(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気回路と多相励磁巻線（１２，９０）とを備えるステータ（１０，８８）と、
前記ステータ（１０，８８）から距離を隔てられ、外部からアクセスできる第１のシャフト（２２，９６）に結合されるとともに、磁気回路と多相励磁巻線（１６，１１６）とを備える第１の（インター）ロータ（１４，９２）と、
前記第１のロータ（１４，９２）と前記ステータ（１０，８８）との間にあって、外部からアクセスできる第２のシャフト（２８，１０７）に結合されるとともに、磁気回路と、少なくとも前記ステータ（１０，８８）の前記磁気回路と協働するための永久磁性部材（２０，５６，１０６）とを備え、それにより、これらの永久磁性部材（２０，５６，１０６）によって発生される磁束がこれらのロータ磁気回路およびステータ磁気回路の両方を横切るようにする第２の（インター）ロータ（１８，１０４）と、
を共通軸（２１）周りに配置して備える回転電気機械コンバータ（２，８０）において、
前記第２の（インター）ロータは、磁化状態を変更するための手段を備え、この磁化状態を変更するための手段は、ＤＣ電流を伝えるための外部からアクセスできる少なくとも１つの制御巻線（１９，６１，１３４）、またはその極性の方向に関して調整するよう磁化される制御可能な永久磁性部材（１５０）を備え、
前記磁化状態を変更するための手段は、それぞれが２つの連続する永久磁性部材（２０，５６，１０６）間に位置する第２のロータの各領域（６２，１３５，１６２）の少なくとも一部の磁化状態を変更するものであって、
前記磁化状態を変更するための手段は、永久磁性部材（２０，５６，１０６）間に位置する第２のロータの各領域（６２，１３５，１６２）に近接する前記第２のロータの所定位置に配置され、
一方では、前記永久磁性部材（２０，５６，１０６）により発生され、かつ他方では磁化状態を変更する手段により発生されるそれぞれの磁束が、２つの連続する永久磁性部材間に位置する第２のロータの各領域の一部を占める共通の磁気回路を共有し、
前記磁化状態を変更する手段により生じる前記第２のロータの各領域の少なくとも一部の磁化状態を変更させることにより、永久磁性部材（２０，５６，１０６）によって発生される、ステータ内または前記第１の（インター）ロータ内の磁気回路を横切る磁束を変更させることを特徴とする回転電気機械コンバータ。
【請求項２】
前記ステータ（１０）は、円筒形態を有するとともに、第１の空隙（５２）を介してスリーブ形状の前記第２の（インター）ロータ（１８）を取り囲み、前記第２の（インター）ロータは、前記ステータ（１０）の方へ向けられる第１の外面と、前記第１のロータ（１４）の方へ向けられる第２の外面とを有し、この第２の外面と円筒状の前記第１のロータ（１４）との間に第２の空隙（５０）が存在し、
前記永久磁性部材（２０，５６，１０６）はそれぞれ、前記第１のロータ（１４）へ向けられる第１の極と、前記ステータ（１０）へ向けられる反対の第２の極とを有し、前記極は第１の磁極性と第２の磁極性とをそれぞれ有し、前記磁極性は隣接する極間で周方向に交互に入れ替わり、
第１の磁気回路が、それぞれの前記第１の極を発端として、隣接する前記第２の空隙を横切って前記第１のロータ（１４）の前記磁気回路を貫通して延び、反対の極性のそれぞれの隣接する極へと戻るように存在し、
第２の磁気回路が、それぞれの前記第２の極を発端として、前記第１の空隙を横切って前記ステータ（１０）の前記磁気回路を貫通して反対の極性のそれぞれの隣接する極へと延びるように存在し、
第３の磁気回路（６２）が、反対の極性の隣接する極間で前記第２のロータ（１８）内に存在して、このロータの周方向で延び、
前記第２の（インター）ロータには、制御可能なＤＣ電流を伝えるために前記第３の磁気回路（６２）に隣接して位置する制御巻線（１９，６１）が設けられ、それにより、前記制御巻線（１９，６１）中の電流により発生される磁束は、前記永久磁性部材（２０，５６，１０６）により与えられてこれらの第３の磁気回路を通過する磁束上に重ね合わされ、その結果、前記ステータ（１０）の少なくとも前記第１の磁気回路中の磁束密度を制御する、ことを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記ステータは、円筒形態を有するとともに、第１の空隙を介してスリーブ形状の前記第２の（インター）ロータを取り囲み、前記第２の（インター）ロータは、前記ステータの方へ向けられる第１の外面と、前記第１のロータの方へ向けられる第２の外面とを有し、この第２の外面と円筒状の前記第１のロータとの間に第２の空隙が存在し、
前記永久磁性部材はそれぞれ、前記ステータへ向けられる第１の極と、前記第１のロータへ向けられる反対の第２の極とを有し、前記極は第１の磁極性と第２の磁極性とをそれぞれ有し、前記磁極性は隣接する極間で周方向に交互に入れ替わり、
第１の磁気回路が、それぞれの前記第１の極を発端として、隣接する前記第１の空隙を横切って前記ステータの前記磁気回路を貫通して延び、反対の極性のそれぞれの隣接する極へと戻るように存在し、
第２の磁気回路が、それぞれの前記第２の極を発端として、前記第２の空隙を横切って前記第１のロータの前記磁気回路を貫通して反対の極性のそれぞれの隣接する極へと延びるように存在し、
第３の磁気回路が、反対の極性の隣接する極間で前記第２のロータ内に存在して、このロータの周方向で延び、
前記第２の（インター）ロータには、制御可能なＤＣ電流を伝えるために前記第３の磁気回路に隣接して位置する制御巻線が設けられ、それにより、前記巻線中の電流により発生される磁束は、前記永久磁性部材により与えられてこれらの第３の磁気回路を通過する磁束上に重ね合わされ、その結果、前記第１のロータの少なくとも前記第２の磁気回路中の磁束密度を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記第２の（インター）ロータ（１８）の前記制御巻線（１９，６１）は、前記第２のロータの外面からこのロータの前記永久磁性部材（２０，５６，１０６）間の空間付近へと延びるスロット（６０）内に受け入れられることを特徴とする、請求項２または請求項３に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記ステータ（８８）、前記第１のロータ（９２）、および、前記第２のロータ（１０４）はそれぞれ共通軸を中心に配置されるディスク形状部材であり、
前記ステータ（８８）および前記第１のロータ（９２）はそれぞれ、外部からアクセスできるリング形状形態の多相励磁巻線（９０，１１６）を支持し、
前記第２のロータ（１０４）は、前記ステータ（８８）と前記第１のロータ（９２）との間に位置し、前記第１のロータの方へ向けられる第１の極性の極と前記ステータの方へ向けられる第２の極性の極とを有する径方向に配置されるリング形状形態の永久磁石（１０６）をその表面で支持するとともに、前記永久磁性部材間のそれぞれの領域付近で制御巻線（１３４）または永久磁性制御部材を更に支持する
ことを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記ステータ（８８）、前記第１のロータ（９２）、および、前記第２のロータ（１０４）は円筒状のハウジング（８２）内に受け入れられ、該ハウジングの第１の端壁（８６）がベアリング（９８）により第１のシャフト（９６）を支持し、この第１のシャフトには前記第１のロータ（９２）が接続され
この第１のシャフト（９６）の内端が前記第２のロータ（１０４）の中心のベアリング（１００）に支持され、前記第２のロータは、前記ハウジングの第２の端壁（８４）のベアリング（１０８）に支持される第２のシャフト（１０７）に接続され、前記第２の端壁（８４）は前記ステータ（８８）も支持する、
ことを特徴とする請求項５に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記第２の（インター）ロータ（１８，１０４）の前記制御巻線（１９，６１，１３４）は、電流整流手段を介して、制御可能な交流電流源に接続される励磁巻線に電磁結合されるピックアップ巻線に接続されることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のコンバータ。
【請求項８】
前記永久磁性部材（２０，５６，１０６）の磁場強度およびその配置は、機械の任意の巻線に電流が何ら存在しないときに前記永久磁性部材間のそれぞれの領域（６２，１６２）が磁気的に飽和するようになっていることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載のコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主な請求項の前文に記載される類の回転電気機械コンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
そのようなコンバータは国際特公開第０３／０７５４３７号パンフレット（米国特許第７１６４２１９号明細書）から知られており、この文献は、出願人が認識しているなかで最も関連性の高い従来技術である。
【０００３】
この出願は、永久磁性部材を伴わないそのようなコンバータの実施形態を詳しく記載するが、請求項４において、永久磁性材料を一方の表面上に備え、且つ外部からアクセスできる制御巻線を受け入れるためのスロットを他方の表面上に備えるインターロータ（第２のロータ）について言及している。第５頁第２６行目から第６頁第１２行目は、この形態がどのようにしてスロットが開放するロータ表面上に「仮想磁極」の形成をもたらすのかについて記載しており、該磁極は、巻線中の制御電流の影響下でインターロータの周方向にシフトされ得る。その目的は、永久磁性部材により発生されてステータへ侵入する磁束の部分に影響を及ぼそうとすることであると考えられ、また、このステータ磁束は、コンバータが更に高い回転速度で動作するときに減少されなければならない。確かに、コンバータが更に高い回転速度で動作するときに回転機械のステータにおける磁束を減らすことは、非常に長い期間にわたってそれ自体知られる手段である。しかしながら、前述した提案にしたがってもたらされる方法はあまり効率的ではない一方で、この提案を実施するために必要なロータ構造が幾つかの欠点を有する。国際公開第０３／０７５４３７号パンフレットは、インターロータの表面上にシフト可能な仮想磁極を形成する（したがって、材料極および突出極がない）ためには、このロータが、インターロータの周方向に大きな寸法をもつスロットの使用を妨げるかなり滑らかな表面を有していなければならないことにも気付いている。したがって、任意の巻線は、巻線のために使用されるワイヤの直径よりも幾分大きい幅を有する狭い入口スリットを介してインターロータ表面に接続するロータ本体のスロット内に受け入れられなければならない。結果として、これらのスロット内に位置する最終的に得られる巻線は、小さい充填率を伴って非常に不規則であり、全く有効となり得ない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、これらの欠点を未然に防ぐことを目的とし、インターロータ自体の本体および磁性部材の近傍のインターロータ材料の部分に既にある永久磁石により発生される磁束の経路および大きさを制御して変えることによって利点が得られるという見識に基づいている。また、このようにして実際にステータに達するこの磁束の部分を制御することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって、本発明に係るコンバータは、主な請求項の手段によって特徴付けられる。
【０００６】
請求項２および請求項３は、この一般的な考えの実施形態を記載する。
【０００７】
これらの手段によって発生される磁束が有用なステータ磁束としての機能も果たし得ることが分かる。
【０００８】
本発明によって提案される手段は、簡単な方法で、複雑なロータ構造を伴うことなく、適度な制御電流によって、したがって、最小の損失で、ステータにおける磁束の経路および大きさを効率的に制御できるようにする。
【０００９】
径方向磁束形態を成す本発明に係る電気機械コンバータの想定し得る実施形態が請求項４ないし請求項６に記載される。
【００１０】
請求項４に記載される実施形態は、第２の（外側）ロータの高速において、ステータ鉄損およびステータ電圧が制限されるようにステータ磁束を減らすために車両において有利である。
【００１１】
請求項５に記載される実施形態は、特に、第１の（内側）ロータの磁束を制御できる可能性を与える。これは、第２の（外側）ロータの低速で低い出力トルクが必要とされる場合に有利である。その場合、第１のロータに作用するトルクも低く、それにより、第１のロータにおける磁束を減少させることができ、第１のロータにおける鉄損および第１のロータの電圧が制限される。この種の動作は、例えば船舶の推進システムにおける場合のような、二次トルク−速度特性を有する駆動システムにおいて行なわれる。本発明は、船舶の低速での優れた速度制御の可能性を与える一方で、高速において、第１のロータと第２のロータとの間の機械的なロックアップが使用される。これは、曳航船および消防艇において非常に有益となり得る。
【００１２】
軸方向磁束形態を成す本発明に係る電気機械コンバータの好ましい実施形態が請求項７および請求項８に記載される。
【００１３】
更なる好ましい実施形態が請求項９および請求項１０に記載される。
【００１４】
この種の電気機械コンバータは、径方向磁束形態および軸方向磁束形態のいずれにおいても、それ自体多くの刊行物から知られているのが分かる。例えば、国際公開第００／３４０６６（ＡＢＡＢＢ）号パンフレットは、機械を動作させるために必要な磁束を発生させるための永久磁石を有する径方向磁束形態および軸方向磁束形態の両方の電気機械コンバータについて記載するが、ステータにおける永久磁束を制御できる方法を何ら開示していない（しかしながら、ＡＢ  ＡＢＢがその目的のためにステータ構造で巻線を使用することは慣例から分かる）。
【００１５】
Ｍ．  Ａｙｄｉｎ，  Ｓ．  ＨｕａｎｇおよびＴ．  Ａ．  Ｌｉｐｏによる論文「Ａｘｉａｌ  Ｆｌｕｘ  Ｐｅｒｍａｎｅｎｔ  Ｍａｇｎｅｔ  Ｄｉｓｋ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ：  Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ」は、それ自体が広範囲に及ぶ関連文献を伴う軸方向磁束機械の優れた概括をとなっている。
【００１６】
また、２００６年７月／８月の工業利用に関するＩＥＥＥ議事録のＭ．  Ｊ．  Ｈｏｅｉｊｍａｋｅｒｓ（本発明者）およびＪ．  Ａ．  Ｆｅｒｒｅｉｒａによる論文である「Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ」は、本発明に係る電気機械コンバータなどの電気機械コンバータの理論的背景の概要を明確に示している。
【００１７】
国際公開第２００７／１０７６９１号パンフレットおよび国際公開第２０１０／０１５２９９号パンフレットはいずれも、永久磁石を備えるリング形状の第１の回転外側部材と、同様に永久磁石を備えるリング形状の第２の回転内側部材と、これらの部材間にあって、それぞれの磁石により生成される径方向に向けられる相互作用磁場を調節するために径方向補極を有するスリーブ形状の第３の部材とを備える、ギア比率が可変の一種の磁気ギアボックスについて記載する。国際公開第２０１０／０１５２９９号パンフレットによれば、これらの補極の磁性材料は、不活性化するために飽和状態へと導かれ得る。本発明によって提案される特定の手段は、これらの開示から知られておらず、あるいは、これらの開示後に自明でない。
【００１８】
本発明に係る電気機械コンバータを使用できる、制御できる、原動力と組み合わせできる、および、電気的な励磁回路を備えることができる態様は、前述した従来技術に記載される態様と同じであり、したがって、本明細書では論じない。添付図面を参照しつつ与えられる以下の説明は、本発明にしたがってステータの磁束が制御される方法について専ら扱う。
【００１９】
図面を参照して本発明について説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の手段が組み込まれる電気機械コンバータの一般的なセットアップを概略的に断面で示している。
【図２】このコンバータのＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を示している。
【図３】第２のロータの巻線中のＤＣ電流に応じた様々な動作段階における磁力線の分布を示す、この実施形態のステータ、インターロータ、および、ロータの一部の相互に類似する断面を示している。
【図４】第２のロータの巻線中のＤＣ電流に応じた様々な動作段階における磁力線の分布を示す、この実施形態のステータ、インターロータ、および、ロータの一部の相互に類似する断面を示している。
【図５】第２のロータの巻線中のＤＣ電流に応じた様々な動作段階における磁力線の分布を示す、この実施形態のステータ、インターロータ、および、ロータの一部の相互に類似する断面を示している。
【図６】第２のロータの巻線中のＤＣ電流に応じた様々な動作段階における磁力線の分布を示す、この実施形態のステータ、インターロータ、および、ロータの一部の相互に類似する断面を示している。
【図７】インターロータの制御巻線の幾分異なる形態の図２に示される断面に類似する断面を示している。
【図８】軸方向磁束形態を成す本発明に係る電気機械コンバータの概略断面を示している。
【図９】このコンバータの第２のロータの部分概略端面図を示している。
【図１０】この第２のロータの部分概略展開図を示している。
【図１１】永久磁石間の領域の磁性状態が多数の永久磁性制御部材によって変えられる実施形態を図３から図６に係る断面に類似する断面で示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の手段が組み込まれる電気機械コンバータの一般的な形態が、径方向形態で、円筒壁４および２つの円筒端壁６，８を有するハウジング２をどのよう備えるのかを示している。円筒壁４の内面には巻線１２を有するステータ１０が接続され、また、ハウジング２内には多相巻線１６を有する第１のロータ１４が更に受け入れられ、この第１のロータを、該第１のロータ１４へと向けられる径方向内面に永久磁性部材２０を有する第２のロータ１８が取り囲む。インターロータとしても示され得るこの第２のロータ１８は、スリップリングとブラシとのアセンブリ２３に接続される制御巻線１９を支持し、このアセンブリは制御可能なＤＣ源２５に接続される。
【００２２】
第１のロータ１４および第２のロータ１８は共通軸２１を中心に回転できる。内側ロータ１４は、電気機械コンバータの入力シャフトであると見なされ得るシャフト２２に接続され、また、このシャフトは、主円筒ハウジング２の端壁６および略円筒状の補助ハウジング２７の右側端壁とのそれぞれに受け入れられるベアリング２４，２６にそれぞれ支持される。このハウジング２７は、その円筒壁で第２のロータ１８を支持するとともに、その右側が、同じ軸２１を有する径方向に延びるシャフト２８に接続され、シャフト２８は電気機械コンバータの出力シャフトを構成すると見なすことができる。このシャフトは、主ハウジング２の端壁８のベアリング３０に支持される。ハウジング２７は、左側がシャフト２２のベアリング２９に支持される。
【００２３】
前述した部分は、第１のＡＣ／ＤＣコンバータ３４と第２のＡＣ／ＤＣコンバータ３６とを備える電力回路と協働し、いずれのコンバータも蓄電池３８と協働する。図１では、コンバータ３４のＡＣ接続部４０がブラシとスリップリングとのアセンブリ４２に接続されるように示されており、該アセンブリのスリップリングは、それ自体が知られる態様で、第１のロータ１４の三相励磁巻線１６に接続される。また、コンバータ３６のＡＣ端子４４は、同様にそれ自体知られるように、ステータの三相励磁巻線１２に接続される。コンバータ３４のＤＣ端子４６およびコンバータ３６のＤＣ端子４８はそれぞれ、相互に接続されるとともに、バッテリ３８に接続される。両方のＡＣ出力４０，４４はそれぞれ、周波数ゼロのＡＣ電流、したがって、実際にはＤＣ電流を供給できる。
【００２４】
これも原理的には従来技術から知られている。
【００２５】
図３から図６は、ステータ１０、インターロータ１８、および、第１のロータ１４を備えるアセンブリの部分断面を示している。
【００２６】
図３から図６はステータ１０と第２のロータ１８との間の第１の空隙５２を示しており、第２のロータ１８は、第２の空隙５０を介して最も内側の第１のロータ１４を取り囲む。第１のロータ１４、第２のロータ１８、および、ステータ１０は、励磁巻線１６を受け入れるスロット５３を第１のロータ１４に有し且つ励磁巻線１２を受け入れるスロット５４をステータに有する、良く知られる積層構造を有する。第２のインターロータ１８は空隙５２に近接して位置する多くの永久磁性部材５６ａから５６ｈを支持し（図２参照）、５６ａ，５６ｂでそれぞれ表わされる永久磁性部材のうちの２つが図３から図６に示される。これらの永久磁性部材は径方向で磁化されており、その磁極が周方向で交互に入れ替わる。例えば、永久磁性部材５６ａに関しては、第１の磁極性Ｎが径方向外側（ステータ１０の方）へ向けられ、第２の極性（Ｓ）が径方向内側（第１のロータ１４の方）へ向けられる。また、磁性部材５６ｂに関しては状況が正反対である。すなわち、ここでは、第２の磁極性（Ｓ）がステータ１０の方へと径方向外側に向けられ、第１の磁極性（Ｎ）が径方向内側（第１のロータ１４の方）へ向けられる。本発明によれば、第２のロータ１８は、空隙５２を境界付ける外周４９に沿って分布される多くの径方向内側に向けられたスロットを備え、これらのスロットが図２および図７に参照符号６０ａから６０ｈで示され、そのうちの１つが図３から図６に示されて６０ａで表わされる。これらのスロット６０ａから６０ｈは、各スロット６０の底部６４と空隙５０との間に存在する図３にダブルハッチングで示される空間６２を横断する、磁束が第２のロータ１８の周方向で発生されるようにＤＣ電流を伝える制御巻線６１を受け入れる。この制御巻線６１を通過する電流の方向および大きさが、非常に大きな度合で、これらの領域間６２を通過する磁束の方向および磁性状態を制御することは明らかである。
【００２７】
なお、表面４９が滑らかな表面である必要がないため、これらのスロットの入口（上側）開口を比較的幅広くすることができ、それにより、高い充填比を有する（結果として、高い制御効率を伴う）整然と巻回される巻線をスロット内に受け入れて、該巻線を所定の位置で適切な硬化樹脂を用いてシールすることができる。これは、（冒頭で論じた）従来技術にしたがって巻線を受け入れる方法に優る大きな利点である。
【００２８】
磁石５６ａから５６ｈの磁場強度は、これらの制御可能な領域６２によって分離される磁石５６ａ，５６ｂなどの２つの隣接する磁石間で磁束が発生され、それにより、機内に電流が何ら存在しないときに、この領域内の磁性材料が、飽和され、したがって高い磁気抵抗を示すようになっていることが好ましい。これは、磁石５６ａのＮ極から発する磁束が、２つの部分、すなわち、ステータ１０を通じて流れる第１の部分と、領域６２を通じて流れる第２の部分とに分けられるからである。
【００２９】
冒頭で既に述べたように、本発明の考えは、実際に、スロット６０の下側に位置する狭い領域６２の磁化状態およびこれらの領域を通過する磁束を制御することによる、永久磁石５６から発する磁束の制御および＜チャネリング＞である。図示の実施形態において、これは、これらのスロット６０内の巻線６１を通じて流れるＤＣ電流によって行なうことができる。この場合、この電流により発生される磁場は、ロータ１８の周方向に向けられるとともに、この電流の方向に応じて右へあるいは左へと方向付けることができ、したがって、磁石５６によって発生される磁束をサポートしあるいは該磁束に抗することができる。図示のように、磁石５６ａのＳ極が空隙５０の近傍に位置されるとともに、磁石５６ｂのＮ極が空隙の近傍に位置されると、制御巻線を通過する電流が何ら存在しない場合、領域６２内の磁束は、磁石５６ａのＮ極から磁石５６ｂのＳ極へと右へ流れる。
【００３０】
磁石５６ａのＮ極から出て、第２のロータとステータ１０との間の空隙を横切った後、ステータ１０を通じて流れるとともに、空隙を再び横切って、磁石５６ｂのＳ極へと流れる磁束も存在する。ステータ１０を通過するこの磁束こそが、電気機械コンバータの動作状態に応じて本発明が制御しようとするものである。
【００３１】
最後に、磁石５６ｂのＮ極から流れて、空隙５０を２回横断しつつ、第１のロータ１４を介して磁石５６ａへと流れる磁束部分が存在する。
【００３２】
磁束のこの部分は、領域６２の状態によって殆ど影響されない。
【００３３】
以下、第２のロータ１８のスロットを占める巻線中の制御電流によってステータ内の磁束をどのようにして制御できるのかについて説明する。
【００３４】
図３は、全ての巻線中の全ての電流がゼロである状況における磁力線を示している。永久磁石５６ａのＮ極から永久磁石５６ｂのＳ極への磁束における最短経路は、飽和されることになる領域６２を通過する経路である。そのため、領域６２の磁気抵抗が高くなり、磁束の大部分がステータ１０を通じて流れることになる。これは、出力シャフト２８に接続される第２の（インター）ロータの速度が通常の場合の動作における基本的な状況である。
【００３５】
図４は、ステータおよび第１のロータの電流がゼロである状況を示している。しかしながら、スロット６０内の第２のロータの巻線６１中のＤＣ電流は、ここでは、領域６２内の磁束がゼロとなるような値を有する。この比較的低い電流の結果として、この領域の磁気抵抗は低い。磁石５６ａのＮ極から磁石５６ｂのＳ極へ向かう全ての磁束がステータ１０を通じて流れる。これは、第２の（インター）ロータの速度が比較的低い場合の動作における基本的な状況である。
【００３６】
図５は、ステータおよび第１のロータの電流が先と同様にゼロである状況を示している。しかしながら、スロット６０内の第２のロータの巻線６１中のＤＣ電流は、領域６２内の磁束が図３と比べて反対方向となるような値を有する。この場合、ＤＣ電流はステータを通過する磁束に寄与し、それにより、ステータ磁束は、図４の場合よりも多くなるとともに、磁石の磁束よりも多くなる。これは、第２の（インター）ロータの速度が非常に低い場合の動作における基本的な状況である。ステータ磁束が多いため、第２の（インター）ロータに作用するトルクに対するステータ電流の寄与度は比較的高い。
【００３７】
図６は、スロット６０内の第２のロータの巻線６１中のＤＣ電流が図４および図５の状況の場合のようなＤＣ電流と反対である状況を示している。ステータおよび第１のロータの電流は先と同様にゼロである。この場合、永久磁石５６ａのＮ極から領域６２を通じて永久磁石５６ｂのＳ極へ向かう磁束は、図３の場合よりも多い。結果として、領域６２での飽和も図３の場合より高くなり、ステータ１０を通過する磁束が少なくなる。実際に、我々は、ステータ内で弱まる一種の活性磁場を有する。これは、第２の（インター）ロータおよび出力シャフト２８の速度が非常に高い場合の動作における基本的な状況である。
【００３８】
この電気機械コンバータは、車両を遅らせるときにエネルギーを取り戻すための充電式バッテリと組み合わされるとともに、純粋な電気ドライブの可能性も有する、自動車用の連続可変トランスミッションとして使用することができる。これと関連して、従来技術に係るコンバータも原理的にこれらの機能的な可能性を有するが、本発明に係るコンバータが、作動損失が低いという利点を有し、したがって、より良い効率を有することが分かる。
【００３９】
この場合、第１のロータ１４に接続される第１のシャフト２２は入力シャフトであり、車両のエンジン、例えば、動作の全体にわたって公称速度または最も効率的な速度、例えば１５００ｒｐｍで作動するディーゼルエンジンに接続される。第２のシャフト２８は出力シャフトであり、車両の最終駆動部に接続される。無論、車両の各牽引車輪がそれ自体のコンバータに結合されることも可能である。結合しても、機械的なコンバータの様々な動作状態において影響はない。
【００４０】
図１に示される電気的なコンバータ３４，３６がそれぞれＤＣ電流を様々な周波数のＡＣ電流へと変換できるが、このＡＣ電流も周波数ゼロを有することができ、したがって、この場合には、実質的にＤＣ電流となるのが分かる。
【００４１】
エンジンの始動時、シャフト２２は最初は動かない。始動プロセス中に車両を停止させ続けるために、ステータ１０の多相巻線１２にＤＣ電流が供給される。通常は、第２のロータの巻線１９のＤＣ電流がゼロであってもよい。第１のロータ１４の多相巻線１６には一組の多相電流が供給され、この多相電流の周波数は、ゼロから、エンジンの始動速度に対応する値まで増大する。次に、燃料がエンジンに供給されて、エンジンが始動する。
【００４２】
車両が走り去ることになる場合には、第１のロータ１４の多相巻線１６に一組の多相電流が供給され、この多相電流の周波数は、シャフト２２が所望の（最適な）エンジン速度まで加速されるように増大される。注入燃料の量も増大されると、エンジンからのトルクが、第１のシャフト２２２から第１のロータ１４へ直接に伝えられ、空隙５０内の磁場を介して、第２のロータ１８の永久磁石２０および第２のシャフト２８へと伝えられる。
【００４３】
加えて、電気エネルギーが、第１のロータ１４の多相巻線１６から、スリップリングおよびブラシ４２を介して、ＡＣ／ＤＣコンバータ３４のＡＣ端子４０へと引き出される。結果として生じるＤＣ電流が、ＤＣ端子４６からＤＣ／ＡＣコンバータ３６のＤＣ端子４８へと流れる。このＤＣ電流は、バッテリ３８からの電流によって増大されてもよい。
【００４４】
ＤＣ／ＡＣコンバータ３６のＡＣ端子４４からの多相電流の周波数は、例えば速度センサによって、第２のシャフト２８の速度と関連付けられる。ＡＣ端子４４からのこれらの多相電流は、ステータ１０の巻線１２へ供給され、最終的に、ステータ１０から第２のロータ１８および第２のシャフト２８に作用するトルクとなる。
【００４５】
非常に低い車両速度では、ステータ１０における磁場は、第２のロータの制御巻線１９に比較的高いＤＣ電流を供給することによって増大される。したがって、ステータ１０から第２のロータ１８に作用するトルクも増大される。
【００４６】
第１のロータ１４から第２のロータ１８へ直接に作用する前記トルクと、ステータ１０から第２のロータ１８へ作用するトルクとにより、車両速度が増大する。結果として、ステータ１０の巻線１２に供給されるＡＣ端子４４からの多相電流の周波数も増大する。
【００４７】
加速中、第２のシャフト２８に作用する所望の最大トルクが減少する。このため、第２のロータの巻線１９中のＤＣ電流を減少させることによって、ステータ１０における磁場が減少され得る。これは、ステータ１０における鉄損およびステータ１０の巻線１２の電圧レベルに対して有利な影響を与える。
【００４８】
所望の車両速度に達すると、ステータ電流の負荷角度は、車両速度を一定に保つべくトルクが維持されるような値まで減少される。
【００４９】
第１のシャフト２２の速度が第２のシャフト２８の速度に等しくなるような値まで車両速度が増大されると、我々はダイレクトドライブのケースを有する。このケースでは、エンジントルクが第１のロータ１４から空隙５０を介して第２のロータ１８へと完全に伝えられる。このトルクを伝えるため、第１のロータ１４のロータ巻線１６にＤＣ電流が供給される。ＡＣ／ＤＣコンバータ３４のＤＣ端子４６を介したエネルギー伝達（幾らかの損失のみ）は殆どない。第２のロータの巻線１９およびステータ巻線１２に電流は存在しない。この場合、コンバータ全体の損失は最小である。
【００５０】
エンジン速度を維持しつつ車両速度が更に増大されると、コンバータがオーバードライブ状態となる。この場合、ステータ巻線１２から、ＤＣ／ＡＣコンバータ３６へ、ＤＣ／ＡＣコンバータ３４へ、ブラシとスリップリングとの組４２へ、および、更にはロータ巻線１６への電気エネルギーの流れが存在する。ここで、ステータ１０は、第２のロータ１８に対して制動トルクを及ぼす（第２のシャフト２８に作用するトルクは、第１のシャフト２２に作用するトルクよりも小さい）。
【００５１】
そのような比較的高い車両速度において、ステータは、いわゆる弱め界磁モードで動作される。これは、第２のロータ１８の巻線１９中のＤＣ電流を比較的低い値またはゼロまで減少させることによって達成される。極めて高い車両速度では、ステータ磁場が、第２のロータ１８の巻線１９中のＤＣ電流を逆にすることによって更に減少されてもよい。
【００５２】
制動回復を行なうため、ロータ巻線１６中の電流がゼロに設定されて、ステータ巻線１２中の電流の負荷角度が、ステータ１０が第２のロータ１８に対して制動トルクを及ぼすような値に調整される。この場合、電気エネルギーは、ステータ巻線１２から、ＤＣ／ＡＣコンバータ３６を介して、バッテリ３８へと流れる。
【００５３】
バッテリがほぼ満杯である場合、電気エネルギーの一部は、ＤＣ／ＡＣコンバータ３４およびブラシ・スリップリング４２を介して、第１のロータの巻線１６へ方向付けられてもよい。この結果、エンジンに作用する制動トルクが生じ、エネルギーの一部がエンジン内で散逸される。
【００５４】
最終的に、純粋な電気ドライブを実現できる。この場合、ロータ巻線１６中の電流がゼロに設定されて、ステータ巻線１２中の多相電流の負荷角度が、ステータ１０が第２のロータ１８に対して加速トルクを及ぼすような値に調整される。この場合、電気エネルギーは、バッテリ３８からＤＣ／ＡＣコンバータ３６を介してステータ巻線１２へと流れる。
【００５５】
純粋な電気ドライブにおいて非常に高い出力トルクが必要とされると、エンジンを機械的にブロックして、バッテリ３８からブラシ・スリップリング４２とＤＣ／ＡＣコンバータ３４とを介して第１のロータの巻線１６に一組の多相電流を供給することができる。この場合、第１のロータは、実際のステータの作用をサポートする一種の第２のステータとして動作する。
【００５６】
図７は巻線６１を伴うスロット６０を示すが、この図は、これに加えて、補助巻線７１を伴う比較的浅い補助スロット７０ａ’，７０ａ’も示しており、１つのスロット６０を取り囲む２つの補助スロット７０を備える配置を成す。このようにすると、第２のロータ１８およびステータ１０を通過する磁束分布の異なる制御を達成できる。
【００５７】
図７は対称形態を示すが、これは必ずしも必要ではなく、特定の動作モードにおいては、非対称形態の方が良好な場合がある。
【００５８】
前述した形態は径方向磁束形態である。軸方向磁束形態も可能である。そのような軸方向磁束形態は、本発明の特徴を有さない電気機械コンバータと組み合わせた状態で一般に知られる。例えば、国際公開第００−３４０６６（ＡＢＢ）号パンフレットは軸方向磁束形態の電気機械コンバータを示す。
【００５９】
図８は、本発明が組み込まれる軸方向磁束形態を伴う電気機械コンバータの一般的な形態を非常に概略的に示している。
【００６０】
セットアップは、円筒壁８２と円形の端壁８４，８６とを有するハウジング８０を備える。リング形状のステータ８８が、端壁８４によって直接に支持されて、三相励磁巻線９０を備える。第１のロータ９２が入力シャフト９６に固定されるディスク９４によって支持され、この入力シャフト９６が壁８６のベアリング９８およびディスク１０２の第２のベアリング１００に支持される。ディスク１０２は、磁石１０６を有する第２の（インター）ロータ１０４を支持し、いずれもリング形状形態を成す。ディスク１０２は、端壁８４のベアリング１０８に支持される出力シャフト１０７を有する。
【００６１】
ここでも、第１のＡＣ／ＤＣコンバータ１１０が存在し、この第１のＡＣ／ＤＣコンバータ１１０のＡＣ端子１１２は、第１のロータ９２の巻線１１６と協働するスリップリング・ブラシ・アセンブリ１１４に接続する。第２のＡＣ／ＤＣコンバータ１１７のＡＣ端子１１８がステータ８８の巻線９０に接続される。ＤＣ端子１２０，１２２はそれぞれ、相互に接続されるとともに、バッテリ１２４に接続される。
【００６２】
図９は、第２の（インター）ロータ１０４の想定し得る実施形態の部分概略側面図を示し、また、図１０は、その平坦面内の展開図を示している。ロータは積層構造を有する。この構造には１３０ａ，１３０ｂ，１３０ｃでそれぞれ表わされる切り欠きが設けられ、これらの切り欠きのうちの３つが示されている。これらの切り欠きは１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃで表わされる永久磁石を受け入れ、これらの永久磁石のうちの３つが示されている。これらの磁石の極はロータの周方向で交互に入れ替わる。ロータ１０４の周囲には径方向スロットが配置され、これらのスロットのうちの３つが図示されて１３２ａ，１３２ｂ，１３２ｃで表わされ、これらのスロットは巻線１３４を受け入れる。巻線１３４全体は、実際には、複数の巻線部の直列接続であり、各巻線部は、例えば記号「０」および「＜」で表わされるようなスロットの１つの半分と隣接するスロットの隣接する半分とを占める。この巻線１３４の機能は、径方向磁束実施形態の巻線６１に関連して前述した機能と同じであり、したがって、これ以上詳しく説明しない。この巻線１３４には、スリップリングとブラシとのアセンブリ（図示せず）を介して、あるいは非接触アセンブリ（ＡＣが供給される励磁巻線、ピックアップ巻線、および、整流器）（それ自体知られているもので、いずれも図示していない）を介して、制御可能なＤＣ電流が供給されなければならない。
【００６３】
各スロットの真下には、第２の（インター）ロータ１０４の磁性材料が存在し、その領域のうちの３つが１３５ａ，１３５ｂ，１３５ｃでそれぞれ示されている（図１０参照）。該領域は、その機能に関して、前述した本発明に係るコンバータの第１の径方向磁束実施形態における領域６２に対応する。
【００６４】
永久磁石から発してステータ８８に入る磁束がこれらの領域の磁化状態によって制御される方法は、原理的には、図１から図７に係る径方向磁束実施形態に関して前述した方法と同じである。
【００６５】
図１１は、巻線６１を伴うスロット６０が多数の細長い円柱状の制御部材１５０に置き換えられたインターロータ１８の部分を概略的に示しており、制御部材１５０は、それらがそれぞれの軸１５４を中心に回転できるように第２の（インター）ロータ１８の適切な細長いスロット１５２内に受け入れられる。制御部材は、それらがＮ極およびそれと対向するＳ極を備えるように径方向で磁化される（あるいは、適切な数の別個の永久磁石部材を備える）。軸線１５４に対する制御部材の方向性は、永久磁石５６ａ，５６ｂ間の領域、すなわち、ここでは１６２で示される領域の磁化状態に影響を与える。部材１５０の図示の方向では、磁石５６ａ，５６ｂから発するこの領域１６２内の磁束が強化される一方で、軸１５４を中心とする１８０°にわたる回転が、この磁束が反作用を受ける状況をもたらすのが分かる。無論、中間の状況も想定し得る。それぞれの部材は、実際には、一端がロータ１８から突出して、それらの方向を設定するのに適した制御機構と協働する。
【００６６】
言うまでもなく、先の説明は、本発明の内在する原理を明らかにする役目を果たしているにすぎず、本発明に係るコンバータのありとあらゆる部分を示そうとするものではなく、また、図示の実施形態の多くの変更および変形も本発明の範囲内で可能である。したがって、第２のロータは、前述した積層構造ではなく、固体塊構造を有することができ、また、固体塊構造および積層構造の両方をボルトによって補強することができる。励磁巻線を受け入れるスロットは閉じていても開放していてもよい。
【００６７】
コンバータ３４，３６および制御回路などのパワーエレクトロニクス装置を市販の部品から構成することができ、また、専門家は、それらの設計に際して何ら問題に直面しない。例えば、永久磁石を有する同期機械と組み合わせて商業的に使用される制御回路を使用できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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