(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界磁巻線１４及び磁束発生部１５と、等ピッチで設けた６本のステータ極１２のうち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たステータ１と、等ピッチで設けた２本のロータ極２２を有するロータ２との組を連結用磁石４１、４２を介して複数連結し、界磁巻線無励磁状態においてロータ極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内部を通過する連結用磁石４１、４２の磁束を、界磁巻線励磁状態においてメイン界磁巻線１５の磁束及び磁束発生部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１
2014207744.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の組を連結部材を介して前記ロータの回転軸方向に連結した回転機であり、
前記各組の前記ステータは、
リング状又は略リング状をなすステータ鉄心と、前記ステータ鉄心の所定箇所に巻回され且つ前記回転軸周りの方向である周方向に磁束を発生するメイン界磁巻線と、前記ステータ鉄心のうち前記メイン界磁巻線の巻回位置と対向する位置に配置され且つ前記メイン界磁巻線の磁束と反対方向の磁束を発生する磁束発生部と、前記ステータ鉄心のうち前記メイン界磁巻線と前記磁束発生部と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、
前記連結部材は、前記各組の前記ステータ鉄心同士の間に介在し且つ前記ロータの回転軸方向に磁性を持たせた連結用永久磁石であり、
前記各組の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各組における前記磁気ギャップを通過すること無く前記各組の前記ステータ内部を通過する前記連結用永久磁石の磁束を、少なくとも前記各組の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各組の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、且つ前記各組の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各組の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】
前記ステータ鉄心は、少なくとも前記メイン界磁巻線を配置する部分で前記周方向に分断され且つ前記メイン界磁巻線の配置箇所となる凹部を有する複数の第１単位ステータ鉄心を備えたものである請求項１に記載の回転機。
【請求項３】
前記ステータ鉄心が、複数の前記第１単位ステータ鉄心と、前記凹部を有しない複数の第２単位ステータ鉄心と、前記磁束発生部を配置可能な第３単位ステータ鉄心とを用いて構成したものである請求項２に記載の回転機。
【請求項４】
前記磁束発生部を、永久磁石又はサブ界磁巻線によって構成している請求項１乃至３の何れかに記載の回転機。
【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の組を、連結部材を介してロータの回転軸方向に連結し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「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。
【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、ステータ鉄心の所定箇所に巻回され且つ回転軸周りの方向である周方向（以下、単に「周方向」と称す）に磁束を発生するメイン界磁巻線と、ステータ鉄心のうちメイン界磁巻線の巻回位置と対向する位置に配置され且つメイン界磁巻線の磁束と反対方向の磁束を発生する磁束発生部と、ステータ鉄心のうちメイン界磁巻線と磁束発生部と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する。そして、本発明に係る回転機は、連結部材として、各組のステータ鉄心同士の間に介在し且つロータの回転軸方向に磁性を持たせた連結用永久磁石を適用し、各組の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各組のステータ内部を通過する連結用永久磁石の磁束を、少なくとも各組の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各組の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、各組のステータ鉄心同士の間に介在させた連結用磁石の磁性を、ロータの回転軸方向、換言すれば各組のステータ鉄心が向き合う方向に持たせているため、各組のステータのメイン界磁巻線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、連結用永久磁石の磁束は、各組のステータ鉄心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連結用永久磁石の磁束は、各組のメイン界磁巻線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に到達することはなく、ステータ内を流れる。
【００１８】
一方、各組のメイン界磁巻線に所定方向の電流を流した場合（界磁巻線励磁状態）、メイン界磁巻線の磁束が、磁束発生部の磁束と反対方向の磁束として発生する。したがって、各組のステータ内においてメイン界磁巻線の磁束と磁束発生部の磁束がぶつかり、これら各磁束はそれぞれ各組のステータ鉄心を経由して戻る短絡磁束にはならない。このような界磁巻線励磁状態では、各組のステータ鉄心内を流れる連結用永久磁石の磁束が、ステータ鉄心内においてメイン界磁巻線の磁束や磁束発生部の磁束とぶつかり、各組のステータのうちメイン界磁巻線を巻回した部分及び磁束発生部を配置した部分に到達することなく、各組のステータのステータ極を通り、そのステータ極と対向し得るロータの部分（ロータ極又はロータ鉄心）との磁気ギャップを通過し、ロータ内を通過して、ステータ極との磁気ギャップ、ステータ極、ステータ鉄心をこの順で流れて連結用永久磁石に至る。
【００１９】
また、界磁巻線励磁状態において各組の磁束発生部の磁束は、各組のステータ鉄心内において及び各組のメイン界磁巻線の磁束とぶつかり、ステータ鉄心のうちメイン界磁巻線の配置部分に到達することなく、各組のステータ極を通り、そのステータ極と対向し得るロータの部分（ロータ極又はロータ鉄心）との磁気ギャップを通過し、ロータ内を通過して、ステータ極との磁気ギャップ、ステータ極、ステータ鉄心をこの順で流れて磁束発生部の配置箇所に至る。
【００２０】
本発明の回転機では、６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）本のステータ極を有するステータと、２ｍ（ｍはゼロ及び３の倍数を除く正の整数）本のロータ極を有するロータ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）本のステータ極のうち、メイン界磁巻線の配置箇所に近い位置にあるステータ極に磁気ギャップを介して対面するロータの部分（ロータ極、ロータ鉄心）には、メイン界磁巻線の磁束がメイン界磁巻線の磁束よりも相対的に多く流れ、磁束発生部の配置箇所に近い位置にあるステータ極に磁気ギャップを介して対面するロータの部分（ロータ極、ロータ鉄心）には、磁束発生部の磁束がメイン界磁巻線の磁束よりも相対的に多く流れ、メイン界磁巻線の磁束と磁束発生部の磁束がぶつかる箇所に近い位置にあるステータ極に磁気ギャップを介して対面するロータの部分（ロータ極、ロータ鉄心）には、メイン界磁巻線の磁束と磁束発生部の磁束が同じ程度の割合で流れる。
【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連結用永久磁石の磁束を、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及び磁束発生部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、少なくとも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、ステータの各ステータ巻線に電流を流していない場合であっても、ステータの各ステータ巻線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、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相に分けた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、連結用永久磁石の磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束が、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束として作用し、各組の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。ステータの各ステータ巻線（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、界磁巻線に流す電流の調整及び各ステータ巻線に流す電流の調整を何れも行う場合がある。
【００２３】
このように、本発明に係る回転機は、各組の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）であれば各組のロータに連結用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、各組のメイン界磁巻線に所定方向に通電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。
【００２４】
また、各組の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、連結用永久磁石の磁束を各組のメイン界磁巻線の磁束及び各組の磁束発生部の磁束によって各組の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、連結用永久磁石の磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束が、ステータ巻線に鎖交する界磁磁束として作用し、各組のロータを回転させるトルクが生じる。特に、本発明であれば、各組のステータ鉄心同士を連結用永久磁石によって連結した構成であるため、ステータの一部にのみ永久磁石を付帯させる構成と比較して、回転機全体に占める永久磁石の体積を増加させることが可能であり、磁気装荷と電気装荷のバランスが取れて、高効率化に資する。
【００２５】
さらに、本発明の回転機では、各組におけるステータ極とロータ極の数を相互に異なる数に設定しているため、各組のロータが回転不能な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。
【００２６】
そして、本発明の回転機であれば、要求される回転数（出力）やトルクに応じて各組のメイン界磁巻線に流す電流量を調節することで、各組のロータを通過する磁束量（連結用永久磁石の磁束にメイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束を重畳した磁束量であり、これら連結用永久磁石の磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部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、例えば連結用永久磁石の界磁を弱める弱め界磁制御は不要であるため、連結部材として用いる連結用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。
【００２７】
また、本発明の回転機は、ロータに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、ロータに永久磁石を付帯させた回転機であれば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、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。
【００２８】
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。
【００２９】
さらに、本発明では、ステータ鉄心として、少なくともメイン界磁巻線を巻回する部分で周方向に分断され且つメイン界磁巻線の配置箇所となる凹部を有する複数の第１単位ステータ鉄心を備えたものを適用することができる。この場合、複数の第１単位ステータ鉄心を相互に組み付ける前の時点において、第１単位ステータ鉄心の凹部に、メイン界磁巻線を巻回することが可能になり、リング状又は略リング状に形成したステータ鉄心の所定部分にメイン界磁巻線を巻回する態様と比較して、巻線処理の効果が向上し、より多くの巻線を巻回することも期待できる。また、第１単位ステータ鉄心の凹部に、予め巻回成型されたメイン界磁巻線を嵌込可能に設定すれば、メイン界磁巻線として所定の形状で所定の巻回量を有するものを予め準備しておき、その巻回成型されたメイン界磁巻線を第１単位ステータ鉄心同士を組み付ける直前で、第１単位ステータ鉄心の凹部に嵌め込むことが可能になり、メイン界磁巻線をステータ鉄心の所定箇所に配置する処理効率の向上に役立つ。
【００３０】
本発明における各組のステータ鉄心として、複数の第１単位ステータ鉄心と、凹部を有しない複数の第２単位ステータ鉄心と、磁束発生部を配置可能な第３単位ステータ鉄心とを用いて構成したものを適用すれば、最小限の種類で用意した単位ステータ鉄心を使用して、メイン界磁巻線及び磁束発生部を所定箇所に配置したステータ鉄心を形成することができる。ここで、磁束発生部として、第１単位ステータ鉄心の凹部に配置可能なものを用いた場合には、第３単位ステータ鉄心と第１単位ステータ鉄心を共用することができ、各組のステータ鉄心を、複数の第１単位ステータ鉄心と、凹部を有しない複数の第２単位ステータ鉄心の２種類の単位ステータ鉄心で形成することが可能になる。
【００３１】
また、本発明における磁束発生部としては、永久磁石又はサブ界磁巻線を例示することができる。組毎で磁束発生部を永久磁石又はサブ界磁巻線の何れかに変更することも可能である。サブ界磁巻線を磁束発生部として用いる場合、各組の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、サブ界磁巻線にも所定方向に通電する一方、各組のメイン界磁巻線に通電していない状態（界磁巻線励磁状態）では、サブ界磁巻線にも通電しなければよい。ここで、磁束発生部としてサブ界磁巻線を用いた場合、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、メイン界磁巻線及びサブ界磁巻線に流す電流の大きさに比例する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、ステータとロータの組同士を連結用永久磁石によって連結した回転機を構成することによって永久磁石の体積を有効に増大させつつ、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連結用永久磁石の磁束を、各組の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】
【００３３】
【図１】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２】図１のｆ方向（図４、図５のＰ−Ｐ線方向）矢視図。
【図３】同実施形態における第２組のステータ及びロータを図４、図５のＱ−Ｑ線方向から見た図。
【図４】図１のｇ方向矢視図。
【図５】図１のｈ方向矢視図。
【図６】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７】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８】同実施形態に係る回転機のシステム構成図。
【図９】界磁巻線無励磁状態における連結用磁石磁束の流れを図２に対応させて模式的に示す図。
【図１０】界磁巻線無励磁状態における連結用磁石磁束の流れを図３に対応させて模式的に示す図。
【図１１】界磁巻線無励磁状態における連結用磁石磁束の流れを図４に対応させて模式的に示す図。
【図１２】界磁巻線無励磁状態における連結用磁石磁束の流れを図５に対応させて模式的に示す図。
【図１３】界磁調整時における連結用磁石磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束の流れを図２に対応させて模式的に示す図。
【図１４】界磁調整時における連結用磁石磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束の流れを図３に対応させて模式的に示す図。
【図１５】界磁調整時における連結用磁石磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束の流れを図４に対応させて模式的に示す図。
【図１６】界磁調整時における連結用磁石磁束、メイン界磁巻線の磁束及び磁束発生部の磁束の流れを図５に対応させて模式的に示す図。
【図１７】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図２に対応させて模式的に示す図。
【図１８】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図３に対応させて模式的に示す図。
【図１９】本発明の第２実施形態に係る回転機の全体斜視図。
【図２０】図１９のｆ方向（図２２、図２３のＰ−Ｐ線方向）矢視図。
【図２１】同実施形態における第２組のステータ及びロータを図２２、図２３のＱ−Ｑ線方向から見た図。
【図２２】図１９のｇ方向矢視図。
【図２３】図１９のｈ方向矢視図。
【図２４】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２０に対応させて模式的に示す図。
【図２５】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２１に対応させて模式的に示す図。
【図２６】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２２に対応させて模式的に示す図。
【図２７】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２３に対応させて模式的に示す図。
【図２８】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２０に対応させて模式的に示す図。
【図２９】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２１に対応させて模式的に示す図。
【図３０】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２２に対応させて模式的に示す図。
【図３１】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２３に対応させて模式的に示す図。
【図３２】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図２０に対応させて模式的に示す図。
【図３３】ロータ回転駆動時における磁束の流れを図２１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】
【００３４】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００３５】
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。
【００３６】
回転機Ｘは、図１乃至図５（図１は本変形例に係る回転機Ｘの全体斜視図であり、図２１は図１のｆ方向（図４、図５のＰ−Ｐ線方向から見た図）矢視図、図３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４、図５のＱ−Ｑ線方向から見た図、図４は図２のｇ方向矢視図、図５は図２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（後述するシャフト３の長手方向）に連結したものである。
【００３７】
以下では、回転機Ｘのうち、図１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。
【００３８】
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。この回転機Ｘは、各組のロータ２，Ｓ２を対応するステータ１，Ｓ１に対して回転可能に支持するロータ支持部３，Ｓ３を備えている。本実施形態では、ロータ支持部として、ロータ２，Ｓ２の回転軸そのものとして機能するシャフト３，Ｓ３を適用している。すなわち、シャフト３，Ｓ３及びロータ２，Ｓ２は一体回転可能に構成されている。各組のロータ２，Ｓ２及びそれら各２，Ｓ２を回転可能に支持するロータ支持部としてのシャフト３，Ｓ３は、各組毎に個別に構成したものであってもよいが、本実施形態では、各組のロータ２，Ｓ２及びシャフト３，Ｓ３を連続する共通の部品によって構成している。
【００３９】
ステータ１，Ｓ１は、ステータコア１１，Ｓ１１（本発明のステータ鉄心に相当）と、ステータコア１１，Ｓ１１からロータ２，Ｓ２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，Ｓ１２（本発明のステータ極に相当）と、各ステータティース１２，Ｓ１２に巻回されたステータ巻線１３，Ｓ１３と、ステータコア１１，Ｓ１１に連続する位置に配置したメイン界磁巻線１４，Ｓ１４と、各ステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁磁束１４，Ｓ１４と対向する位置に配置した磁束発生部１５，Ｓ１５とを有するものである。
【００４０】
本実施形態の回転機Ｘでは、磁束発生部として、各ステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁磁束１４，Ｓ１４と対向する位置に配置したサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を適用している。メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線の１５，Ｓ１５は同一形状のものを適用することができるが、通電時に流れる磁束の向きが各組におけるメイン界磁巻線１４とサブ界磁巻線１５（メイン界磁巻線Ｓ１４とサブ界磁巻線Ｓ１５）とで相互に逆向きとなるように設定している。また、通電時に流れる第１組のメイン界磁巻線１４の磁束の向きが、第２組のメイン界磁巻線１５の磁束の向きと反対方向になるとともに、第１組のサブ界磁巻線１５の磁束の向きが、第２組のサブ界磁巻線Ｓ１５の磁束の向きと反対方向になるように設定している（後述する図１３及び図１４参照）。
【００４１】
本実施形態では、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に対して、図６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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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。これらメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５には、ロータ２，Ｓ２の回転位置に関係なく直流電流を流すため、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。
【００４２】
ステータコア１１，Ｓ１１は、シャフト３，Ｓ３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。各ステータコア１１，Ｓ１１は、周方向Ａに分割していないものであってもよいが、本実施形態では、周方向Ａに分割した複数の単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａ、１１ｂ，Ｓ１１ｂを適宜の手段で一体的に接合したステータコア１１，Ｓ１１を適用している。
【００４３】
ここで、本実施形態の回転機Ｘは、各組のステータコア１１，Ｓ１１をそれぞれ２種類の単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａ、１１ｂ，Ｓ１１ｂを用いて形成している。第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａは、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置する部分で周方向Ａに分断され且つメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置箇所となる凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有するものである。凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃは、図２及び図３に示すように、ステータコア１１，Ｓ１１を厚み方向（シャフト３，Ｓ３の径方向）に所定寸法窪ませたものである。そして、各組におけるステータコア１１ａ，Ｓ１１ａを形成する際には、複数の第１単位ステータコア１１ａ同士（第２組であれば複数の第１単位ステータコアＳ１１ａ同士）を接合する時に、予め巻回成型したメイン界磁巻線１４（第２組であればメイン界磁巻線Ｓ１４）を各第１単位ステータ１１ａの凹部１１ｃ（第２組であれば第１単位ステータＳ１１ａの凹部Ｓ１１ｃ）に嵌め込む。その結果、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を所定の位置に配置したステータコア１１ａ，Ｓ１１ａを形成することができる。
【００４４】
また、本実施形態の回転機Ｘは、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５としてメイン界磁巻線１４，Ｓ１４と同一形状のものを適用しているため、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５の配置部分を第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａによって形成し、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４と同様に、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃに嵌込可能に構成している。本実施形態では、ステータコア１１，Ｓ１１の外向き面と、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の外向き面及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５がそれぞれ大きな段差なく略面一となるように設定している。
【００４５】
第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂには、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを形成していない。本実施形態では、図２及び図３に示すように、リング状のステータコア１１，Ｓ１１を周方向Ａにそれぞれ６等分し、その６等分した部分のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置する部分とサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を配置する部分は、それぞれ２つの第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａによって形成し、それ以外の部分（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５を配置しない部分）はそれぞれ１つの第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂによって形成している。すなわち、各組のステータコア１１，Ｓ１１は、４つの第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａと４つの第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂを用いて形成したものである。本発明の回転機は、「メイン界磁巻線の配置箇所である凹部を有する複数の第１単位ステータコアと、凹部を有しない複数の第２単位ステータコアと、磁束発生部を配置可能な第３単位ステータコアとを用いて各組のステータ鉄心を構成した」ものであることが好ましく、本実施形態では、特に、磁束発生部として凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃに配置可能なサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を適用しているため、「磁束発生部を配置可能な第３単位ステータコア」と「メイン界磁巻線の配置箇所である凹部を有する複数の第１単位ステータコア」とを同じ種類の単位ステータコアで実現することができる。
【００４６】
ステータティース１２，Ｓ１２は、ステータコア１１，Ｓ１１の内向き面からロータ２，Ｓ２側（シャフト３，Ｓ３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，Ｓ１１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，Ｓ１２を有し、各ステータティース１２，Ｓ１２にステータ巻線１３，Ｓ１３を巻回している。何れのステータティース１２，Ｓ１２も、ステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置した箇所及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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，Ｓ１１のうち、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置した箇所とサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した箇所の間、すなわちステータコア１１，Ｓ１１を周方向に略２等分した各領域（ステータコア１１，Ｓ１１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、各組のステータティース１２，Ｓ１２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，Ｓ１２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、各組のステータ１，Ｓ１の各半周領域に３本のステータティース１２，Ｓ１２をそれぞれ設けている。
【００４７】
本実施形態では、ステータティース１２，Ｓ１２を各単位ステータコア（第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａ及び第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂ）に一体に形成している。
【００４８】
ここで、第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂの周方向Ａ両端には、ステータティース１２，Ｓ１２を２分割した形状の内向き突出片を形成し、周方向Ａに第２単位ステータコア１１ｂ同士（Ｓ１１ｂ同士）を接合した場合に、周方向Ａに接触する突出片同士によって１本のステータティース１２，Ｓ１２を形成できるように設定している。また、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの周方向Ａ両端のうち一端には、第２単位ステータコア１１ｂと同様の突出片を形成し、他端に上述の凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを形成している。そして、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置する部分は、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃ同士が連続するように２つの第１単位ステータコア１１ａ、Ｓ１１ａを周方向Ａに接合して形成し、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの他端に形成した突出片は、第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂの端部に形成した突出片と周方向Ａに連続させることによってステータティース１２，Ｓ１２を形成している。
【００４９】
また、本実施形態の回転機Ｘでは、ロータ２，Ｓ２の回転軸であるシャフト３，Ｓ３の軸心を通る直線上で対向するステータティース１２，Ｓ１２にそれぞれ巻回して設けたステータ巻線１３，Ｓ１３同士を同相に設定し、周方向Ａに並ぶ各ステータ巻線１３，Ｓ１３をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けている。各図において符号「１３」又は「Ｓ１３」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，Ｓ１３の相を示している。
【００５０】
本実施形態では、ステータコア１１，Ｓ１１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，Ｓ１２を設け、各半周領域において１本のステータティース１２，Ｓ１２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。そして、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に向かって突出し、相互に対向する一対のステータティース１２，Ｓ１２に巻回したステータ巻線１３をＶ相に設定している。また、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と、このステータティース１２，Ｓ１２にロータ２，Ｓ２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サブ界磁巻線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サブ界磁巻線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と、このステータティース１２，Ｓ１２にロータ２，Ｓ２を介して対向するステータティース１２，Ｓ１２（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）にそれぞれ巻回したステータ巻線１３，Ｓ１３をＵ相に設定している。
【００５１】
そして、本実施形態の回転機Ｘでは、図７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。これらステータ巻線１３，Ｓ１３には、ロータ２，Ｓ２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２，Ｓ２の位置（シャフト３，Ｓ３の回転角度）を検出し、図８に示すように、ロータ２，Ｓ２の位置（シャフト３，Ｓ３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，Ｓ１３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，Ｓ２の位置を検出可能（センサレス）に構成してもよい。図示しないスイッチの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，Ｓ１３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。
【００５２】
本実施形態では、図８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１４，Ｓ１４に流す界磁電流（直流）と、ステータ巻線１３，Ｓ１３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。
【００５３】
各組のロータ２，Ｓ２は、図１乃至図５に示すように、リング状のロータコア２１，Ｓ２１（本発明のロータ鉄心に相当）と、ロータコア２１，Ｓ２１からステータ１，Ｓ１側（シャフト３，Ｓ３の径方向外側）に向かって突出するロータティース２２，Ｓ２２（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，Ｓ２は、ロータコア２１，Ｓ２１及びロータティース２２，Ｓ２２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，Ｓ２１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，Ｓ３をロータ２，Ｓ２と一体回転可能に構成したり、あるいはロータコア２１，Ｓ２１とシャフト３，Ｓ３を一体に形成したものを適用することで、シャフト３，Ｓ３及びロータ２，Ｓ２を一体回転可能に構成することができる。
【００５４】
図１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，Ｓ２１のうち、ステータ１，Ｓ１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１）本のロータティース２２，Ｓ２２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，Ｓ１１の内向き面に等角ピッチで設けたステータティース１２，Ｓ１２と、リング状をなすロータコア２１，Ｓ２１の外向き面に等角ピッチで設けたロータティース２２，Ｓ２２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、各組におけるステータティース１２，Ｓ１２の本数を６に設定し、ロータティース２２，Ｓ２２の本数を２に設定し、これら２本のロータティース２２，Ｓ２２が、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。
【００５５】
そして、本実施形態の回転機Ｘは、各組におけるステータ１，Ｓ１とロータ２，Ｓ２の間に周方向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，Ｓ１２の内向き面（突出端面）をシャフト３，Ｓ３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，Ｓ２２の外向き面（突出端面）を各ステータティース１２，Ｓ１２の内向き面と同心円であって各ステータティース１２，Ｓ１２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することで、ステータティース１２，Ｓ１２とロータティース２２，Ｓ２２の間に所定の磁気キャップを形成している。
【００５６】
本実施形態の回転機Ｘは、各組のステータ２，Ｓ２同士を連結する連結部材４として連結用永久磁石４１，４２を適用している。本実施形態では、外向き面（外周面）がステータコア１１，Ｓ１１の外向き面（外周面）と段差無く連続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、各組のステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置箇所とサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の配置箇所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１及び図４等に示すように、各組のステータコア１１，Ｓ１１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、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に接触しないように配置されている。
【００５７】
このような本実施形態に係る回転機Ｘでは、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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、連結用永久磁石４１，４２の磁束（以下、「連結用磁石磁束」と称する場合がある）は、図９乃至図１２において相対的に太い矢印でその流れを示すように、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（例えば連結用永久磁石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何れか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（例えば連結用永久磁石４１）のＳ極着磁面に戻る短絡磁束となる。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連結用永久磁石４１、４２の磁束は、ロータ２，Ｓ２とステータ１，Ｓ１の磁気ギャップを避けて流れることになる。この界磁巻線無励磁状態における連結用永久磁石４１、４２の磁束を以下では「無励磁状態連結用磁石磁束」と称す。このように、界磁巻線無励磁状態では、連結用磁石磁束は各組の磁気ギャップに漏れず、ロータ２，Ｓ２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、連結用永久磁石４１、４２の磁束量は常に一定である。
【００５８】
そして、このような回転機Ｘにおいて、ステータ巻線１３に電流を流さずに、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５にのみ所定値以上の電流（大電流）を流した場合（界磁巻線励磁状態）に、図１３乃至図１６に示すように、各組のステータコア１１，Ｓ１１内においてメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束（図１３乃至図１６において一点鎖線で示す）とサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束（図１３乃至図１６において二点鎖線で示す）とが相互にぶつかり、各組のステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線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。なお、図１５及び図１６では、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を流れる電流の向きを相対的に細い実線で模式的に示している。
【００５９】
その結果、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束は、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した領域及びその近傍領域には流れず、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。より具体的に、界磁巻線励磁状態において各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束は、各組のステータ１，Ｓ１内においてサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束とぶつかり、各組のステータ１，Ｓ１のうちメイン界磁巻線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内においてサブ界磁巻線１５，Ｓ１５とぶつかる箇所よりもメイン界磁巻線１４，Ｓ１４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１４，Ｓ１４の配置箇所に到達する。なお、第１組のメイン界磁巻線１４の磁束の向きと第２組のメイン界磁巻線Ｓ１４の向きが、軸方向正面（図１のｆ方向、図４、図５のＰ−Ｐ線方向、Ｑ−Ｑ線方向）から見て相互に反対方向となるように設定している（図１３及び図１４参照）。
【００６０】
また、界磁巻線励磁状態において各組のサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束は、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置した領域及びその近傍領域には流れず、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。より具体的に、界磁巻線励磁状態において各組のサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束は、各組のステータ１，Ｓ１内においてメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束とぶつかり、各組のステータ１，Ｓ１のうちサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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内においてメイン界磁巻線１４，Ｓ１４とぶつかる箇所よりもサブ界磁巻線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におけるサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の配置箇所に到達する。
【００６１】
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を流れるメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束に着目すると、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、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線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界磁巻線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、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束はほとんど流れず、主にメイン界磁巻線１４，Ｓ１４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サブ界磁巻線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、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束はほとんど流れず、主にサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が通過する（図１３及び図１４参照）。
【００６２】
このような各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束によって、界磁巻線無励磁状態では各組の磁気ギャップに漏れることのなかった連結用磁石磁束が、図１３乃至図１６において相対的に太い実線の矢印で示すように、各組におけるステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を配置した領域及びその近傍領域に流れず、全部または略全部の連結用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。
【００６３】
したがって、本実施形態の回転機Ｘは、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量の増大に伴って、各組のロータ２，Ｓ２を通過する総磁束量（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束、サブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束、及び連結用磁石磁束の総和）を増大させることができる。つまり、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す直流電流を大きくすれば、磁気ギャップに漏れることなく短絡していた連結用磁石磁束が各組のステータ１，Ｓ１を経由して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（各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す直流電流）の大きさに比例する。
【００６４】
このように、本実施形態に係る回転機Ｘは、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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連結用永久磁石４１、４２の磁束を、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に所定方向の電流を流すこと（界磁巻線無励磁状態）でこれらメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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。各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流の大きさは、例えばこれらメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に直列接続しているスイッチＳ（図６参照）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、各組のステータ巻線１３に電流を流していない。
【００６５】
本実施形態に係る回転機Ｘでは、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１７及び図１８（図１７は、ロータ回転駆動時の磁束の流れを図２に対応させて模式的に示す図であり、図１８は、ロータ回転駆動時の磁束の流れを図３に対応させて模式的に示す図である）連結用永久磁石４１、４２の磁束と、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線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１７及び図１８では、各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，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。これら各図のタイミングＴでは、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、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。
【００６６】
このように、本実施形態に係る回転機Ｘによれば、連結用永久磁石４１、４２の磁束と、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束が磁気ギャップを通過してロータ２，Ｓ２に流れる界磁巻線励磁状態（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、各組のロータ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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量（界磁電力）を調節することで、各組のロータ２，Ｓ２を流れる総磁束量を増減することができる。
【００６７】
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、各組におけるステータ１，Ｓ１のコイル（ステータ巻線１３，Ｓ１３）に通電するとともに、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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各組のロータ２，Ｓ２が回転駆動する。
【００６８】
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、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束と、これらメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束に誘導される連結用永久磁石４１、４２の磁束を各組のロータ２，Ｓ２に通過させることができ、ロータ２，Ｓ２を流れてステータ巻線１３，Ｓ１３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，Ｓ１３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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５にそれぞれ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。
【００６９】
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各組のロータ２，Ｓ２を通過してステータ巻線１３，Ｓ１３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、各組のロータ２，Ｓ２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、各組のロータ２，Ｓ２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。
【００７０】
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１４，Ｓ１４の磁束量及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束量がゼロに近付き、ロータ２，Ｓ２を通過してステータ巻線１３，Ｓ１３に鎖交する磁束量が中速域よりも減少し、各組のロータ２，Ｓ２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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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。
【００７１】
以上に述べたように、本実施形態の回転機Ｘは、界磁巻線無励磁状態において連結用永久磁石４１、４２の磁束が各組のロータ２，Ｓ２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，Ｓ２を経由してステータ巻線１３，Ｓ１３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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５にそれぞれ直流電流を流した場合に、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の磁束と共に連結用永久磁石４１、４２の磁束が、磁気ギャップ及びロータ２，Ｓ２内を通過してステータ巻線１３，Ｓ１３に鎖交する状態となり、誘起電圧を発生させてロータ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に流す電流量を調節することで、ロータ２，Ｓ２を経由してステータ巻線１３，Ｓ１３に鎖交する磁束量を増減することができる。この際、連結用永久磁石４１，４２の界磁を弱める弱め界磁は不要であるため、連結部材４を構成する連結用永久磁石４１，４２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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５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。
【００７２】
特に、本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する連結部材４として連結用永久磁石４１，４２を適用し、連結用永久磁石４１，４２介して各組のステータ１，Ｓ１同士を連結しているため、ステータとロータの組を１組だけ備えた回転機と比較して、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、高効率化及び高出力化を実現することができる。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、各界磁巻線（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線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、界磁巻線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。
【００７３】
そして、本実施形態の回転機Ｘであれば、各界磁巻線（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５）の起磁力がゼロの場合には各組のロータ２，Ｓ２を通過しない連結用永久磁石４１，４２の磁束を、各界磁巻線（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５）に電流を流すことによってこれら各界磁巻線の磁束に重畳させて、ロータ２，Ｓ２を通過してステータ巻線１３，Ｓ１３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，Ｓ１３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，Ｓ２を回転させ、ロータ２，Ｓ２が回転力を得ている状態でメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５に流す電流量を調整することで、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。
【００７４】
しかも、本実施形態に係る回転機Ｘは、各組のステータティース１２，Ｓ１２の数を６ｎ（ｎはゼロを除く正の整数）に設定するとともに、各組のロータティース２２，Ｓ２２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，Ｓ１２に巻回したステータ巻線１３，Ｓ１３をＵ、Ｖ、Ｗの三相に分けて、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。
【００７５】
また、本実施形態の回転機Ｘは、各組のロータ２，Ｓ２に永久磁石を付帯させる構成ではないため、ロータ２，Ｓ２の高速回転中に永久磁石が飛散する事態を回避することができる。さらにまた、本実施形態の回転機Ｘは、ロータ２，Ｓ２に永久磁石を付帯させた構成であれば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。
【００７６】
特に、本実施形態の回転機Ｘは、ロータ２，Ｓ２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。
【００７７】
さらに、本実施形態の回転機Ｘでは、各組のステータティース１２，Ｓ１２とロータティース２２，Ｓ２２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、各組におけるステータティース１２，Ｓ１２とロータティース２２，Ｓ２２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。
【００７８】
また、本実施形態に係る回転機Ｘは、各組のステータコア１１，Ｓ１１として、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を巻回する部分で周方向に分断され且つメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置箇所となる凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有する複数の第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａを少なくとも備えたものを適用しているため、複数の第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａを周方向Ａに相互に組み付ける前の時点において、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃに、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を巻回することが可能になり、リング状又は略リング状に形成したステータコアの所定部分に界磁巻線を巻回する態様と比較して、巻線処理の効果が向上し、より多くの巻線を巻回することも可能である。さらに、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃに、予め巻回成型されたメイン界磁巻線１４，Ｓ１４を嵌め込むように設定しているため、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４として所定の形状で所定の巻回量を有するものを予め準備しておき、その巻回成型されたメイン界磁巻線１４，Ｓ１４を第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａ同士を組み付ける直前で、第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａの凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃに嵌め込むことが可能であり、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４をステータコア１１，Ｓ１１の所定箇所に配置する処理効率の向上に資する。
【００７９】
また、本実施形態の回転機Ｘは、各組のステータコア１１，Ｓ１１を周方向Ａに分割した複数の単位ステータコアから形成しており、具体的には、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置部分及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の配置部分である凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有する第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａと、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有しない複数の第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂとを用いて構成しているため、最小限の種類で用意した単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａ、１１ｂ，Ｓ１１ｂを使用して、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及び磁束発生部１５，Ｓ１５を所定箇所に配置したステータコア１１，Ｓ１１を形成することができる。特に、磁束発生部として、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４と同一形状のサブ界磁巻線１５，Ｓ１５を適用しているため、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置部分及びサブ界磁巻線１５，Ｓ１５の配置部分をそれぞれ同一形状の第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａによって形成することができ、単位ステータコアの種類は、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有するものと、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有しない２種類のみで足り、好適である。
【００８０】
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１９乃至図２３（図１９は本変形例に係る回転機Ｘの全体斜視図であり、図２０は図１９のｆ方向（図２２、図２３のＰ−Ｐ線方向）矢視図、図２１は第２組を構成するステータＳ１及びロータＳ２を図２２、図２３のＱ−Ｑ線方向から見た図、図２２は図１９のｇ方向矢視図、図２３は図１９のｈ方向矢視図である）に示すように、各組の磁束発生部として、ステータコア１１，Ｓ１１のうちメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の巻回位置と対向する位置に配置され且つメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束と反対方向の磁束を発生する永久磁石（以下ではメイン永久磁石１６，Ｓ１６と称する）を適用することができる。
【００８１】
なお、図１９以降の各図では、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。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。
【００８２】
第２実施形態に係る回転機Ｘは、各組においてメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の巻回位置と対向する位置にそれぞれ周方向Ａに磁性を持たせたメイン永久磁石１６，Ｓ１６を配置し、各メイン永久磁石１６，Ｓ１６の磁束の向きを軸方向正面（図２２、２３のＰ−Ｐ線方向、Ｑ−Ｑ線方向）から見て相互に反対方向となるように設定している。なお、メイン永久磁石１６，Ｓ１６の磁束量は常に一定である。
【００８３】
図１９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１６の磁束が、図２４（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１６の磁束の流れを図２０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１４の無励磁状態に軸方向正面（図１９のｆ方向であって、図２２、図２３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Ｓ１６の磁束が、図２５（同図は、界磁巻線無励磁状態におけるメイン永久磁石１６の磁束の流れを図２１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Ｓ１４の無励磁状態に図２２、図２３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】
ここで、各ステータコア１１，Ｓ１１の一部には、メイン永久磁石１６，Ｓ１６を配置する空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓを形成している。この空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓは、ステータコア１１，Ｓ１１ｓを厚み方向に所定領分だけ窪ませたもの（図示省略）であってもよいし、図２０及び図２１に示すように、ステータコア１１，Ｓ１１ｓを厚み方向（シャフト３，Ｓ３の径方向）に貫通するものであってもよい。本実施形態では、空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓに配置したメイン永久磁石１６，Ｓ１６の外向き面が、ステータコア１１，Ｓ１１の外向き面と大きな段差なく略面一となるように設定している。
【００８５】
本実施形態では、図２０及び図２１に示すように、ステータコア１１，Ｓ１１のうち、メイン永久磁石１６，Ｓ１６を配置する部分を第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄによって形成している。すなわち、空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓを第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄを利用して形成している。空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓをステータ１，Ｓ１とロータ２，Ｓ２が対向する方向に貫通する空間に設定している本実施形態では、各組におけるそれぞれ一対の第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄの間にメイン永久磁石１６，Ｓ１６が嵌合可能な隙間を形成している。
【００８６】
より具体的に第２実施形態に係る回転機Ｘは、図２０及び図２１に示すように、リング状のステータコア１１，Ｓ１１を周方向Ａにそれぞれ６等分し、その６等分した部分のうち、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４を配置する部分を配置する部分は、それぞれ２つの第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａによって形成し、メイン永久磁石１６，Ｓ１６を配置する部分を配置する部分は、それぞれ２つの第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄによって形成し、それ以外の部分（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４、メイン永久磁石１６，Ｓ１６を配置しない部分）は、それぞれ１つの第２単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄによって形成している。つまり、各組のステータコア１１，Ｓ１１は、２つの第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａと、２つの第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄと、４つの第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂを用いて形成したものである。本実施形態では、各組における２つの第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄ同士の隙間にメイン永久磁石１６，Ｓ１６を周方向Ａに隙間無く密着させた状態で配置している。
【００８７】
そして、第２実施形態に係る回転機Ｘでは、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４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１４，Ｓ１４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、各組のメイン永久磁石１６，Ｓ１６の磁束（以下、「メイン磁石磁束」と称す）は、図２８乃至図３１（これら各図は、界磁巻線励磁状態におけるメイン磁石磁束の流れ（相対的に太い実線の矢印）及びメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束の流れ（点線の矢印）をそれぞれ図２０乃至図２３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，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。
【００８８】
また、界磁巻線励磁状態において各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束は、図２８乃至図３１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１６，Ｓ１６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１４，Ｓ１４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１４，Ｓ１４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１４，Ｓ１４に流す電流量の増大に伴って、各組のロータ２，Ｓ２を通過するメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束量も増大する。つまり、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４に流す直流電流を大きくすれば、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束及び短絡していたメイン磁石磁束が何れもステータ１，Ｓ２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１４，Ｓ１４に流す直流電流）の大きさに比例する。
【００８９】
本実施形態の回転機Ｘは、界磁巻線励磁状態において、このようなメイン磁石磁束及びメイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束に誘導されて、連結用永久磁石４１、４２の磁束も各組のロータ２，Ｓ２を通過し、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４に流す電流量の増大に伴って、各組のロータ２，Ｓ２を通過する総磁束量（メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の磁束、メイン磁石磁束、及び連結用磁石磁束の総和）を増大させることができる。
【００９０】
そして、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、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３２及び図３３（図３２は、ロータ回転駆動時の磁束の流れを図２０（図２２、２３のＰ−Ｐ線方向から見た状態）に対応させて模式的に示す図であり、図３３は、ロータ回転駆動時の磁束の流れを図２１（図２２、２３のＱ−Ｑ線方向から見た状態）に対応させて模式的に示す図である）連結用永久磁石４１、４２の磁束と、各組のメイン界磁巻線１４，Ｓ１４及びメイン永久磁石１６，Ｓ１６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３２及び図３３では、各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，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。これら各図のタイミングＴでは、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、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。
【００９１】
このように、第２実施形態に係る回転機Ｘでは、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４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，Ｓ２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連結用永久磁石４１、４２の磁束を、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４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１４，Ｓ１４の磁束に誘導されて磁気ギャップを通過してロータ２，Ｓ２に流れる磁束に変化させることができ、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４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。メイン界磁巻線１４，Ｓ１４に流す電流の大きさは、例えばメイン界磁巻線１４，Ｓ１４に直列接続しているスイッチ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、各組のステータ巻線１３，Ｓ１３に電流を流していない。
【００９２】
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、この状態において、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１４，Ｓ１４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（連結用磁石磁束、メイン磁石磁束及びメイン界磁巻線１４，Ｓ１４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。
【００９３】
特に、第２実施形態に係る回転機Ｘでは、各組の磁束発生部として永久磁石１６，Ｓ１６を適用しているため、第１実施形態に係る回転機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より一層良好になり、更なる高効率化及び高出力化を実現することができるとともに、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４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。
【００９４】
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と比較して、各組のステータコア１１，Ｓ１１を周方向Ａに分割した複数の単位ステータコアから形成している点では同じであるが、磁束発生部として永久磁石１６，Ｓ１６を適用したことにより、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置部分である凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有する第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａによってメイン界磁巻線１６，Ｓ１６の配置部分を形成することはできない。しかしながら、第２実施形態では、各組のステータコア１１，Ｓ１１を、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４の配置部分である凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有する第１単位ステータコア１１ａ，Ｓ１１ａと、磁束発生部である永久磁束１６，Ｓ１６の配置箇所である空洞部１１ｓ，Ｓ１１ｓを形成する第３単位ステータコア１１ｄ，Ｓ１１ｄと、凹部１１ｃ，Ｓ１１ｃを有しない第２単位ステータコア１１ｂ，Ｓ１１ｂ、これら３種類の単位ステータコアを使用して、メイン界磁巻線１４，Ｓ１４及び磁束発生部１６，Ｓ１６を所定箇所に配置したステータコア１１，Ｓ１１を形成することができる。
【００９５】
なお、第２実施形態に係る回転機Ｘにおいて、磁束発生部である永久磁石１６，Ｓ１６の配置箇所である空洞部として、ステータコア１１，Ｓ１１ｓを厚み方向に所定領分だけ窪ませたものを適用する場合には、周方向Ａ中央部部に所定領域分だけ厚み方向に窪ませた形状を有する単一の第３単位ステータコアによって、磁束発生部である永久磁石の配置箇所を形成したり、或いは、周方向Ａの一端部に所定領域分だけ厚み方向に窪ませた形状を有する一対の第３単位ステータコアをその一端部同士を接合することによって磁束発生部である永久磁石の配置箇所を形成することが可能である。
【００９６】
また、第１実施形態及び第２実施形態で例示した以外の構成を適用した回転機として、例えば３組以上のステータとロータの組を連結用永久磁石によって連結した回転機を構成することも可能である。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
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。
【０１００】
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。
【０１０１】
本発明の回転機では、「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。
【０１０２】
また、連結部材として用いる連結用永久磁石の形状や数は適宜変更することができる。さらに、回転機全体に占める磁石体積を増大させて、より一層の省電力化及び高出力化を実現するために、各組のステータとして、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と同一方向に磁性を持たせたサブ永久磁石を備え、単一又は複数のサブ永久磁石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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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】
【０１０５】
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…メイン界磁巻線
１５，Ｓ１５…磁束発生部、サブ界磁巻線
１６，Ｓ１６…磁束発生部、メイン永久磁石
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，Ｓ３…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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