(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】  一以上の電機子と回転子とが軸方向に対向する構造であり，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，励磁部は回転子の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
2010233438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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２】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁性体基板と磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
【請求項３】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁気ヨークと磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
【請求項４】
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５】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みより大とされ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，電機子は磁気ヨークの軸方向の一方の側に第一電機子磁極群を有すると共に他方の側に第二電機子磁極群を有して電機子の軸方向両側で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事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，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事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９】
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１０】
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１１】
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１２】
請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極が含む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１３】
請求項１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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，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一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子のび磁性体突極及び磁性体基板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る事を特徴とする回転電機システム
【請求項１４】
請求項１の回転電機システムに於いて，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が周方向に交互に配置され，二つの電機子は回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの電機子の磁気ヨークと磁気的に結合され，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一方の電機子の磁気ヨークと，磁性体突極と，他方の電機子の磁気ヨーク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る事を特徴とする回転電機システム
【請求項１５】
請求項１から請求項１４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１６】
請求項１から請求項１４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１７】
請求項１から請求項１４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１８】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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軸と略平行の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，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材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事を特徴とする回転電機システム
【請求項１９】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁性体基板と磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
【請求項２０】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁気ヨークと磁気的に結合される事を特徴とする回転電機システム
【請求項２１】
請求項１８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２２】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする回転電機システム
【請求項２３】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，電機子は磁気ヨークの軸方向の一方の側に第一電機子磁極群を有すると共に他方の側に第二電機子磁極群を有して電機子の軸方向両側で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事を特徴とする回転電機システム
【請求項２４】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，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事を特徴とする回転電機システム
【請求項２５】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の軸方向両端に配置された電機子の磁気ヨーク及び或いは回転子の磁性体基板と励磁磁路部材の両端とがそれぞれ磁気的に結合して形成する励磁磁路は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で短絡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２６】
請求項１８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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有して励磁磁路部材の両端はそれぞれ二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，励磁コイルが誘起する磁束は一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子の磁性体突極及び磁性体基板と，励磁磁路部材とで形成する磁路を流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２７】
請求項１８の回転電機システムに於いて，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が周方向に交互に配置され，二つの電機子は回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有して励磁磁路部材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，励磁コイルが誘起する磁束は一方の電機子の磁気ヨークと，磁性体突極と，他方の電機子の磁気ヨークと，励磁磁路部材とで形成する磁路を流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２８】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有す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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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すると共に島状突極を軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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２９】
電機子との対向面に於いて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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極を軸と略平行の同じ方向の磁化を持つよう構成すると共に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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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するよう構成し，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材を介する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，電動機を含む軸方向間隙の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造の複雑化と組み立て性に難があり，さらに軸長の短いラジアルギャップ構造の回転電機装置に適用が限定される。
【０００６】
特開平０６−３５１２０６，特開平１０−２７１７８４，米国特許６３７３１６２にはアキシャルギャップ構造の回転電機装置に於ける電流励磁の提案があるが，回転子の隣り合う突極からの磁束量はアンバランスであり，電機子コイルへの誘起電圧波形歪み及びトルク変動が大きく，制御範囲が限定される。また，永久磁石からの磁束が励磁用磁路により短絡する懸念も残る。さらに上記何れの提案に於いても回転子表面の半分は永久磁石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１０−２７１７８４「軸方向空隙形永久磁石励磁同期機」
【特許文献４】米国特許６３７３１６２「Permanent magnet electric machine with flux control」
【特許文献５】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，リラクタンストルクを利用しながら強め及び弱め界磁制御を可能とするアキシャルギャップ構造の回転電機システム，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，一以上のアキシャルギャップを介して対向する電機子及び回転子と，電機子を流れる磁束量を制御する励磁部とを有する。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，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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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。
【００１１】
一以上の回転子と電機子とが軸方向に並ぶ回転電機装置であって，回転子の磁性体突極を流れる磁束量を一括して制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を変える回転電機システムである。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，回転電機装置は第一電機子磁極群と第二電機子磁極群をそれぞれ同数有し，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】
電機子及び磁性体突極はアキシャルギャップを挟んで軸方向に磁路を形成し，励磁部は電機子，磁性体突極を介して流れるよう磁束を一括して供給し，電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。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】
本発明に於いて，回転電機は電機子コイルへの電流を入力として回転力を出力とすれば電動機であり，回転力を入力として電機子コイルから電流を出力すれば発電機である。電動機或いは発電機に於いて最適の磁極構成は存在するが，可逆的であり，上記の回転電機システムは電動機，発電機の何れにも適用される。
【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，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁性体基板と磁気的に結合される事を特徴とする。励磁部は軸方向の終端に配置された回転子の磁性体基板，磁性体突極，電機子を含む磁路を流れる磁束を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【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，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁気ヨークと磁気的に結合される事を特徴とする。励磁部は軸方向の終端に配置された電機子の磁気ヨーク，回転子の磁性体突極を含む磁路を流れる磁束を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【００１８】
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，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。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る。
【００１９】
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，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする。
【００２０】
軸と平行な島状突極と磁性体突極とを周方向に交互に有する回転子構成が軸と平行な方向に流れる磁束の磁気抵抗を小としてエネルギー効率に優れる。島状突極を軸と平行な磁化を持つ磁石，磁性体突極を軸と平行な磁性体とする構成，或いは一様な磁性体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された構成等が可能である。
【００２１】
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，電機子は磁気ヨークの軸方向の一方の側に第一電機子磁極群を有すると共に他方の側に第二電機子磁極群を有して電機子の軸方向両側で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事を特徴とする。軸方向の両端でそれぞれ第一電機子磁極群，第二電機子磁極群が回転子と対向する電機子は第一電機子磁極群，第二電機子磁極群間に磁気ヨークを有して第一電機子磁極群，第二電機子磁極群内の電機子コイルが作る磁界が干渉し合わないように構成される。
【００２２】
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，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事を特徴とする。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リップル或いは発電電圧波形歪みが抑制される。電機子は軸方向の一方の側で回転子と対向する構成，軸方向の両側でそれぞれ回転子と対向する何れの構成も可能である。
【００２３】
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。
【００２４】
請求項９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。
【００２５】
請求項１０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。
【００２６】
請求項１１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。
【００２７】
請求項１２の発明は，請求項１の回転電機システムに於いて，島状突極が含む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が対向する電機子コイル及び磁性体突極が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。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。
【００２８】
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。
【００２９】
請求項１３の発明は，請求項１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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，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一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子のび磁性体突極及び磁性体基板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る事を特徴とする。回転子，電機子，回転子と軸方向に並ぶ構成であって励磁部は両端の回転子の磁性体基板と磁気的に結合して磁性体突極を一括して励磁する。
【００３０】
請求項１４の発明は，請求項１の回転電機システムに於いて，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が周方向に交互に配置され，二つの電機子は回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの電機子の磁気ヨークと磁気的に結合され，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一方の電機子の磁気ヨークと，磁性体突極と，他方の電機子の磁気ヨーク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る事を特徴とする。電機子，回転子，電機子と軸方向に並ぶ構成であって励磁部は両端の電機子の磁気ヨークと磁気的に結合して回転子の磁性体突極を一括して励磁する。
【００３１】
請求項１５の発明は，請求項１から請求項１４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。
【００３２】
請求項１６の発明は，請求項１から請求項１４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。
【００３３】
請求項１７の発明は，請求項１から請求項１４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。
【００３４】
請求項１８の発明による回転電機システムは，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する回転子と，回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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軸と略平行の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，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材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事を特徴とする。
【００３５】
一以上の回転子と電機子とが軸方向に並ぶ回転電機装置であって，回転子の磁性体突極を流れる磁束量を一括して制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を変える回転電機システムである。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。
【００３６】
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，回転電機装置は第一電機子磁極群と第二電機子磁極群をそれぞれ同数有し，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。
【００３７】
電機子及び磁性体突極はアキシャルギャップを挟んで軸方向に磁路を形成し，励磁部は電機子，磁性体突極を介して流れるよう構成して磁束を供給し，電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【００３８】
本発明に於いて，回転電機は電機子コイルへの電流を入力として回転力を出力とすれば電動機であり，回転力を入力として電機子コイルから電流を出力すれば発電機である。電動機或いは発電機に於いて最適の磁極構成は存在するが，可逆的であり，上記の回転電機システムは電動機，発電機の何れにも適用される。
【００３９】
請求項１９の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁性体基板と磁気的に結合される事を特徴とする。励磁部は軸方向の終端に配置された回転子の磁性体基板，磁性体突極，電機子を含む磁路を流れる磁束を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【００４０】
請求項２０の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，軸方向の終端部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，励磁部の一端は磁気ヨークと磁気的に結合される事を特徴とする。励磁部は軸方向の終端に配置された電機子の磁気ヨーク，回転子の磁性体突極を含む磁路を流れる磁束を制御して電機子コイルと鎖交する磁束量を実効的に制御する。
【００４１】
請求項２１の発明は，請求項１８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。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。
【００４２】
請求項２２の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする。軸と平行な島状突極と磁性体突極とを周方向に交互に有する回転子構成が軸と平行な方向に流れる磁束の磁気抵抗を小としてエネルギー効率に優れる。島状突極を軸と平行な磁化を持つ磁石，磁性体突極を軸と平行な磁性体とする構成，或いは一様な磁性体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された構成等が可能である。
【００４３】
請求項２３の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，電機子は磁気ヨークの軸方向の一方の側に第一電機子磁極群を有すると共に他方の側に第二電機子磁極群を有して電機子の軸方向両側で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事を特徴とする。軸方向の両端でそれぞれ第一電機子磁極群，第二電機子磁極群が回転子と対向する電機子は第一電機子磁極群，第二電機子磁極群間に磁気ヨークを有して第一電機子磁極群，第二電機子磁極群内の電機子コイルが作る磁界が干渉し合わないように構成される。
【００４４】
請求項２４の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，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事を特徴とする。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。電機子は軸方向の一方の側で回転子と対向する構成，軸方向の両側でそれぞれ回転子と対向する何れの構成も可能である。
【００４５】
請求項２５の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転電機装置の軸方向両端に配置された電機子の磁気ヨーク及び或いは回転子の磁性体基板と励磁磁路部材の両端とがそれぞれ磁気的に結合して形成する励磁磁路は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で短絡し難い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，アキシャルギャップを介して島状突極及び電機子を含む第一磁路，磁性体突極及び電機子を含む第二磁路，励磁磁路部材を含む第三磁路が軸方向の両端で並列に接続されている。第三磁路には磁気的な空隙を配置して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難いよう第三磁路は磁気的な空隙を有して磁気抵抗を大に設定する。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。
【００４６】
請求項２６の発明は，請求項１８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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有して励磁磁路部材の両端はそれぞれ二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，励磁コイルが誘起する磁束は一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子の磁性体突極及び磁性体基板と，励磁磁路部材とで形成する磁路を流れるよう構成される事を特徴とする。回転子，電機子，回転子と軸方向に並ぶ構成であって励磁部は両端の回転子の磁性体基板と磁気的に結合して磁性体突極を一括して励磁する。
【００４７】
請求項２７の発明は，請求項１８の回転電機システムに於いて，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が周方向に交互に配置され，二つの電機子は回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルを磁気ヨークに周方向に有して回転子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有して励磁磁路部材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，励磁コイルが誘起する磁束は一方の電機子の磁気ヨークと，磁性体突極と，他方の電機子の磁気ヨークと，励磁磁路部材とで形成する磁路を流れるよう構成される事を特徴とする。電機子，回転子，電機子と軸方向に並ぶ構成であって励磁部は両端の電機子の磁気ヨークと磁気的に結合して回転子の磁性体突極を一括して励磁する。
【００４８】
請求項２８の発明は，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する回転子と，回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有す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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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すると共に島状突極を軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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。
【００４９】
回転子は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。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に流れる磁束量を変更する。
【００５０】
請求項２９の発明は，電機子との対向面に於いて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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極を軸と略平行の同じ方向の磁化を持つよう構成すると共に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内の軸方向離隔部材である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは磁性体突極内の軸方向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するよう構成し，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材を介する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。
【００５１】
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。励磁部に於ける励磁コイルにより励磁磁束を供給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】
【００５２】
【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】（ａ）は図１に示された回転電機の第一表面磁極部を左方向から見て透視した平面図であり，（ｂ）は図１に示された回転電機の電機子を第一表面磁極部側から見た平面図であり，（ｃ）は図１に示された回転電機の第二表面磁極部を電機子側から見た平面図である。
【図３】図２に示された第一表面磁極部，電機子，第二表面磁極部の周方向断面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縦断面図である。
【図７】（ａ）は図６に示された回転電機の第一表面磁極部を左方向から見て透視した平面図であり，（ｂ）は図６に示された回転電機の電機子を第一表面磁極部側から見た平面図であり，（ｃ）は図６に示された回転電機の第二表面磁極部を電機子側から見た平面図である。
【図８】図７に示された第一表面磁極部，電機子，第二表面磁極部の周方向断面図及び磁束の流れを示す。
【図９】図６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１０】第三の実施例による回転電機の縦断面図である。
【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第一電機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回転子を第一電機子側から見た平面図であり，（ｃ）は図１１に示された回転電機の第二電機子を回転子側から見た平面図である。
【図１３】図１２に示された第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び磁束の流れを示す。
【図１４】図１３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１５】第五の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１６】（ａ）は図１５に示された回転電機の第一電機子を左方向から見て透視した平面図であり，（ｂ）は図１５に示された回転電機の回転子を第一電機子側から見た平面図である。
【図１７】図１６に示された第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び磁束の流れを示す。
【図１８】第六の実施例による回転電機の第一電機子，回転子，第二電機子の周方向断面図及び励磁磁束の流れを示す。
【図１９】図１８に示された副界磁磁石近傍の磁束の流れを示す。
【図２０】図１８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２１】第七の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図２２】第八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】
【００５３】
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】
【００５４】
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，アキシャルギャップ・ダブルロータ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。
【００５５】
図１はアキシャルギャップ・ダブルロータ構造の回転電機に本発明を適用した実施例を示している。電機子は円環状磁気ヨーク１５の軸方向両側に配置された第一電機子磁極群，第二電機子磁極群を有し，電機子支持体１ｓによりハウジング１２に固定されている。第一電機子磁極群は円環状磁気ヨーク１５から軸と平行に左に延びる磁性体歯１４，磁性体歯１４に巻回された電機子コイル１６を有し，第二電機子磁極群は円環状磁気ヨーク１５から軸と平行に右に延びる磁性体歯１ｃ，磁性体歯１ｃに巻回された電機子コイル１ｄを有する。番号１ｕは磁性体歯１４，磁性体歯１ｃの先端に配置された円環状の磁性体歯板を示す。電機子は第一電機子磁極群を有する第一電機子と第二電機子磁極群を有する第二電機子とが円環状磁気ヨークを共通として一体化された構成である。
【００５６】
回転軸１１はベアリング１３を介してハウジング１２に回動可能に支持され，回転軸１１と共に回転する第一回転子１７及び第二回転子１ｅが電機子の軸方向両端にそれぞれ対向している。第一回転子１７の磁性体基板１８に島状突極１９が配置され，磁性体基板１８の一部である磁性体突極１ａと島状突極１９とが周方向に交互に並んで構成された第一表面磁極部が磁性体歯１４の左に対向し，第二回転子１ｅの磁性体基板１ｆに島状突極１ｇが配置され，磁性体基板１ｆの一部である磁性体突極１ｈと島状突極１ｇとが周方向に交互に並んで構成された第二表面磁極部が磁性体歯１ｃの右に対向している。番号１ｔは島状突極１９と磁性体基板１８間，島状突極１ｇと磁性体基板１ｆ間に配置された磁気的な間隙を示し，非磁性体が配置されている。島状突極１９，１ｇ，磁性体突極１ａ，１ｈ内の矢印は図示していない永久磁石により磁化された方向をそれぞれ示す。
【００５７】
励磁部は，第一表面磁極部の磁性体基板１８及び第二表面磁極部の磁性体基板１ｆを互いに異極に磁化するよう磁性体基板１８に繋がる磁性体円板１ｂ及び磁性体基板１ｆに繋がる磁性体円板１ｊと微小間隙を介して対向するよう電機子の内周側に配置されている。励磁部は回転軸１１を周回し，主要部を界磁極１ｋ，界磁極１ｍ，第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ，励磁コイル１ｑとより構成されている。第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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。磁性体円板１ｂ，１ｊは交流磁束が通り難いよう軟鉄の円板で構成されている。番号１ｒ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１ｑ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。
【００５８】
図２（ａ）は第一表面磁極部を左から見て透視した平面図を示している。磁性体基板１８の一部である磁性体突極１ａと島状突極１９とが周方向に交互に並び，図示していない永久磁石により互いに異極に磁化されている。図２（ｃ）は第二表面磁極部を電機子側から見た平面図を示している。磁性体基板１ｆの一部である磁性体突極１ｈと島状突極１ｇとが周方向に交互に並び，図示していない永久磁石により互いに異極に磁化されている。島状突極１９，１ｇ，磁性体突極１ａ，１ｈ内に示されたＮ，Ｓは電機子との対抗面に於けるそれぞれ磁化された極性を示す。
【００５９】
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の境界は見えないが判りやすいように区分して示している。島状突極と磁性体突極の境界に於ける番号２３は磁気的な間隙を示す。島状突極１９と島状突極１ｇとが電機子を間に挟んで軸方向に対向し，磁性体突極１ａと磁性体突極１ｈとが電機子を間に挟んで軸方向に対向するよう配置されている。磁性体基板１８，１ｆは鉄粉を押し固めた比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されている。
【００６０】
電機子は第一電機子磁極群と第二電機子磁極群とが軸方向に並ぶ構成であり，図２（ｂ）は電機子を左方向から見た第一電機子磁極群の平面図を示している。磁性体歯１４の先端には磁性体歯板１ｕが配置されて回転子との対向し，それぞれ隣接する磁性体歯１４延長部間に磁気的な空隙２１を介して対向するよう構成されている。磁性体歯１４には電機子コイル１６が巻回され，本実施例では９個の電機子コイル１６を有している。それらは周方向に順次Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相として周方向に順次繰り返して配置されている。
【００６１】
第二電機子磁極群の平面図は図示されていないが第一電機子磁極群と同じ構成であり，９個の電機子コイル１ｄを有し，それらは周方向に順次Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相として配置されている。Ｕ相の電機子コイルが島状突極１９と対向する際にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極１ｈと対向するよう周方向に互いに偏倚して配置され，さらにＵ相の電機子コイルとＵ’相の電機子コイルは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直列に結線されている。Ｖ相の電機子コイルとＶ’相の電機子コイル，Ｗ相の電機子コイルとＷ’相の電機子コイルも同様に結線され，全体として三相に結線されている。
【００６２】
番号２２は磁性体歯板１ｕの表面に形成された凹部を示し，回転子と電機子間に生じる軸方向の磁気力を抑制する為に設けられている。磁性体歯１４，磁性体歯１ｃ，円環状磁気ヨーク１５は鉄粉を押し固めた比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成され，磁性体歯板１ｕは圧粉鉄心板と磁気的な空隙２１である非磁性体とが一体として構成されている。
【００６３】
本実施例に於いて，磁性体歯１４，１ｃ，磁性体突極１ａ，１ｈは交流磁束が流れやすいよう比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されているが，これらを周方向に磁束が流れ難いよう磁気的な異方性のある構成，例えばケイ素鋼板を周方向に積層する構成として出力トルク，或いは発電電圧を改善する構成も可能である。
【００６４】
図３は第一表面磁極部及び電機子及び第二表面磁極部の周方向断面を図２に示したＡ−Ａ’に沿って示す図である。同図により第一表面磁極部及び第二表面磁極部の構成，励磁部による磁束の流れを説明する。
【００６５】
第一表面磁極部及び第二表面磁極部の磁極構成はほぼ対称に構成され，第一表面磁極部側の永久磁石のみに番号が付されている。島状突極１９の周方向両側面には永久磁石３７，３８が配置され，磁性体突極１ａの周方向両側面には永久磁石３９，３ａが配置されている。これらの永久磁石３７，３８，３９，３ａは内周部から外周部に径方向に延びる形状であり，島状突極１９をＮ極に，磁性体突極１ａをＳ極に磁化するよう磁化方向が定められている。永久磁石３８，３９は略同方向の磁化方向であって中間の磁性体と併せて集合磁石を形成し，一様な磁性体基板１８を集合磁石で周期的に区分して島状突極１９，磁性体突極１ａを形成している。
【００６６】
島状突極１９にはさらに非磁性体で構成された磁気的な間隙１ｔが配置されている。したがって，島状突極１９は永久磁石３７，３８及び磁気的な間隙１ｔを離隔部材として島状に離隔された部分である。磁性体突極１ａは周方向側面に永久磁石３９，３ａが配置されても磁性体基板１８の一部として相互に繋がっている。第二表面磁極部の磁極構成は第一表面磁極部を電機子に関して対称形状に構成され，永久磁石の磁化方向は逆として構成されいる。永久磁石３７，３８，３９，３ａ内の矢印はそれぞれの磁化方向を示す。
【００６７】
回転子の磁性体基板は圧粉鉄心で構成され，永久磁石３７，３８，３９，３ａは磁性体基板に形成されたスロットに永久磁石ブロックを径方向に挿入し，磁気的な間隙１ｔに対応するスロットに非磁性体であるレジンブロックを挿入して構成される。また，磁性体基板の表面に永久磁石ブロック用のスロットを形成して表面から挿入して構成する事も出来る。
【００６８】
図３に於いて，第一電機子磁極群の電機子コイル１６はＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルをそれぞれ電機子コイル３１，３２，３３とし，第二電機子磁極群の電機子コイル１ｄ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１９に正対する時にはＵ’相の電機子コイル３４は磁性体突極１ｈと正対するよう互いに偏倚して配置され，電流が流れた時に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もそれぞれ同様に接続され，全体として３相に結線されている。
【００６９】
電機子の円環状磁気ヨーク１５，磁性体歯１４，１ｃは一体として構成されて電機子コイル３１，３２，３３，３４，３５，３６がそれぞれ配置された後に磁性体歯板１ｕがそれぞれ回転子との対向面に配置されて電機子が構成される。磁性体歯板１ｕの平面図は図２（ｂ）に示される形状で磁気的な空隙２１以外は圧粉鉄心で構成されている。磁気的な空隙２１には非磁性体であるレジンが配置されている。このように磁性体歯板１ｕを別体とする構成により電機子コイルの配置構成が容易となり，電機子コイルには低電気抵抗の太い銅線を使用できる。
【００７０】
島状突極１９，１ｇ，磁性体突極１ａ，１ｈの両側面に配置された永久磁石からの磁束を番号３ｂで示しているが，磁束３ｂがＵ相の電機子コイル３１と鎖交して流れる方向と，永久磁石１９，１ｇからの磁束が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有る事が示され，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もそれぞれ同様である。したがって，磁束３ｂ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１９と磁性体突極１ａを介して流れる磁束量，島状突極１ｇと磁性体突極１ｈ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。
【００７１】
図３において，励磁部からの磁束を番号３ｃで示すように磁性体基板１ｆから磁性体基板１８の方向に流れるよう供給すると，磁束３ｃはＵ’相の電機子コイル３４，Ｖ相の電機子コイル３２，Ｗ相の電機子コイル３３と鎖交し，その方向は磁束３ｂと同じであるので励磁部が電機子コイル１６，１ｄと鎖交する磁束量を島状突極１９，１ｇ，磁性体突極１ａ，１ｈの両側面に配置された永久磁石のみの場合より増大させる状態となる。
【００７２】
島状突極１９，１ｇは磁気的な間隙１ｔにより励磁部からの磁束３ｃが流れず，磁束３ｃは専ら磁性体突極１ａ，１ｈ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１９に対向する時に，他方が磁性体突極１ｈ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。
【００７３】
励磁部は回転軸１１を周回するよう構成され，その縦断面は図１に示されている。円筒状の界磁極１ｋ，１ｍ間に円筒状の第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎが配置され，励磁コイル１ｑが第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎを直列に繋ぐ励磁磁路に励磁磁束を発生させるよう配置されている。この場合，第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎは互いに他の励磁磁路の一部となっている。第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎからの磁束は界磁極１ｍ，磁性体円板１ｊ，磁性体基板１ｆ，磁性体突極１ｈ，磁性体歯１ｃ，円環状磁気ヨーク１５，磁性体歯１４，磁性体突極１ａ，磁性体基板１８，磁性体円板１ｂ，界磁極１ｋ等で構成される主磁路を流れて電機子コイル１６，１ｄと鎖交する。
【００７４】
第一界磁磁石１ｐの長さをＬ１，磁化変更に要する磁界強度をＨ１とし，第二界磁磁石１ｎの長さをＬ２，磁化変更に要する磁界強度をＨ２として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）より大となるよう設定されている。励磁コイル１ｑ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１ｐの磁化を変更するＡＴはＨ１＊Ｌ１より大に，第二界磁磁石１ｎ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。
【００７５】
励磁コイル１ｑは第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎを直列に繋ぐ励磁磁路に配置されて第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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は異なるので第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎの磁化状態はそれぞれ変更される。第一界磁磁石１ｐにはネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ），第二界磁磁石１ｎ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。
【００７６】
上記構成に於いて，第一界磁磁石１ｐの磁化変更に際して第二界磁磁石１ｎ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１ｎの磁化変更に際し，励磁磁束の方向が第一界磁磁石１ｐ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１ｐ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１ｐを空隙と見なした励磁磁路の磁気抵抗は小である。
【００７７】
したがって，第一界磁磁石１ｐ或いは第二界磁磁石１ｎ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１ｐ及び第二界磁磁石１ｎの磁化変更は容易である。更に，磁性体円板１ｂ，１ｊを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１ｑが誘起するパルス状の励磁磁束は主磁路を流れ難い。
【００７８】
図４は励磁部の縦断面の上半分を示し，図４（ａ），（ｂ），（ｃ）はそれぞれ第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎの磁化方向の異なる組み合わせを示している。同図を用いて第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎの磁化を変更するステップを説明する。図３を用いて説明したように磁性体基板１ｆから磁性体基板１８に励磁部から磁束を流すと，電機子コイル１６，１ｄと鎖交する磁束量を増し，逆の場合は電機子コイル１６，１ｄと鎖交する磁束量を減ずるので図１に於いて軸と平行に右方向の磁化を持つ第一界磁磁石１ｐが第一磁化であり，左方向の磁化を持つ第二界磁磁石１ｎが第二磁化に相当する。
【００７９】
図４（ａ）は第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ共に第一磁化であり，図３に示した状態に相当して電機子コイル１６，１ｄと鎖交する磁束量は永久磁石３７，３８，３９，３ａのみの場合より増大される。励磁コイル１ｑに供給する磁化電流は第一界磁磁石１ｐを第一磁化に磁化する極性で且つＡＴをＨ１＊Ｌ１より大として第一界磁磁石１ｐを第一磁化とする。この時，第二界磁磁石１ｎは第二磁化となるので，さらに励磁コイル１ｑに供給する磁化電流は第二界磁磁石１ｎを第一磁化に磁化する極性で且つＡＴをＨ１＊Ｌ１より小でＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大として第二界磁磁石１ｎを第一磁化とする。
【００８０】
図４（ｂ）は第一界磁磁石１ｐは第一磁化，第二界磁磁石１ｎは第二磁化であり，励磁部から電機子側に磁束は供給されない状態である。図４（ａ）の状態で励磁コイル１ｑに第二界磁磁石１ｎを第二磁化に磁化する極性で且つＡＴをＨ１＊Ｌ１より小でＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大とする磁化電流を供給して第二界磁磁石１ｎを第二磁化とする。
【００８１】
図４（ｃ）は第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ共に第二磁化であり，電機子コイル１６，１ｄと鎖交する磁束量は永久磁石３７，３８，３９，３ａのみの場合より減少される。励磁コイル１ｑに供給する磁化電流は第一界磁磁石１ｐを第二磁化に磁化する極性で且つＡＴをＨ１＊Ｌ１より大として第一界磁磁石１ｐを第二磁化とする。この時，第二界磁磁石１ｎは第一磁化となるので，さらに励磁コイル１ｑに供給する磁化電流は第二界磁磁石１ｎを第二磁化に磁化する極性で且つＡＴをＨ１＊Ｌ１より小でＨ２＊（Ｌ１＋Ｌ２）より大として第二界磁磁石１ｎを第二磁化とする。
【００８２】
導体層１ｒは回転軸１１外周に配置された銅板で構成され，励磁コイル１ｑの作る磁束を励磁磁路に集中させ，励磁コイル１ｑ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１ｑにパルス状の磁化電流が供給されると，導体層１ｒ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１ｑ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１ｒ内に励磁コイル１ｑの作る磁束が流れ難くなり励磁磁路に励磁コイル１ｑ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１ｋ，１ｍには比抵抗が大である圧粉鉄心で構成している。
【００８３】
電機子を流れる磁束量はこのように励磁コイル１ｑ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１ｑ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１ｑ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。
【００８４】
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１６，１ｄ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。
【００８５】
第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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１ｑに供給して磁束を発生させ，第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ及び永久磁石１８，１ｇ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１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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。
【００８６】
磁束調整電流による磁束は第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎを共に含む閉磁路，第一界磁磁石１ｐと主磁路を含む閉磁路に誘起される。第一界磁磁石１ｐの長さＬ１を小に，第二界磁磁石１ｎの長さＬ２を大に設定しているが，さらに第二界磁磁石１ｎ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１６，１ｄ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。
【００８７】
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１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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った。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。
【００８８】
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，磁性体歯１４，円環状磁気ヨーク１５，島状突極１９，磁性体突極１ａを主として流れ，電機子コイル１ｄによって誘起される磁束は，磁性体歯１ｃ，円環状磁気ヨーク１５，島状突極１ｇ，磁性体突極１ｈを主として流れる。さらに磁性体円板１ｂ，１ｊは交流磁束を通り難いように軟鉄ブロックで構成したので第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎの磁化状態に影響を及ぼす可能性は少なく，第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎには磁化状態を容易に変更出来るよう低保持力の磁石素材を適用出来る。
【００８９】
また，励磁コイル１ｑが誘起するパルス状励磁磁束は磁性体円板１ｂ，１ｊを通り難く，さらに第二界磁磁石１ｎは容易に磁化されるので前記パルス状励磁磁束は主磁路に流れ難く，電機子コイル１６，１ｄに過大な電圧が発生する事を回避できる。
【００９０】
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１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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。
【００９１】
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１６，１ｄ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１６，１ｄ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は第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎ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１ｑに磁化状態変更の為の磁化電流を供給し，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を接続して磁束調整電流を励磁コイル１ｑに供給する。
【００９２】
回転電機が電動機として用いられる場合において，磁束量制御を行って回転力を最適に制御する。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１ｑ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１ｑ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。
【００９３】
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１ｑ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１ｑ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。
【００９４】
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１ｑ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１ｑ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。
【００９５】
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１ｑ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１ｑ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。
【００９６】
本実施例に於いて，永久磁石３７，３８，３９，３ａにより島状突極及び磁性体突極を互いに異極に磁化し，磁気的な間隙１ｔを離隔部材として島状突極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。磁気的な間隙１ｔの替わりに永久磁石を配置して全体の磁束量を増加させる事も出来る。島状突極１９，１ｇと磁性体突極１ａ，１ｈとを介して流れる磁束量に差が有る場合でも，電機子のコイル構成はトルクリップル，誘起電圧波形歪みを抑制する構成であるので上記のように磁束量を増大させる構成でも不都合を生じる事はない。
【００９７】
さらに本実施例では円環状磁気ヨーク１５から軸と平行に延びる磁性体歯１４，１ｃに電機子コイル１６，１ｄを巻回しているが，磁性体歯１４，１ｃを持たずに電機子コイル１６，１ｄを円環状磁気ヨーク１５表面に配置する構成も可能である。磁性体歯１４，１ｃを有する構成はエネルギー効率に優れ，リラクタンストルクの利用が可能である。磁性体歯１４，１ｃを持たない構成はコギングトルクの発生が無く，振動騒音の面で利点がある。
【００９８】
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，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。本発明は上記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】
【００９９】
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，二つの回転子をアウターロータとして一体化させた回転電機システムである。図６はアウターロータ構造の回転電機に本発明を適用した実施例を示し，ロータハウジング６２がベアリング６３を介して固定軸６１に回動可能に支持されている。固定軸６１には励磁部及び電機子が固定され，電機子は電機子コイル６６が巻回された軸と平行の磁性体歯６４が電機子支持体６５に周方向に配置されて構成されている。
【０１００】
電機子と軸方向に対向する第一，第二表面磁極部はロータハウジング６２の内側側面に配置されている。第一表面磁極部を構成する磁性体基板６７，島状突極６９，磁性体突極６ａはロータハウジング６２の左側面に，第二表面磁極部を構成する磁性体基板６ｃ，島状突極６ｅ，磁性体突極６ｆはロータハウジング６２の右側面に配置されている。番号６８及び６ｄはそれぞれ磁性体基板６７と島状突極６９間，磁性体基板６ｃと島状突極６ｅ間に配置された離隔部材を示して非磁性体が配置されている。磁性体突極６ａ，磁性体突極６ｆは軸方向に磁路を形成するよう電機子を介して軸方向に対向して配置されている。磁性体基板６７，磁性体基板６ｃからそれぞれ内径方向に延びて微小間隙を介して励磁部と対向する磁性体円板６ｂ及び磁性体円板６ｇには交流磁束を通り難くする為に表面に同心円状の凹凸６ｈが形成されている。
【０１０１】
励磁部は固定軸６１を周回するよう配置されて磁性体円板６ｂ及び磁性体円板６ｇに微小間隙を介して磁気的に結合し，磁性体基板６７，磁性体基板６ｃを互いに異極に磁化するよう構成されている。励磁部の主要部は界磁極６ｊ，界磁極６ｋ，界磁磁石６ｍ，界磁磁石６ｎ，励磁コイル６ｐとより構成される。界磁磁石６ｍ，６ｎからの磁束は，磁性体円板６ｂ，磁性体基板６７，磁性体突極６ａ，磁性体歯６４，磁性体突極６ｆ，磁性体基板６ｃ，磁性体円板６ｇを含む主磁路に流れる。番号６ｑは励磁磁路の磁気抵抗を調整する磁気的な空隙を示す。番号６ｒは固定軸６１を周回するよう配置された導体層であり，励磁コイル６ｐのインダクタンスを減少し且つ磁束を界磁磁石６ｍ，６ｎに集中させる為に設けられている。
【０１０２】
図７（ａ）は第一表面磁極部を左から見て透視した平面図を示し，図７（ｂ）は電機子を第一表面磁極部側から見た平面図を示し，図７（ｃ）は第二表面磁極部を電機子側から見た平面図を示している。
【０１０３】
図７（ａ）に示す第一表面磁極部は一様な磁性体基板６７を略周方向磁化を持つ永久磁石７１，７２によってほぼ等間隔に区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された島状突極６９，磁性体突極６ａを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石７１，７２は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石７１，７２内の矢印はそれらの磁化方向を示し，島状突極６９，磁性体突極６ａ内のＮ，Ｓはそれぞれ磁化された極性を示す。さらに島状突極６９は電機子と対向しない側に離隔部材として非磁性体６８を有している。永久磁石７１，７２からの磁束は非磁性体６８を通り難く，専ら電機子側に流れるので島状突極６９は軸と平行の右方向に磁化される事になる。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７１，７２は見えないが判りやすいように示している。
【０１０４】
図７（ｃ）に示す第二表面磁極部も第一表面磁極部と同様に構成されるが，島状突極６ｅ，磁性体突極６ｆの極性が異なり，それぞれの島状突極６ｅ，磁性体突極６ｆは電機子を介して軸方向に対向するよう配置されている。第二表面磁極部は一様な磁性体基板６ｃを略周方向磁化を持つ永久磁石７４，７５によってほぼ等間隔に区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された島状突極６ｅ，磁性体突極６ｆを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石７４，７５は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石７４，７５内の矢印はそれらの磁化方向を示し，島状突極６ｅ，磁性体突極６ｆ内のＳ，Ｎはそれぞれ磁化された極性を示す。さらに島状突極６ｅは電機子と対向しない側に非磁性体６ｄを有している。永久磁石７４，７５からの磁束は非磁性体６ｄを通り難く，専ら電機子側に流れるので島状突極６ｅは軸と平行の右方向に磁化される事になる。
【０１０５】
図７（ｂ）に示す電機子は周方向に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６６及び磁性体歯６４が配置されている。電機子コイル６６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６６が配置されている。番号７３は回転子と対向する面に於ける磁性体歯間の磁気的な空隙を示す。
【０１０６】
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６９に正対した時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極６ａに正対する関係にあり，電流が流れた時に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。
【０１０７】
磁性体歯６４は交流磁束が流れやすいよう鉄粉を押し固めた比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されている。磁性体歯６４を周方向に磁束が流れ難いよう磁気的な異方性のある構成，例えばケイ素鋼板を周方向に積層する構成として出力トルクの増加，或いは発電電圧の増加が期待できる。
【０１０８】
図８は第一表面磁極部及び電機子及び第二表面磁極部の周方向断面を図７に示したＢ−Ｂ’に沿って示す図である。これらの図により永久磁石７１，７２，７４，７５と励磁部による磁束の流れを説明する。図８は励磁部が電機子コイル６６と鎖交する磁束量を永久磁石７１，７２，７４，７５のみの場合より増大させる場合を示している。
【０１０９】
図８に於いて，第一電機子磁極群の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として示している。第二電機子磁極群の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として示している。Ｕ相の電機子コイル８１が島状突極６９，６ｅに正対する時にはＵ’相の電機子コイル８４は磁性体突極６ａ，６ｆと正対するよう配置されている。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。
【０１１０】
点線８７は永久磁石７１，７２，７４，７５からの磁束を代表して示している。同図に於いて，磁束８７がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル８１，８２，８３を鎖交する方向と，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル８４，８５，８６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，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，島状突極６９，６ｅと磁性体突極６ａ，６ｆと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。
【０１１１】
図８において，励磁部からの磁束を番号８８で示すように島状突極６９，６ｅには非磁性体６８，６ｄにより阻害されて流れず，専ら磁性体突極６ａ，６ｆを介して電機子側に流れる。その方向を磁性体基板６ｃから磁性体基板６７に磁束８８が流れるよう供給すると，磁束８８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と鎖交し，その方向は磁束８７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７１，７２，７４，７５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７１，７２，７４，７５のみの場合より減少させる状態となる。
【０１１２】
励磁部からの磁束８８は専ら磁性体突極６ａ，６ｆ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６９，６ｅに対向する時に，他方が磁性体突極６ａ，６ｆ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。
【０１１３】
図９は図６に示した励磁部の上半分を示した縦断面図であり，図６，９を用いて励磁部の構成，磁束量制御の動作原理を説明する。図６に於いて，磁性体円板６ｂに微小間隙を介して対向する界磁極６ｊと磁性体円板６ｇに微小間隙を介して対向する界磁極６ｋとの間は軸方向の間隙が径方向に異なる構成として長さの異なる界磁磁石６ｍ，６ｎが並列に接続されるよう配置されている。図８を用いて説明したように磁性体基板６ｃから磁性体基板６７に励磁磁束を流す場合が電機子コイル６６に鎖交する磁束量を大とするので軸と平行に右方向の磁化を第一磁化，左方向の磁化を第二磁化とする。図６に於いて，界磁磁石６ｍは第一磁化に，界磁磁石６ｎは第二磁化に対応する。
【０１１４】
界磁磁石６ｍ，６ｎからはそれぞれ同量の磁束が電機子を流れるようようそれぞれの磁極表面積，飽和磁束密度は設定されている。したがって，図６に示される界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態では界磁磁石６ｍ，６ｎからの磁束は相殺されて電機子コイル６６には鎖交せず，電機子コイル６６と鎖交する磁束は永久磁石７１，７２，７４，７５から流れる磁束のみである。
【０１１５】
さらに界磁極６ｊ，６ｋの一部は間隙６ｑを介して対向し，励磁コイル６ｐは界磁磁石６ｍ，６ｎ及び固定軸６１に周回するよう巻回されている。励磁コイル６ｐにより誘起される磁束は界磁磁石６ｍ，６ｎ，界磁極６ｊ，間隙６ｑ，界磁極６ｋを流れ，励磁磁路を形成している。
【０１１６】
界磁磁石６ｍ，６ｎからの磁束は主磁路及び励磁磁路を流れるが，間隙６ｑに於ける対向面積及び間隙長さを磁気抵抗調整部分として励磁磁路の磁気抵抗を主磁路の磁気抵抗より大となるように設定している。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。
【０１１７】
一方では，励磁コイル６ｐが誘起する励磁磁束は励磁磁路を流れ，同時に主磁路側にも流れようとする。主磁路の一部である磁性体円板６ｂ，磁性体円板６ｇは交流磁束が流れ難いように軟鉄で構成され，さらに表面には同心円上の凹凸６ｈを形成して主磁路の交流磁束に対する磁気抵抗は大としている。間隙６ｑ部分に於ける磁気抵抗は主磁路の交流磁束に対する磁気抵抗より小に設定されて励磁磁束は専ら励磁磁路を流れる。
【０１１８】
導体層６ｒは固定軸６１外周に配置された銅板で構成され，励磁コイル６ｐにパルス状の磁化電流が供給されると，導体層６ｒ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，導体層６ｒ内に励磁コイル６ｐの作る励磁磁束が流れ難くなり，界磁磁石６ｍ，６ｎ側に励磁磁束が集中させられる。上記励磁部を構成する部材，界磁磁石６ｍ，６ｎ，界磁極６ｊ，６ｋ，励磁コイル６ｐ等は固定軸６１を周回する円環状，円筒状の形状であり，構成はシンプルに出来る。励磁部を構成する磁性体部材である界磁極６ｊ，６ｋには比抵抗が大である圧粉鉄心で構成し，励磁コイル６ｐによるパルス状励磁磁束が通りやすい構成としている。
【０１１９】
図６に示されるように界磁磁石６ｍ，６ｎは軸方向の長さが変わり，長さの異なる永久磁石要素が並列に接続された状態である。励磁コイル６ｐに磁化電流が供給されると，界磁磁石６ｍ，６ｎに接する界磁極６ｊ，６ｋ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軸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。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。
【０１２０】
界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態変更の方法を図９を用いて説明する。図９は図６に示された励磁部の上半分を示し，図９（ａ），図９（ｂ），図９（ｃ）は界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態が異なる場合を示しており，界磁磁石の磁化状態変更は以下のように実施される。
【０１２１】
図６に於いて第一磁化の磁石数を増すには第二磁化の界磁磁石６ｎを右方向に磁化する振幅及び極性を持つパルス状磁化電流を励磁コイル６ｐに加える。この結果が図９（ａ）の磁化状態で有り，図８の状態に相当して電機子コイル６６と鎖交する磁束量は永久磁石７１，７２，７４，７５から流れる磁束のみの場合より大となる。
【０１２２】
図９（ａ）の磁化状態に於いて，第一磁化の磁石数を減じるには第一磁化の界磁磁石６ｍ，６ｎに於いて最も長さの短い界磁磁石６ｎを左方向に磁化し，且つ界磁磁石６ｍに影響を与えない程度の振幅及び極性を持つ磁化電流を励磁コイル６ｐに加える。この結果が図９（ｂ）の磁化状態となる。電機子コイル６６と鎖交する磁束は永久磁石７１，７２，７４，７５から流れる磁束のみとなる。
【０１２３】
図９（ｂ）の磁化状態に於いて，第一磁化の磁石数を減じるには第一磁化の界磁磁石６ｍを左方向に磁化する振幅及び極性を持つ磁化電流を励磁コイル６ｐに加える。この結果が図９（ｃ）の磁化状態で有り，電機子コイル６６と鎖交する磁束量は永久磁石７１，７２，７４，７５から流れる磁束のみの場合より小となる。この図９（ｃ）の磁化状態に於いて，電機子コイル６６と鎖交する磁束量が実効的にゼロとなるように永久磁石７１，７２，７４，７５及び界磁磁石６ｍ，６ｎの寸法，磁気特性を設定する事が出来る。
【０１２４】
このようにして界磁磁石の磁化状態は変更されるが，上記ステップに従って，界磁磁石の磁化状態を変更するには各界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態を常に把握する必要がある。各界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態に関する情報が乱れた場合には磁化変更後に於いて電機子を流れる磁束量が期待に反する事になるが，この場合には界磁磁石６ｍ，６ｎの全てを一方向，例えば左方向に磁化し，必要な磁石数のみを右方向に磁化させる。
【０１２５】
界磁磁石６ｍ，６ｎにはネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ），アルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）等の種々の磁石素材を使用する事が出来るが，本実施例では長さを変えて磁化容易さが制御容易なアルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）で構成している。
【０１２６】
本実施例では界磁磁石６ｍ，６ｎの磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を制御する。界磁磁石からの磁束は主磁路及び励磁磁路に流れるが，励磁磁路の磁気抵抗を主磁路の磁気抵抗より大に設定して主磁路に流れる磁束量を大としている。励磁磁路の磁気抵抗を大にする事で励磁コイル６ｐが界磁磁石６ｍ，６ｎを磁化する効率を低下させる事になるので励磁磁路の磁気抵抗設定は電機子側に流す磁束量範囲，励磁コイル６ｐへの電流供給能力等回転電機システムの仕様により設定する。
【０１２７】
また，界磁磁石６ｍ，６ｎから磁性体基板６７，６ｃに至る磁性体円板６ｂ，６ｇは軟鉄ブロックで構成して交流磁束が通り難くしている。さらに本実施例では同心円状の凹凸６ｈを磁性体円板６ｂ，６ｇ表面に形成して交流磁束を通り難い構成としている。一般に渦電流が存在する場合，交流磁束は磁性体の表面に沿って伝搬する。交流磁束が伝搬する領域は表面から一定の深さまでに集中し，その深さは交流磁束の角周波数ω，磁性体の導電率σ，透磁率μ等に反比例する表皮深さ（skin depth），すなわち２／ωσμの平方根として知られている。同心円状の凹凸６ｈの振幅及び四分の一周期を表皮深さより大となるよう設定する事が望ましい。本実施例で回転電機の回転速度は毎分数千回転程度と想定すれば，磁性体円板６ｂ，６ｇを軟鉄で構成しているので上記寸法を１ミリメートル程度以上に設定する事で本実施例で関連する交流磁束の伝搬する磁路長さを大にして交流磁束を通り難く出来る。
【０１２８】
したがって，主磁路に於いて励磁コイル６ｐによるパルス状励磁磁束に対する磁気抵抗が励磁磁路の磁気抵抗より大となるよう設定されて励磁コイル６ｐによる励磁磁束を界磁磁石６ｍ，６ｎに集中させると共に電機子コイル６６に及ぼす影響が抑制される。また，電機子コイル６６によって誘起される磁束は，磁性体歯６４，磁性体突極６ａ，島状突極６９，磁性体突極６ｆ，島状突極６ｅを主として流れ，界磁磁石６ｍ，６ｎには流れ難いので界磁磁石６ｍ，６ｎに低保持力の磁石素材を採用する事が出来る。
【０１２９】
本実施例では島状突極６９と磁性体基板６７との間，島状突極６ｅと磁性体基板６ｃとの間には非磁性体６８，６ｄを配置して励磁部からの磁束が島状突極６９，６ｅを通り難いように構成したが，非磁性体６８，６ｄに替えて永久磁石を配置して電機子を流れる磁束量を更に増大させる構成，或いは島状突極６９と永久磁石７１，７２，島状突極６ｅと永久磁石７４，７５をそれぞれ一つの永久磁石とする構成も可能である。
【０１３０】
さらに，回転子の第一，第二表面磁極部に於いて，島状突極同士，磁性体突極同士は軸方向に電機子を介して対向する構成であるが，第一，第二表面磁極部を周方向に若干偏倚させて配置すると，出力は若干低下するが，コギングトルクを抑制する効果が期待できる。またさらに本実施例では電機子コイルを集中巻きとして構成しているが，当然に分布巻きと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３】
【０１３１】
本発明による回転電機システムの第三実施例を図１０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，電流励磁とする回転電機システムである。図１０に示す回転電機は図６に示した第二実施例の回転電機と電機子及び回転子の構造は同じとし，励磁部の構成を電流励磁としている。励磁部は励磁磁路部材である円筒状磁気コア１０１及び円筒状磁気コア１０１に巻回された励磁コイル６ｐから構成され，円筒状磁気コア１０１が磁性体基板６７，６ｃと微小間隙を介して対向する構成である。励磁コイル６ｐにより誘起された磁束は円筒状磁気コア１０１から磁性体基板６７，磁性体突極６ａ，磁性体歯６４，磁性体突極６ｆ，磁性体基板６ｃで構成される磁路を流れ，電機子コイル６６と鎖交する磁束量を実効的に制御できる。
【０１３２】
電機子及び回転子の構成は第二実施例と同じであるが，励磁部は界磁磁石を含まないので永久磁石７１，７２，７４，７５による磁束が励磁磁路部材を介して短絡する可能性が残る。すなわち，本実施例では磁性体基板６７，島状突極６９，磁性体歯６４，島状突極６ｅ，磁性体基板６ｃを通る第一磁路と，磁性体基板６７，磁性体突極６ａ，磁性体歯６４，磁性体突極６ｆ，磁性体基板６ｃを通る第二磁路と，磁性体基板６７，円筒状磁気コア１０１，磁性体基板６ｃを通る第三磁路とが並列に接続されている。第三磁路の磁気抵抗が小さい場合には島状突極６９，６ｅを磁化する永久磁石７１，７２，７４，７５による磁束が短絡する可能性があり，第三磁路の磁気抵抗を第二磁路の磁気抵抗より大とするよう磁性体基板６７，円筒状磁気コア１０１間の間隙長，円筒状磁気コア１０１，磁性体基板６ｃ間の間隙長が設定されている。
【０１３３】
第二実施例は励磁部に界磁磁石を含んでいたので永久磁石７１，７２，７４，７５による磁束が励磁磁路部材を介して短絡する可能性は少ないが，本実施例は界磁磁石を含まないので上記のように励磁部を通る磁路の磁気抵抗を設定して磁束短絡を抑制する。しかし，本実施例は励磁部構成以外は第二実施例と同じ構成であり，更なる説明は省略する。本実施例は励磁部に界磁磁石を有さないので永久磁石７１，７２，７４，７５による磁束に重畳して磁束を流す時には励磁コイルに電流を要してエネルギー効率を下げる可能性があるが，励磁部の構成をシンプルとしてコストの面で利点がある。
【０１３４】
本実施例では，円筒状磁気コア１０１及び励磁コイル６ｐを電機子の内周領域に配置したが，円筒状磁気コア１０１をロータハウジング６２の内周面に配置して両端を磁性体基板６７，６ｃに接続し，励磁コイル６ｐを円筒状磁気コア１０１と電機子との間に配置する構成も可能である。その場合に円筒状磁気コア１０１と磁性体基板６７，６ｃとは空隙を介さずに接続できるが，励磁磁路の磁気抵抗を調整する為に円筒状磁気コア１０１を構成する磁性体の透磁率，断面積等を選択する。或いは磁気的な空隙を配置して励磁磁路の磁気抵抗を設定する。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４】
【０１３５】
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１４を用いて説明する。第四実施例は，アキシャルギャップ・ダブルステータ構造の回転電機システムであり，励磁部は回転電機の静止側に配置されている。図１１はアキシャルギャップ・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を示している。回転軸１１１はベアリング１１３を介してハウジング１１２に回動可能に支持され，回転軸１１１と共に回転する回転子は軸と平行の同一方向に磁化された島状突極１１８，１１９と磁性体突極１１ｂとが周方向に交互に並んで構成されている。番号１１ａは島状突極１１８，１１９間に配置された離隔部材である非磁性体を示し，番号１１ｃは回転子支持体をを示す。
【０１３６】
電機子は回転子の軸方向の左に対向する第一電機子，回転子の軸方向の右に対向する第二電機子がハウジング１１２に固定されている。第一電機子は円環状磁気ヨーク１１５から軸と平行に右に延びる磁性体歯１１４，磁性体歯１１４に巻回された電機子コイル１１６を有し，第二電機子は円環状磁気ヨーク１１ｅから軸と平行に左に延びる磁性体歯１１ｄ，磁性体歯１１ｄに巻回された電機子コイル１１ｆを有する。
【０１３７】
励磁部は，回転軸１１１を周回する構成でハウジング１１２と電機子との間に配置されている。主要部を界磁磁石（１１ｇ，１１ｋ），界磁極１１７，励磁コイル１１ｍとより構成されている。界磁磁石（１１ｇ，１１ｋ）は界磁極１１７と円環状磁気ヨーク１１ｅ間に配置され，界磁極１１７の他端はさらにハウジング１１２の内周面に沿って延びて円環状磁気ヨーク１１５と接続されている。励磁コイル１１ｍはハウジング１１２及び界磁極１１７の内周面に配置されている。図１１に於いて，界磁磁石は番号１１ｇ，１１ｋで示される領域に区分され，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋはそれぞれ軸と平行に左及び右方向に磁化されている。
【０１３８】
本実施例は回転子の左側に第一電機子，右側に第二電機子を配置し，第一電機子は第一電機子磁極群，第二電機子は第二電機子磁極群を有する。図１２（ａ）は第一電機子を左から見て透視した平面図を示している。磁性体歯１１４には電機子コイル１１６が巻回され，本実施例では９個の電機子コイル１１６を有している。それらは周方向に順次Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相として三相に結線されている。隣接する磁性体歯１１４は磁気的な空隙１２３を介して対向するよう構成されている。
【０１３９】
図１２（ｃ）は第二電機子を回転子側から見た平面図を示している。第二電機子の構成は第一電機子と同じであり，９個の電機子コイル１１ｆを有し，それらは周方向に順次Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相として三相に結線されている。Ｕ相の電機子コイルが島状突極１１８と対向する時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極１１ｂと対向するよう互いに偏倚して配置され，電流が流れた時にそれぞれ逆方向の磁束を発生するようそれぞれ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’相の電機子コイルの関係も同様になるよう配置されて接続され，全体として三相に結線されている。磁性体歯１１４，磁性体歯１１ｄ，円環状磁気ヨーク１１５，１１ｅは比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されている。
【０１４０】
図１２（ｂ）は回転子を第一電機子側から見た平面図を示している。回転子は軸方向両端で第一電機子，第二電機子と対向するが，第一電機子との対向面を第一表面磁極部，第二電機子との対向面を第二表面磁極部として図１２（ｂ）は第一表面磁極部を示している。第一表面磁極部は一様な磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石１２１，１２２によってほぼ等間隔で区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された島状突極１１８，磁性体突極１１ｂを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石１２１，１２２は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石１２１，１２２内の矢印はそれらの磁化方向を示し，島状突極１１８，磁性体突極１１ｂ内のＳ，Ｎはそれぞれ磁化された極性を示す。
【０１４１】
第二表面磁極部は図示されないが，第一表面磁極部と同様な構成を有する。第一表面磁極部，第二表面磁極部に於いて，磁性体突極１１ｂは一様な磁性体として繋がっており，島状突極１１８，１１９は軸方向に並び，島状突極１１８，１１９間には非磁性体１１ａが配置されている。さらに島状突極１１８，１１９は互いに異極に磁化されるよう島状突極１１８，１１９の周方向両側の永久磁石の磁化方向が設定されている。
【０１４２】
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。本実施例に於いて，磁性体歯１１４，１１ｄ，磁性体突極１１ｂは交流磁束が流れやすいよう鉄粉を押し固めた比抵抗の大きな圧粉鉄心で構成されているが，これらを周方向に磁束が流れ難いよう磁気的な異方性のある構成，例えばケイ素鋼板を周方向に積層する構成として出力トルク，或いは発電電圧を改善する構成も可能である。
【０１４３】
図１３は第一電機子及び回転子及び第二電機子の周方向断面を図１２に示したＣ−Ｃ’に沿って示す図である。図１３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は一様な磁性体基板を略周方向磁化を持つ永久磁石１２１，１２２によってほぼ等間隔で区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された島状突極１１８，磁性体突極１１ｂを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石１２１，１２２は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石１２１，１２２内の矢印はそれらの磁化方向を示す。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１３７，１３８によってほぼ等間隔で区分されて形成されると共に互いに異極に磁化された島状突極１１９，磁性体突極１１ｂを周方向に交互に有する。周方向に隣り合う永久磁石１３７，１３８は互いに磁化方向を反転して配置され，永久磁石１３７，１３８内の矢印はそれらの磁化方向を示す。
【０１４４】
第一表面磁極部，第二表面磁極部に於いて，磁性体突極１１ｂは一様な磁性体として繋がっており，島状突極１１８，１１９は軸方向に並び，島状突極１１８，１１９間には非磁性体１１ａが配置されている。互いに磁化方向が異なる永久磁石１２１と永久磁石１３７間，互いに磁化方向が異なる永久磁石１２２と永久磁石１３８間を非磁性体１１ａは磁気的に短絡し難くするので永久磁石からの磁束は専ら電機子側に流れ，島状突極１１８，１１９は共に軸と平行の右方向に磁化され，磁性体突極１１ｂは軸と平行の左方向に磁化されている。
【０１４５】
第一電機子の電機子コイル１１６に於いて，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，第二電機子の電機子コイル１１ｆに於いて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１１８に正対する時にはＵ’相の電機子コイル１３４は磁性体突極１１ｂと正対するよう互いに偏倚して配置され，電流が流された時にＵ相の電機子コイル１３１とＵ’相の電機子コイル１３４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１３２とＶ’相の電機子コイル１３５，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。
【０１４６】
点線１３９は永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８からの磁束を代表して示している。同図に於いて，磁束１３９がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル１３１，１３２，１３３を鎖交する方向と，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル１３４，１３５，１３６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，磁束１３９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１１８，１１９，磁性体突極１１ｂ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。
【０１４７】
図１３において，励磁部からの磁束を番号１３ａで示すように島状突極１１８，１１９には非磁性体１１ａにより阻害されて流れず，専ら磁性体突極１１ｂを介して電機子側に流れる。その方向を円環状磁気ヨーク１１ｅから円環状磁気ヨーク１１５に磁束１３ａが流れるよう供給すると，磁束１３ａはＷ相の電機子コイル１３３，Ｖ相の電機子コイル１３２，Ｕ’相の電機子コイル１３４と鎖交し，その方向は磁束１３９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１２１，１２２，１３７，１３８のみの場合より増大させる状態となる。磁束１３ａ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１２１，１２２，１３７，１３８のみの場合より減少させる状態となる。
【０１４８】
励磁部からの磁束１３ａは専ら磁性体突極１１ｂ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互いに周方向に偏倚して配置され，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１１８或いは島状突極１１９に対向する時に，他方が磁性体突極１１ｂ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。
【０１４９】
図１１に示されるように界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋは軸方向の長さが径方向に変わり，同一の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１１ｍに磁化電流が供給されると，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋに接する円環状磁気ヨーク１１ｅと界磁極１１７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軸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。
【０１５０】
したがって，軸方向に短い磁石要素が磁化されやすく，軸方向に長い磁石要素は磁化され難い。励磁コイル１１ｍに供給する磁化電流により界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋを一括して励磁すると，磁束は磁界強度が大となる軸方向に短い側である界磁磁石の内周領域に磁束が集中し，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１１ｍ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外周側に広がる。
【０１５１】
上記説明のように界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋは円環状磁気ヨーク１１ｅと界磁極１１７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１１ｍ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１１に示したように右方向の磁化を有する界磁磁石領域１１ｋ，左方向の磁化を有する界磁磁石領域１１ｇが共存し，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋの互いの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，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋの一方を消磁状態とする状態も可能である。
【０１５２】
図１３を用いて説明したように円環状磁気ヨーク１１ｅから円環状磁気ヨーク１１５の方向に磁束が流される場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８のみの場合より増大させる状態となる。したがって，軸と平行の左方向の磁化である界磁磁石領域１１ｇが第一磁化に，その逆方向の磁化である界磁磁石領域１１ｋが第二磁化に相当する。
【０１５３】
図１４は図１１に示した界磁磁石近傍の縦断面図の上半分を示した図であり，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋの磁化状態変更のステップを説明する。励磁コイル１１ｍ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１４（ａ）は，図１１に示した界磁磁石と同じ磁化状態を示す。
【０１５４】
第一磁化である界磁磁石領域１１ｇの磁化領域を減じると第二磁化である界磁磁石領域１１ｋの磁化領域が拡大される。界磁磁石領域１１ｋは界磁磁石領域１１ｇより軸方向の長さが短いので図１４（ａ）の状態から第一磁化である界磁磁石領域１１ｇの磁化領域を減じるには界磁磁石領域１１ｋ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１１ｍ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１１ｋ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１１ｍに加える。図１４（ｂ）の界磁磁石領域１１ｋ内の斜線部分１４１は界磁磁石領域１１ｋの増大分（界磁磁石領域１１ｇの減少分）を示す。
【０１５５】
図１４（ａ）の状態から第一磁化である界磁磁石領域１１ｇの磁化領域を増すには，界磁磁石の軸方向長さの最も短い領域に於いて界磁磁石領域１１ｇ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１１ｍに加える。図１４（ｃ）の斜線部分１４２は第一磁化の増加分を示す。図１４（ｃ）の状態に於いて，第一磁化の磁極面積は界磁磁石領域１１ｇの磁極面積と斜線部１４２の磁極面積との和になる。
【０１５６】
本実施例に於いて，界磁磁石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１１ｍに供給して磁束を発生させ，界磁磁石及び永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８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。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１１ｍ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１１ｍ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。
【０１５７】
電機子を流れる磁束量はこのように励磁コイル１１ｍに供給する磁化電流の振幅及び極性を変えて界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋ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１１ｍ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１１ｍ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。
【０１５８】
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１１６，１１ｆ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。
【０１５９】
電機子コイル１１６，１１ｆに現れる誘起電圧の振幅は電機子コイル１１６，１１ｆ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１１ｇの磁極表面積を増やすよう励磁コイル１１ｍ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。
【０１６０】
以上，図１１から図１４に示した回転電機に於いて，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋの磁極表面積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。
【０１６１】
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１１ｍ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１１ｍ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１４（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１４（ｂ）の斜線部分１４１）を界磁磁石領域１１ｋ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。
【０１６２】
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１１ｍ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１１ｍ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１４（ａ）の状態に於いて第一磁化の磁極面積を増すには，第一磁化の磁極面積増加分に相当する領域分（図１４（ｃ）の斜線部分１４２）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。
【０１６３】
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１１ｍ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１１ｍ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１４（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１４（ｂ）の斜線部分１４１）を界磁磁石領域１１ｋ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。
【０１６４】
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１１ｍ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１１ｍ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１４（ａ）の状態に於いて第一磁化の磁極面積を増すには，第一磁化の磁極面積増加分に相当する領域分（図１４（ｃ）の斜線部分１４２）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。
【０１６５】
本実施例では非磁性体１１ａを島状突極１１８，１１９間に配置したが，非磁性体１１ａの替わりに永久磁石を配置して電機子を流れる磁束量を増大させる構成は可能であり，更に島状突極１１８，１１９を軸方向に磁化を有する永久磁石で置き換える事も可能である。更に本実施例で界磁磁石の軸方向長さが径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，或いは軸方向長さが離散的に異なる複数の界磁磁石要素を配置する構成の何れも可能である。
【０１６６】
また，本実施例に於いて，第一電機子磁極群，第二電機子磁極群をそれぞれ異なる電機子として構成したが，左右の電機子内にそれぞれ第一電機子磁極群，第二電機子磁極群を共に配置する構成も可能である。また本実施例では，磁性体歯１１４，１１ｄに電機子コイル１１６，１１ｆを巻回しているが，磁性体歯１１４，１１ｄを持たずに電機子コイル１１６，１１ｆを円環状磁気ヨーク１１５，１１ｅ表面に配置する構成も可能である。磁性体歯１１４，１１ｄを有する構成はエネルギー効率に優れ，リラクタンストルクの利用が容易である。磁性体歯１１４，１１ｄを持たない構成はコギングトルクの発生が無く，振動騒音の面で利点がある。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５】
【０１６７】
本発明による回転電機システムの第五実施例を図１５，１６，１７を用いて説明する。第五実施例は，第四実施例に於いて電機子は磁性体歯を持たず，励磁部を電流励磁とした回転電機システムに相当する。
【０１６８】
図１５はアキシャルギャップ・ダブルステータ構造の回転電機に本発明を適用した縦断面図を示している。図１１に示した第四実施例と回転子構成はほぼ同じであるが，島状突極１１８，１１９間には永久磁石１５２が配置され，磁性体突極１５４，１５６間には永久磁石１５２より軸方向の厚みが小さい永久磁石１５５が配置されている。永久磁石１５２，１５５内の矢印は磁化方向を示している。永久磁石１５２は島状突極１１８，１１９間の離隔部材であると共に島状突極１１８，１１９を磁化し，永久磁石１５５は磁性体突極１５４，１５６間の離隔部材であると共に磁性体突極１５４，１５６を磁化している。
【０１６９】
左端の電機子は円環状磁気ヨーク１１５の軸方向端面に電機子コイル１５１が配置され，右端の電機子は円環状磁気ヨーク１１ｅの軸方向端面に電機子コイル１５３が配置されている。励磁部は磁性体で構成されたハウジング１５９，ハウジング１５９の内周面に配置された励磁コイル１５７，励磁磁路の磁気抵抗調整の為に配置された非磁性体１５８で構成され，磁束を円環状磁気ヨーク１１５，１１ｅを介して供給する構成である。非磁性体１５８は熱伝導性の良いアルミブロックで構成しているが，他に熱伝導性が良く，比抵抗の大きいレジンブロックを使用しても良い。
【０１７０】
図１６（ａ）は左端の電機子を左から見て透視した平面図を示している。第一電機子磁極群の電機子コイルと第二電機子磁極群の電機子コイルとが周方向の位置を変えて円環状磁気ヨーク１１５に配置されている。第一電機子磁極群の電機子コイルＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル，第二電機子磁極群のＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイルが周方向に順次繰り返して配置されている。本実施例では６極の回転子磁極に対向して１８個の電機子コイルが配置されている。Ｕ相の電機子コイルが島状突極１１８と対向する時にＵ’相の電機子コイルは磁性体突極１５４と対向するよう配置され，電流が流れた時にＵ相とＵ’相の電機子コイル同士はそれぞれ逆方向の磁束を発生するよう直列に接続されている。他の，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配置されて接続され，全体として３相に結線されている。第二電機子の平面図は示されていないが第一電機子と全く同じ構成である。
【０１７１】
図１６（ｂ）は回転子を第一電機子側から見た平面図を示し，図１２（ｂ）と全く同じである。本実施例の回転子は島状突極１１８，１１９間に永久磁石１５２を配置し，磁性体突極１５４，１５６間に永久磁石１５５を配置した以外は第四実施例の回転子とほぼ同じ構成であり，平面図は同じであるので更なる説明は省略する。
【０１７２】
図１７は第一電機子及び回転子及び第二電機子の周方向断面を図１６に示したＤ−Ｄ’に沿って示す図である。図１７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，第二表面磁極部の構成は図１３に示した第四実施例の構成とほぼ同じであり，永久磁石１５２，永久磁石１５５を配置した点のみが異なっている。図１７に於いて，第一電機子の電機子コイル１５１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１７１，１７２，１７３，１７４，１７５，１７６とし，周方向に円環状磁気ヨーク１１５上に順次繰り返して配置されている。第二電機子の電機子コイル１５３も同じ構成であり，各相の電機子コイルには同じ番号が付されている。
【０１７３】
Ｕ相の電機子コイル１７１が島状突極１１８，１１９に正対する時にはＵ’相の電機子コイル１７４は磁性体突極１５４，１５６と正対するよう配置され，電流が流された時にＵ相の電機子コイル１７１とＵ’相の電機子コイル１７４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１７２とＶ’相の電機子コイル１７５，Ｗ相の電機子コイル１７３とＷ’相の電機子コイル１７６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。
【０１７４】
点線１７７は永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５からの磁束を代表して示している。同図に於いて，磁束１７７がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイル１７１，１７２，１７３を鎖交する方向と，Ｕ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル１７４，１７５，１７６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，磁束１７７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１１８，１１９，磁性体突極１５４，１５６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。
【０１７５】
励磁部から磁束を円環状磁気ヨーク１１５，１１ｅ間に流した場合，永久磁石１５２は永久磁石１５５より厚みが大であるので励磁部からの磁束は島状突極１１８，１１９には永久磁石１５２により阻害されて流れず，専ら磁性体突極１５４，１５６を介して流れる。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１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５は抗磁力が大であるネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）で構成され，励磁部からの磁束は永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５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１５５の厚みを永久磁石１５２の厚みより小に設定したので励磁部からの磁束は永久磁石１５５を通過し，永久磁石１５２を通過し難い。
【０１７６】
図１７において，励磁部からの磁束を番号１７８で示すように島状突極１１８，１１９には永久磁石１５２により阻害されて流れず，専ら磁性体突極１５４，１５６を介して電機子側に流れる。その方向を円環状磁気ヨーク１１ｅから円環状磁気ヨーク１１５に励磁磁束が流れるよう供給すると，磁束１７８はＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の電機子コイル１７４，１７５，１７６と鎖交し，その方向は磁束１７７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１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５のみの場合より増大させる状態となる。磁束１７８の流れる方向を図１７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１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５のみの場合より減少させる状態となる。
【０１７７】
励磁部からの磁束１７８は専ら磁性体突極１５４，１５６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１１８，１１９に対向する時に，他方が磁性体突極１５４，１５６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。
【０１７８】
励磁部の主要部は図１５に示されるよう磁性体で構成されたハウジング１５９，ハウジング１５９の内周面に配置された励磁コイル１５７，励磁磁路の磁気抵抗調整の為に配置された非磁性体１５８で構成され，円環状磁気ヨーク１１５及び円環状磁気ヨーク１１ｅと間に励磁コイル１５７の誘起する磁束を供給する構成である。励磁コイル１５７により誘起された磁束はハウジング１５９から円環状磁気ヨーク１１ｅ，磁性体突極１５６，１５４，円環状磁気ヨーク１１５で構成される磁路を流れる。
【０１７９】
本実施例に於いて，軸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。円環状磁気ヨーク１１５，島状突極１１８，永久磁石１５２，島状突極１１９，円環状磁気ヨーク１１ｅで構成される第一磁路と，円環状磁気ヨーク１１５，磁性体突極１５４，永久磁石１５５，磁性体突極１５６，円環状磁気ヨーク１１ｅで構成される第二磁路と，円環状磁気ヨーク１１５，ハウジング１５９，円環状磁気ヨーク１１ｅで構成される第三磁路とである。永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８からの磁束は図１７に示されるように円環状磁気ヨーク１１５，円環状磁気ヨーク１１ｅを介して小さな磁路で環流するが，永久磁石１５２，１５５からの磁束は第三磁路に流れる懸念が残る。永久磁石１５２，１５５からの磁束が第三磁路に流れて短絡しないように円環状磁気ヨーク１１ｅ，ハウジング１５９間に非磁性体１５８を配置し，非磁性体１５８の厚みにより第三磁路の磁気抵抗は大に設定されている。
【０１８０】
本実施例は電機子に磁性体歯を持たないので電機子コイル１５１，１５３が誘起する磁束は軸方向に流れる成分が多く，第三磁路を介して流れる可能性もあるが，上記のように第三磁路の磁気抵抗を大にする事で第一磁路と第二磁路に集中させる事が出来る。
【０１８１】
本実施例は電機子に磁性体歯を持たないので回転子の何れの位置に於いても永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８，１５２，１５５と繋がる磁路の磁気抵抗変動は小さく，コギングトルクの発生は抑えられる。また，励磁部に界磁磁石を有さないので電機子コイルと鎖交する磁束量を変える時には励磁コイルに電流を要してエネルギー効率を下げる可能性があるが，励磁部の構成をシンプルとしてコストの面で利点がある。
【０１８２】
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１５８を配置したが，非磁性体１５８に替えてほぼ同じ厚みのバイアス用永久磁石を配置する事も可能である。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てバイアス磁石により任意の方向の磁束を励磁磁束の固定部分として供給できる。
【０１８３】
また，本実施例ではハウジング１５９を磁性体で構成して励磁磁路の一部とし，励磁コイル１５７をハウジング１５９内周面に配置したので励磁コイル１５７の放熱は容易である。また，電機子コイル１５１，１５３は空芯としたので第三磁路の磁気抵抗は大に設定する為に非磁性体１５８の厚みを大に設定している。電機子コイル１５１，１５３を磁性体歯に巻回し，さらに島状突極，磁性体突極内の永久磁石１５２，１５５を非磁性体とした場合には，電機子コイル１５１，１５３の誘起する磁束，永久磁石１２１，１２２，１３７，１３８からの磁束は局所的に分布するので第三磁路を介して流れる可能性は小さくなり，非磁性体１５８の厚みを小に出来る。本発明は上記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６】
【０１８４】
本発明による回転電機システムの第六実施例を図１８から図２０を用いて説明する。第六実施例は，第二実施例に於いて島状突極内の非磁性体６８，６ｄ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。
【０１８５】
図１８は第二実施例の図８に対応して第一回転子及び電機子及び第二回転子の周方向断面を示す図である。図８に示した第二実施例の電機子及び回転子の周方向断面とほぼ同じであるが，回転子に非磁性体６８，６ｄに替えて副界磁磁石１８１，１８２が配置されている点が異なる。副界磁磁石１８１，１８２は永久磁石７１，７２，７４，７５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１８１，１８２内の矢印は磁化方向を示す。番号１８３は永久磁石７１，７２，７４，７５と副界磁磁石１８１，１８２の磁気的な結合を調整する為に配置した非磁性体を示す。本実施例は島状突極内の非磁性体６８，６ｄに替えて副界磁磁石１８１，１８２を配置した点が異なるのみであるので第二実施例と異なる点に集中して説明する。
【０１８６】
図１８から図２０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。最初に図１８により副界磁磁石１８１，１８２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。同図に於いて電機子コイル６６は第一電機子磁極群に含まれるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各電機子コイルは番号８１，８２，８３を付され，第二電機子磁極群に含まれるＵ’相，Ｖ’相，Ｗ’相の各電機子コイルは番号８４，８５，８６を付されている。
【０１８７】
同図に於いて，島状突極６９，６ｅには電機子コイル８１，８２が巻回されている磁性体歯が対向し，磁性体突極６ａ，６ｆには電機子コイル８４，８５が巻回されている磁性体歯が対向している。電機子コイル８１と電機子コイル８４は互いに逆方向の磁束を誘起するよう接続され，電機子コイル８２と電機子コイル８５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１８４で代表される磁束が副界磁磁石１８１，１８２，永久磁石７１，７２，７４，７５を通って流れる。
【０１８８】
図２０は電機子コイル８１−８６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８１と電機子コイル８４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２０１に接続され，他方はスイッチ素子２０３及び２０４に接続されている。電機子コイル８２と電機子コイル８５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２０１に接続され，他方はスイッチ素子２０５及び２０６に接続されている。電機子コイル８３と電機子コイル８６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２０１に接続され，他方はスイッチ素子２０７及び２０８に接続されている。さらに中性点２０１はスイッチ素子２０９及び２０ａに接続されている。番号２０２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。
【０１８９】
回転電機の通常の動作時には中性点２０１に繋がるスイッチ素子２０９及び２０ａ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１８に示したように副界磁磁石１８１，１８２の磁化状態を変更する為に島状突極６９，６ｅ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２０９及び２０ａのオンオフ制御を行う。
【０１９０】
図１８に示した磁束１８４を誘起するよう電機子コイル８１，８２，８４，８５に磁化電流２０ｂ，２０ｃを供給するにはスイッチ素子２０３及び２０５及び２０ａをオンとする。磁束１８４の流れを逆方向とするにはスイッチ素子２０４及び２０６及び２０９をオンとして磁化電流２０ｄ，２０ｅを電機子コイル８１，８２，８４，８５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２０２の電圧を昇圧する装置を用いる事も出来る。
【０１９１】
副界磁磁石１８１，１８２は共に軸と平行に右或いは左方向に磁化される。副界磁磁石１８１，１８２が軸と平行に右方向に磁化されている場合は図１８に示すように永久磁石７１，７２，７４，７５及び副界磁磁石１８１，１８２が共に島状突極６９，６ｅを軸と平行に右方向に磁化し，副界磁磁石１８１，１８２が島状突極６９，６ｅ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。その場合に永久磁石７１，７２，７４，７５及び副界磁磁石１８１，１８２から流れる磁束はほぼ点線１８４に沿う。
【０１９２】
副界磁磁石１８１，１８２が軸と平行に左方向に磁化されている場合は図１９に示すように永久磁石７１，７２，７４，７５及び副界磁磁石１８１，１８２が島状突極６９，６ｅを互いに逆方向に磁化する状態であり，永久磁石７１，７２，７４，７５及び副界磁磁石１８１，１８２からの磁束は点線１９１で代表させて示すように閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量は減少される。永久磁石７１，７２，７４，７５及び副界磁磁石１８１，１８２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６９，６ｅ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。
【０１９３】
本実施例は第二実施例とほぼ同じ構成であり，島状突極６９，６ｅ内の非磁性体６８，６ｄに替えて副界磁磁石１８１，１８２を配置した点が異なるのみである。島状突極６９，６ｅの機能，励磁部の動作原理等は第二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。
【０１９４】
第一実施例から第五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７】
【０１９５】
本発明による回転電機システムの第七実施例を図２１を用いて説明する。第七実施例は，アウターロータ構成で複数の電機子及び回転子を持ち，励磁部により一括して軸方向に流れる磁束量を変えて電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する回転電機システムである。図２１は第二実施例の回転電機に第四実施例の回転子を軸方向に並べ，第一実施例の励磁部により磁束量制御を行う回転電機の縦断面図を示している。
【０１９６】
本実施例では第一回転子２１４，電気子２１５，第三回転子２１６，電気子２１７，第二回転子２１８が軸方向に並んで構成されている。電気子２１５，電気子２１７の構成は第二実施例の電気子と同じ構成であり，第一回転子２１４，第二回転子２１８は第二実施例に於いて電機子の左，右にそれぞれ対向する第一，第二回転子と同じ構成である。第三回転子２１６は第四実施例に於ける回転子と同じ構成であり，ロータハウジング２１２に固定されている。番号２１１は固定軸を，番号２１２はロータハウジングを示し，ロータハウジング２１２は固定軸２１１にベアリング２１３を介して回動可能に支持されている。
【０１９７】
上記構成に於いて，第一回転子２１４，第三回転子２１６，第二回転子２１８それぞれの島状突極同士は電機子を挟んで軸方向に並ぶと共に軸と平行の同じ方向に磁化されている。さらに電気子２１５，電気子２１７それぞれの磁性体歯同士は回転子２１６を介して軸方向に並ぶように構成されている。したがって，磁性体突極及び磁性体歯は軸方向の磁路を形成し，回転子内の永久磁石からの磁束，励磁部からの磁束が軸方向に通るよう構成されている。これらの回転子の磁極構成及び電機子の電機子コイル構成等は第二実施例及び第四実施例で説明されているので更なる説明は省略する。
【０１９８】
励磁部は第一実施例と同じ構成であり，界磁極１ｋが左端に配置された第一回転子２１４の磁性体基板と繋がる磁気コア２１９と微小間隙を介して対向し，界磁極１ｍは右端に配置された第二回転子２１８の磁性体基板と繋がる磁気コア２１ａと微小間隙を介して対向している。界磁極１ｋ，１ｍ間には円筒状の第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎが配置され，励磁コイル１ｑが第一界磁磁石１ｐ，第二界磁磁石１ｎを直列に繋ぐ励磁磁路に励磁磁束を発生させるよう配置されている。番号１ｒは導体層を示す。
【０１９９】
励磁部からの磁束は左端に配置された第一回転子２１４の磁性体基板，右端に配置された第二回転子２１８の磁性体基板間を流れて電気子２１５，電気子２１７に於ける電機子コイルと鎖交する。本実施例で電機子及び回転子の数は異なるが，励磁部の構成は第一実施例と同じであり，電機子及び回転子周辺に於ける磁束の流れ，さらに励磁部の動作原理等の動作原理は同じであるので説明は省略する。また，本実施例と同じ構成で励磁部を界磁磁石を持たない電流励磁とする構成も可能である。
【実施例８】
【０２００】
本発明の第八実施例による回転電機システムを図２２を用いて説明する。第八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２２１は第一実施例で示した回転電機を示し，回転電機２２１はハイブリッドカーのエンジン２２２と回転力を伝達するよう結合された回転軸２２９を持ち，回転軸２２９の回転力はトランスミッション２２３を介して駆動軸２２ａに伝えられる。制御装置２２４は上位制御装置からの指令２２ｂを受け，駆動回路２２５を介して回転電機２２１を電動機として駆動し，磁束量制御回路２２６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２２４は上位制御装置からの指令２２ｂを受け，電機子コイル１６，１ｄの引き出し線２２ｃに現れる発電電力を整流回路２２７を介して整流し，バッテリー２２８を充電する構成としている。
【０２０１】
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１ｑ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１ｑ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。
【０２０２】
エンジン２２２の回転力のみでハイブリッドカーを駆動する時は，指令２２ｂにより電機子コイル１６，１ｄの引き出し線２２ｃに現れる発電電力を整流回路２２７を介して直流に変え，バッテリー２２８を充電させる。その場合に制御装置２２４は発電電圧がバッテリー２２８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２２６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｑ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１ｑ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。
【０２０３】
制御装置２２４は発電電圧がバッテリー２２８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２２６を介して磁束調整回路５９により励磁コイル１ｑ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１ｑ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。
【０２０４】
バッテリー２２８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２２８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。
【０２０５】
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２２ｂを通じて回生制動の指示を受けると，制御装置２２４は磁束量制御回路２２６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１ｑ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２２８に充電させる。電機子コイル１６，１ｄ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２２１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。
【０２０６】
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２２２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。
【０２０７】
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，第一実施例，第二実施例，第四実施例，第六実施例，第七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，第三実施例，第五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，第三実施例，第五実施例を界磁磁石を有する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】
【０２０８】
本発明を適用した回転電機システムは従来の回転電機と同様に磁石トルク及びリラクタンストルクを利用出来，更に発電機能を改善し，またその発電機能を制御できる。移動体の発電機兼電動機システムに用いて，駆動用電動機としては従来以上の回転速度範囲での使用と低電流・大トルク出力が期待できる他に制動時のエネルギー回収を可能として総合的なエネルギー消費量を改善できる。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，更に電圧の異なる複数種のバッテリー充電にもコンバータを不要に出来，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】
2010233438.tif 000013
【図１２】
2010233438.tif 000014
【図１３】
2010233438.tif 000015
【図１４】
2010233438.tif 000016
【図１５】
2010233438.tif 000017
【図１６】
2010233438.tif 000018
【図１７】
2010233438.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2010233438.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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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】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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
【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，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みより大とされ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８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
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の回転電機システムに於いて，軸方向に流れる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
【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】
請求項１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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，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一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子の磁性体突極及び磁性体基板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】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
請求項１から請求項１４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８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１８】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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軸と略平行の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，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材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事を特徴とする回転電機システム
【手続補正９】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２２】
請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする回転電機システム
【手続補正１０】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２８】
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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有す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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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すると共に島状突極を軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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
【手続補正１１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２９】
電機子との対向面に於いて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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極を軸と略平行の同じ方向の磁化を持つよう構成すると共に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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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するよう構成し，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材を介する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
【手続補正１２】
【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，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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
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，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする。
【手続補正１４】
【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１５】
【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１０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１６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
請求項１２の発明は，請求項１の回転電機システムに於いて，軸方向に流れる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が対向する電機子コイル及び磁性体突極が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。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永久磁石の磁化状態を変えて磁束量の制御範囲を拡大する。
【手続補正１７】
【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１３の発明は，請求項１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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置され，二つの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磁性体基板に周方向に交互に有して電機子の軸方向両端にそれぞれ対向するよう配置され，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二つの回転子の磁性体基板と磁気的に結合され，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一方の回転子の磁性体基板及び磁性体突極と，電機子と，他方の回転子の磁性体突極及び磁性体基板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る事を特徴とする。回転子，電機子，回転子と軸方向に並ぶ構成であって励磁部は両端の回転子の磁性体基板と磁気的に結合して磁性体突極を一括して励磁する。
【手続補正１８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
請求項１７の発明は，請求項１から請求項１４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。
【手続補正１９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
請求項１８の発明による回転電機システムは，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する回転子と，回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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軸と略平行の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，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材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事を特徴とする。
【手続補正２０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
請求項２２の発明は，請求項１８記載の回転電機システムに於いて，回転子は非磁性体及び或いは略周方向磁化を持つ永久磁石で周方向に区分して形成された島状突極と磁性体突極とを有して軸方向両端で電機子と対向し，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の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みは磁性体突極の軸方向の両表面間に配置の永久磁石及び或いは非磁性体で構成される軸方向に流れる磁束に対する離隔部材の厚みより大とされる事を特徴とする。軸と平行な島状突極と磁性体突極とを周方向に交互に有する回転子構成が軸と平行な方向に流れる磁束の磁気抵抗を小としてエネルギー効率に優れる。島状突極を軸と平行な磁化を持つ磁石，磁性体突極を軸と平行な磁性体とする構成，或いは一様な磁性体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された構成等が可能である。
【手続補正２１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４８】
請求項２８の発明は，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する回転子と，回転子との対向面に於いて軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有す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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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すると共に島状突極を軸と略平行の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，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軸方向の一端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，軸方向の他端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。
【手続補正２２】
【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】
請求項２９の発明は，電機子との対向面に於いて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軸と平行の軸心を持つ電機子コイルが周方向に配置された電機子と，一以上の電機子及び回転子が軸方向に対向して並ぶ回転電機装置の磁性体突極を軸と平行方向に一括して励磁する励磁部とを有する回転電機装置の磁束量制御方法であって，島状突極を軸と略平行の同じ方向の磁化を持つよう構成すると共に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軸方向に流れる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である永久磁石及び或いは非磁性体の厚みは軸方向に流れる磁束を流れ難くするよう磁性体突極内に配置された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するよう構成し，励磁部は励磁コイル及び励磁磁路部材を有し，軸方向の一端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，軸方向の他端に配置された回転子或いは電機子，励磁磁路部材を介する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。
【手続補正２３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１０１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１０１】
励磁部は固定軸６１を周回するよう配置されて磁性体円板６ｂ及び磁性体円板６ｇに微小間隙を介して磁気的に結合し，磁性体基板６７，磁性体基板６ｃを互いに異極に磁化するよう構成されている。励磁部の主要部は界磁極６ｊ，界磁極６ｋ，励磁コイル６ｐ，及び磁石要素である界磁磁石６ｍ，界磁磁石６ｎとより構成される。界磁磁石６ｍ，６ｎからの磁束は，磁性体円板６ｂ，磁性体基板６７，磁性体突極６ａ，磁性体歯６４，磁性体突極６ｆ，磁性体基板６ｃ，磁性体円板６ｇを含む主磁路に流れる。番号６ｑは励磁磁路の磁気抵抗を調整する磁気的な空隙を示す。番号６ｒは固定軸６１を周回するよう配置された導体層であり，励磁コイル６ｐのインダクタンスを減少し且つ磁束を界磁磁石６ｍ，６ｎに集中させる為に設けられている。
【手続補正２４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１４９】
図１１に示されるように界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋは軸方向の長さが径方向に変わり，同一の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１１ｍに磁化電流が供給されると，界磁磁石領域１１ｇ，１１ｋに接する円環状磁気ヨーク１１ｅと界磁極１１７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軸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２５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８４】
本発明による回転電機システムの第六実施例を図１８から図２０を用いて説明する。第六実施例は，第二実施例に於いて島状突極内の非磁性体６８，６ｄに替えて永久磁石である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。