(57)【要約】【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】  回転子表面には島状突極と磁性体突極を周方向に交互に有し，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，励磁部は磁性体突極を一括して励磁して電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。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。【選択図】  図１
2010226938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合され，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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事を特徴とする回転電機システム
【請求項２】
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磁性体基板を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３】
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並んで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４】
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５】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は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の並列接続により構成され，界磁磁石の各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第一磁化，第一磁化と逆方向の磁化である第二磁化の何れかの磁化状態である事を特徴とする回転電機システム
【請求項６】
請求項１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７】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は磁化変更に必要な磁界強度が互いに異なる第一界磁磁石及び第二界磁磁石が磁性体間に配置された並列接続として構成され，励磁コイルは第一界磁磁石及び第二界磁磁石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】
請求項１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９】
請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材として副界磁磁石が配置され，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副界磁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１０】
請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう界磁磁石を磁化する極性の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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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，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１１】
請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう界磁磁石を磁化する極性の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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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１２】
請求項１から請求項９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，回転速度を減少させる場合には制御装置により界磁磁石内の第一磁化に属する磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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１３】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材は磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合されて磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む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事を特徴とする回転電機システム
【請求項１４】
請求項１３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磁性体基板を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１５】
請求項１３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並んで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１６】
請求項１３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１７】
請求項１３記載の回転電機システムに於いて，磁性体基板から励磁磁路部材を介して磁気ヨークに至る励磁磁路の磁気抵抗は磁性体基板から磁性体突極を介して磁気ヨークに至る磁路の磁気抵抗より大とな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１８】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，磁性体基板を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且つ互いに異極に磁化された島状突極及び磁性体突極を電機子との対向面に於いて周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転可能である回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とし，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合し，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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
【請求項１９】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，磁性体基板を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且つ互いに異極に磁化された島状突極及び磁性体突極を電機子との対向面に於いて周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転可能である回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とし，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材を磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合して磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む磁路に励磁コイルが磁束を誘起するよう構成し，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
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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，制御範囲には限界がある。磁石励磁のエネルギー効率の高さを犠牲にすることなく，界磁制御を可能として広い回転速度範囲で使用可能とする為に機械的な偏倚により界磁制御を行う回転電機の試みがある（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。
【０００５】
さらに界磁条件を保存して間歇的に界磁強度を変える事で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。これは特開平０６−３５１２０６に於ける電流励磁を磁化変更可能な磁石励磁とした構成であるが，励磁コイルと電機子コイルが干渉して構成の複雑化と組み立て性に難があり，さらに軸長の短い回転電機装置に適用が限定される。
【０００６】
特開平０７−０５９３１４は特開平０６−３５１２０６の構成を簡略化した電流励磁の例であるが，回転子の磁極構成は特開平０６−３５１２０６の構成の半分のみでトルク変動，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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２８９３００「永久磁石式回転電機」
【特許文献２】特開平０６−３５１２０６「ハイブリッド励磁形永久磁石同期回転機」
【特許文献３】特開平０７−０５９３１４「磁石発電機」
【特許文献４】特許第４２４３６５１号「磁束分流制御回転電機システム」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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ながらリラクタンストルクを利用できる回転電機システム，磁束量制御方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による回転電機システム及び磁束量制御方法は，回転子に於いて互いに隣り合う突極の一方である島状突極から電機子に流れる磁束の方向及び量を固定とし，他方の突極である磁性体突極から電機子に流れる磁束の方向及び量を可変として電機子を流れる磁束量を制御する。その具体的な構成は以下に規定される。
【００１０】
請求項１の発明による回転電機システムは，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合され，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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事を特徴とする。
【００１１】
回転子は励磁部からの磁束が通る磁性体突極と励磁部からの磁束が通り難い島状突極とが周方向に交互に並ぶ構成として励磁部による磁束量制御を可能にする。島状突極は全体を離隔部材である永久磁石で構成され，或いは永久磁石，磁気的な空隙で離隔された磁性体で構成され，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。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。
【００１２】
電機子は回転子の隣り合う突極から流れる磁束量にアンバランスがある状態でも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。すなわち，第一電機子磁極群と第二電機子磁極群に於いて，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。
【００１３】
励磁部からの磁束は磁性体基板，磁性体突極，磁気ヨークを介して流れるよう構成され，電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。さらに回転電機の運転中或いは静止時に界磁磁石の磁化状態を不可逆的に変えて電機子に流れる磁束量を変更する。
【００１４】
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近傍で環流し，界磁磁石は電機子コイルより離れて配置される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の磁石を使用出来，励磁コイルによって容易に磁化状態が制御される。電機子コイルが磁性体歯に巻回される構成ではさらに電機子コイルにより誘起される磁束の分布領域が局所化されて界磁磁石への影響を小に出来る。
【００１５】
回転電機装置には円筒状の電機子と回転子が径方向に空隙を介して対向する構造，或いは略円盤状の電機子と回転子が軸方向に空隙を介して対向する構造等の何れの構造も存在する。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，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。
【００１６】
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，島状突極及び磁性体突極は磁性体基板を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よう構成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。回転子は磁性体基板が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された磁極構造，或いは径方向と直交する平面状或いは曲面状の永久磁石で磁性体基板が周方向に区分された磁極構造として隣接する突極が互いに異極に磁化され，同時に相隣る突極の一方である島状突極は励磁部からの磁束が通り難いよう構成される。
【００１７】
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，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並んで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。
【００１８】
電機子と回転子とが径方向に対向する回転電機では第一電機子磁極群，第二電機子磁極群のそれぞれを有する二つの電機子が軸方向に並んで回転子に対向し，電機子と回転子とが軸方向に対向する回転電機では第一電機子磁極群，第二電機子磁極群のそれぞれを有する二つの電機子が径方向に並んで回転子に対向する。二つの電機子に於いて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るので回転子の隣り合う突極から流れる磁束量にアンバランスがある状態でも駆動トルク変動或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【００１９】
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，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。
【００２０】
電機子は回転子との対向面内に第一電機子磁極群，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，両群の電機子コイルに於いて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るので回転子の隣り合う突極から流れる磁束量にアンバランスがある状態でも駆動トルク変動或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【００２１】
請求項５の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は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の並列接続により構成され，界磁磁石の各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第一磁化，第一磁化と逆方向の磁化である第二磁化の何れかの磁化状態である事を特徴とする。界磁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，或いは断面内で磁化容易さ，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。励磁コイルによる起磁力（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。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。
【００２２】
請求項６の発明は，請求項１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。界磁磁石に励磁磁路及び主磁路を並列に接続し，励磁コイルは励磁磁路と界磁磁石とで構成する閉磁路に配置され，界磁磁石の着磁変更に際して電機子コイルへの影響を軽減できる構成としている。励磁磁路は交流磁束が流れやすく構成され，界磁磁石の構成及び界磁磁石の磁化変更に最適な磁路構成を実現できる。すなわち，励磁コイルが誘起する磁束は界磁磁石に集中されて界磁磁石の磁化状態は確実に変更される。
【００２３】
請求項７の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，界磁磁石は磁化変更に必要な磁界強度が互いに異なる第一界磁磁石及び第二界磁磁石が磁性体間に配置された並列接続として構成され，励磁コイルは第一界磁磁石及び第二界磁磁石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。並列接続された第一界磁磁石及び第二界磁磁石同士は同時に直列接続として閉磁路を構成し，励磁コイルはその閉磁路に磁束を発生させるよう配置されるので第一界磁磁石及び第二界磁磁石は常に逆方向に励磁される。励磁コイルに磁化電流が供給された場合，直列に接続された各磁石内の磁界強度はほぼ等しいので第一界磁磁石及び第二界磁磁石それぞれで磁化反転に必要な磁界強度が異なるよう構成して界磁磁石は選択的に磁化変更される。磁化反転に必要な磁界強度を異ならせるには磁石素材の種類を変える，或いは同種の素材に於いて構成元素の組成比を変える等の手段で実現出来る。さらに第一界磁磁石及び第二界磁磁石，それぞれの界磁磁石を磁化容易さの異なる磁石の並列接続とする構成も可能である。
【００２４】
請求項８の発明は，請求項１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。界磁磁石からの磁束に磁束調整電流による磁束を重畳させて磁束量を制御する複合励磁である。界磁磁石の磁化変更は離散的に為される場合があり，また磁化の大きさを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励磁コイルに供給して磁束を発生させ，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。
【００２５】
請求項９の発明は，請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材として副界磁磁石が配置され，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副界磁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。
【００２６】
島状突極から電機子側へ流れる磁束量は一定であるので，島状突極が近傍の永久磁石により磁化されている場合には磁束量の制御範囲が限定される。本発明はさらに島状突極から電機子側に流れる磁束量を制御できるよう島状突極が離隔部材として有する副界磁磁石の磁化状態を変えて磁束量の制御範囲を拡大する。第一電機子磁極群と第二電機子磁極群に於いて，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接続される。したがって，島状突極が対向する電機子コイルに磁化電流が供給すると誘起された磁束は磁性体突極を環流磁路として流れる。その際に他の相の電機子コイルには磁化電流が供給されないので副界磁磁石に大きな磁界強度の磁界が加えられ，磁化状態が変更される。
【００２７】
請求項１０の発明は，請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう界磁磁石を磁化する極性の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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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，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である。
【００２８】
請求項１１の発明は，請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を減じるよう界磁磁石を磁化する極性の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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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である。
【００２９】
請求項１２の発明は，請求項１から請求項９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，回転速度を減少させる場合には制御装置により界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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である。
【００３０】
請求項１３の発明による回転電機システムは，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材は磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合されて磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む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事を特徴とする。
【００３１】
回転子は励磁部からの磁束が通る磁性体突極と励磁部からの磁束が通り難い島状突極とが周方向に交互に並ぶ構成として励磁部による磁束量制御を可能にする。島状突極は全体を離隔部材である永久磁石で構成され，或いは永久磁石，磁気的な空隙で離隔された磁性体で構成され，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。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。
【００３２】
電機子は回転子の隣り合う突極から流れる磁束量にアンバランスがある状態でも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。すなわち，第一電機子磁極群と第二電機子磁極群に於いて，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。
【００３３】
励磁部は磁性体基板，磁性体突極，磁気ヨーク，励磁磁路部材を介して流れるよう磁束を供給し，電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【００３４】
回転電機装置には円筒状の電機子と回転子が径方向に空隙を介して対向する構造，或いは略円盤状の電機子と回転子が軸方向に空隙を介して対向する構造等の何れの構造も存在する。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，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。
【００３５】
請求項１４の発明は，請求項１３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磁性体基板を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よう構成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。回転子は磁性体基板が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された磁極構造，或いは径方向と直交する平面状或いは曲面状の永久磁石で磁性体基板が周方向に区分された磁極構造として隣接する突極が互いに異極に磁化され，同時に相隣る突極の一方である島状突極は励磁部からの磁束が通り難いよう構成される。
【００３６】
請求項１５の発明は，請求項１３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並んで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。
【００３７】
電機子と回転子とが径方向に対向する回転電機では第一電機子磁極群，第二電機子磁極群のそれぞれを有する二つの電機子が軸方向に並んで回転子に対向し，電機子と回転子とが軸方向に対向する回転電機では第一電機子磁極群，第二電機子磁極群のそれぞれを有する二つの電機子が径方向に並んで回転子に対向する。二つの電機子に於いて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リップル或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【００３８】
請求項１６の発明は，請求項１３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。
【００３９】
電機子は回転子との対向面内に第一電機子磁極群，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，両群の電機子コイルに於いて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リップル或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【００４０】
請求項１７の発明は，請求項１３記載の回転電機システムに於いて，磁性体基板から励磁磁路部材を介して磁気ヨークに至る励磁磁路の磁気抵抗は磁性体基板から磁性体突極を介して磁気ヨークに至る磁路の磁気抵抗より大となるよう構成される事を特徴とする。本発明の回転電機システムに於いて，磁性体基板，島状突極，磁気ヨークからなる第一磁路と，磁性体基板，磁性体突極，磁気ヨークからなる第二磁路と，磁性体基板，励磁磁路部材，磁気ヨークからなる第三磁路とが並列に接続されている。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側に短絡して流れ難いよう第三磁路の磁気抵抗を第二磁路の磁気抵抗より大に設定する。磁気抵抗は磁路の途中に設けられた間隙の寸法，磁路を構成する磁性体の透磁率選定，寸法等により設定される。電機子コイルが磁性体歯に巻回された場合，磁性体歯と磁性体突極間の位置により第二磁路の磁気抵抗は変動するが，第二磁路の磁気抵抗は磁性体歯と磁性体突極間の位置により平均化された値とする。第三磁路に設ける磁気的な空隙には永久磁石の配置も含まれる。永久磁石の比透磁率はほぼ空気と同じであり，磁気抵抗を調整しながら励磁部が供給する磁束量の固定部分を設定する事が出来る。
【００４１】
請求項１８の発明は，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，磁性体基板を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且つ互いに異極に磁化された島状突極及び磁性体突極を電機子との対向面に於いて周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転可能である回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とし，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合し，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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である。
【００４２】
回転子はリラクタンストルクを利用できる磁極構造としながら島状突極から電機子に流れる磁束の方向及び量を固定とし，他方の突極である磁性体突極を励磁部からの磁束が通るよう構成して励磁部により磁束量を制御する方法である。回転子は磁性体基板が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された磁極構造，或いは径方向と直交する平面状或いは曲面状の永久磁石で磁性体基板が周方向に区分された磁極構造として隣接する突極が互いに異極に磁化され，同時に相隣る突極の一方である島状突極は励磁部からの磁束が通り難いよう構成される。励磁部に於ける界磁磁石の磁化状態を励磁コイルにより不可逆的に変えて電機子を流れる磁束量を変更する。
【００４３】
請求項１９の発明は，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，磁性体基板を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且つ互いに異極に磁化された島状突極及び磁性体突極を電機子との対向面に於いて周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転可能である回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とし，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材を磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合して磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む磁路に励磁コイルが磁束を誘起するよう構成し，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である。
【００４４】
回転子はリラクタンストルクを利用できる磁極構造としながら隣接する突極の一方である島状突極から電機子に流れる磁束の方向及び量を固定とし，他方の突極である磁性体突極を励磁部からの磁束が通るよう構成して励磁部により磁束量を制御する方法である。回転子は磁性体基板が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された磁極構造，或いは径方向と直交する平面状或いは曲面状の永久磁石で磁性体基板が周方向に区分された磁極構造として隣接する突極が互いに異極に磁化され，同時に相隣る突極の一方である島状突極は励磁部からの磁束が通り難いよう構成される。励磁部に於ける励磁コイルから磁性体突極に磁束を流して電機子に流れる磁束量を変更する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第一の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図２】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】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】図１に示された回転電機の磁化状態の異なる励磁部の縦断面図である。
【図５】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。
【図６】第二の実施例による回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。
【図７】第三の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図８】図７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９】図８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１０】図７に示された回転電機の磁化状態の異なる励磁部の縦断面図である。
【図１１】第四の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１２】（ａ）は図１１に示された回転電機の回転子を左方向から見て透視した平面図であり，（ｂ）は図１１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。
【図１３】図１２に示された回転子，電機子の周方向磁極構成及び磁束の流れを示す。
【図１４】第五の実施例による回転電機の電機子と回転子とを示す断面図である。
【図１５】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１６】図１４に示された電機子と回転子の断面及び磁束の流れを示す。
【図１７】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。
【図１８】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。
【発明を実施するための形態】
【００４６】
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。
【実施例１】
【００４７】
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，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。
【００４８】
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。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１４と，電機子コイル１６とを有している。回転子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た表面磁極部１７，円筒状磁気コア１８，支持体１９を有して回転軸１１と共に回転するよう構成されている。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１８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１８，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。
【００４９】
同図に於いて，円筒状磁気コア１８の右端と微小間隙を介して対向する励磁部は界磁極１ａ，界磁極１ｂ，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ，励磁コイル１ｅを含み，ハウジング１２に配置されている。第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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。番号１ｆ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１ｅ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１８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。
【００５０】
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いる。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２１及び磁性体突極２２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２１と磁性体突極２２とは互いに異極に磁化されている。本実施例で島状突極２１はＮ極に，磁性体突極２２はＳ極に磁化されて電機子に対向している。島状突極２１の両側の永久磁石をそれぞれ永久磁石２３，２５とし，永久磁石２３，２５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２１に於いて電機子とは対向しない側に離隔部材である磁気的な空隙２４が配置されている。磁性体突極２２は電機子と対向しない側で円筒状磁気コア１８に接続され，励磁部からの磁束が径方向に流れる構成である。
【００５１】
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２３，２５が挿入され，磁気的な空隙２４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１８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２１，磁性体突極２２，円筒状磁気コア１８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。
【００５２】
図２に於いて，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１４と，磁性体歯１４に巻回された電機子コイル１６とから構成されている。電機子の磁性体歯１４先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部２６を隣接する磁性体歯１４先端部間に配置されている。磁性体歯１４及び可飽和磁性体結合部２６はケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル１６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。
【００５３】
可飽和磁性体結合部２６は隣接する磁性体歯１４同士を機械的に連結させて磁性体歯１４の支持強度を向上させ，磁性体歯１４の不要な振動を抑制させる。可飽和磁性体結合部２６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１６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１６に電流が供給されると，時間と共に可飽和磁性体結合部２６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２６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２６はこの点でも磁性体歯１４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。
【００５４】
図２に示す電機子は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１６及び磁性体歯１４が周方向の異なる位置に配置されている。電機子コイル１６は周方向に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６極に対して１８個の電機子コイル１６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であり，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群である。Ｕ相の電機子コイルが島状突極２１に正対した時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極２２に正対する関係にあり，Ｕ相の電機子コイル及びＵ’相の電機子コイルは電流を流された時に互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続されている。Ｖ相とＶ’相の電機子コイル，Ｗ相とＷ’相の電機子コイル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。
【００５５】
図３は図２に示した回転子の表面磁極部１７及び電機子の断面を拡大して示す図であり，永久磁石２３，２５と励磁部からの磁束の流れを説明する。図３は励磁部が電機子コイル１６と鎖交する磁束量を永久磁石２３，２５のみの場合より増大させる場合を示している。
【００５６】
図３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３１，３２，３３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と正対するよう構成されている。その際に永久磁石２３，２５からの磁束がＵ相の電機子コイル３１と鎖交して流れる方向と，Ｕ’相の電機子コイル３４と鎖交して流れ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ている。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。
【００５７】
点線３７は永久磁石２３，２５からの磁束を代表して示している。同図に於いて，永久磁石２３，２５からの磁束３７がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル３１，３２，３３を鎖交する方向と，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル３４，３５，３６を鎖交する方向とは互いに逆方向である事が示されている。したがって，永久磁石２３，２５からの磁束３７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。
【００５８】
図３において，励磁部からの磁束を番号３８で示すように島状突極２１には磁気的な空隙２４により阻害されて流れず，専ら磁性体突極２２を介して径方向に流れる。その方向を永久磁石２３，２５により島状突極２１が磁化される方向とは逆方向に流れるよう供給すると，磁束３８はＷ相の電機子コイル３３，Ｕ’相の電機子コイル３４，Ｖ’相の電機子コイル３５と鎖交し，その方向は永久磁石２３，２５による磁束３７の方向と同じであ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２３，２５のみの場合より増大させる状態となる。磁束３８の流れる方向を図３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２３，２５のみの場合より減少させる状態となる。
【００５９】
励磁部からの磁束３８は専ら磁性体突極２２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，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いて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２１に対向する時に，他方が磁性体突極２２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或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【００６０】
図４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，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの異なる磁化状態をそれぞれ示している。図１及び図４（ａ），（ｂ），（ｃ）に於いて，励磁部の主要部を構成する第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ，励磁コイル１ｅ，界磁極１ａ，１ｂ，導体層１ｆは回転軸１１を周回する形状である。界磁極１ａ，第一界磁磁石１ｃ，界磁極１ｂ，第二界磁磁石１ｄで構成する閉磁路に磁束を誘起するよう励磁コイル１ｅが配置されている。また，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄからの磁束は界磁極１ｂ，円筒状磁気コア１８，磁性体突極２２，磁性体歯１４，円筒状磁気ヨーク１５，界磁極１ａで構成される主磁路を流れ，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄは主磁路に並列に接続される構成である。
【００６１】
永久磁石２３，２５は島状突極２１，磁性体突極２２をそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化するので磁性体突極２２をＳ極に磁化する界磁磁石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１に示した磁化状態では第一界磁磁石１ｃが第一磁化に，第二界磁磁石１ｄが第二磁化に相当し，励磁部内で閉磁路が構成されて磁束は外部に供給されていない。
【００６２】
第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの磁気特性及び寸法等は，第一界磁磁石１ｃの厚みをＬ１，磁化変更に要する磁界強度をＨ１とし，第二界磁磁石１ｄ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より小とし，Ｈ１＊Ｌ１がＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大とされている。
【００６３】
励磁コイル１ｅに供給する磁化電流のピーク値と巻回数との積をＡＴとしてそれぞれの界磁磁石の磁化を変更するＡＴは次のように設定されている。第一界磁磁石１ｃの磁化を変更するＡＴはＨ１＊Ｌ１より大に，第二界磁磁石１ｄ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界磁磁石を磁化する方向に応じて設定する。
【００６４】
励磁コイル１ｅは第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄを直列に繋ぐ励磁磁路に配置され，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの磁化状態はそれぞれ変更される。第一界磁磁石１ｃにはネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ），第二界磁磁石１ｄにはアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）を適用して上記条件に合う界磁磁石を構成している。
【００６５】
上記構成に於いて，第一界磁磁石１ｃの磁化変更に際して第二界磁磁石１ｄは常に励磁磁束の方向に従って速やかに磁化されて励磁磁束への磁気抵抗は小である。第二界磁磁石１ｄの磁化変更に際し，励磁磁束の方向が第一界磁磁石１ｃ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界磁磁石１ｃ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界磁磁石１ｃを空隙と見なした励磁磁路の磁気抵抗は小である。
【００６６】
したがって，第一界磁磁石１ｃ或いは第二界磁磁石１ｄ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界磁磁石１ｃ及び第二界磁磁石１ｄの磁化変更は容易である。更に，円筒状磁気コア１８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１ｅが誘起するパルス状の励磁磁束は主磁路を流れ難い。
【００６７】
電機子に対向する回転子表面或いは磁極内には電機子コイルの作る磁界によって容易に非可逆減磁を生じないネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）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界磁磁石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。本実施例では第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄが直列に接続された回路に励磁磁束は誘起されるので抗磁力を変える必要があた。それぞれの界磁磁石には素材の異なる磁石を採用し，それぞれの界磁磁石の磁化容易さは抗磁力と厚みの積により調整している。
【００６８】
本実施例の回転電機装置に於いて，電機子コイル１６によって誘起される磁束は，磁性体突極２２，島状突極２１，磁性体歯１４，円筒状磁気ヨーク１５等の近傍を主として流れ，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの磁化状態に影響を及ぼす可能性は少ない。第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄには低保持力の磁石素材を適用出来て磁化状態の変更は容易となる。
【００６９】
図４（ａ），（ｂ），（ｃ）を用いて第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの磁化を変更するステップを説明する。図４（ａ）では第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄが共に第一磁化である。第一界磁磁石１ｃを第一磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｅに供給して第一界磁磁石１ｃを第一磁化に磁化する。この時，第二界磁磁石１ｄは第二磁化となるので第二界磁磁石１ｄのみを第一磁化に励磁する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル１ｅ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２３，２５のみの場合より増加される。
【００７０】
図４（ｂ）は図４（ａ）に於いて，第二界磁磁石１ｄ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１ｅに供給する。この状態で第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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量は永久磁石２３，２５からの磁束のみの状態である。
【００７１】
図４（ｃ）は図４（ｂ）に於いて，第一界磁磁石１ｃ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１ｅに供給して第一界磁磁石１ｃを第二磁化とする。この時，第二界磁磁石１ｄは第一磁化となるので第二界磁磁石１ｄ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１ｅ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２３，２５のみの場合より減少される。
【００７２】
導体層１ｆは回転軸１１を周回する銅板で構成され，励磁コイル１ｅの作る磁束を励磁磁路に集中させ，励磁コイル１ｅ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１ｅにパルス状の磁化電流が供給されると，導体層１ｆには鎖交する磁束の変化を妨げる方向の電流が誘起され，これにより励磁コイル１ｅのインダクタンスを実効的に減少する。さらに誘起された電流により導体層１ｆ内に励磁コイル１ｅの作る磁束が流れ難くなり励磁磁路に励磁コイル１ｅの作る磁束が集中させられる。励磁部を構成する磁性体部材である界磁極１ａ，１ｂには比抵抗が大である圧粉鉄心で構成している。他に渦電流損を生じ難い比抵抗の大きなバルク状磁性体を用いる事も出来る。
【００７３】
電機子を流れる磁束量はこのように励磁コイル１ｅに供給する磁化電流を変えて第一磁化，第二磁化にそれぞれ対応する磁石数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１ｅ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１ｅ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１６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。
【００７４】
第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの磁化状態は離散的であるが，本実施例ではさらに第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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１ｅに供給して磁束を発生させ，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ及び永久磁石２３，２５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。磁束調整電流は第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄの各磁化状態の組み合わせに於いて磁束量を増減するよう磁束量の調整方向に応じて極性が変えられる。
【００７５】
磁束調整電流による磁束は第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄを共に含む閉磁路，第一界磁磁石１ｃと主磁路を含む閉磁路に誘起される。第一界磁磁石１ｃの厚みＬ１を小に，第二界磁磁石１ｄの厚みＬ２を大に設定し，さらに第二界磁磁石１ｄを空隙と見なした磁気抵抗が主磁路の磁気抵抗より大となるように設定し，磁束調整電流による磁束の殆どを主磁路に流れるよう構成して電機子コイル１６と鎖交させる。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。
【００７６】
以上，図１から図４に示した回転電機に於いて，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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。
【００７７】
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，第一界磁磁石１ｃ，第二界磁磁石１ｄ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１ｅ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１ｅに磁束調整電流を供給する。
【００７８】
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１ｅ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石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１ｅに供給されて第一磁化の磁石数を減じると共に第二磁化の磁石数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。
【００７９】
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１ｅ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石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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を増すと共に第二磁化の磁石数を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。
【００８０】
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１ｅ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石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１ｅに供給されて第一磁化の磁石数を減じると共に第二磁化の磁石数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。
【００８１】
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１ｅ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石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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を増すと共に第二磁化の磁石数を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。
【００８２】
本実施例に於いて，永久磁石２３，２５により島状突極２１及び磁性体突極２２を互いに異極に磁化し，磁気的な空隙２４で島状突極２１には励磁部からの磁束が流れ難いように構成している。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。島状突極２１には磁気的な空隙２４を配置しているが，磁気的な空隙２４を永久磁石で置き換えて島状突極２１及び磁性体突極２２の励磁を更に強化する構成も可能である。さらに磁性体突極２２側にも厚みの薄い永久磁石を配置する事も可能である。
【００８３】
また本実施例に於いて，回転子両端にそれぞれ励磁部を配置したが，全く同一の構成で何れの励磁部も磁性体突極２２を同じ方向に励磁する。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に配置したのであって，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１６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。
【００８４】
また，第一，第二電機子磁極群に於いて，同相の電機子コイル同士は電流が流された時に互いに逆方向の磁束が誘起されるよう直列に接続されている。回転電機が電動機として用いられる場合において，第一，第二電機子磁極群にそれぞれ接続される駆動回路を持ち，電機子コイルが島状突極或いは磁性体突極に対向するそれぞれの場合で駆動電流条件を切り替えてトルク変動を更に低減する構成も可能である。本発明は何れの構成にも適用可能であり，回転電機仕様に応じて構成を選択する。
【実施例２】
【００８５】
本発明による回転電機システムの第二実施例を図６を用いて説明する。第二実施例は，第一実施例と回転子の表面磁極部１７の構成が異なる回転電機システムであり，図６に示す電機子及び回転子の断面図を用いてその構成を説明する。
【００８６】
図６に於いて，表面磁極部には磁性体突極と集合磁石とが周方向に交互に配置されている。中間磁性体突極６３の両側面にほぼ同じ磁化方向の磁石板６５，６６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６１，磁性体突極６２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６１，磁性体突極６２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６１，磁性体突極６２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６４，６５，６６，６７に付された矢印は磁石板６４，６５，６６，６７の板面にほぼ直交する磁化方向を示す。
【００８７】
島状突極６１は周方向両側に配置された磁石板６４，６５及び内周側の非磁性体６８によって磁性体突極６２から磁気的に離隔されている。磁性体突極６２の周方向両側面には磁石板６６，６７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６２は繋がっている。磁石板６４，６５，６６，６７により島状突極６１はＮ極に磁化され，磁性体突極６２はＳ極に磁化されている。
【００８８】
第一実施例と同様に励磁部によって円筒状磁気コア１８，円筒状磁気ヨーク１５間に磁束が流されると，励磁磁束は磁石板６４，６５及び非磁性体６８に阻まれて島状突極６１には流れず，磁性体突極６２を介して磁性体歯１４に流れる。回転子の磁極構成は異なるが，励磁部により電機子コイル１６と鎖交する磁束量を制御する原理作用は同じであり，更なる説明は省略する。
【実施例３】
【００８９】
本発明による回転電機システムの第三実施例を図７から図１０を用いて説明する。第三実施例は，二つの電機子が回転子に対向し，界磁磁石の磁化状態は連続的に変えられる回転電機システムである。
【００９０】
図７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。回転子は第一実施例とは構成が異なる表面磁極部７４及び界磁極７７，７８，界磁磁石７９，支持体１９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７１，電機子コイル７２を有する第一電機子磁極群を，右側の電機子は磁性体歯７３，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。
【００９１】
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７７，７８間に径方向の厚みが連続的に変わる界磁磁石７９が配置され，界磁極７７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７５と微小間隙を介して対向し，励磁コイル７６が円環状磁気コア７５，円筒状磁気ヨーク１５，磁性体歯７１，表面磁極部７４，界磁極７８，界磁磁石７９，界磁極７７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。番号７ａは非磁性体を示し，界磁磁石７９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，励磁コイルに番号を付していないが，全く同じ構成である。
【００９２】
図８は図７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示している。表面磁極部７４にはそれぞれ径方向に突出する形状を持つ島状突極８１，磁性体突極８２が周方向に交互に配置されている。島状突極８１には内周部分に永久磁石８３が配置され，磁性体突極８２には内周部分に永久磁石８４及び磁性体板８５が配置されている。隣接する永久磁石８３，８４の磁化方向が互いに逆として島状突極８１，磁性体突極８２はそれぞれＮ極，Ｓ極に磁化されている。永久磁石８３，８４に於ける矢印は磁化の方向を示す。
【００９３】
永久磁石８３及び永久磁石８４は離隔部材であり，永久磁石８３は永久磁石８４より径方向の厚みを大として島状突極８１を励磁部からの磁束が通り難くされている。磁性体板８５は永久磁石８３，８４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８１，磁性体突極８２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８３，８４及び磁性体板８５が挿入される。界磁極７７，７８は圧粉鉄心で構成され，励磁部からの磁束を伝搬させる。
【００９４】
図８に於いて，電機子は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７３と，磁性体歯７３に巻回された電機子コイル８６とから構成されている。電機子の磁性体歯８６先端には径方向に短い可飽和磁性体結合部８７を隣接する磁性体歯７３先端部間に設けてある。磁性体歯７３及び可飽和磁性体結合部８７はケイ素鋼板を型で打ち抜いて積層され，電機子コイル８６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。
【００９５】
図８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８６及び磁性体歯７３が周方向に並ぶ構成である。電機子コイル８６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６極に対して９個の電機子コイルが配置されている。図７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８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７２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６極に対して９個の電機子コイルが配置されている。
【００９６】
図７に於いて，左右の電機子は周方向の位置は以下のように相互に偏倚して構成されている。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルは第一電機子磁極群であり，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群である。Ｕ相の電機子コイルが島状突極８１に正対した時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極８２に正対する関係にあり，電流が流された時にＵ相の電機子コイル及びＵ’相の電機子コイルは互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続されている。Ｖ相とＶ’相の電機子コイル，Ｗ相とＷ’相の電機子コイル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。
【００９７】
図９は図８に示した回転子の表面磁極部７４及び電機子の断面を拡大して示す図であり，永久磁石８３，８４と励磁部による磁束の流れを説明する。図９（ａ）は表面磁極部７４及び第一電機子磁極群の断面を，図９（ｂ）は表面磁極部７４及び第二電機子磁極群の断面をそれぞれ示している。図９（ａ），（ｂ）は励磁部が電機子コイル７２，８４と鎖交する磁束量を永久磁石８３，８４のみの場合より増大させる場合を示している。
【００９８】
図９（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７２をそれぞれ電機子コイル９１，９２，９３とし，図９（ｂ）に於いて，第二電機子磁極群の電機子コイル８６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９４，９５，９６として示されている。Ｕ相の電機子コイル９１が島状突極８１に正対する時にはＵ’相の電機子コイル９４は磁性体突極８２と正対するよう互いに偏倚して配置されている。その際に永久磁石８３，８４からの磁束がＵ相の電機子コイル９１と鎖交して流れる方向と，Ｕ’相の電機子コイル９４と鎖交して流れる方向とは互いに逆方向であり，電流を流した時にＵ相の電機子コイル９１とＵ’相の電機子コイル９４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９２とＶ’相の電機子コイル９５，Ｗ相の電機子コイル９３とＷ’相の電機子コイル９６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。
【００９９】
点線９７は永久磁石８３，８４からの磁束を代表して示している。図９（ａ）に於いて，永久磁石８３のＮ極から磁束９７は島状突極８１，磁性体歯７１，円筒状磁気ヨーク１５，隣接する磁性体歯７１，永久磁石８４，磁性体突極８２を介して永久磁石８３のＳ極に環流する。図９（ｂ）に於いて，永久磁石８３のＮ極から磁束９７は島状突極８１，磁性体歯７３，円筒状磁気ヨーク１５，隣接する磁性体歯７３，永久磁石８４，磁性体突極８２を介して永久磁石８３のＳ極に環流する。これらの磁束の流れる経路に於いて，Ｕ相の電機子コイル９１とＵ’相の電機子コイル９４と上記磁束が鎖交する方向は互いに逆であり，Ｖ相の電機子コイル９２とＶ’相の電機子コイル９５，Ｗ相の電機子コイル９３とＷ’相の電機子コイル９６も同様である事が示されている。したがって，永久磁石８３，８４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８１，磁性体突極８２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。
【０１００】
図９（ａ），（ｂ）に於いて，励磁部からの磁束は番号９８で示すように円筒状磁気ヨーク１５から界磁極７７の方向に流れているが，永久磁石８３，８４の厚みの差により島状突極８１には殆ど流れず，専ら磁性体突極８２を介して電機子側に流れる。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８３，８４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９８は永久磁石８３，８４の磁化状態に影響を及ぼすほどには強くない。また，永久磁石８４の厚みを永久磁石８３の厚みより小に設定したので励磁部からの磁束９８は永久磁石８４を通過し，永久磁石８３を通過し難い。
【０１０１】
励磁部からの磁束９８の方向は島状突極８１が磁化された方向とは逆方向であるので磁束９８はＶ相の電機子コイル９２，Ｗ相の電機子コイル９３，Ｕ’相の電機子コイル９４と鎖交し，その方向は永久磁石８３，８４による磁束９７の方向と同じであ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８３，８４のみの場合より増大させる。磁束９８の流れる方向を図９（ａ），（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８３，８４のみの場合より減少させる状態となる。
【０１０２】
磁束９８は専ら磁性体突極８２を介して電機子側に流れ，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に配置され，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いて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８１に対向する時に，他方が磁性体突極８２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或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【０１０３】
図７に示されるように界磁極７７，７８間は径方向の間隙長が軸方向に徐々に変わり，径方向の長さが変わる界磁磁石７９が配置されている。界磁磁石７９は長さが軸方向に変わり，永久磁石要素が長さを変えて並列に接続された状態である。励磁コイル７６に磁化電流が供給されると，界磁磁石７９に接する界磁極７７，７８間の磁気ポテンシャル差（起磁力）はほぼ同じとして各磁石要素内では磁気ポテンシャル差を径方向長さで除した値に相当する磁界強度の磁界が加えられる。
【０１０４】
したがって，径方向に短い磁石要素が磁化されやすく，径方向に長い磁石要素は磁化され難い。励磁コイル７６に供給する磁化電流により界磁磁石７９を一括して励磁すると，磁束は磁界強度が大となる径方向に短い側に磁束が集中し，磁界強度が抗磁力より大となる領域が磁化される。励磁コイル７６に供給する磁化電流を増やすと磁化される界磁磁石の領域は径方向に長い側に広がって磁化される領域を制御できる。
【０１０５】
上記説明のように界磁磁石７９は界磁極７７，７８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。励磁コイル７６に加えられる磁化電流の大きさにより磁化される領域の広さを変え，さらに磁化電流の極性により磁化される方向が変えられる。図７に示したように径方向の磁化を有する領域が界磁磁石７９内に共存し，径方向の磁化領域の磁極面積の大きさを変える事により電機子側に流れる磁束量が変わる。また，径方向の磁化領域の一方を消磁状態とする事も可能である。図９（ａ），（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７８側に励磁磁束を流す場合が電機子コイル７２，８６と鎖交する磁束量を実効的に増やすので内径方向の磁化が第一磁化，その逆方向である外径方向の磁化が第二磁化に相当する。
【０１０６】
図１０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７９の磁化状態変更のステップを説明する。励磁コイル７６に供給された磁化電流が界磁磁石内に加える磁界強度より小の抗磁力を持つ界磁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。図１０（ａ）は，図７に示した界磁磁石７９の上半分の縦断面を拡大して示し，第一磁化である界磁磁石領域１０１，第二磁化である界磁磁石領域１０２に区分されて示されている。
【０１０７】
第一磁化である界磁磁石領域１０１の磁化領域を減じると第二磁化である界磁磁石領域１０２の磁化領域が拡大される。界磁磁石領域１０２は界磁磁石領域１０１より径方向の長さが短いので図１０（ａ）の状態から第一磁化である界磁磁石領域１０１の磁化領域を減じるには界磁磁石領域１０２の領域を増すよう磁化する振幅及び極性の磁化電流を励磁コイル７６に加える。すなわち，第二磁化の磁極面積増大分に相当する領域分を界磁磁石領域１０２に加えた領域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７６に加える。図１０（ｂ）の界磁磁石領域１０２内の斜線部分１０３は界磁磁石領域１０２の増大分（界磁磁石領域１０１の減少分）を示す。
【０１０８】
図１０（ａ）の状態から第一磁化である界磁磁石領域１０１の磁化領域を増すには，界磁磁石の径方向長さの最も短い領域に於いて界磁磁石領域１０１の増大させる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７６に加える。図１０（ｃ）の斜線部分１０４は第一磁化の増加分を示す。図１０（ｃ）の状態に於いて，第一磁化の磁極面積は界磁磁石領域１０１の磁極面積と斜線部１０４の磁極面積との和になる。
【０１０９】
電機子コイル７２，８６と鎖交する磁束量はこのように励磁コイル７６に供給する磁化電流の振幅及び極性を変えて界磁磁石７９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７６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７６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。
【０１１０】
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７２，８６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。
【０１１１】
電機子コイル７２，８６に現れる誘起電圧の振幅は電機子コイル７２，８６と鎖交する磁束量及び回転速度にほぼ比例する。界磁磁石領域１０１の磁極表面積を増やすよう励磁コイル７６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。
【０１１２】
本実施例に於いて，界磁磁石７９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７９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７９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７６に供給して磁束を発生させ，界磁磁石７９及び永久磁石８３，８４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７９の厚みの小さい領域を流れる事になる。
【０１１３】
図５に於いて，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７９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７６に磁化状態変更の為の磁化電流を供給する。電機子を流れる磁束量の微調整を行う場合には切換スイッチ５８により磁束調整回路５９を接続して励磁コイル７６に磁束調整電流を供給して磁束を発生させる。磁束調整電流は界磁磁石７９の磁化状態を非可逆的に変更させない程度の大きさであり，磁束量の調整方向に応じて極性が変えられる。
【０１１４】
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７６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７６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１０（ａ）の状態に於いて第二磁化の磁極面積を増すには，第二磁化の磁極面積増大分に相当する領域分（図１０（ｂ）の斜線部分１０３）を界磁磁石領域１０２に加えた領域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磁化制御回路５ａから励磁コイル７６に供給する。
【０１１５】
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７６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７６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１０（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１０２内に第一磁化の磁極面積増加分に相当する領域分（図１０（ｃ）の斜線部分１０４）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磁化制御回路５ａから励磁コイル７６に供給する。
【０１１６】
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７６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７６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１０（ａ）の状態に於いて第二磁化の磁極面積を増すには，第二磁化の磁極面積増大分に相当する領域分（図１０（ｂ）の斜線部分１０３）を界磁磁石領域１０２に加えた領域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磁化制御回路５ａから励磁コイル７６に供給する。
【０１１７】
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７６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７６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１０（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１０２内に第一磁化の磁極面積増加分に相当する領域分（図１０（ｃ）の斜線部分１０４）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磁化制御回路５ａから励磁コイル７６に供給する。
【０１１８】
本実施例で界磁磁石の厚みが軸方向に連続的に変わる構成であるが，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界磁磁石要素を磁性体間に配置する構成の何れも可能である。更に本実施例は同じ構成の励磁コイル及び界磁磁石の組み合わせを左右に有しているが，これは軸長の長い回転電機に於いて励磁磁束を軸方向に均一に流す為の構成であって，二つの電機子にそれぞれ対応する訳ではない。本実施例のように二つの電機子を軸方向に並べる場合でも比較的軸方向に短い回転電機では一組の励磁コイルと界磁磁石で構成する事が出来，回転電機仕様により選択する。
【実施例４】
【０１１９】
本発明による回転電機システムの第四実施例を図１１から図１３を用いて説明する。第四実施例は，励磁部が界磁磁石を持たず，電流励磁とする回転電機システムである。図１１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１１ｄに固定軸１１１及び電機子が固定され，固定軸１１１にベアリング１１３を介してロータハウジング１１２が回動可能に支持されている。ロータハウジング１１２は非磁性のステンレススチールで構成され，磁性体基板１１７及び永久磁石１１８を有し，電機子との対向面には島状突極１１９及び磁性体基板１１７の一部である磁性体突極１１ａとが周方向に交互に配置されている。永久磁石１１８内の矢印は磁化方向を示している。
【０１２０】
電機子は基板１１ｄに固定された円環状磁気ヨーク１１５と，円環状磁気ヨーク１１５に配置された電機子コイル１１６とを有している。励磁部は，円環状磁気ヨーク１１５に繋がる円筒状磁気コア１１ｂと励磁磁路部材である円筒状磁気コア１１ｂに巻回された励磁コイル１１ｃで構成されている。
【０１２１】
図１２（ａ）は回転子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１１２に磁性体基板１１７が配置され，電機子に対向する面には島状突極１１９及び磁性体基板１１７の一部である磁性体突極１１ａとが周方向に交互に配置されている。番号１２１，１２２は島状突極１１９と磁性体突極１１ａ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，永久磁石１１８と共に島状突極１１９をＳ極に，磁性体突極１１ａをＮ極に磁化している。永久磁石１２１，１２２内の矢印は永久磁石１２１，１２２の磁化方向を示し，島状突極１１９及び磁性体突極１１ａ内のＮ，Ｓは永久磁石１１８，１２１，１２２によって磁化された極性を示す。回転子の表面に於いて島状突極と磁性体突極は軸方向に短い磁性体で繋がって一体化されているので表面から島状突極と磁性体突極間の永久磁石１２１，１２２は見えないが判りやすいように示している。
【０１２２】
図１２（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１１ｄに固定された円環状磁気ヨーク１１５と，円環状磁気ヨーク１１５に配置された電機子コイル１１６とから構成されている。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６極に対して１８個の電機子コイル１１６が配置されている。
【０１２３】
Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルは第一電機子磁極群であり，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルは第二電機子磁極群である。Ｕ相の電機子コイルが島状突極１１９に正対した時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極１１ａに正対する関係にあり，電流が流された時にＵ相の電機子コイル及びＵ’相の電機子コイルは互いに逆方向の磁束を発生するよう直列に接続されている。Ｖ相とＶ’相の電機子コイル，Ｗ相とＷ’相の電機子コイル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。
【０１２４】
図１３は図１２のＣ−Ｃ’に沿う回転子及び電機子の周方向断面を示す図であり，永久磁石１１８，１２１，１２２と励磁部による磁束の流れを説明する。図１３は励磁部が電機子コイル１１６と鎖交する磁束量を永久磁石１１８，１２１，１２２のみの場合より増大させる場合を示している。
【０１２５】
図１３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１３１，１３２，１３３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１３４，１３５，１３６として示されている。Ｕ相の電機子コイル１３１が島状突極１１９に正対する時にはＵ’相の電機子コイル１３４は磁性体突極１１ａと正対するよう配置されている。その際に永久磁石１１８，１２１，１２２からの磁束１３７がＶ相の電機子コイル１３２と鎖交して流れる方向とＶ’相の電機子コイル１３５と鎖交して流れる方向とは互いに逆方向であり，電流が流された時にＶ相の電機子コイル１３２とＶ’相の電機子コイル１３５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。Ｕ相の電機子コイル１３１とＵ’相の電機子コイル１３４，Ｗ相の電機子コイル１３３とＷ’相の電機子コイル１３６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。
【０１２６】
励磁部からの磁束を番号１３８で示すように永久磁石１１８に阻害されて島状突極１１９内を流れず，専ら磁性体突極１１ａを介して電機子側に流れる。その方向を永久磁石１１８，１２１，１２２により島状突極１１９が磁化される方向とは逆方向に流れるよう供給すると，磁束１３８はＷ相の電機子コイル１３３，Ｕ’相の電機子コイル１３４，Ｖ’相の電機子コイル１３５と鎖交し，その方向は永久磁石１１８，１２１，１２２による磁束１３７の方向と同じであ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１１８，１２１，１２２のみの場合より増大させる状態となる。磁束１３８の流れる方向を図１３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１１８，１２１，１２２のみの場合より減少させる状態となる。
【０１２７】
上記説明のように島状突極１１９，磁性体突極１１ａから流れ出る磁束量は本質的にアンバランスであり，さらに励磁部からの磁束１３８は専ら磁性体突極１１ａを介して電機子側に流れるので各電機子コイルに誘起される電流は一様ではない。しかし，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群の電機子コイルは周方向に配置され，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群に於いて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１１９に対向する時に，他方が磁性体突極１１ａ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或いは発電電圧波形歪みが抑制される。
【０１２８】
励磁部は，図１１に示されるように円環状磁気ヨーク１１５に繋がる円筒状磁気コア１１ｂと円筒状磁気コア１１ｂに巻回された励磁コイル１１ｃで構成されている。円筒状磁気コア１１ｂの左端は磁性体基板１１７と微小間隙を介して対向し，励磁コイル１１ｃは円筒状磁気コア１１ｂ，磁性体基板１１７，磁性体突極１１ａ，円環状磁気ヨーク１１５で構成される磁路に励磁磁束を誘起する構成である。図１３を用いて説明したように励磁コイル１１ｃに供給する電流を変えて電機子コイル１１６と鎖交する磁束量を実効的に制御できる。
【０１２９】
本実施例に於いて，軸方向には三つの磁路が存在して並列に接続されている。磁性体基板１１７，永久磁石１１８，島状突極１１９，円環状磁気ヨーク１１５で構成される第一磁路と，磁性体基板１１７，磁性体突極１１ａ，円環状磁気ヨーク１１５で構成される第二磁路と，磁性体基板１１７，円筒状磁気コア１１ｂ，円環状磁気ヨーク１１５で構成される第三磁路とである。永久磁石１２１，１２２からの磁束は図１３に示されるように磁性体基板１１７，円環状磁気ヨーク１１５を介して小さな磁路で環流するが，永久磁石１１８からの磁束は第三磁路に流れる懸念が残る。永久磁石１１８からの磁束が第三磁路に流れて短絡し難いように磁性体基板１１７，円筒状磁気コア１１ｂ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。
【０１３０】
本実施例では，電機子コイル１１６は集中巻きとして説明したが，当然に分布巻きの構成とする事も可能である。電機子コイル１１６は空芯としたのでコギングトルクの発生が抑制される利点があるが，円環状磁気ヨーク１１５に配置する磁性体歯に巻回する構成も可能であり，その場合は出力の向上が見込まれる。また，島状突極１１９を永久磁石１１８，１２１，１２２と共に一体の永久磁石として構成する事も出来る。本発明は何れの構成にも適用可能であり，回転電機装置の仕様に応じて選択する。
【実施例５】
【０１３１】
本発明による回転電機システムの第五実施例を図１４から図１７を用いて説明する。第五実施例は，第一実施例に於いて島状突極内の磁気的な空隙２４に配置された非磁性体に替えて副界磁磁石を配置し，電機子コイルに供給する電流により副界磁磁石の磁化状態を変える回転電機システムである。第五実施例は第一実施例とほぼ同じ構成であり，島状突極内の磁気的な空隙２４の非磁性体に替えて副界磁磁石を配置した点が異なるのみであるので第一実施例と異なる点に集中して説明する。
【０１３２】
図１４は第五実施例による回転電機の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。図２に示した第一実施例の電機子及び回転子の断面図とほぼ同じであるが，回転子に副界磁磁石１４１が配置されている点が異なる。副界磁磁石１４１は磁化変更容易とするよう永久磁石２３，２５より抗磁力と磁化方向の厚みの積が小に設定され，副界磁磁石１４１内の矢印は磁化方向を示す。
【０１３３】
図１５から図１７を用いて副界磁磁石の磁化状態変更の動作原理を説明する。図１５は島状突極２１，磁性体突極２２の近傍を拡大して示し，副界磁磁石１４１を磁化する為に電機子コイルから誘起される磁束の流れを説明する。同図に於いて第一電機子磁極群に含まれる電機子コイル１６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各電機子コイルは番号３１，３２，３３を付され，第二電機子磁極群に含まれる電機子コイル１６はＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の各電機子コイルは番号３４，３５，３６を付されている。
【０１３４】
同図に於いて，島状突極２１には電機子コイル３１，３２が巻回されている磁性体歯１４が対向し，磁性体突極２２には電機子コイル３４，３５が巻回されている磁性体歯１４が対向している。電機子コイル３１と電機子コイル３４は互いに逆方向の磁束を誘起するよう接続されているので点線１５１で示すように磁束が副界磁磁石１４１を通って流れる。電機子コイル３２と電機子コイル３５の関係も同じであって誘起された磁束１５２が副界磁磁石１４１を通って流れる。
【０１３５】
図１７は電機子コイル３１−３６と駆動回路との結線状態の主要部を示している。電機子コイル３１と電機子コイル３４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３２と電機子コイル３５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３３と電機子コイル３６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。上記スイッチ素子のオンオフを制御する制御部は図示されていない。
【０１３６】
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。図１５に示したように副界磁磁石１４１の磁化状態を変更する為に島状突極２１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。
【０１３７】
図１５に示した磁束１５１，１５２を誘起するよう電機子コイル３１，３４，３２，３５に磁化電流１７ｂ，１７ｃを供給するにはスイッチ素子１７３及び１７５及び１７ａをオンとする。磁束１５１，１５２の流れを逆方向とするにはスイッチ素子１７４及び１７６及び１７９をオンとして磁化電流１７ｄ，１７ｅを電機子コイル３１，３４，３２，３５に流す。磁化電流を流す為に通常より更に高い電圧を必要とする際には電池１７２の電圧を昇圧する装置を用いる事も出来る。
【０１３８】
図１６は副界磁磁石１４１の磁化方向が異なる場合について島状突極２１から電機子側に流れる磁束量を強める場合，弱める場合を示している。図１６（ａ）は永久磁石２３，２５及び副界磁磁石１４１が共に島状突極２１をＮ極に磁化し，副界磁磁石１４１が島状突極２１から電機子側に流れる磁束量を強める場合を示している。番号１６１は永久磁石２３，２５及び副界磁磁石１４１から電機子側に流れる磁束の流れる経路を示す。
【０１３９】
図１６（ｂ）は副界磁磁石１４１が島状突極２１を永久磁石２３，２５とは異なる方向に磁化する場合であって永久磁石２３，２５及び副界磁磁石１４１からの磁束は番号１６２で示されるように閉磁路を形成して電機子側には流れ難くなる。永久磁石２３，２５及び副界磁磁石１４１から流れ出る磁束量をそれぞれの磁気特性，磁極面積等を設定し，島状突極２１から電機子側に流れる磁束量の最大値，最小値を設定できる。
【０１４０】
本実施例は第一実施例とほぼ同じ構成であり，島状突極２１内の磁気的な空隙２４に配置された非磁性体に替えて副界磁磁石１４１を配置した点が異なるのみである。島状突極２１の機能，励磁部の動作原理等は第一実施例において説明されているので更なる説明は省略する。
【０１４１】
第一実施例から第四実施例まで島状突極から電機子側に流れる磁束量は一定とし，磁性体突極を流れる磁束量を励磁部により制御するので電機子側に流れる磁束量の最小値には限界が存在した。本実施例は島状突極から電機子側に流れる磁束量を変えて電機子側に流れる磁束量の制御範囲を拡大出来る。
【実施例６】
【０１４２】
本発明の第六実施例による回転電機システムを図１８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１８１は第一実施例で示した回転電機を示し，回転電機１８１はハイブリッドカーのエンジン１８２と回転力を伝達するよう結合された回転軸１８９を持ち，回転軸１８９の回転力はトランスミッション１８３を介して駆動軸１８ａに伝えられる。制御装置１８４は上位制御装置からの指令１８ｂを受け，駆動回路１８５を介して回転電機１８１を電動機として駆動し，磁束量制御回路１８６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１８４は上位制御装置からの指令１８ｂを受け，電機子コイル１６の引き出し線１８ｃに現れる発電電力を整流回路１８７を介して整流し，バッテリー１８８を充電する構成としている。
【０１４３】
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石数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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を増すと共に第二磁化の磁石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数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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を減じると共に第二磁化の磁石数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。
【０１４４】
エンジン１８２の回転力のみでハイブリッドカーを駆動する時は，指令１８ｂにより電機子コイル１６の引き出し線１８ｃに現れる発電電力を整流回路１８７を介して直流に変え，バッテリー１８８を充電させる。その場合に制御装置１８４は発電電圧がバッテリー１８８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１８６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｅ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石数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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を減じると共に第二磁化の磁石数を増して電機子を流れる磁束量を小とする。
【０１４５】
制御装置１８４は発電電圧がバッテリー１８８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１８６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｅ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石数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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を増すと共に第二磁化の磁石数を減じて電機子を流れる磁束量を大とする。
【０１４６】
バッテリー１８８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１８８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。
【０１４７】
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１８ｂを通じて回生制動の指示を受けると，制御装置１８４は磁束量制御回路１８６を介して第一磁化の磁石数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１ｅに供給して第一磁化の磁石数を増すと共に第二磁化の磁石数を減じ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１８８に充電させる。
【０１４８】
電機子コイル１６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。回転電機１８１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。
【０１４９】
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１８２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。
【０１５０】
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。すなわち，第一，第二，第三実施例，第五実施例の励磁部は界磁磁石を有してその磁化状態を変更したが，第四実施例の励磁部のように電流励磁構成とする事は可能であり，第四実施例を第一，第二，第三実施例の励磁部で置き換えて構成する事も可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１５１】
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。出力制御の応答速度が比較的緩やかな場合に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も可能であり，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。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年8月27日(2009.8.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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上に周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合され，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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事を特徴とする回転電機システム
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
請求項１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，界磁磁石の各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第一磁化，第一磁化と逆方向の磁化である第二磁化の何れかの磁化状態である事を特徴とする回転電機システム
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項７】
請求項１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界磁磁石及び第二界磁磁石を有し，前記磁性体により第一界磁磁石及び第二界磁磁石を互いに並列接続して構成され，励磁コイルは第一界磁磁石及び第二界磁磁石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
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極表面と磁性体基板間の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
【手続補正５】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化に属する磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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
【手続補正６】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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上に周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材は磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合されて磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む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事を特徴とする回転電機システム
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項１の発明による回転電機システムは，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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上に周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，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て磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合され，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磁性体基板及び磁性体突極及び磁気ヨークを流れ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事を特徴とする。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
請求項５の発明は，請求項１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，界磁磁石の各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第一磁化，第一磁化と逆方向の磁化である第二磁化の何れかの磁化状態である事を特徴とする。界磁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，或いは断面内で磁化容易さ，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。励磁コイルによる起磁力（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。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。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
請求項７の発明は，請求項１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界磁磁石及び第二界磁磁石を有し，前記磁性体により第一界磁磁石及び第二界磁磁石を互いに並列接続して構成され，励磁コイルは第一界磁磁石及び第二界磁磁石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。並列接続された第一界磁磁石及び第二界磁磁石同士は同時に直列接続として閉磁路を構成し，励磁コイルはその閉磁路に磁束を発生させるよう配置されるので第一界磁磁石及び第二界磁磁石は常に逆方向に励磁される。励磁コイルに磁化電流が供給された場合，直列に接続された各磁石内の磁界強度はほぼ等しいので第一界磁磁石及び第二界磁磁石それぞれで磁化反転に必要な磁界強度が異なるよう構成して界磁磁石は選択的に磁化変更される。磁化反転に必要な磁界強度を異ならせるには磁石素材の種類を変える，或いは同種の素材に於いて構成元素の組成比を変える等の手段で実現出来る。さらに第一界磁磁石及び第二界磁磁石，それぞれの界磁磁石を磁化容易さの異なる磁石の並列接続とする構成も可能である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
請求項９の発明は，請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極表面と磁性体基板間の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。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
請求項１２の発明は，請求項１から請求項９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，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界磁磁石内の第一磁化の磁極面積を増すよう界磁磁石を磁化する極性の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である。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
請求項１３の発明による回転電機システムは，磁気ヨーク及び電機子コイルを有する電機子と，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上に周方向に交互に有する回転子と，磁性体突極を一括して励磁する励磁部とを有し，回転子と電機子とが相対的に回転する回転電機装置であって，島状突極から電機子側に流れる磁束が励磁部からの磁束の影響を受け難いよう島状突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みを磁性体突極表面と磁性体基板間の離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みより大とされると共に島状突極は同一極性の磁極が電機子と対向するよう構成され，電機子コイルは電機子コイルが磁気ヨークに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接続され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，励磁磁路部材は磁気ヨーク及び磁性体基板と磁気的に結合されて磁気ヨーク及び磁性体突極及び磁性体基板及び励磁磁路部材を含む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事を特徴とする。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
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いる。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２１及び磁性体突極２２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２１と磁性体突極２２とは互いに異極に磁化されている。本実施例で島状突極２１はＮ極に，磁性体突極２２はＳ極に磁化されて電機子に対向している。島状突極２１の両側の永久磁石をそれぞれ永久磁石２３，２５とし，永久磁石２３，２５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２１に於いて電機子とは対向しない側に離隔部材である磁気的な空隙２４が配置されている。磁性体突極２２は電機子と対向しない側で円筒状磁気コア１８に接続され，励磁部からの磁束が径方向に流れる構成である。島状突極２１と磁性体基板との間に離隔部材である磁気的な空隙２４が配置され，磁性体突極２２と磁性体基板との間に離隔部材は配置されていない。
【手続補正１４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８７】
島状突極６１は周方向両側に配置された磁石板６４，６５及び内周側の非磁性体６８によって磁性体突極６２から磁気的に離隔されている。すなわち，島状突極６１と磁性体基板との間に離隔部材である非磁性体６８が配置され，磁性体突極６２と磁性体基板との間に離隔部材は配置されていない。磁性体突極６２の周方向両側面には磁石板６６，６７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６２は繋がっている。磁石板６４，６５，６６，６７により島状突極６１はＮ極に磁化され，磁性体突極６２はＳ極に磁化されている。
【手続補正１５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０３】
図７に示されるように界磁極７７，７８間は径方向の間隙長が軸方向に徐々に変わり，径方向の長さが変わる界磁磁石７９が配置されている。界磁磁石７９は長さが軸方向に変わり，磁石要素が長さを変えて並列に接続された状態である。励磁コイル７６に磁化電流が供給されると，界磁磁石７９に接する界磁極７７，７８間の磁気ポテンシャル差（起磁力）はほぼ同じとして各磁石要素内では磁気ポテンシャル差を径方向長さで除した値に相当する磁界強度の磁界が加えられる。
【手続補正１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１９】
本発明による回転電機システムの第四実施例を図１１から図１３を用いて説明する。第四実施例は，励磁部が界磁磁石を持たず，電流励磁とする回転電機システムである。図１１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１１ｄに固定軸１１１及び電機子が固定され，固定軸１１１にベアリング１１３を介してロータハウジング１１２が回動可能に支持されている。ロータハウジング１１２は非磁性のステンレススチールで構成され，磁性体基板１１７及び永久磁石１１８を有し，電機子との対向面には島状突極１１９及び磁性体基板１１７の一部である磁性体突極１１ａとが周方向に交互に配置されている。永久磁石１１８は島状突極１１９と磁性体基板１１７間の離隔部材であり，磁性体突極１１ａと磁性体基板１１７間に離隔部材は配置されていない。永久磁石１１８内の矢印は磁化方向を示している。
【手続補正１７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３１】
本発明による回転電機システムの第五実施例を図１４から図１７を用いて説明する。第五実施例は，第一実施例に於いて島状突極内の磁気的な空隙２４に配置された非磁性体に替えて永久磁石を副界磁磁石として配置し，電機子コイルに供給する電流により副界磁磁石の磁化状態を変える回転電機システムである。第五実施例は第一実施例とほぼ同じ構成であり，島状突極内の磁気的な空隙２４の非磁性体に替えて副界磁磁石を配置した点が異なるのみであるので第一実施例と異なる点に集中して説明する。すなわち実施例１に於いて，島状突極２１と磁性体基板との間に離隔部材である磁気的な空隙２４が配置され，磁性体突極２２と磁性体基板との間に離隔部材は配置されていない。磁気的な空隙２４に替えて配置された副界磁磁石が本実施例に於いて島状突極２１と磁性体基板間の離隔部材となる。