(57)【要約】      （修正有）【課題】ステータから磁気ギャップ及びロータを通過して流れる磁束量を調整することができ、何れの回転領域でも高い効率を実現可能な三相交流の回転機を提供する。【解決手段】リング状のステータコア１１の対向位置に設けたメイン永久磁石１４及びメイン界磁巻線１５と、等ピッチで設けた６本のステータ極１２とを有するステータ１において、対向するステータ極１２にそれぞれ巻回したステータ巻線１３同士を同相に設定し、界磁巻線無励磁状態において等ピッチで設けた４本のロータ極２２とステータ極１２との磁気ギャップに漏れずにステータ１内部を通過するメイン永久磁石１４の磁束を、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束によって磁気ギャップ及びロータ２を通過する磁束に変化可能に構成した。【選択図】図２
2014207743.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータと、前記ステータと同軸上に配置され且つ前記ステータとの間に磁気ギャップを形成するロータと、前記ロータを前記ステータに対して回転可能に支持するロータ支持部とを備えた回転機であって、
前記ステータは、
リング状又は略リング状をなすステータ鉄心と、前記ロータの回転軸周りである周方向に前記ステータ鉄心と連続するように配置され且つ前記周方向に磁性を持たせた単一のメイン永久磁石と、前記ステータ鉄心のうち前記メイン永久磁石と対向する位置に巻回され且つ前記メイン永久磁石の磁束と反対方向の磁束を発生する単一のメイン界磁巻線と、前記ステータ鉄心のうち前記メイン永久磁石と前記メイン界磁巻線の間において前記ロータに向かって突出し且つ前記周方向に等ピッチで設けた６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）本のステータ極と、これら各ステータ極に巻回したステータ巻線とを備え、対向する前記ステータ極にそれぞれ巻回したステータ巻線同士を同相に設定したものであり、
前記ロータは、
リング状のロータ鉄心と、前記ロータ鉄心から前記ステータに向かって突出し且つ前記周方向に等ピッチで設けた２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数）本のロータ極とを備えたものであり、
前記メイン界磁巻線に通電していない状態において前記ステータ極と前記ロータ極の前記磁気ギャップを通過すること無く前記ステータ内部を通過する前記メイン永久磁石の磁束を、前記メイン界磁巻線に所定方向に通電することで生じる前記メイン界磁巻線の磁束によって前記磁気ギャップ及び前記ロータを通過する磁束に変化可能に構成し、且つ前記ステータ巻線をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、前記メイン界磁巻線を励磁することによって誘起電圧が生じ、各相の前記ステータ巻線単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することによって前記ロータを回転させるトルクが生じるように構成していることを特徴とする回転機。
【請求項２】
前記ステータが、前記周方向に前記ステータ鉄心と連続するように配置され且つ前記メイン永久磁石の磁束の流れに支障を来さない磁束可変部材を備え、単一又は複数の前記磁束可変部材を前記周方向に隣り合う前記ステータ極同士の間に配置したものであり、前記メイン巻線励磁状態及び前記ステータ巻線励磁状態の何れにおいても前記メイン永久磁石の磁束の流れに応じて前記磁束可変部材の磁束の流れを変化可能に構成している請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
前記ステータ及び前記ロータの組を前記ロータの回転軸方向に複数配置し、且つ各組相互の位相を前記周方向に一致させた状態で連結部材を介して前記各組のステータ同士を連結している請求項１又は２に記載の回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータに対してロータを回転させる回転機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ステータと、このステータとの間に磁気的なギャップ（エアギャップとも称される狭い隙間であり、以下では「磁気ギャップ」と称す）を空けて配置されるロータとを備えた回転機（例えばＰＭモータ）が知られている。回転機のステータには、周方向に等ピッチで並ぶ複数のステータ極が設けられ、隣り合うステータ極間に形成された各スロットに巻線（ステータ巻線）が配置されている。そして、ステータ巻線に電力を供給することによってステータに磁界が発生し、この磁界とロータに付帯させた永久磁石の磁束との相互作用によってロータが回転するように構成されている（例えば特許文献１）。
【０００３】
ところで、近時では自動車用駆動モータなどをはじめとした負荷変動が大きい用途で使用される回転機も多く、このような回転機に対しては、出力領域の拡大と高効率化が要求されている。
【０００４】
ロータに永久磁石を付帯させた従来の回転機では、永久磁石の磁束が磁気ギャップを通過して、ステータ鉄心とステータ極に巻回されたステータ巻線に鎖交し、誘起電圧が発生する。ここで、回転する際に発生する磁界である界磁の磁束量と回転数で決定される誘起電圧は、ロータの回転数に比例して増加するが、出力領域の拡大を実現すべく、低速域で大きな出力（大トルク）を得るために高い誘起電圧を確保できるように設定すれば、高速域では電圧制限により（電源の供給電圧を超過して）駆動できず、一方、高速域まで駆動できるようにすれば、低速域では誘起電圧が低くなり、必要な高い出力（大トルク）を確保できない。
【０００５】
そこで、従来の永久磁石同期回転機では、ロータの回転速度を上げて高速域で運転する場合に、コントローラの端子電圧よりも誘起電圧が超えないよう回転機の電気設計（電圧制限を超えない程度の誘起電圧を確保可能な電気設計）を行いつつ、ステータに鎖交する永久磁石の磁束が多過ぎて誘起電圧が高過ぎる状態になる高速域では、ステータ電力で弱め界磁制御することで誘起電圧を抑えるように構成されている。
【０００６】
このように従来の回転機では、永久磁石の磁束を積極的に弱める弱め界磁制御を行うことで運転範囲の拡大を図っていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−０８０７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、弱め界磁制御が過剰になると永久磁石のクニック点を越えて、永久磁石が不可逆減磁してしまう。
【０００９】
したがって、従来の回転機では、ロータに付帯させた永久磁石の磁束が常にステータ鉄心及びステータ巻線に鎖交して界磁磁束として作用し得る状態にあり、永久磁石が不可逆減磁しない程度まで永久磁石の磁束密度を減少させて磁力を弱めることができても、磁力をゼロ、つまり界磁磁束として作用し得る永久磁石の磁束をゼロにするのは困難であった。そして、界磁磁束として作用し得る永久磁石の磁束がロータから磁気ギャップに漏れてステータに常に流れるため、その分だけ回転時にロスが生じていた。
【００１０】
また、永久磁石をロータに付帯させる態様であれば、ロータの高速回転時に永久磁石が飛散する事態が想定される。このような事態を回避するために、例えば非磁性体の飛散防止リングを永久磁石のうちステータ極に近い側の面を被覆するように取り付ける構成も考えられるが、この場合、回転機の小型軽量化に反するだけでなく、飛散防止リングの厚み分だけ磁気ギャップが拡大してしまい、高効率化の妨げとなり得る。
【００１１】
さらには、ロータをステータの内側に配置してモータを組み立てる工程において、ロータの永久磁石がステータ極に吸引されてしまい、組立作業を効率良く行うことができないという不具合もあった。
【００１２】
このような問題点の主要因は、ロータに永久磁石を付帯させた回転機において永久磁石の磁束を調整することができないことにある。
【００１３】
本発明は、このような検討結果に基づき、回転数の変動や運転状況に応じて界磁の磁束量を調整することができ、高効率化を実現可能な三相構造の回転機を提供することを主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
すなわち本発明は、ステータと、ステータと同軸上に配置され且つステータとの間に磁気ギャップを形成するロータと、ロータをステータに対して回転可能に支持するロータ支持部とを備えた回転機に関するものである。
【００１５】
ここで、本発明に係る回転機は、回転軸の径方向においてロータをステータの内周側に配置したインナー可動型、及び回転軸の径方向においてロータをステータの外周側に配置したアウター可動型の何れをも包含するものである。また、本発明における「ロータ支持部」としては、インナー可動型の場合であれば、回転軸（シャフト）そのものや、シャフトを設けない構成においてロータのうち回転軸の軸方向両端部又は一方の端部を回転可能に保持する回転支持体を挙げることができ、アウター可動型の場合であれば、ロータよりも回転軸の径方向外側に配置されるフレームを例示することができる。また、「ステータと同軸上」の軸は、シャフトを有する構成であればシャフトであり、シャフトを設けない構成であれば、ロータの回転中心を規定する仮想上の軸である。以下に本願発明の技術的特徴について具体的に説明する。
【００１６】
本発明に係る回転機は、ステータとして、リング状のステータ鉄心と、ロータの回転軸周りである周方向（以下、単に「周方向」と称す）にステータ鉄心と連続するように配置され且つ周方向に磁性を持たせた単一のメイン永久磁石と、ステータ鉄心のうちメイン永久磁石と対向する位置に巻回され且つメイン永久磁石の磁束と反対方向の磁束を発生する単一のメイン界磁巻線と、ステータ鉄心のうちメイン永久磁石とメイン界磁巻線の間においてロータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチで設けた６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）本のステータ極と、これら各ステータ極に巻回したステータ巻線とを備え、対向するステータ極にそれぞれ巻回したステータ巻線同士を同相に設定したものを適用するとともに、ロータとして、リング状のロータ鉄心と、ロータ鉄心からステータに向かって突出し且つ周方向に等ピッチで設けた２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数）本のロータ極とを備えたものを適用し、メイン界磁巻線に通電していない状態においてステータ極とロータ極の磁気ギャップを通過すること無くステータ内部を通過するメイン永久磁石の磁束を、メイン界磁巻線に所定方向に通電することで生じるメイン界磁巻線の磁束によって磁気ギャップ及びロータを通過する磁束に変化可能に構成し、且つステータ巻線をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、メイン界磁巻線を励磁することによって誘起電圧が生じ、各相のステータ巻線単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することによってロータを回転させるトルクが生じるように構成していることを特徴としている。
【００１７】
このような本発明の回転機では、例えば図１にその一例を示すように、ステータ鉄心１１の所定箇所に配置した単一のメイン永久磁石１４の磁性を、ロータ２の回転軸周りの方向である周方向Ａ、すなわち、ステータ鉄心１１を周回する方向に持たせているため、ステータ鉄心１１のうちメイン永久磁石１５と対向する位置に設けたメイン界磁巻線１４に電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）であれば、メイン永久磁石１４の磁束は、ステータ鉄心１１を経由して戻る短絡磁束になる。したがって、抵抗の低い部分を通るメイン永久磁石１４の磁束は、図１の実線の矢印でその流れを示すように、メイン界磁巻線１５の起磁力がゼロの場合に、磁気ギャップを通過してロータ２に到達することはなく、ステータ１内を流れる。
【００１８】
一方、図２に示すように、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流した場合、メイン界磁巻線１５の磁束が、同図において点線の矢印でその流れを示すように、メイン永久磁石１４の磁束と反対方向の磁束として発生する。したがって、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流した状態（界磁巻線励磁状態）では、ステータ鉄心１１内を流れるメイン永久磁石１４の磁束が、ステータ鉄心１１内においてメイン界磁巻線１５の磁束とぶつかり、ステータ１のうちメイン永久磁石１４を配置した部分からステータ鉄心１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した部分に到達することなく、ステータ１のうちメイン界磁巻線１５の磁束とぶつかる箇所よりもメイン永久磁石１４を配置した箇所に近い位置に存在するステータ極１２を通り、そのステータ極１２と対向し得るロータ極２２との磁気ギャップを通過し、ロータ極２２、ロータ鉄心２１、他のロータ極２２、このロータ極２２と対向し得るステータ極１２との磁気ギャップ、ステータ極１２、ステータ鉄心１をこの順で流れてメイン永久磁石１４に至る。
【００１９】
また、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束は、ステータ鉄心１１内においてメイン永久磁石１４の磁束とぶつかり、ステータ鉄心１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した箇所からステータ１のうちメイン永久磁石１４を配置した部分に到達することなく、ステータ１のうちメイン永久磁石１４の磁束とぶつかる箇所よりもメイン界磁巻線１５を配置した箇所に近い位置に存在するステータ極１２を通り、そのステータ極１２と対向し得るロータ極２２との磁気ギャップを通過し、ロータ極２２、ロータ鉄心２１、他のロータ極２２、このロータ極２２と対向し得るステータ極１２との磁気ギャップ、ステータ極１２、ステータ鉄心１１をこの順で流れてメイン界磁巻線１５の配置箇所に至る。
【００２０】
本発明の回転機では、６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）本のステータ極１２を有するステータ１と、２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数）本のロータ極２２を有するロータ２とを備えたものであり、界磁巻線励磁状態において、６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）本のステータ極１２のうち、メイン永久磁石１４の配置箇所に近い位置にあるステータ極１２に磁気ギャップを介して対面するロータ２の部分（ロータ極２２、ロータ鉄心２１）には、メイン永久磁石１４の磁束がメイン界磁巻線１５の磁束よりも相対的に多く流れ、メイン界磁巻線１５の配置箇所に近い位置にあるステータ極１２に磁気ギャップを介して対面するロータ２の部分（ロータ極２２、ロータ鉄心２１）には、メイン界磁巻線１５の磁束がメイン永久磁石１４の磁束よりも相対的に多く流れ、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束がぶつかる箇所に近い位置にあるステータ極１２に磁気ギャップを介して対面するロータ２の部分（ロータ極２２、ロータ鉄心２１）には、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束が同じ程度の割合で流れる（図２参照）。
【００２１】
このように、本発明の回転機であれば、メイン界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）ではロータに流れない状態または流れ難い状態にあって短絡しているメイン永久磁石の磁束を、メイン界磁巻線に所定方向の電流を流すこと（界磁巻線無励磁状態）でメイン界磁巻線の磁束に誘導されて磁気ギャップを通過してロータに流れる磁束に変化させることができ、メイン界磁巻線に流す電流量の大きさにより、磁気ギャップに漏れてロータを通過する磁束量を調整する「界磁調整」を簡単に行うことができる。ここで、界磁調整時に磁気ギャップに漏れてロータを通過する磁束量は、メイン界磁巻線に流す電流の大きさに比例する。ここで、この界磁巻線に流す電流は、例えばロータの回転数（速度）の変動に応じて調整することができ、図２に示すように、ステータ１の各ステータ巻線１３に電流を流していない場合であっても、ステータ１の各ステータ巻線１３に電流を流している場合であっても調整することができる。
【００２２】
そして、本発明の回転機は、界磁巻線励磁状態にして界磁調整を行うことによって誘起電圧が生じ、界磁調整を行った状態で図３に示すように、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相に分けた各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（励磁巻線励磁状態）ことによって、メイン永久磁石１４の磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束が、ステータ巻線１３に鎖交する界磁磁束として作用し、ロータ２を回転させるトルクが生じるように構成している。ステータ１の各ステータ巻線１３（Ｕ，Ｖ，Ｗ相）に流す電流は、例えばトルク（出力）が変動する場合に調整するものであり、運転状態によっては、界磁巻線１５に流す電流の調整及び各ステータ巻線１３に流す電流の調整を何れも行う場合がある。図３では、同図右下に示す適宜のタイミングＴの時点（適宜の電気角）における磁束の流れを相対的に太い矢印で示し、ロータ２の回転方向を相対的に細い実線の矢印ｔで示している。同図のタイミングＴでは、Ｗ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及びＷ相のステータ巻線１３に交差する磁束の数（鎖交磁束数）φを基準値とすると、Ｕ相のステータ巻線１３及びＶ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及びＵ相のステータ巻線１３及びＶ相のステータ巻線１３の鎖交磁束数φはそれぞれ基準値の二分の一（Ｉ／２（Ａ），φ／２）になる。なお、図３おいて符号「１３」に続く括弧内のローマ字表記Ｕ、Ｖ、Ｗは、各ステータ巻線１３の相を示している。
【００２３】
このように、本発明に係る回転機は、メイン界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）であればロータにメイン永久磁石の磁束が流れない状態または流れ難い状態を確保することができる。したがって、本発明に係る回転機では、メイン界磁巻線に所定方向の電流を流していない状態において誘起電圧が発生せず、コギングトルクやロストルクがゼロまたは略ゼロとなり、高効率化を図ることができる。また、メイン界磁巻線に所定方向の電流を流した状態（界磁巻線励磁状態）では、メイン永久磁石の磁束とメイン界磁巻線の磁束をロータに通過させることができ、この状態で各相のステータ巻線単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（励磁巻線励磁状態）ことによって、メイン永久磁石の磁束及びメイン界磁巻線の磁束が、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束として作用し、ロータを回転させるトルクが生じる。さらに、本発明の回転機では、ステータ極とロータ極の数を相互に異ならせているため、ロータが固まるロック状態に陥る事態を回避することができるとともに、正弦波励磁が利用可能であり、汎用のインバータを利用することができる。また、本発明の回転機では、正弦波励磁が利用可能であることから、ステータ極とロータ極の数が同数の場合に使用するパルス電源で駆動することができる。
【００２４】
そして、本発明の回転機であれば、要求される回転数（出力）やトルクに応じてメイン界磁巻線に流す電流量を調節することで、ロータを通過する磁束量（メイン永久磁石の磁束にメイン界磁巻線の磁束を重畳した磁束量であり、メイン永久磁石の磁束とメイン界磁巻線の磁束の総和である磁束量）を増減することができ、ひいては、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束量を増減することができる。この際、メイン永久磁石の界磁を弱める弱め界磁は不要であるため、メイン永久磁石の減磁現象を防止することができるとともに、例えば弱め界磁制御と強め界磁制御を選択して行う態様と比較して、メイン界磁巻線に流す電流方向は一定方向のみであるため、メイン界磁巻線に流す電流方向を切り替える処理が不要である。
【００２５】
また、本発明の回転機は、ロータにメイン永久磁石を付帯させる構成ではないため、ロータの高速回転中にメイン永久磁石が飛散する事態を回避することができる。さらに、ロータにメイン永久磁石を付帯させた回転機であればメイン永久磁石の飛散を防止するために設ける飛散防止部材が、本発明の回転機では不要であり、この点において、部品点数の削減と、メイン永久磁石のうちステータに対向する面に飛散防止部材を取り付けることによる磁気ギャップの拡大化を回避することが可能であり、高効率化にも貢献する。
【００２６】
特に、本発明の回転機は、ロータを磁性体材料のみから形成することが可能である点においても有利である。
【００２７】
加えて、本発明の回転機は、ステータに付帯させたメイン界磁巻線に電流を流さない状態でメイン永久磁石の磁束はステータ内に留まるため、回転機の組立工程のうち、ステータの内部空間にロータ及びシャフトを組み付けたユニットを挿入する工程では、メイン界磁巻線に電流を流さないことによって、メイン永久磁石がロータに不意に吸引される事態を防止することができ、スムーズ且つ適切に挿入作業を行うことができる。
【００２８】
また、本発明の回転機では、ステータとして、ステータ鉄心を周回する方向（周方向）にステータ鉄心と連続するように配置され且つメイン永久磁石の磁束の流れに支障を来さない磁束可変部材を備え、単一又は複数の磁束可変部材を周方向に隣り合うステータ極同士の間に配置したものを適用することができる。この場合、メイン巻線励磁状態及びステータ巻線励磁状態の何れにおいてもメイン永久磁石の磁束の流れに応じて磁束可変部材の磁束の流れを変化可能に構成すれば、磁束可変部材を配置していないステータを適用した回転機と比較して、磁束可変部材の磁束分だけ界磁磁束量を増大させることができ、高効率化に資する。磁束可変部材としては、ヨークやその他の磁性体等を挙げることができる。
【００２９】
さらに、本発明では、ステータ及びロータの組をロータの回転軸方向に複数配置し、且つ各組相互の位相を周方向に一致させた状態で連結部材を介して前記各組のステータ同士を連結した回転機を構成することも可能である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、ステータに付帯させるメイン永久磁石及びメイン界磁巻線をロータの回転中心を挟んで相互に対向する位置に配置し、界磁巻線無励磁状態では磁気ギャップに漏れないか漏れ難くしてステータ内を流れるように磁気短絡させたメイン永久磁石の磁束を、メイン界磁巻線に電流を流すことで磁気ギャップ及びロータに流れて、界磁磁束として作用し得る磁束に変化可能に構成しているため、回転数の変動や運転状況に応じて界磁の磁束量を調整することができ、広範な運転領域に対応する何れの回転領域でも高効率で作動する三相構造の回転機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一例に係る回転機の断面模式図であり、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石の磁束の流れを模式的に示す図。
【図２】界磁調整時におけるメイン永久磁石の磁束の流れ及びメイン界磁巻線の磁束の流れを図１に対応させて模式的に示す図。
【図３】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図１に対応させて模式的に示す図。
【図４】本発明の一実施形態（第１実施形態）に係る回転機の全体斜視図。
【図５】図４のｆ方向矢視図。
【図６】図４のｇ方向矢視図。
【図７】図４のｈ方向矢視図。
【図８】同実施形態におけるメイン界磁巻線への電流供給を示す回路図。
【図９】同実施形態におけるステータ巻線への電流供給を示す回路図。
【図１０】同実施形態に係る回転機のシステム構成図。
【図１１】同実施形態に係る回転機の回路図。
【図１２】界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石の磁束の流れを模式的に示す図。
【図１３】界磁調整時におけるメイン永久磁石の磁束の流れ及びメイン界磁巻線の磁束の流れを模式的に示す図。
【図１４】ロータ回転駆動時における磁束の流れを模式的に示す図。
【図１５】同実施形態に係る回転機を発電機として機能させた場合の回路図。
【図１６】本発明の第２実施形態に係る回転機の全体斜視図。
【図１７】図１６のｆ方向矢視図。
【図１８】図１６のｇ方向矢視図。
【図１９】図１６のｈ方向矢視図。
【図２０】界磁巻線無励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れを模式的に示す図。
【図２１】界磁調整時におけるメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線の磁束流れを模式的に示す図。
【図２２】ロータ回転駆動時における磁束の流れを模式的に示す図。
【図２３】本発明の第３実施形態に係る回転機の全体斜視図。
【図２４】図２３のｆ方向（図２６、図２７のＰ−Ｐ線方向）矢視図。
【図２５】同実施形態における第２組のステータ及びロータを図２６、図２７のＱ−Ｑ線方向から見た図。
【図２６】図２３のｇ方向矢視図。
【図２７】図２３のｈ方向矢視図。
【図２８】同実施形態における各組のメイン界磁巻線への電流供給を示す回路図。
【図２９】同実施形態における各組のステータ巻線への電流供給を示す回路図。
【図３０】巻線無励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れを図２４に対応させて模式的に示す図。
【図３１】界磁巻線無励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れを図２５に対応させて模式的に示す図。
【図３２】界磁巻線無励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れを図２６に対応させて模式的に示す図。
【図３３】界磁巻線無励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れを図２７に対応させて模式的に示す図。
【図３４】界磁調整時におけるメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線の磁束流れを図２４に対応させて模式的に示す図。
【図３５】界磁調整時におけるメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線の磁束流れを図２５に対応させて模式的に示す図。
【図３６】界磁調整時におけるメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線の磁束流れを図２６に対応させて模式的に示す図。
【図３７】界磁調整時におけるメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線の磁束流れを図２７に対応させて模式的に示す図。
【図３８】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図２４に対応させて模式的に示す図。
【図３９】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図２５に対応させて模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３３】
本実施形態に係る回転機Ｘは、例えば図示しない航空機の電動のエンジンスタータと発電機を兼ねたスタータジェネレータとして適用可能なものである。
【００３４】
回転機Ｘは、図４乃至図６（図４は回転機Ｘの全体斜視図であり、図５は図４のｆ方向矢視図、図６は図４のｇ方向矢視図、図７は図４のｈ方向矢視図である）に示すように、ステータ１と、ステータ１と同軸上に配置され且つステータ１との間に磁気ギャップを形成するロータ２と、ロータ２をステータ１に対して回転可能に支持するロータ支持部３とを備えたものである。本実施形態に係る回転機Ｘは、ロータ２をステータ１よりも回転軸の径方向内側に配置したインナー可動型の回転機Ｘである。
【００３５】
本実施形態では、ロータ支持部として、ロータ２の回転軸そのものとして機能するシャフト３を適用している。すなわち、シャフト３及びロータ２は一体回転可能に構成されている。
【００３６】
ステータ１は、ステータコア１１（本発明のステータ鉄心に相当）と、ステータコア１１からロータ２側に向かって突出し且つ周方向Ａに等ピッチで配列された複数のステータティース１２（本発明のステータ極に相当）と、各ステータティース１２に巻回されたステータ巻線１３と、ステータコア１１に連続する位置に設けた単一のメイン永久磁石１４と、ステータコア１１のうちメイン永久磁石１４と対向する位置に巻回して設けた単一のメイン界磁巻線１５とを有するものである。
【００３７】
ステータコア１１は、シャフト３の軸方向に直交する断面形状がリング状をなす磁性体である。本実施形態では、周方向Ａに６分割した単位ステータコア１１ａを適宜の手段で一体的に接合したステータコア１１を適用しているが、周方向Ａに分割していないステータコアであっても勿論構わない。ステータコア１１の一部には、メイン永久磁石１４を配置する空洞部１１ｓを形成している。この空洞部１１ｓは、図５に示すように、ステータコア１１を厚み方向に所定領域分だけ窪ませたものであってもよいし、ステータコア１１を厚み方向（シャフト３の径方向）に貫通するもの（図示省略）であってもよい。また、本実施形態では、シャフト３の軸方向に直交する断面形状が略円筒形状をなすステータコア１１を適用しているが、四角筒形状などの多角筒形状（角部は部分円筒状であってもよい）のステータコアであってもよい。
【００３８】
ステータティース１２は、ステータコア１１の内向き面からロータ２側（シャフト３の径方向内側）に向かって突出するものである。本実施形態の回転機Ｘは、ステータコア１１の内向き面において等角ピッチとなる箇所から突出する計６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数であり、本実施形態であればｎは１である）本のステータティース１２を有し、各ステータティース１２にステータ巻線１３を巻回している。
【００３９】
そして、本実施形態の回転機Ｘは、ステータコア１１の空洞部１１ｓにメイン永久磁石１４を配置している。本実施形態では、ステータコア１１の外向き面と、メイン永久磁石１４の外向き面が大きな段差なく略面一となるように設定している。このメイン永久磁石１４は、ステータコア１１の周方向Ａに磁性を持たせたものである。図５乃至図７では、同図におけるステータコア１１の周方向Ａ左側の面をＮ極、ステータコア１１の周方向Ａ右側の面をＳ極に着磁したメイン永久磁石１４をステータコア１１の一部に配置した構成を例示している。本実施形態のメイン永久磁石１４は、Ｓ極及びＮ極をそれぞれステータコア１１の端面（空洞部１１ｓの開口縁）と隙間無く密着させた状態で配置されている。
【００４０】
メイン界磁巻線１５は、ステータコア１１のうちメイン永久磁石１４と対向する位置に巻回したものである。本実施形態に係る回転機Ｘでは、このメイン界磁巻線１５に対して、図８に示すように、直流電流を流すように設定し、メイン界磁巻線１５に直流電流を流すことで、メイン永久磁石１４の磁束と反対方向の磁束が生じるように設定している。このメイン界磁巻線１５には、ロータ２の回転位置に関係なく直流を流すため、基本的にはスイッチＳのＯＮとＯＦＦのタイミングを切り替える制御（微少時間でＯＮ・ＯＦＦを繰り返し、単位時間あたりにおけるＯＮの時間を調整する制御も含む）になり、例えばＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を採用することができる。
【００４１】
本実施形態におけるステータ１は、ステータコア１１のうちロータ２に対向する面（本実施形態では内向き面）において周方向Ａに等角ピッチで６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数であり、本実施形態であればｎは１）本のステータティース１２を有するものである。何れのステータティース１２も、ステータコア１１のうちメイン永久磁石１４を配置した箇所及びメイン界磁巻線１５を巻回した箇所と一致しないように設定している。本実施形態では、リング状のステータコア１１に連続するようにメイン永久磁石１４を配置し、このメイン永久磁石１４に対向する位置にメイン界磁巻線１５を配置しており、ステータコア１１のうち、メイン永久磁石１４を配置した箇所とメイン界磁巻線１５を巻回した箇所の間、すなわちステータコア１１を周方向に略２等分した各領域（ステータコア１１を周方向Ａに略半分にした領域であり、以下では「半周領域」と称する場合がある）に、ステータティース１２の総数（６ｎ）の半分（つまり６ｎを２で割った本数）のステータティース１２を周方向Ａに等角ピッチで設けている。ｎが１である本実施形態では、ステータ１の各半周領域に３本のステータティース１２をそれぞれ設けている。
【００４２】
また、本実施形態の回転機Ｘでは、回転軸３の軸心を通る直線上で対向するステータティース１２にそれぞれ巻回して設けたステータ巻線１３同士を同相に設定し、周方向Ａに並ぶ各ステータ巻線１３をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けている。図４以降の各図において符号「１３」に続く括弧内のローマ字表記Ｕ、Ｖ、Ｗは、各ステータ巻線１３の相を示している。
【００４３】
そして、本実施形態の回転機Ｘでは、図９に示すように、同相のステータ巻線１３同士を直列で接続し、三相各相のステータ巻線１３同士を中性点Ｎで一括して接続する結線（いわゆるＹ結線またはスター結線と称される結線）を採用し、各相のステータ巻線１３に１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁（通電）可能に構成している。これらステータ巻線１３には、ロータ２の位置（回転角度）に応じて交流電流を流す必要がある。本実施形態では、回転センサによってロータの位置（シャフト３の回転角度）を検出し、図１０に示すように、ロータ２の位置（シャフト３の回転角度）を示す回転信号に基づいて励磁用インバータＩから各相のステータ巻線１３に交流電流を励磁するように構成している。なお、インダクタンスの変化などによってロータ２の位置を検出可能（センサレス）に構成してもよい。
【００４４】
そして、図１１に示すように、２段に配置したスイッチＳを各相のステータ巻線１３に接続し、これらスイッチＳをＯＮ・ＯＦＦに切り替えるタイミングに応じて各相のステータ巻線１３に交流電流が流れるタイミングを制御することができる。図１１では、整流回路部を省略している。本実施形態では、図１０に示すように、共通の励磁用インバータＩからメイン界磁巻線１５に流す界磁電流（直流）と、ステータ巻線１３に流す励磁電流（交流）を供給するように構成している。この励磁用インバータＩには、外部電源又はコンバータが接続されている。
【００４５】
ロータ２は、図４乃至図７に示すように、リング状のロータコア２１（本発明のロータ鉄心に相当）と、ロータコア２１からステータ１側（シャフト３の径方向外側）に向かって突出するロータティース２２（本発明のロータ極に相当）とを有する磁性体である。本実施形態のロータ２は、ロータコア２１及びロータティース２２を一体に形成している。なお、本実施形態では、周方向Ａに複数に分割（例えば４分割など）した単位ロータコアを適宜の手段で一体的に接合したロータコア２１を適用しているが、周方向Ａに分割していないロータコアであってもよい。また、ロータコア２１の中心部に形成したシャフト挿通孔に挿通したシャフト３はロータ２と一体回転可能である。
【００４６】
図４等に示す本実施形態の回転機Ｘは、円筒状をなすロータコア２１のうち、ステータ１に対向する面（本実施形態では外向き面（外周面））から２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数であり、本実施形態であればｍは２）本のロータティース２２を放射状に突出させたものである。ここで、本実施形態の回転機Ｘでは、リング状をなすステータコア１１の内向き面に等角ピッチで設けたステータティース１２と、リング状をなすロータコア２１の外向き面に等角ピッチで設けたロータティース２２との数を相互に異ならせている。本実施形態では、上述したように、ステータティース１２の本数を６に設定し、ロータティース２２の本数を４に設定している。
【００４７】
そして、本実施形態の回転機Ｘは、ステータ１とロータ２の間、より具体的にはステータティース１２とロータティース２２の間に、回転軸の周方向Ａに周回する磁気ギャップを形成している。本実施形態では、各ステータティース１２の内向き面（突出端面）をシャフト３の軸中心を中心とする同一円弧上に一致する部分円弧面に設定するとともに、各ロータティース２２の外向き面（突出端面）を各ステータティース１２の内向き面と同心円であって各ステータティース１２の内向き面よりも径を僅かに小さく設定した円弧上に一致する部分円弧面に設定している。
【００４８】
次に、このような構成を有する本実施形態に係る回転機Ｘの動作及び作用について説明する。
【００４９】
本実施形態の回転機Ｘにおいて、ステータコア１１に設けたメイン界磁巻線１５に直流電流が流れていない場合（界磁巻線無励磁状態）、メイン永久磁石１４の磁束（以下では「メイン磁石磁束」と称する場合がある）は、図１２（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束の流れを図５に対応させて模式的に示したものである）ににおいて相対的に太い実線の矢印でその流れを示すように、例えばメイン永久磁石１４のうちＮ極に着磁された面（Ｎ極着磁面）を始点として捉えると、このメイン永久磁石１４のＮ極着磁面、ステータコア１１を流れて、メイン永久磁石１４のＳ極着磁面に至る。すなわち、磁束の経路（磁路）は、常に全体の磁気抵抗が最も小さくなる磁路が必然的に選ばれるため、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束は、ロータ２とステータ１の磁気ギャップを避けて流れることになる。したがって、界磁巻線無励磁状態ではメイン永久磁石１４の磁束はステータコア１１を経由して戻る短絡磁束になる。この界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束を以下では「無励磁状態メイン磁石磁束」と称す。このように、界磁巻線無励磁状態では、メイン磁石磁束はステータ１内におさまり、磁気ギャップに漏れず、ロータ２に流れない。したがって、誘起電圧が発生せず、安全な状態であるといえる。なお、メイン永久磁石１４の磁束量は常に一定である。
【００５０】
一方、本実施形態の回転機Ｘにおいて、ステータ巻線１３に電流を流さずに、メイン界磁巻線１５にのみ所定方向の直流電流を流した場合（界磁巻線励磁状態）、具体的には、図１３（同図は、界磁巻線励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束の流れを図５に対応させて模式的に示したものである）に示すように、メイン磁石磁束の向きと反対になる方向の直流電流をメイン界磁巻線１５に流した場合、メイン磁石磁束（同図において相対的に太い実線の矢印で示す方向に流れる磁束）は、ステータコア１１内においてメイン界磁巻線１５の磁束（同図において点線の矢印で示す方向に流れる磁束）とぶつかり、メイン界磁巻線１５の磁束が抵抗となってメイン界磁巻線１５の磁束よりも抵抗の小さいロータ２とステータ１の磁気ギャップを通過し、ロータティース２２、ロータコア２１、他のロータティース２２、このロータティース２２とステータティース１２の磁気ギャップ、ステータティース１２、ステータコア１１を流れてメイン永久磁石１４に戻る磁束となる。そして、メイン界磁巻線１５に流す直流電流を大きくすればするほど、メイン界磁巻線１５の磁束量を増量させることができ、ステータコア１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和に近い状態になり、これらの領域にメイン磁石磁束は流れ難くなり、その分だけ磁気ギャップを通過してロータ２に流れるメイン磁石磁束の量が多くなる。つまり、メイン界磁巻線１５に流す直流電流を大きくすれば、メイン界磁巻線１５の磁束及びステータ１内で短絡していたメイン磁石磁束が何れもステータ１内を周回するように流れることができなくなり、界磁磁束として磁気ギャップに流れる。この磁気ギャップに流れる界磁磁束の大きさは、界磁電流（メイン界磁巻線１５に流す直流電流）の大きさに比例する。
【００５１】
そして、本実施形態の回転機Ｘは、所定値以上の電流（大電流）をメイン界磁巻線１５に流した場合（界磁巻線励磁状態）に、ステータコア１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和になり、これらの領域にメイン磁石磁束は流れず、全部または略全部のメイン磁石磁束が磁気ギャップに漏れて、ロータ２に流れるメイン磁石磁束の量が多くなる。
【００５２】
また、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束は、図１３に示すように、ステータコア１１内においてメイン永久磁石１４の磁束とぶつかり、ステータコア１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した箇所からメイン永久磁石１４を配置した部分に到達することなく、ステータ１内においてメイン永久磁石１４の磁束とぶつかる箇所よりもメイン界磁巻線１５を配置した箇所に近い位置に存在するステータティース１２を通り、そのステータティース１２と対向し得るロータティース２２との磁気ギャップを通過し、ロータ極２２、ロータコア２１、他のロータティース２２、このロータティース２２と対向し得るステータティース１２との磁気ギャップ、ステータティース１２、ステータコア１１をこの順で流れてメイン界磁巻線１５の配置箇所に到達する。したがって、メイン界磁巻線１５に流す電流量の増大に伴って、ロータ２を通過する総磁束量（メイン磁石磁束とメイン界磁巻線１５の磁束の総和）も増大する。
【００５３】
ここで、界磁巻線励磁状態において各ステータティース１２を流れる磁束に着目すると、図１３に示すように、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束がぶつかる箇所に近い位置にあるステータティース１２には、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束の両方が通過する。本実施形態では、ステータコア１１を周方向Ａに２分割したそれぞれの領域（半周領域）に等ピッチで３本のステータティース１２を設け、各半周領域において１本のステータティース１２の配置箇所が、半周領域の中間部分と一致するように設定している。ステータコア１１の各半周領域における中間部分は、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束がぶつかる箇所でもある。したがって、界磁巻線励磁状態では、ステータコア１１の各半周領域における中間部分からロータ２に向かって突出するステータティース１２に、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束が通過する。本実施形態では、メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束が通過するステータティース１２、つまり、ステータコア１１の各半周領域における中間部分からロータ２に向かって突出し、相互に対向する一対のステータティース１２に巻回したステータ巻線１３をＶ相に設定している。
【００５４】
また、ステータコア１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン永久磁石１４の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２には、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束はほとんど流れず、主にメイン永久磁石１４の磁束が通過する。一方、ステータコア１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン界磁巻線１５の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２には、界磁巻線励磁状態においてメイン永久磁石１４の磁束はほとんど流れず、主にメイン界磁巻線１５の磁束が通過する。そして、一方の半周領域においてその中間部分よりもメイン永久磁石１４の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２と、このステータティース１２にロータを介して対向するステータティース１２（他方の半周領域においてその中間部分よりもメイン界磁巻線１５の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２）にそれぞれ巻回したステータ巻線をＷ相に設定するとともに、一方の半周領域においてその中間部分よりもメイン界磁巻線１５の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２と、このステータティース１２にロータ２を介して対向するステータティース１２（他方の半周領域においてその中間部分よりもメイン永久磁石１４の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２）にそれぞれ巻回したステータ巻線１３をＵ相に設定している。
【００５５】
このように、本実施形態に係る回転機Ｘは、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）ではロータ２に流れない状態または流れ難い状態にあって短絡しているメイン永久磁石１４の磁束を、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流すこと（界磁巻線無励磁状態）でメイン界磁巻線１５の磁束に誘導されて磁気ギャップを通過してロータ２に流れる磁束に変化させることができ、メイン界磁巻線１５に流す電流量の大きさにより、磁気ギャップを通過する磁束量（界磁磁束量）を調整する「界磁調整」を行うことができる。ここで、界磁調整時に磁気ギャップを通過する磁束量は、メイン界磁巻線１５に流す電流の大きさに比例する。メイン界磁巻線１５に流す電流の大きさは、例えばメイン界磁巻線１５に直列接続しているスイッチＳの単位時間あたりにおけるＯＮ／ＯＦＦの時間を長さによって調整することができる。この界磁調整時には、ステータ１の各ステータ巻線１３に電流を流していない。
【００５６】
そして、本実施形態に係る回転機Ｘは、界磁巻線励磁状態にして界磁調整することで誘起電圧が生じ、対向するステータティース１２にそれぞれ巻回したステータ巻線１３同士を同相に設定し、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相に分けたステータ巻線１３に、界磁調整が済んだ後に引き続いて図１４に示すように、各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することによって、メイン永久磁石１４の磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束が、ステータ巻線１３に鎖交する界磁磁束として作用し、ロータ２を回転させるトルクが生じるように構成している。図１４では、同図右下に示す適宜のタイミングＴの時点（適宜の電気角）における磁束の流れを相対的に太い矢印で示し、ロータ２の回転方向を相対的に細い実線の矢印ｔで示している。同図のタイミングＴでは、Ｗ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及びＷ相のステータ巻線１３の鎖交磁束数φを基準値とすると、Ｕ相のステータ巻線１３及びＶ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及び鎖交磁束数φはそれぞれ基準値の二分の一（Ｉ／２（Ａ），φ／２）になる。
【００５７】
ここで、図１５に、界磁調整に引き続いて本実施形態に係る回転機Ｘのロータ２を回転させてモータ（または発電機）として駆動している場合（ロータ回転駆動時）のメイン界磁巻線１５及び各相のステータ巻線１３に流す電流の流れを模式的に示す。同図に示すように、ロータ２が回転力を得ている状態では、メイン界磁巻線１５に界磁電流（同図において実線の矢印で示す直流）を流した状態において、各相のステータ巻線１３にそれぞれ励磁電流（交流）を流すと、Ｕ相のステータ巻線１３（Ｕ）及びＷ相のステータ巻線１３（Ｗ）を流れた電流（同図において二点鎖線の矢印、点線の矢印で示す）は中性点Ｎを経由してＶ相のステータ巻線１３（Ｖ）を流れる電流（同図において一点鎖線の矢印で示す）に集約され、直流電源へ回生される。この場合、スイッチＳと並列に接続されている環流ダイオードＤを経由して直流電源へ回生されている。このような制御は、例えばＰＷＭ制御やＰＡＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御で実現できる。
【００５８】
このように、本実施形態に係る回転機Ｘにおいて、メイン磁石磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束が磁気ギャップを通過してロータ２に流れる界磁巻線励磁状態（界磁調整した状態）で、さらに各ステータ巻線１３にも各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、ロータ２を回転させるトルクが生じ、ロータ２を回転させることができ、要求される回転数（出力）やトルクに応じてメイン界磁巻線１５に流す電流量（界磁電力）を調節することで、ロータ２を流れる総磁束量（メイン永久磁石１４の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束の総和である磁束量）を増減することができる。
【００５９】
このような回転機Ｘを航空機のスタータジェネレータとして適用した場合、始動時を含む低速域では、ステータ１のコイル（ステータ巻線１３）に通電するとともに、メイン界磁巻線１５に所定方向の直流電流を流して界磁巻線無励磁状態から界磁巻線励磁状態に切り替えることで励磁されたロータ２が回転駆動する。
【００６０】
本実施形態に係る回転機Ｘは、大トルクが要求される低速域において、メイン界磁巻線１５に流す電流量を上げる（界磁電力を大きくする）ことによって、その界磁電力に応じた大きいメイン界磁巻線１５の磁束と、このメイン界磁巻線１５の磁束に誘導されるメイン永久磁石１４の磁束をロータ２に通過させることができ、ロータ２を流れてステータ巻線１３に鎖交する界磁の磁束量を増大させる（界磁磁束密度を高める）ことができる。したがって、例えばステータ巻線１３に流す電流を大きくすることに依らずとも、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流す界磁制御を行うことで大トルクを得ることができ、界磁制御を行わない場合に比べて誘起電圧を高くすることができる。
【００６１】
また、本実施形態の回転機Ｘは、中速域において、界磁巻線励磁状態で運転しつつ、低速域時よりも界磁電力を少なくすることで誘起電圧を一定に保ち、トルクを必要としない領域に到達した時点で界磁電力をさらに少なくすることでロータ２を通過してステータ巻線１３に鎖交する磁束量（界磁磁束量）を低速域よりも減少させて、ロータ２における磁束密度を抑えることができる。そして、本実施形態の回転機Ｘでは、ロータ２の磁束密度を抑えることによって、鉄損を低減することができる。
【００６２】
また、本実施形態に係る回転機Ｘは、高速域では、界磁電力をゼロに近付けることで、リラクタンストルクのみで回転させることができる。すなわち、界磁電力をゼロに近付けることによって、メイン界磁巻線１５の磁束量がゼロに近付き、ロータ２を通過してステータ巻線１３に鎖交する磁束量が中速域よりも減少し、ロータ２における磁束密度をさらに抑えることができる。また、界磁電力をゼロに近付けることで低速域や中速域と比較してメイン界磁巻線１５の銅損も減少するとともに、高速域では磁束密度の低減に伴って鉄損を低減できることから、本実施形態に係る回転機Ｘでは、高速回転領域で誘起電圧が低い（磁束密度が低い）ため、鉄損を低減することができる。
【００６３】
このような構成をなす本実施形態の回転機Ｘは、界磁巻線無励磁状態においてメイン永久磁石１４の磁束がロータ２を通過しない又は殆ど通過しないように構成しているため、ロータ２を経由してステータ巻線１３に鎖交する磁束をゼロまたは略ゼロにすることができ、コギングトルクをゼロまたは略ゼロにすることが可能である。また、この界磁巻線無励磁状態では誘起電圧が発生せず、安全な状態を確保することができ、制御機器（電源、インバータＩなど）が停止したときには自ずと誘起電圧が発生しない状態を確保することができ、制御機器の破損防止に役立つ。また、本実施形態の回転機Ｘでは、メイン界磁巻線１５に一方向の電流を流した場合に、メイン界磁巻線１５の磁束と共にメイン永久磁石１４の磁束が、磁気ギャップ及びロータ２内を通過してステータ巻線１３に鎖交する状態となり、誘起電圧を発生させてロータ２を回転させることができ、要求される回転数（出力）やトルクに応じてメイン界磁巻線１５に流す電流量を調節することで、ロータ２を経由してステータ巻線１３に鎖交する磁束量を増減することができる。この際、メイン永久磁石１４の界磁を弱める弱め界磁は不要であるため、メイン永久磁石１４の減磁現象を防止することができる。そして、本実施形態に係る回転機Ｘは、弱め界磁制御実行時に生じ得る界磁銅損の発生を防止・抑制することができ、弱め界磁制御と強め界磁制御を選択して行う態様と比較して、メイン界磁巻線１５に流す電流方向は一定方向のみであるため、メイン界磁巻線１５に流す電流方向を切り替える処理が不要であり、高速域において、弱め界磁制御であれば必要な「トルクに寄与しないステータ電力」が不要となり、ステータ銅損を低減させることができる。
【００６４】
このように、本実施形態の回転機Ｘであれば、メイン界磁巻線１５の起磁力がゼロの場合にはロータ２を通過しないメイン永久磁石１４の磁束を、メイン界磁巻線１５に電流を流すことでメイン界磁巻線１５の磁束に重畳させて、ロータ２を通過してステータ巻線１３に鎖交する磁束（界磁磁束）に変えることが可能であり、界磁調整をした状態で各ステータ巻線１３に励磁電流を流すことによって得られるトルクによりロータ２を回転させ、ロータ２が回転力を得ている状態でメイン界磁巻線１５に流す電流量を調整することで、メイン永久磁石１４の大幅な増量を回避しつつ、低速・高トルクの状態から高速・低トルクの状態に亘る広範な運転領域に対応する何れの回転領域でも高い効率を実現できる。
【００６５】
しかも、本実施形態に係る回転機Ｘは、ステータティース１２の数を６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）に設定するとともに、ロータティース２２の数を２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数）に設定し、各ステータティース１２に巻回したステータ巻線１３をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁するように構成して、上述した作用効果を奏する三相同期回転機として機能する。したがって、例えば単相同期回転機をシャフトの軸方向に複数配置し、且つ各単相同期回転機の位相をシャフトの周方向にずらすことで全体として三相同期回転機として機能させる構成と比較して、小型化及び部品点数の削減を図ることが可能な三相同期回転機Ｘを実現できる。
【００６６】
また、本実施形態の回転機Ｘは、ロータ２にメイン永久磁石１４を付帯させる構成ではないため、ロータ２の高速回転中にメイン永久磁石１４が飛散する事態を回避することができる。さらにまた、本実施形態の回転機Ｘは、ロータ２にメイン永久磁石１４を付帯させた構成であればメイン永久磁石１４の飛散を防止するために設ける飛散防止部材が不要であり、この点において、部品点数の削減と、飛散防止部材の存在による磁気ギャップの拡大化防止を実現することができる。
【００６７】
特に、本実施形態の回転機Ｘは、ロータ２を磁性体材料のみから形成することが可能である点においても有利である。
【００６８】
加えて、本実施形態の回転機Ｘは、ステータ１に付帯させたメイン界磁巻線１５に電流を流さない状態でメイン永久磁石１４の磁束はステータ１内に留まるため、回転機Ｘの組立工程のうち、ステータ１の内部空間にロータ２及びシャフト３を組み付けたユニットを挿入する工程では、メイン界磁巻線１５に電流を流さないことによって、メイン永久磁石１４がロータ２に不意に吸引される事態を防止することができ、スムーズ且つ適切に挿入作業を行うことができる。
【００６９】
さらに、本実施形態の回転機Ｘでは、ステータ極１２とロータ極２２の数を異ならせているため、正弦波励磁が利用可能であり、汎用のインバータを利用することができる。また、本実施形態の回転機Ｘでは、正弦波励磁が利用可能であることから、ステータ極１２とロータ極２２の数が同数の場合に使用するパルス電源で駆動することができ、実用性及び汎用性に富む。
【００７０】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、図１６乃至図１９（図１６は本変形例（第２実施形態）に係る回転機Ｘの全体斜視図であり、図１７は図１６のｆ方向矢視図、図１８は図１６のｇ方向矢視図、図１９は図１６のｈ方向矢視図である）に示すように、メイン永久磁石１４と同一方向に磁性を持たせた磁束可変部材１６をステータコア１１と連続するように配置したステータ１を備えた回転機Ｘにすることができる。磁束可変部材１６は、１つだけであってもよいし、複数であってもよい。図１６乃至図１９に示す回転機Ｘは、周方向に複数に分割した単位ステータコア１１ａの組み合わせによってステータコア１１を構成し、磁束可変部材１６を単位ステータコア１１ａに連続する位置に配置している。なお、図１６乃至図１９では、上述の実施形態に対応する部分や箇所には同じ符号を付している。
【００７１】
以下では、この変形例に係る回転機Ｘを第２実施形態に係る回転機Ｘとし、上述の回転機Ｘを第１実施形態に係る回転機Ｘとして説明する。
【００７２】
第２実施形態に係る回転機Ｘにおいて、図１６等に示すように、複数の磁束可変部材１６を備えた回転機Ｘを構成する場合には、各磁束可変部材１６を、ステータ１のうち周方向に隣り合うステータティース１２同士の間であって且つステータコア１１に連続する位置に配置している。各磁束可変部材１６は、メイン永久磁石１４と同様に、ロータ２の回転軸の軸方向に沿って延伸（延在）するものである。そして、メイン界磁巻線１５に電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）において、各磁束可変部材１６の磁束が、図２０（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束の流れを図１７に対応させて模式的に示したものである）において相対的に太い実線の矢印でその流れを示すように、メイン永久磁石１４の磁束とともにステータコア１１内を同一方向に周回する短絡磁束となるように設定する。すなわち、磁束可変部材１６の磁束は、メイン永久磁石１４の磁束に支障を来すことのなく、メイン永久磁石１４の磁束の流れと同じ流れとなる。ここで、磁束可変部材１６は、磁性体を用いて構成することができ、本実施形態では、ヨークを用いて構成構成している。
【００７３】
なお、図１６等に示す回転機Ｘは、ロータ２として、周方向Ａに２本のロータティース２２を等角ピッチで設けたものを採用している。これら２本のロータティース２２が、６本のステータティース１２のうち少なくとも４本のステータティース１２に磁気ギャップを介して対面し得るように、各ロータティース２２の周方向Ａの寸法を設定している。
【００７４】
そして、このような回転機Ｘにおいて、メイン界磁巻線１５に所定値以上の電流（大電流）を流した場合（界磁巻線励磁状態）に、ステータコア１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和になる。その結果、メイン磁石磁束及び磁束可変部材１６の磁束は、図２１（同図は、界磁巻線励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束の流れ（相対的に太い実線の矢印）及びメイン界磁巻線１５の磁束の流れ（点線の矢印）を図１７に対応させて模式的に示したものである）に示すように、ステータコア１１のうちメイン界磁巻線１５を配置した領域及びその近傍領域を流れず、全部または略全部のメイン磁石磁束及び磁束可変部材１６の磁束が磁気ギャップに漏れて、ロータ２に流れるメイン磁石磁束及びサブ磁束磁束の量が多くなる。
【００７５】
また、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束は、ステータコア１１内においてメイン磁石磁束とぶつかり、ステータコア１１のうちメイン永久磁石１４を配置した部分に到達することなく、ステータ１内においてメイン磁石磁束とぶつかる箇所よりもメイン界磁巻線１５を配置した箇所に近い位置に存在するステータティース１２を通り、そのステータティース１２と対向し得るロータ２の部分（ロータティース２２又はロータコア２１）との磁気ギャップを通過し、ロータ２内を流れて、ステータティース１２から通過してきた部分とは異なるロータ２の部分（他のロータティース２２又はロータコア２１の他の部分）から、このロータ２の部分（他のロータティース２２又はロータコア２１の他の部分）と対向し得るステータティース１２との磁気ギャップ、ステータティース１２、ステータコア１１をこの順で流れてメイン界磁巻線１５の配置箇所に到達する。したがって、メイン界磁巻線１５に流す電流量の増大に伴って、ロータ２を通過する総磁束量（メイン磁石磁束と磁束可変部材１６の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束の総和）も増大する。
【００７６】
ここで、界磁巻線励磁状態において各ステータティース１２を流れる磁束に着目すると、図２１に示すように、ステータコア１１の各半周領域における中間部分からロータ２に向かって突出するステータティース１２に、メイン磁石磁束と磁束可変部材１６の磁束、及びメイン界磁巻線１５の磁束が通過し、ステータコア１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン永久磁石１４の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２には、メイン界磁巻線１５の磁束はほとんど流れず、主にメイン磁石磁束及び磁束可変部材１６の磁束が通過し、ステータコア１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン界磁巻線１５の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２には、メイン磁石磁束及び磁束可変部材１６の磁束はほとんど流れず、主にメイン界磁巻線１５の磁束が通過する。
【００７７】
このように、第２実施形態に係る回転機Ｘは、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流していない状態（界磁巻線無励磁状態）ではロータ２に流れない状態または流れ難い状態にあって短絡しているメイン永久磁石１４の磁束及び磁束可変部材１６の磁束を、メイン界磁巻線１５に所定方向の電流を流すこと（界磁巻線無励磁状態）でメイン界磁巻線１５の磁束に誘導されて磁気ギャップを通過してロータ２に流れる磁束に変化させることができ、メイン界磁巻線１５に流す電流量の大きさにより、磁気ギャップを通過する界磁磁束量を調整することができる。ここで、界磁調整時に磁気ギャップを通過する磁束量は、メイン界磁巻線１５に流す電流の大きさに比例する。メイン界磁巻線１５に流す電流の大きさは、例えばメイン界磁巻線１５に直列接続しているスイッチＳの単位時間あたりにおけるＯＮ／ＯＦＦの時間を長さによって調整することができる。この界磁調整時には、ステータ１の各ステータ巻線１３に電流を流していない。
【００７８】
この第２実施形態に係る回転機Ｘは、界磁巻線励磁状態にして界磁調整することで誘起電圧が生じ、その状態でＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けた各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することによって、図２２に示すように、メイン永久磁石１４の磁束、磁束可変部材１６の磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束が、ステータ巻線１３に鎖交する界磁磁束として作用し、ロータ２を回転させるトルクが生じるように構成している。図２２では、同図右下に示す適宜のタイミングＴの時点（適宜の電気角）における磁束の流れを相対的に太い矢印で示し、ロータ２の回転方向を相対的に細い実線の矢印ｔで示している。同図のタイミングＴでは、Ｗ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及びＷ相のステータ巻線１３の鎖交磁束数φを基準値とすると、Ｕ相のステータ巻線１３及びＶ相のステータ巻線１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及び鎖交磁束数φはそれぞれ基準値の二分の一（Ｉ／２（Ａ），φ／２）になる。
【００７９】
このように、第２実施形態に係る回転機Ｘであっても、第１実施形態に係る回転機Ｘに準じた構成により、メイン磁石磁束、磁束可変部材１６の磁束及びメイン界磁巻線１５の磁束が磁気ギャップに漏れてロータ２に流れるように界磁調整した状態（界磁巻線励磁状態）で、さらに各ステータ巻線１３にも各相のステータ巻線１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、ロータ２を回転させるトルクが生じ、ロータ２を回転させることができ、要求される回転数（出力）やトルクに応じてメイン界磁巻線１５に流す電流量（界磁電力）を調節することで、ロータ２を流れる総磁束量（メイン磁石磁束と磁束可変部材１６の磁束とメイン界磁巻線１５の磁束の総和である磁束量）を増減することができるという作用効果を得ることができる。また、第２実施形態に係る回転機Ｘは、第１実施形態に係る回転機Ｘが奏する種々の作用効果と同様の作用効果を奏する。
【００８０】
特に、第２実施形態に係る回転機Ｘでは、メイン永久磁石１４と同一方向に磁性を持たせ且つメイン永久磁石１４の磁束の流れに支障を来さない磁束可変部材１６をステータコア１１と連続するように配置したステータ１を適用することによって、第１実施形態の回転機Ｘと比較して、ロータ２の回転軸方向に沿った寸法の大型化及びロータ２の回転軸を中心とする径寸法の大型化を招来することなく、磁束可変部材１６を配置していないステータ１を適用した回転機と比較して、界磁巻線励磁状態、界磁巻線無励磁状態、励磁巻線励磁状態、及び励磁巻線無励磁状態、これら何れの状態においても回転機内で流れる磁束量を増大させることができ、高効率化に資する。また、このような磁束可変部材１６を配置したステータ１を適用した回転機Ｘでは、磁石体積の少ない回転機と比較して、メイン界磁巻線１５に流す電流量当たりの出力比を大きくすることができ、メイン界磁巻線１５に対して過度の電流を流すことによるモータ効率の低下という不具合を回避することができる。
【００８１】
また、第１実施形態に係る回転機Ｘの他の変形例として、図２３乃至図２７に示すように、ステータ１及びロータ２の組を複数組備え、各組相互の位相を周方向Ａに一致させた状態で連結部材４を介して各組のステータ１同士を連結した回転機Ｘを挙げることができる。以下に、この変形例に係る回転機Ｘを（第３実施形態に係る回転機Ｘ）について説明する。
【００８２】
第３実施形態に係る回転機Ｘは、図２３乃至図２７（図２３は本変形例に係る回転機Ｘの全体斜視図であり、図２４は図２３のｆ方向矢視図（図２６、図２７のＰ−Ｐ線方向から見た図）、図２５は後述する第２組を構成するステータＳ１及びロータＳ２を図２６、図２７のＱ−Ｑ線方向から見た図、図２６は図２３のｇ方向矢視図、図２７は図２３のｈ方向矢視図である）に示すように、上述の第１実施形態に係るステータ１及びロータ２の構成に準じたステータ及びロータの組（図示では２組）を連結部材４によってロータ２の回転軸方向（シャフト３の長手方向）に連結したものである。以下では、回転機Ｘのうち、図２３における紙面手前左側の組を第１組、同図における紙面奥方右側の組を第２組とし、第２組のステータＳ１及びロータＳ２を構成する部分にはそれぞれ頭文字に「Ｓ」を付して説明する。
【００８３】
各組のステータ１，Ｓ１は相互に同じ構成であるが、周方向Ａに磁性を持たせた各メイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束の向きを軸方向正面（同図ｆ方向）から見て相互に反対方向となるように設定している（図２４、図２５参照）。図２３等に示す回転機Ｘでは、第１組のステータ１に設けたメイン永久磁石１４の磁束が、図３０（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束の流れを図２４に対応させて模式的に示したものである）において相対的に太い実線の矢印でその流れを示すように、メイン界磁巻線１５の無励磁状態に軸方向正面（図２３のｆ方向であって、図２６、図２７のＰ−Ｐ線方向）から見て時計回りにステータ１内を周回する短絡磁束となるように設定する一方で、第２組のステータＳ１に設けたメイン永久磁石Ｓ１４の磁束が、図３１（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１４の磁束の流れを図２５に対応させて模式的に示したものである）において相対的に太い実線の矢印でその流れを示すように、メイン界磁巻線Ｓ１５の無励磁状態に図２６、図２７のＱ−Ｑ線方向から見て反時計回りにステータＳ１内を周回する短絡磁束となるように設定している。
【００８４】
そして、各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５を無励磁状態から励磁状態に切り替えた場合に、各組のメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が各組の磁性ギャップ及びロータ２，Ｓ２内を通過することによって誘起電圧が生じるように構成している。第３実施形態に係る回転機Ｘでは、各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に対して、図２８に示すように、直流電流を流すように設定し、各メイン界磁巻線１５，Ｓ１５に直流電流を流すことで、各組におけるメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束と反対方向の磁束が生じるように設定している。
【００８５】
第３実施形態の回転機Ｘでは、図２９に示すように、同相のステータ巻線１３，Ｓ１３同士を直列で接続し、三相各相のステータ巻線１３，Ｓ１３同士を中性点Ｎで一括して接続する結線（いわゆるＹ結線またはスター結線と称される結線）を採用し、各相のステータ巻線１３，Ｓ１３に１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁（通電）可能に構成している。
【００８６】
また、第３実施形態の回転機Ｘは、各組のステータ２，Ｓ２同士を連結する連結部材４として永久磁石（以下、連結用永久磁石４１，４２と称す）を適用している。本実施形態では、外周面がステータコア１１の外周面と一致する部分円弧状の連結用永久磁石４１，４２を２つ用いており、各連結用永久磁石４１，４２を、各組におけるステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン永久磁石１４，Ｓ１４とメイン界磁巻線１５，Ｓ１５とによって仕切られる領域である半周領域にそれぞれ配置し、各組のステータコア１１，Ｓ１１同士が対向する方向に磁性を持たせた各連結用永久磁石４１，４２の磁束の流れが相互に逆向きとなるように設定している。具体的には、図２６に示すように、各組のステータコア１１に接触する面をＳ極又はＮ極に着磁した各連結用永久磁石４１，４２のうち、一方の連結用永久磁石４１は、第１組のステータコア１１に接触する面をＳ極に、第２組のステータコアＳ１１に接触する面をＮ極に着磁したものであり、他方の連結用永久磁石４２は、第１組のステータコア１１に接触する面をＮ極に、第２組のステータコアＳ１１に接触する面をＳ極に着磁したものである。なお、各連結用永久磁石４１，４２は、メイン永久磁石１４，Ｓ１４及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に接触しないように配置されている。
【００８７】
また、各組のロータ２，Ｓ２を共通のシャフト３，Ｓ３にそれぞれ個別に一体回転可能に組み付けたものであってよいが、図２３等に示す回転機Ｘでは、各組のロータ２，Ｓ２を相互に連続する共通のパーツとして構成し、これら共通のパーツをシャフト３，Ｓ３に一体回転可能に組み付けている。
【００８８】
このような第３実施形態に係る回転機Ｘでは、各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に電流を流していない状態において、各組のメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束は、図３０乃至図３３において相対的に太い矢印でその流れを示すように、各組のステータコア１１，Ｓ１１内を周回する短絡磁束や、各メイン永久磁石１４，Ｓ１４が属するそれぞれの組のステータコア１１，Ｓ１１から一対の連結用永久磁石４１，４２のうち何れか一方の連結用永久磁石を通過し、他の組のステータコアを流れて、他方の連結用永久磁石を通過して各メイン永久磁石１４，Ｓ１４が属するステータコア１１，Ｓ１１に戻る短絡磁束となる。なお、図３０及び図３１では、連結用永久磁石４１，４２の磁界（連結用永久磁石４１，４２の磁束）の向きを各ステータコア１１，Ｓ１１内に模式的にしている。連結用永久磁石４１，４２の磁束は、図３２に示すように、一対の連結用永久磁石４１，４２のうち何れか一方の連結用永久磁石（図示例では連結用永久磁石４１）のうちＮ極に着磁された面（Ｎ極着磁面）を始点として捉えると、このＮ極着磁面から、このＮ極着磁面に接触している一方の組に属するステータ（図示例では第１組のステータ１）内を流れて、他方の連結用永久磁石（図示例では連結用永久磁石４２）のＳ極着磁面に至り、その連結用永久磁石４２のＳ極着磁面からＮ極着磁面を通過し、このＮ極着磁面に接触している他方の組に属するステータ（図示例では第２組のステータＳ１）内を流れて一方の連結用永久磁石（図示例では連結用永久磁石４１）のＳ極着地面に戻る短絡磁束となる。
【００８９】
なお、第３実施形態の回転機Ｘは、図２４及び図２５等に示すように、各組のロータ２，Ｓ２として、周方向Ａに２本のロータティース２２，Ｓ２２を等角ピッチで設けたものを採用している。これら各組における２本のロータティース２２，Ｓ２２が、各組における６本のステータティース１２，Ｓ１２のうち少なくとも４本のステータティース１２，Ｓ１２に磁気ギャップを介して対面し得るように、各ロータティース２２，Ｓ２２の周方向Ａの寸法を設定している。
【００９０】
そして、このような回転機Ｘにおいて、各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に所定値以上の電流（大電流）を流した場合（界磁巻線励磁状態）に、各組のステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した領域及びその近傍領域が磁気飽和になる。その結果、メイン磁石磁束は、図３４乃至図３７（これら各図は、界磁巻線励磁状態におけるメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束の流れ（相対的に太い実線の矢印）及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束の流れ（点線の矢印）を図２４乃至図２７にそれぞれ対応させて模式的に示したものである）に示すように、ステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した領域及びその近傍領域にメイン磁石磁束は流れず、全部または略全部のメイン磁石磁束が各組の磁気ギャップに漏れて、各組のロータ２，Ｓ２に流れるメイン磁石磁束の量が多くなる。
【００９１】
また、界磁巻線励磁状態において各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束は、図３４乃至図３７に示すように、各組のステータ１，Ｓ１内においてメイン磁石磁束とぶつかり、各組のステータ１，Ｓ１のうちメイン永久磁石１４，Ｓ１４を配置した部分に到達することなく、各組のステータ１，Ｓ１内においてメイン磁石磁束とぶつかる箇所よりもメイン界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した箇所に近い位置に存在するステータティース１２，Ｓ１２を通り、そのステータティース１２，Ｓ１２と対向し得るロータ２，Ｓ２の部分（ロータティース２２，Ｓ２２又はロータコア２１，Ｓ２１）との磁気ギャップを通過し、ロータ２，Ｓ２内を流れて、ステータティース１２，Ｓ１２から通過してきた部分とは異なるロータ２，Ｓ２の部分（他のロータティース２２，Ｓ２２又はロータコア２１，Ｓ２１の他の部分）から、このロータ２，Ｓ２の部分（他のロータティース２２，Ｓ２２又はロータコア２１，Ｓ２１の他の部分）と対向し得るステータティース１２，Ｓ１２との磁気ギャップ、ステータティース１２，Ｓ１２、ステータコア１１，Ｓ１１をこの順で流れて各組のステータ１，Ｓ１におけるメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の配置箇所に到達する。したがって、各組のメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量の増大に伴って、各組のギャップに漏れてロータ２，Ｓ２を通過する総磁束量（メイン磁石磁束とメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束の総和）も増大する。
【００９２】
ここで、界磁巻線励磁状態において各組の各ステータティース１２，Ｓ１２を流れる磁束に着目すると、上述の第１実施形態に係る回転機Ｘと同様に、各組のステータコア１１，Ｓ１１の各半周領域における中間部分からロータ２，Ｓ２に向かって突出するステータティース１２，Ｓ１２に、メイン磁石磁束及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が通過し、各組のステータコア１１，Ｓ１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン永久磁石１４，Ｓ１４の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２，Ｓ１２には、メイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束はほとんど流れず、主にメイン磁石磁束が通過し、各組のステータコア１１，Ｓ１１の各半周領域においてその中間部分よりもメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の配置箇所に近い箇所に設けたステータティース１２，Ｓ１２には、メイン磁石磁束はほとんど流れず、主にメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が通過する（図３４、図３５参照）。
【００９３】
また、第３実施形態に係る回転機では、界磁巻線励磁状態において、連結用永久磁石４１，４２の磁束が、メイン磁石磁束及びメイン界磁磁束に誘導されて磁気ギャップに漏れて、各組のロータ２，Ｓ２に流れる。
【００９４】
この第３実施形態に係る回転機Ｘは、界磁巻線励磁状態にして界磁調整することで誘起電圧が生じ、この状態で、各組においてＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けた各相のステータ巻線１３，Ｓ１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁することによって、図３８及び図３９に示すように、各組におけるメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が、ステータ巻線１３，Ｓ１３に鎖交する界磁磁束として作用し、各組のロータ２，Ｓ２を同一方向へ回転させるトルクが生じるように構成している。図３８及び図３９は、それぞれロータ回転駆動時における磁束の流れを、図２４（図２６のＰ−Ｐ線方向から見た状態）及び図２５（図２６のＱ−Ｑ線方向から見た状態）に対応させて示したものであり、各図の右下に示す適宜のタイミングＴの時点（適宜の電気角）における磁束の流れを相対的に太い矢印で示し、ロータ２，Ｓ２の回転方向を相対的に細い実線の矢印ｔで示している。また、ロータ回転駆動時には、連結用永久磁石４１，４２の磁束も、界磁調整時と同様にメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束及びメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束に誘導されて、磁気ギャップに漏れてロータ２，Ｓ２を通過する。このタイミングＴでは、各組におけるＵ相のステータ巻線１３，Ｓ１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及びＵ相のステータ巻線１３，Ｓ１３の鎖交磁束数φを基準値とすると、各組におけるＶ相のステータ巻線１３，Ｓ１３及びＷ相のステータ巻線１３，Ｓ１３に流れる電流Ｉ（Ａ）及び鎖交磁束数φはそれぞれ基準値の二分の一（Ｉ／２（Ａ），φ／２）になる。
【００９５】
このように、第３実施形態に係る回転機Ｘであっても、第１実施形態に係る回転機Ｘに準じた構成により、界磁巻線励磁状態（界磁調整した状態）で、各相のステータ巻線１３，Ｓ１３単位で１２０度ずつ位相のずれた三相交流電流を励磁する（通電）ことによって、ロータ２，Ｓ２を回転させるトルクが生じ、ロータ２，Ｓ２を回転させることができ、要求される回転数（出力）やトルクに応じてメイン界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量（界磁電力）を調節することで、ロータ２，Ｓ２を流れる総磁束量（メイン磁石磁束とメイン界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束の総和である磁束量）を増減することができるなど、第１実施形態に係る回転機Ｘが奏する種々の作用効果と同様の作用効果を奏する。
【００９６】
特に、第３実施形態に係る回転機Ｘでは、ステータ１，Ｓ１とロータ２，Ｓ２の組を回転軸方向に連結部材４を介して複数連結しているため、第１実施形態に係る回転機Ｘと比較して、メイン界磁巻線１５，Ｓ１５単位に流す電流量が同じであってもより高い出力を得ることができる。しかも、連結用永久磁石４１，４２を用いて連結部材４を構成しているため、第１実施形態の回転機Ｘと比較して、ロータ２，Ｓ２の回転軸を中心とする径寸法の大型化を招来することなく回転機Ｘ全体に占める永久磁石の体積（永久磁石量）を増大させることができ、出力を発生させる際の磁気装荷と電気装荷のバランスが良好になり、高効率化に資する。また、このような磁石体積を増大させた回転機Ｘでは、磁石体積の少ない回転機と比較して、メイン界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量当たりの出力比を大きくすることができ、メイン界磁巻線１５，Ｓ１５に対して過度の電流を流すことによるモータ効率の低下という不具合を回避することができる。
【００９７】
なお、第３実施形態の回転機Ｘにおける各組のステータ１，Ｓ１として、第２実施形態の回転機Ｘにおけるステータ１、つまり磁束可変部材を備えたステータを適用すれば、磁束量をさらに増大させることができ、より一層の省電力化及び高出力化を実現することが可能である。
【００９８】
また、第３実施形態の回転機Ｘにおける連結部材として、永久磁石以外の部材（磁性材料から形成された部材であるか否かを問わず）を適用してもよい。連結部材として非磁性材料からなる部材を適用した場合、各組のメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束は、連結部材を通過することなく各組のステータ１，Ｓ１内に留まる。したがって、各組のメイン永久磁石１４，Ｓ１４の磁束が、メイン界磁巻線１５，Ｓ１５の無励磁状態において軸方向正面（図２３に示すｆ方向）から見て同じ方向に各組のステータ１，Ｓ１内を周回する磁束となるように設定してもよい。
【００９９】
また、３組以上のステータとロータの組を連結部材を介して連結した回転機を構成することも可能である。
【０１００】
本発明の三相構造の回転機では、ステータ極（ステータティース）の数を６以外の６の倍数（例えば１２、２４等）に設定したステータや、ロータ極（ロータティース）の数を２、４以外の２の倍数であって３の倍数ではない数（例えば８、１０、１４、１６等）に設定したロータを適用することができる。ステータ極やロータ極の数に応じて回転軸の周方向に隣り合うステータ極同士のピッチやロータ極同士のピッチは適宜変更することができる。
【０１０１】
また、ステータ鉄心やロータ鉄心は、磁性を有する板状部材を積層して形成した積層体であってもよいし、全体として１つのブロックである塊状体であってもよい。
【０１０２】
ステータ鉄心の外縁形状（径方向外向き面の形状）や内縁形状（径方向内向き面の形状）は、上述の実施形態で示した形状に限らず、四角形や、四角形以外の多角形状であってもよく、径方向外向き面の形状と径方向内向き面の形状が相互に異なるものであっても構わない。
【０１０３】
また、回転軸の径方向においてロータをステータの内周側に配置したインナー可動型回転機に限らず、回転軸の径方向においてロータをステータの外周側に配置したアウター可動型回転機を構成することも可能である。
【０１０４】
本発明における「ロータ支持部」として、インナー可動型の場合であれば、回転軸（シャフト）そのものや、シャフトを設けない構成においてロータのうち回転軸の軸方向両端部又は一方の端部を回転可能に保持する回転支持体を採用することができる。また、アウター可動型の場合であれば、ロータよりも回転軸の径方向外側に配置されるフレームを「ロータ支持部」として採用することができる。
【０１０５】
また、本発明の回転機を、航空機のスタータジェネレータ（航空機）以外の用途、例示すれば、電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド車（ＨＥＶ）等の車両用駆動モータ、或いはハイブリッド車や電気自動車などに搭載されるモータの負荷試験を行う試験装置の負荷装置や、ＶＳＣＦ（Variable Speed Constant Frequencyの略で可変速・定周波定電圧電源装置）、風力発電機、大型発電機、或いは建設機械向け旋回用電動機等、速度や出力変動が激しい各種負荷装置、発電機や電動機として用いることができる。
【０１０６】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１，Ｓ１…ステータ
１１，Ｓ１１…ステータ鉄心（ステータコア）
１２，Ｓ１２…ステータ極（ステータティース）
１３，Ｓ１３…ステータ巻線
１４，Ｓ１４…メイン永久磁石
１５，Ｓ１５…メイン界磁巻線
１６…磁束可変部材
２，Ｓ２…ロータ
２１，Ｓ２１…ロータ鉄心（ロータコア）
２２，Ｓ２２…ロータ極（ロータティース）
３…ロータ支持部（シャフト）
Ｘ…回転機
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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