とは互いに逆である。したがって，磁石板１１４，１１５，１１６，１１７からの磁束１２１による誘起電圧は３相の誘起電圧として正しく合成され，隣接する突極である島状突極１１１，磁性体突極１１２を介して流れる磁束量間にアンバランスがあっても３相の電圧出力波形は影響されない。

　図１２において，励磁部からの磁束は番号１２２で示され，非磁性体１１８により阻害されて島状突極１１１を流れず，専ら磁性体突極１１２を介して径方向に流れる。磁束１２２の方向を磁束１２１が磁性体突極１１２を流れる方向と同じとすると，磁束１２２と磁束１２１はＷ相の電機子コイル８３，Ｕ’相の電機子コイル８４，Ｖ’相の電機子コイル８５と同じ方向に鎖交する。したがって励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を磁石板１１４，１１５，１１６，１１７のみの場合より増大させる状態である。磁束１２２の流れる方向を図１２とは逆方向にした場合は励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を磁石板１１４，１１５，１１６，１１７のみの場合より減少させる状態である。

　励磁コイル１０３は，図１０に示されるように円筒状磁気ヨーク１５に繋がるハウジング１０１の内周側に回転軸１１を周回するよう配置され，円筒状磁気コア６４の両端はハウジング１０１と微小間隙を介して対向して励磁部が構成されている。励磁コイル１０３が円筒状磁気コア６４，磁性体突極１１２，円筒状磁気ヨーク１５，ハウジング１０２で構成される磁路に励磁磁束を誘起する構成である。図１２を用いて説明したように励磁コイル１０３に供給する電流を変えて電機子コイル６２（８１，８２，８３，８４，８５，８６）と鎖交する磁束量を実効的に制御できる。

　本実施例に於いて，径方向には三つの磁路が存在して並列に接続されている。円筒状磁気コア６４，非磁性体１１８，島状突極１１１，磁性体歯６１，円筒状磁気ヨーク１５で構成される第一磁路と，円筒状磁気コア６４，磁性体突極１１２，磁性体歯６１，円筒状磁気ヨーク１５で構成される第二磁路と，円筒状磁気コア６４，ハウジング１０１，円筒状磁気ヨーク１５で構成される第三磁路とである。永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７からの磁束は図１２に示されるように島状突極１１１，磁性体突極１１２，磁性体歯６１，円筒状磁気ヨーク１５を介して小さな磁路で殆どが環流するが，第三磁路に流れる懸念が残る。第三磁路に流れて短絡し難いようにハウジング１０１，円筒状磁気コア６４
間の間隙に於ける表面積，間隙長等の寸法諸元により第三磁路の磁気抵抗は第二磁路の磁気抵抗より大に設定されている。

　本発明による回転電機システムの第四実施例を図１３から図１７を用いて説明する。第四実施例は，ダブルステータを有する回転電機システムである。島状突極内に永久磁石を有し，電機子コイルに供給する電流により永久磁石の磁化状態を変え，磁束量制御の範囲を拡大する。すなわち島状突極内に配置された永久磁石は離隔部材であると共に磁化変更可能な副界磁磁石である。

　図１３はラジアルギャップ・ダブルステータ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。電機子は外周側に配置された第一電機子，内周側に配置された第二電機子を有し，第一電機子は磁性体歯１３４，円筒状磁気ヨーク１３５，電機子コイル１３６を有し，第二電機子は磁性体歯１３９，円筒状磁気ヨーク１３ａ，電機子コイル１３ｂを有する。回転軸１３１がベアリング１３３を介してハウジング１３２に回動可能に支持され，回転子は表面磁極部１３７を有し，表面磁極部１３７の外周側で第一電機子と対向し，内周側で第二電機子と対向している。番号１３８は回転子支持体を示す。

　励磁部は主要部を磁性体で構成されたハウジング１３２，ハウジング１３２に繋がる磁気コア１３ｄと円筒状磁気ヨーク１３ａ間に径方向の厚みが徐々に変わる界磁磁石１３ｃ，励磁コイル１３ｅ等より構成されている。励磁コイル１３ｅはハウジング１３２，円筒状磁気ヨーク１３５，磁性体歯１３４，表面磁極部１３７，磁性体歯１３９，円筒状磁気ヨーク１３ａ，界磁磁石１３ｃ，磁気コア１３ｄで構成される磁路に磁束を発生するよう配置されている。界磁磁石１３ｃ内の矢印は磁化の方向を示し，外径及び内径方向の磁化領域が存在している。

　図１４は図１３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。回転子の表面磁極部１３７はその内周面及び外周面に於いて，円筒状磁性体基板に周方向にほぼ等間隔に配置された永久磁石によって島状突極１４１，１４２及び磁性体突極１４３が形成され，さらに隣り合う永久磁石の周方向磁化は反転されている。島状突極１４１，１４２間には副界磁磁石１４４が配置され，永久磁石１４５，１４６間，永久磁石１４７，１４８間には非磁性体１４９が配置されている。

　副界磁磁石１４４は外径方向の磁化を持ち，永久磁石１４５，１４７と共に島状突極１４１を外径方向に磁化し，更に副界磁磁石１４４，永久磁石１４６，１４８は島状突極１４２を外径方向に磁化している。磁性体突極１４３は永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８により内径方向に磁化されている。島状突極１４１，１４２間の副界磁磁石１４４は励磁部からの磁束が通り難くする離隔部材である共に磁化変更可能な永久磁石である。永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８，副界磁磁石１４４内の矢印は磁化方向を示す。

　第一電機子はハウジング１３２に固定された円筒状磁気ヨーク１３５と，円筒状磁気ヨーク１３５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１３４と，磁性体歯１３４に巻回された電機子コイル１３６とから構成されている。第二電機子は円筒状磁気ヨーク１３ａと，円筒状磁気ヨーク１３ａ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１３９と，磁性体歯１３９に巻回された電機子コイル１３ｂとから構成されている。

　第一電機子，第二電機子に於いて，第一電機子磁極群と第二電機子磁極群それぞれに属
する電機子コイル及び磁性体歯が周方向の異なる位置に配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相，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，回転子の８磁極に対して２４個の電機子コイルがそれぞれ配置されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルは第一電機子磁極群に属し，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群に属する。Ｕ相とＵ’相，Ｖ相とＶ’相，Ｗ相とＷ’相はそれぞれ同じ相である事を示す。

　図１５は第一電機子及び回転子及び第二電機子の一部を拡大して示す図である。同図により回転子の磁極構成及び励磁部による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島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有し，径方向に並ぶ島状突極１４１，１４２間には副界磁磁石１４４が配置されている。

　第一電機子の電機子コイル１３６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル１５１，１５２，１５３，１５４，１５５，１５６として配置されている。第二電機子の電機子コイル１３ｂも同じ構成であり，各相の電機子コイルにはそれぞれ同じ番号が付されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルは第一電機子磁極群に属し，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群に属している。二つの電機子磁極群に於ける電機子コイルは以下のように構成される。Ｕ相の電機子コイル１５１が島状突極１４１（１４２）に面する時にはＵ’相の電機子コイル１５４は磁性体突極１４３と面するよう配置され，電流が流れた時にＵ相の電機子コイル１５１とＵ’相の電機子コイル１５４とは互いに逆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１５２とＶ’相の電機子コイル１５５，Ｗ相の電機子コイル１５３とＷ’相の電機子コイル１５６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。

　永久磁石の飽和磁束量は一定であり，永久磁石の比透磁率は空隙に近いので，永久磁石の厚みが大である場合には外部からの磁束に対して永久磁石を双方向の磁束の離隔部材と出来る。島状突極１４１，１４２間の副界磁磁石１４４に妨げられて励磁部からの磁束は島状突極１４１，１４２を流れず，専ら磁性体突極１４３を流れる。

　点線１５７は永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８からの磁束を代表して示し，点線１５８は副界磁磁石１４４からの磁束を代表して示している。磁束１５７，１５８がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル１５１，１５２，１５３を鎖交する方向と，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル１５４，１５５，１５６を鎖交する方向とはそれぞれ互いに逆方向である事が示されている。したがって，磁束１５７，１５８による誘起電圧は３相の誘起電圧として正しく合成され，隣接する突極である島状突極，磁性体突極を介して流れる磁束量にアンバランスがあっても３相の電圧出力波形は影響されない。

　図１５において，励磁部からの磁束は番号１５９で示され，副界磁磁石１４４により阻害されて島状突極１４１，１４２には流れず，専ら磁性体突極１４３を介して径方向に流れる。磁束１５９の方向を円筒状磁気ヨーク１３５から円筒状磁気ヨーク１３ａに磁束１５９が流れるよう供給すると，磁束１５７，１５８，１５９はＵ’相の電機子コイル１５４，Ｖ’相の電機子コイル１５５と同じ方向に鎖交する。したがって，励磁部が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８，副界磁磁石１４４のみの場合より増大させる状態となる。

　励磁部からの磁束１５９は専ら磁性体突極１４３を介して流れ，各電機子コイルに誘起される電圧は一様ではない。しかし，上記の説明のように第一電機子磁極群，第二電機子磁極群の電機子コイルは互いに周方向に偏倚して配置され，同じタイミングで駆動電流が
供給される同一相に属する電機子コイル同士に於いて一方が島状突極に対向する時に，他方が磁性体突極に対向するよう配置され，電流が流された時にそれぞれ逆方向の磁束を生じるよう直列に接続されて駆動トルク変動，発電電圧波形歪みが抑制される。

　他の実施例に於いて島状突極から流れ出る磁束量を固定とし，磁性体突極を流れる磁束量を可変として電機子コイルと鎖交する磁束量を制御した。本実施例は更に副界磁磁石１４４の磁化を変更して，電機子コイルと鎖交する磁束量の制御範囲を拡大している。

　図１５に示されるように永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８と副界磁磁石１４４とが島状突極１４１，１４２を同じ極性に磁化する場合には磁束１５７と磁束１５８は電機子側に流れて電機子コイルと鎖交する。しかし，図１６に示されるように副界磁磁石１４４の磁化方向が反転されると，点線１６１で代表して示されるように永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８と副界磁磁石１４４からの磁束は回転子内で閉磁路を構成し，電機子側に漏れる磁束量は僅かとなる。

　図１５，図１７を用いて副界磁磁石１４４の磁化変更の動作原理を説明する。図１７は電機子コイル１５１－１５６と駆動回路との接続図を簡略に示している。電機子コイル１５１と電機子コイル１５４は互いに逆方向の磁束を誘起するよう直列に接続され，一方は中性点１７１に接続され，他方はスイッチ素子１７３及び１７４に接続されている。電機子コイル１５２と電機子コイル１５５は互いに逆方向の磁束を誘起するよう直列に接続され，一方は中性点１７１に接続され，他方はスイッチ素子１７５及び１７６に接続されている。電機子コイル１５３と電機子コイル１５６は互いに逆方向の磁束を誘起するよう直列に接続され，一方は中性点１７１に接続され，他方はスイッチ素子１７７及び１７８に接続されている。さらに中性点１７１はスイッチ素子１７９及び１７ａに接続されている。番号１７２は電池を示す。上記スイッチ素子をオンオフ制御する制御部は図示されていない。

　回転電機の通常の動作時には中性点１７１に繋がるスイッチ素子１７９及び１７ａはオフとされ，回転子の位置に応じて各電機子コイルには３相の駆動電流が供給されて回転子は回転駆動される。副界磁磁石１４４の磁化状態を変更する為に島状突極１４１（１４２）と対向する電機子コイルに磁化電流を供給する場合には図示していない回転子の位置センサ出力により選定された電機子コイルに繋がるスイッチ素子と共にスイッチ素子１７９及び１７ａのオンオフ制御を行う。

　図１５に於いて点線１５８に沿って副界磁磁石１４４の磁化を変更する為に磁束を流す場合には，スイッチ素子１７３及び１７５及び１７ａをオンとして電機子コイル１５１，１５４に磁化電流１７ｂを，電機子コイル１５２，１５５に磁化電流１７ｃを供給する。副界磁磁石１４４の磁化方向を反転させる場合にはスイッチ素子１７４及び１７６及び１７９をオンとして電機子コイル１５１，１５４に磁化電流１７ｄを，電機子コイル１５２，１５５に磁化電流１７ｅを供給する。

　以上，本実施例による回転電機は，界磁磁石，更に副界磁磁石の磁化状態を変える事で電機子に流れる磁束量を制御する。励磁部から供給される磁束の方向及び量は界磁磁石１３ｃの磁化状態により制御されるが，界磁磁石１３ｃの構成は第一実施例と同じであるので励磁部による磁束量制御の説明は省略する。

　本発明による回転電機システムの第五実施例を図１８を用いて説明する。第五実施例は，ダブルステータを有する回転電機システムであり，励磁部が界磁磁石を持たず，電流により電機子を流れる磁束量を制御する回転電機システムである。
図１８は第四実施例の回転電機の励磁部を電流励磁に変え，磁束量制御を行う回転電機の縦断面図を示している。本実施例は第四実施例とほぼ同じ構成であり，図１３に示す構成から界磁磁石を除去し，円筒状の励磁磁路部材１８２を円筒状磁気ヨーク１３ａと非磁性体１８１を介して対向するよう配置されている。励磁コイル１３ｅによって誘起される磁束はハウジング１３２，円筒状磁気ヨーク１３５，磁性体歯１３４，表面磁極部１３７，磁性体歯１３９，円筒状磁気ヨーク１３ａ，励磁磁路部材１８２内を流れ，電機子コイルと鎖交する。励磁コイル１３ｅに供給する電流によって電機子コイルと鎖交する磁束量は制御される。

　励磁部の主要部は図１８に示されるよう磁性体で構成されたハウジング１３２，ハウジング１３２の内周面に配置された励磁コイル１３ｅ，励磁磁路の磁気抵抗調整の為に配置された非磁性体１８１で構成され，円筒状磁気ヨーク１３５及び円筒状磁気ヨーク１３ａと間に励磁コイル１３ｅの誘起する磁束を供給する構成である。

　本実施例に於いて，径方向には主として三つの磁路が存在して並列に接続されている。円筒状磁気ヨーク１３５，磁性体歯１３４，島状突極１４１，副界磁磁石１４４，島状突極１４２，磁性体歯１３９，円筒状磁気ヨーク１３ａで構成される第一磁路と，円筒状磁気ヨーク１３５，磁性体歯１３４，磁性体突極１４３，磁性体歯１３９，円筒状磁気ヨーク１３ａで構成される第二磁路と，円筒状磁気ヨーク１３５，ハウジング１３２，磁気コア１８２，非磁性体１８１，円筒状磁気ヨーク１３ａで構成される第三磁路とである。永久磁石１４５，１４６，１４７，１４８からの磁束は図１５に磁束１５７に代表して示されるように小さな磁路で環流するが，副界磁磁石１４４からの磁束１５８は第三磁路に流れる懸念が残る。副界磁磁石１４４からの磁束が第三磁路に流れて短絡しないように円筒状磁気ヨーク１３ａ，磁気コア１８２間に非磁性体１８１を配置し，第三磁路の磁気抵抗は第二磁路の磁気抵抗より大に設定されている。

　本実施例では第三磁路の磁気抵抗を大に設定する為に非磁性体１８１を配置したが，非磁性体１８１に替えてほぼ同じ厚みの永久磁石を配置する事も可能である。その場合，永久磁石の比透磁率は空隙とほぼ同じであるので第三磁路の磁気抵抗の設定は同じとし，その永久磁石による磁束を固定部分として設定できる。

　本実施例では非磁性体１８１を第三磁路内に配置して第三磁路の磁気抵抗は第二磁路の磁気抵抗より大に設定されているが，非磁性体１８１を取り除いて第三磁路の磁気抵抗を小とする事も勿論可能である。その場合に，副界磁磁石１４４からの磁束は第三磁路に流れ，電機子コイル１３６，１３ｂと鎖交する磁束量は少なくなる。電機子コイル１３６，１３ｂと鎖交する磁束量と励磁コイル１３ｅに供給する電流との関係が少し変わるが，励磁コイル１３ｅに供給する電流により電機子コイル１３６，１３ｂと鎖交する磁束量を制御できる事に変わりはない。

　本発明の第六実施例による回転電機システムを図１９及び図５を用いて説明する。第六実施例は第一実施例の回転電機システムをハイブリッドカーの発電機兼電動機システムとして用いた回転電機システムである。

　同図に於いて，番号１９１は第一実施例で示した回転電機を示し，回転電機１９１はハイブリッドカーのエンジン１９２と回転力を伝達するよう結合された回転軸１９９を持ち，回転軸１９９の回転力はトランスミッション１９３を介して駆動軸１９ａに伝えられる。制御装置１９４は上位制御装置からの指令１９ｂを受け，駆動回路１９５を介して回転電機１９１を電動機として駆動し，磁束量制御回路１９６を介して電機子に流入する磁束量を制御する。すなわち，磁束量制御回路１９６は図５に於ける切換スイッチ５８，磁化
制御回路５ａ，磁束調整回路５９を含んで構成されている。更に制御装置１９４は上位制御装置からの指令１９ｂを受け，電機子コイル１６，２６の引き出し線１９ｃに現れる発電電力を整流回路１９７を介して整流し，バッテリー１９８を充電する構成としている。

　低回転速度域で磁石トルクを強化する必要がある場合は第一磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａにより励磁コイル１ｃ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。高回転速度域で弱め界磁とする場合には第二磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａにより励磁コイル１ｃに供給し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。

　エンジン１９２の回転力のみでハイブリッドカーを駆動する時は，指令１９ｂにより電機子コイル１６，２６の引き出し線１９ｃに現れる発電電力を整流回路１９７を介して直流に変え，バッテリー１９８を充電させる。その場合に制御装置１９４は発電電圧がバッテリー１９８を充電する最適な電圧より大である場合は磁束量制御回路１９６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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となる場合には第二磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａにより励磁コイル１ｃに供給し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１９４は発電電圧がバッテリー１９８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１９６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｃ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となる場合には第一磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａにより励磁コイル１ｃ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。

　バッテリー１９８に充電する場合に回転電機システムを定電圧発電機システム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１９８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１９８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。指令１９ｂを通じて回生制動の指示を受けると，制御装置１９４は磁束量制御回路１９６を介して第一磁化の磁極面積を増す方向の磁化電流を磁化制御回路５ａにより励磁コイル１ｃに供給して第一磁化の磁極面積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１９８に充電させる。

　電機子コイル１６，２６と鎖交する磁束量は増えるので取り出せる電力は大きい。電気二重層コンデンサ他を有する蓄電システムに一時的に蓄え，制動力の確保すると共にエネルギー回収を大にする。回転電機１９１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１９２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三相構成として説明したが，当然に単相或いは多相の構成も可能であり，特に単相の場合は全てのコイルが常に駆動力発生に寄与し，出力密度が向上される。さら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高出力の電動機として利用できる事に加えて実用出来る回転速度範囲を拡大し，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。本発明は電機子コイルに流す電流を抑え，専ら励磁部により出力制御を行うシステムの構成も可能であり，その場合には電源の低電圧化，駆動回路のコスト低減等が容易となる。更に定電圧発電機システムとして広い回転速度範囲で発電電圧を一定に制御できるので定電圧制御回路を不要とし，全体のシステムコストを低減出来る。

Claims

電機子との対向面に於いて島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有する回転子と，回転子との対向面に於いて電機子コイルが周方向に配置された電機子とを有し，電機子と回転子とがラジアルギャップを介して対向する回転電機装置であって，島状突極と磁性体突極とを同じ方向に一括して励磁する励磁部を有し，回転子は外部からの磁束通過を阻止するよう永久磁石及び或いは非磁性体で構成される離隔部材を少なくとも島状突極内に有し，励磁部からの磁束が島状突極を流れ難いよう島状突極内の離隔部材の厚みは磁性体突極内の離隔部材の厚みより大とされるよう構成され，島状突極内及び島状突極に隣接する永久磁石によって全ての島状突極がほぼ同じ方向に磁化されるよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが周方向に配置された第一電機子磁極群と，第二電機子磁極群とにグループ化され，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いて同時に駆動電流が供給される同一相にそれぞれ属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に互いに逆方向の磁束を発生するよう接続され，励磁部は励磁コイル及び界磁磁石の何れかを少なくとも有し，励磁部の両端は最外周に配置された回転子或いは電機子と，最内周に配置された回転子或いは電機子とにそれぞれ磁気的に結合されて励磁部の一端から出た磁束が電機子と，回転子の磁性体突極とを介して励磁部の他端に環流するよう構成され，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励磁部から供給する磁束量を変え，電機子に流れ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，電機子と回転子とが一つのラジアルギャップを介して対向し，電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルが磁気ヨークに配置され，回転子は電機子との対向面に於いて島状突極と磁性体突極とが磁性体基板に周方向に交互に配置され，励磁部の両端は磁気ヨークと磁性体基板とにそれぞれ磁気的に結合され，励磁部の一端から流れる磁束は磁気ヨーク，磁性体突極，磁性体基板とを介して励磁部の他端に環流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記載の回転電機システムに於いて，第一電機子，回転子，第二電機子がこの順で径方向にラジアルギャップを介して対向するよう配置され，回転子は島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有し，二つの電機子は回転子との対向面に於いて電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の両面にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部の両端はそれぞれ二つの電機子の磁気ヨークと磁気的に結合され，励磁部の一端から流れる磁束は第一電機子の磁気ヨーク，磁性体突極，第二電機子の磁気ヨークとを介して励磁部の他端に環流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記載の回転電機システムに於いて，島状突極及び磁性体突極は電機子との対向面に於いて磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石及び集合磁石の何れかによって周方向に区分して形成されると共に互いに異極に磁化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，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島状突極と磁性体突極との間に配置され，集合磁石は更に非磁性体を有して励磁部の一端からの磁束が通過し難い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記載の回転電機システムに於いて，第一電機子磁極群を有する電機子，第二電機子磁極群を有する電機子がそれぞれ回転子と対向し，第一電機子磁極群を有する電機子，第二電機子磁極群を有する電機子に於いてそれぞれ同一相に属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続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，電機子は回転子との対向面に於いて第一電機子磁極群，第二電機子磁極群を周方向の異なる位置に有し，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いてそれぞれ同一相に属する電機子コイル同士は一方が島状突極に対向する時に他方は磁性体突極に対向するよう配置されると共に互いに逆方向の磁
束を発生するよう直列に接続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，励磁部は界磁磁石と，界磁磁石の磁化を変更する励磁コイルとを有し，励磁部は前記界磁磁石のＮ極或いはＳ極の何れか一方の磁極から流れる磁束は電機子と，回転子の磁性体突極とを介して界磁磁石の他方の磁極に環流するよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するように前記出力に応じて励磁コイルに磁化電流を供給して界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変え，電機子に流れ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８記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は磁性体及び前記磁性体間に配置された磁化方向長さと抗磁力の積が異なる磁石要素を有し，前記磁性体により前記磁石要素を互いに並列接続して構成され，磁石要素は互いに逆方向である第一磁化，第二磁化の何れかの磁化を少なくとも有し，第一磁化を有する磁石要素は磁性体突極を島状突極の磁化方向と逆方向に磁化する事を特徴とする回転電機システム
請求項８記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石のＮ極或いはＳ極の何れか一方の磁極から流れる磁束が電機子と回転子とを介して界磁磁石の他方の磁極に環流する主磁路と，界磁磁石の一方の磁極から出た磁束が主として励磁部内で界磁磁石の他方の磁極に環流する励磁磁路とが並列に界磁磁石に接続され，励磁コイルは励磁磁路に加えて界磁磁石を含む磁路に磁束を誘起するよう配置されていることを特徴とする回転電機システム
請求項８記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は磁性体及び磁化変更に必要な磁界強度が互いに異なる第一磁石要素及び第二磁石要素を有し，前記磁性体により第一磁石要素及び第二磁石要素を互いに並列接続して構成され，励磁コイルは第一磁石要素及び第二磁石要素及び前記磁性体で構成する閉磁路に磁束を発生させるよう配置されていることを特徴とする回転電機システム
請求項８記載の回転電機システムに於いて，界磁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界磁磁石の各磁化状態に於いて励磁コイルに供給し，誘起された磁束を界磁磁石からの磁束に重畳して電機子を流れる磁束量を調整する事を特徴とする回転電機システム
請求項８の回転電機システムに於いて，励磁部からの磁束を流れ難くするよう島状突極内に配置された離隔部材として永久磁石が配置され，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いてそれぞれ同一の相に属して島状突極に対向する電機子コイル及び磁性体突極に対向する電機子コイルに磁化電流を供給して永久磁石の磁化状態を変更し，電機子に流れ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８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，電機子コイルに誘起される発電電圧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は制御装置により第一磁化の磁極面積を減じるよう磁化電流が励磁コイルに供給され，電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より小で電機子を流れる磁束量を増大させる時は制御装置により第一磁化の磁極面積を増すよう磁化電流が励磁コイルに供給され，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８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，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第一磁化の磁極面積を減じるよう磁化電流が励磁コイルに供給され，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第一磁化の磁極面積を増すよう磁化電流が励磁コイルに供給され，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８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，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第一磁化に属する磁極面積を増すよう磁化電流が励磁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
請求項１記載の回転電機システムに於いて，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材の両端は最外周に配置された回転子或いは電機子と，最内周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，回転子の磁性体突極とを介する磁路に磁束を誘起するよう配置され，回転電機装置の出力を最適化するように前記出力に応じて励磁コイルに励磁電流を供給して電機子に流れ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１７記載の回転電機システムに於いて，励磁部は励磁磁路部材を含む磁路内に磁気的な空隙を有し，島状突極を磁化する永久磁石からの磁束が励磁磁路部材を介して短絡しないよう構成される事を特徴とする回転電機システム
電機子との対向面に於いて少なくとも磁気的な空隙及び永久磁石の何れかによって周方向に区分された島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有する回転子と，回転子との対向面に於いて電機子コイルが周方向に配置された電機子とを有し，電機子と回転子とがラジアルギャップを介して対向する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極と磁性体突極とを同じ方向に一括して励磁する励磁部を有し，回転子は外部からの磁束通過を阻止するよう永久磁石及び或いは非磁性体で構成される離隔部材を少なくとも島状突極内に有し，励磁部からの磁束が島状突極を流れ難いよう島状突極内の離隔部材の厚みは磁性体突極内の離隔部材の厚みより大とするよう構成し，島状突極内及び島状突極に隣接する永久磁石によって全ての島状突極をほぼ同じ方向に磁化するよう構成し，励磁部は界磁磁石と，界磁磁石の磁化を変更する励磁コイルとを有し，励磁部の両端をそれぞれ最外周に配置された回転子或いは電機子と，最内周に配置された回転子或いは電機子とにそれぞれ磁気的に結合し，前記界磁磁石のＮ極或いはＳ極の何れか一方の磁極から流れる磁束が電機子と，回転子の磁性体突極とを介して界磁磁石の他方の磁極に環流するよう構成し，励磁コイルに磁化電流を供給して界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変えて電機子を流れる磁束量を制御する磁束量制御方法
電機子との対向面に於いて少なくとも磁気的な空隙及び永久磁石の何れかによって周方向に区分された島状突極及び磁性体突極を周方向に交互に有する回転子と，回転子との対向面に於いて電機子コイルが周方向に配置された電機子とを有し，電機子と回転子とがラジアルギャップを介して対向する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極と磁性体突極とを同じ方向に一括して励磁する励磁部を有し，回転子は外部からの磁束通過を阻止するよう永久磁石及び或いは非磁性体で構成される離隔部材を少なくとも島状突極内に有し，励磁部からの磁束が島状突極を流れ難いよう島状突極内の離隔部材の厚みは磁性体突極内の離隔部材の厚みより大とするよう構成し，島状突極内及び或いは島状突極に隣接する永久磁石によって全ての島状突極をほぼ同じ方向に磁化するよう構成し，励磁コイル及び励磁磁路部材を励磁部に配置し，励磁磁路部材の両端を最外周に配置された回転子或いは電機子と，最内周に配置された回転子或いは電機子とにそれぞれ磁気的に結合し，励磁磁路部材と，電機子と，回転子の磁性体突極とを介する磁路に磁束を誘起するよう励磁コイルを配置し，励磁コイルに励磁電流を供給して電機子に流れる磁束量を制御する磁束量制御方法