(57)【要約】  本発明は、回転磁界（３８）を発生させるための電気巻線部（１４）を有するステータ（１２）と、前記回転磁界（３８）が相互作用するロータ磁束（３６）を発生させるための磁束発生手段（２２、２６）を有するロータ（１６）とを含む、特に自動車用途における駆動ユニットとして使用するための電気的同期機械（１０）を提供する。  ロータ（１６）は、第１の磁束発生手段（２２）を備えた第１のロータセクション（２４）と、磁束影響手段（２６）を備えた第２のロータセクション（１８）とを有し、ロータ（１６）によってもたらされるロータ磁束（３６）が２つの相対位置（φ1、φ2）（図１）において異なる大きさを有するように、２つのロータセクション（２４、１８）は、少なくとも第１の相対位置（φ1）と第２の相対位置（φ2）と間で相互に移動させることが可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転磁界（３８）を発生させるための電気巻線部（１４）を有するステータ（１２）と、前記回転磁界（３８）が相互作用するロータ磁束（３６）を発生させるための磁束発生手段（２２、２６）を有するロータ（１６）とを含む、特に自動車用途における駆動ユニットとして使用するための電気的同期機械（１０）であって、
前記ロータ（１６）が、第１の磁束発生手段（２２）を備えた第１のロータセクション（２４）と、磁束影響手段（２６）を備えた第２のロータセクション（１８）とを有し、
前記ロータ（１６）によってもたらされる前記ロータ磁束（３６）が２つの相対位置（φ1、φ2）において異なる大きさを有するように、前記２つのロータセクション（２４、１８）を少なくとも第１の相対位置（φ1）と第２の相対位置（φ2）と間で相互に移動させることが可能であることを特徴とする電気的同期機械（１０）。
【請求項２】
前記第２のロータセクション（１８）の前記磁束影響手段（２６）が、第２の磁束発生手段（２６）によって形成されることを特徴とする請求項１に記載の電気的同期機械。
【請求項３】
前記磁束発生手段（２２、２６）の各々が、永久磁石部（２２、２６）を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の電気的同期機械。
【請求項４】
前記永久磁石部（２２、２６）が、前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）上にそれぞれ配置され、前記ロータ磁束（３６）が磁束密度の変化により相対移動時に変わるようになっていることを特徴とする請求項２及び３に記載の電気的同期機械。
【請求項５】
前記永久磁石部（２２、２６）が、前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）上にそれぞれ配置され、前記ロータ磁束（３６）が空隙面積（７２）の変化により相対移動時に変わるようになっていることを特徴とする請求項２及び３に記載の電気的同期機械。
【請求項６】
前記第１のロータセクション（２４）及び前記第２のロータセクション（１８）が、半径方向に交互配置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項７】
前記第１のロータセクション（２４）及び前記第２のロータセクション（１８）が、相互に同軸配置されることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項８】
前記第１及び第２の相対位置（φ1、φ2）が、相互に回転した前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）によって設定されることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項９】
前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）の各々が、商（ｐ22／ｐ26）が整数である第１及び第２の磁極数（ｐ）のそれぞれを備えた磁束発生手段（２２、２６）を有することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１０】
前記第１及び第２の磁極数（ｐ22、ｐ26）が同じであることを特徴とする請求項９に記載の電気的同期機械。
【請求項１１】
前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）は、３６０°を大きい又は共通の磁極数（ｐ）で除算したものよりも小さいか又は等しい、所定の角度（３６０°／ｐ）だけ相互に回転することができることを特徴とする請求項９又は１０に記載の電気的同期機械。
【請求項１２】
前記２つのロータセクション（２４、１８）の間の相対移動を発生させるロータアクチュエータ（５０）を特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１３】
前記ロータアクチュエータが、流体アクチュエータ（５０）、特に回転流体アクチュエータ（５０）であることを特徴とする請求項１２に記載の電気的同期機械。
【請求項１４】
前記ロータアクチュエータが、電動式又は電磁式アクチュエータ（５８）であることを特徴とする請求項１２に記載の電気的同期機械。
【請求項１５】
前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）が、ラッチデバイス（４７、４８）により前記２つの相対位置（φ1、φ2）のうちの少なくとも一方に保持されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１６】
前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）のそれぞれの同一の磁極が、前記２つの相対位置（φ1、φ2）のうちの一方（φ2）において相互に対向配置され、相対位置（φ2）に合わせて設計された機械的エンドストッパ（４８）が、所定の小さな角度（Δφ）だけオフセットして配置されるので前記同一の磁極が正確に相互に対向配置されておらず、磁気反撥力（４７）が一方のロータセクションを前記エンドストッパ（４８）に押し付けるようになっていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１７】
前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）のそれぞれの逆の磁極が、前記２つの相対位置（φ1、φ2）のうちの一方（φ1）において相互に対向配置され、前記ロータセクションが、磁気吸引力（４５）により前記相対位置に保持されることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１８】
非磁性で低摩擦の材料を含む中間エレメント（４４）が、前記第１及び第２のロータセクション（２４、１８）の間に配置されることを特徴とする請求項１から１７のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項１９】
前記中間エレメントが、中間スリーブ（４４）であることを特徴とする請求項１８に記載の電気的同期機械。
【請求項２０】
前記第１及び／又は第２の磁束発生手段（２２V、２６V）が、ロータ（１６V；１６VI）の総磁極数を調節できるように形成されることを特徴とする請求項１から１９のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【請求項２１】
前記ロータ磁束（３６）が機械的に設定できることを特徴とする請求項１の前文による又は請求項１から２０のいずれか１項に記載の電気的同期機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転磁界を発生させるための電気巻線部を有するステータと、回転磁界が相互作用するロータ磁束を発生させるための磁束発生手段を有するロータとを備えた、特に自動車用途の駆動ユニットとして使用するための電気的同期機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の同期機械において、ロータ磁束は、直流コイルにより磁化された磁極によって発生される。この場合、界磁電流は、一般にスリップリングを介してロータへ伝達される。
【０００３】
従来の同期機械において、ステータ巻線により発生される回転磁界は、三相の回転電流によって発生される。
しかしながら、ロータ磁束は、永久磁石によって発生させることもできる。このタイプの同期機械はスリップリングなしで構成できる。この場合、一般に、電力は、制御及び電力電子機器からステータ巻線に供給されるが、制御及び電力電子機器は、例えば直流電圧供給システム（例えば、電気自動車供給システム）から電力を供給される。このタイプの機械は、電子整流式直流機械又はＥＣ電動機とも呼ばれる。これらの電動機の耐用年数は長く一般にメインテナンス不要であり、高度な保護が得られるように設計することができる。一般に、無段回転速度制御は電子制御システムによって可能である。
【０００４】
同期機械は、一般に特定の定格回転速度が得られるように設計される。磁束発生手段によって発生されるロータ磁束は、定格回転速度よりも大きな回転速度で電界の減衰に伴って低下する。
永久磁石励磁式の同期機械は、一般に高いトルクが得られるように設計される。この場合、ロータ磁束は一般に比較的大きい。別の方法として、このような機械は高い回転速度が得られるようにデザインすることもでき、この場合、ロータ磁束は一般に小さくなる。
しかしながら、システムは、一定のロータ磁束により、一般に所定の定格動作点に固定される。回転速度がこれを超えて上昇する場合、電界が大きく減衰するので、ステータの巻線部に供給される電力の僅かしか駆動電力として使用できない。従って、超高回転領域ではもはや使用できない。このことは、大きなロータ磁束が、対応して設計された磁束発生手段（例えば、永久磁石）によって発生される同期機械の場合に特にあてはまる。大きな回転速度、特に広い有効回転速度範囲が望まれる場合、これは一般に低いロータ磁束でのみ実現できる。しかしながら、これは最大トルクの低下をもたらす。
【０００５】
ＤＥ３６０９８３５Ａ１には、永久磁石ロータと電磁励磁式ステータとを備えた単相電動機が開示されており、ロータは２つの永久磁石板を有し、各々が相互に軸方向に所定の距離だけ離れて回転方向に固定された状態でロータシャフト上に配置され、ロータ軸線を横切りかつ相互に平行な磁化方向を有する。
ＤＥ３４２０３７０Ｃ２には、２部品から構成されるロータを備えた単相電動機が開示されており、ロータは、駆動シャフト上に回転自在に取り付けられた永久磁石ロータ内側部品と導電性ロータ外側部品とを有する。
ＤＥ３３２３２９７Ｃ２には、低慣性ヨークを備えた誘導電動機が開示されており、ヨークは、ステータのフレーム内に回転可能に取り付けられ、ステータとロータとの間に配置されるファンブレードを備えている。
【０００６】
【特許文献１】ＤＥ３６０９８３５Ａ１
【特許文献２】ＤＥ３４２０３７０Ｃ２
【特許文献３】ＤＥ３３２３２９７Ｃ２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記の背景技術に対して、本発明の目的は、大きな回転速度範囲をカバーでき、比較的大きな最大トルクを利用できる改良された同期機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、冒頭で述べた電気的同期機械によって達成されるが、ロータは、第１の磁束発生手段を備えた第１のロータセクションと、磁束影響手段を備えた第２のロータセクションとを有し、２つのロータセクションは、ロータがもたらすロータ磁束が２つの相対位置において大きさが異なるように、少なくとも第１の相対位置と第２の相対位置との間で相互に移動可能である。
【０００９】
同期機械の本発明の構成により、適宜、ロータ磁束は機械的に変えることができる。これにより、２つのロータセクションを第１の相対位置又は第２の相対位置のいずれかに配置させて、比較的おおきなロータ磁束又は比較的小さなロータ磁束のいずれかとすることができるので、一方の相対位置は高い回転速度が得られるように、他方の相対位置は大きなトルクが得られるように設計される。
【００１０】
この場合、第１のロータセクションはロータ磁束を発生する。第１のロータセクションの磁束発生手段が発生したロータ磁束には、全体としてロータがもたらすロータ磁束が２つの相対位置において大きさが異なるように、磁束影響手段によって影響を及ぼすことができる。
従って、本発明による同期機械は、高い回転速度で作動できると共に大きなトルクをもたらすこともできる。
【００１１】
一般に、２つのロータセクションは、単に第１の相対位置と第２の相対位置との間で相互に移動することができる。しかしながら、２つのロータセクションを複数の相対位置の間を相互に移動することができるように構成することも可能である。２つのロータセクションが２つの相対位置の間で連続的に調整可能であり、結果的に無限数の相対位置を設定できるように、これら２つのロータセクションを構成することも可能である。
以上のようにして本発明のべースとなる問題は完全に解決できる。
【００１２】
第２のロータセクションの磁束影響手段は、一方の相対位置においては効果が大きく、他方の相対位置においては効果が小さい磁束減衰手段の形態であってもよい。
しかしながら、第２のロータセクションの磁束影響手段が第２の磁束発生手段によって形成される場合が特に好ましい。
このようにして、第２のロータセクションが占める取付け空間は、第１の磁束発生手段が提供する磁束が重ね合わされた追加の磁束を提供するために使用できる。従って、比較的大きなロータ磁束は、全体的に使用される取付け空間に対して、２つの相対位置のうちの一方において提供できる。
【００１３】
一般に、第１の及び／又は第２の磁束発生手段は、スリップリングを介して給電される直流コイルで形成すること、換言すれば電磁石部を有することが可能である。
しかしながら、第１及び／又は第２の磁束発生手段の各々が永久磁石部を有する場合が特に好都合である。
この実施形態において、電気的同期機械はスリップリングなしで作ることができる。
一般に、第１及び／又は第２の磁束発生手段は、電磁石部及び永久磁石部の両方、換言すれば磁束発生のための混合手段を呈することも可能である。
【００１４】
別の好ましい実施形態によれば、永久磁石部は、ロータ磁束が磁束密度の変化により相対移動時に変わるように、第１及び第２のロータセクション上のそれぞれに配置される。
ステータの観点から、ロータ磁束は、空隙内のロータ磁束として実質的に現れる。このロータ磁束は、簡単にφ＝Ｂ・Ｑによって計算できるが、この式において、Ｂは空隙内の磁束密度、Ｑは空隙における有効断面積である。
この実施形態において、ロータ磁束は、磁束密度が変化すると実質的に変わり、断面積を実質的に一定にすることが可能である。
【００１５】
別の実施形態によれば、永久磁石部は、ロータ磁束が空隙面積の変化により相対移動時に変わるように、第１及び第２のロータセクション上のそれぞれに配置される。
この実施形態において、磁束密度は、実質的に一定に保つことができ、ロータ磁束の変化は、実質的に有効断面積の変化によって引き起こされる。
【００１６】
全体的に、第１のロータセクションと第２のロータセクションが半径方向に交互配置される場合が好ましい。
このような物理的配置は、一般的には比較的単純な方法で構造的に実現可能である。
別の好ましい実施形態によれば、第１のロータセクションと第２のロータセクションは、相互に同軸配置される。
このようにして、相対移動による不均衡を避けることができる。
【００１７】
全体的に、第１及び第２の相対位置のそれぞれが、相互に回転する第１及び第２のロータセクションによって設定される場合が好都合である。
この場合、回転は共通の回転軸の周りで起こることが好ましい。
このような機械的な調節は、構造的に好都合な方法で実現可能である。
【００１８】
第１及び第２のロータセクションの各々は、商が整数である第１及び第２の磁極数のそれぞれを備えた磁束発生手段を有する場合が好都合である。
一般に、各磁極数の商が整数でないロータセクションを設けることも可能である。商が整数である場合には、回転速度の変動及び不均衡の問題は最初から回避可能である。
第１及び第２の磁極数が同じである場合が特に好都合である。
このようにして、利用可能な取付け空間は最適な方法で利用できる。
【００１９】
別の好ましい実施形態によれば、第１及び第２のロータセクションは、３６０°を大きい又は共通の磁極数で除算したものよりも小さいか又は等しい、所定の角度だけ相互に回転することができる。
このようにして調節範囲を制限することができるので、比較的単純な作動システムが可能になる。更に、比較的大きな調節範囲は、電磁状態が周方向に反復されるので一般には好ましくない。
【００２０】
２つのロータセクションの間の相対移動を引き起こすロータアクチュエータは設けることが好ましい。
特別なロータアクチュエータを設けたことによって、上位の制御装置による目標方式によって一方の相対位置から他方の相対位置への切換えを行うことができる。
ロータアクチュエータは、流体アクチュエータ、特に回転流体アクチュエータであることが好ましい。
特に自動車用途においては流体駆動が行われる場合が多いので、本分野では既存のリソースを利用できる。
【００２１】
別の方法として、ロータアクチュエータは電動式アクチュエータとすることができる。一般に、電磁アクチュエータを設けることも可能であり、この場合、このアクチュエータのロータ磁束に対する影響を考慮する必要がある。
【００２２】
第１及び第２のロータセクションは、ラッチデバイスによって２つの相対位置のうちの少なくとも一方で保持される場合が好都合である。
ロータ磁束の変化は磁力の重ね合わせによって行われるので、磁気反撥力は２つの相対位置のうちの少なくとも一方において各ロータセクションの間で作用する。
一般に、機械的ラッチ手段（ボールキャッチ等）によってラッチデバイスを実現することが可能である。
【００２３】
しかしながら、電磁ラッチングが好ましい。
この場合、第１及び第２のロータセクションのそれぞれの同一の磁極が、２つの相対位置のうちの一方において相互に対向配置され、この相対位置に合わせて設計された機械的エンドストッパが、所定の小さな角度だけオフセットして配置されるので同一の磁極が正確に相互に対向配置されておらず、磁気反撥力が一方のロータセクションをエンドストッパ（４８）に押し付けるようになっている場合が特に好都合である。
このようにして、磁気反撥力は、外力を加えることなくロータセクションをこの相対位置に保持するために使用される。
【００２４】
別の好ましい実施形態によれば、第１及び第２のロータセクションのそれぞれの逆の磁極が、２つの相対位置のうちの一方において相互に対向配置され、ロータセクションが、磁気吸引力により相対位置に保持される。
従って、この相対位置において、一般にラッチ手段は必要ない。特に、ロータセクションをこの相対位置で保持するために電力供給は必要ない。
【００２５】
しかしながら、別の方法として、電磁ラッチングは、磁気吸引力がロータセクションを対応して設けられた機械的エンドストッパに押し付けるように、例えば、この相対位置において各ロータセクションを相互に少しだけオフセットすることにより同様に設けることができる。
【００２６】
全体的に、非磁性の低摩擦の材料を含む中間エレメントは、第１及び第２のロータセクションの間に配置される場合が好都合である。
このようにして、各ロータセクションは、比較的低い電力消費で相互に移動可能である。更に、磁石が相互に吸着する問題が回避される。
この場合、中間エレメントは、２つの同軸ロータセクションの間に単純な方法で収容できる中間スリーブである場合が特に好都合である。
中間スリーブは、例えばプラスチック材料又は非磁性金属製とすることができる。
【００２７】
別の好ましい実施形態によれば、第１及び／又は第２の磁束発生手段は、ロータの総磁極数が調節可能であるように形成される。
このようにして、電気的同期機械は、例えば第１の磁極数又は第２の磁極数でもって作動可能であり、これは特定の用途で好都合である。
【００２８】
全体的には、請求項１の前文に記載は、電気的同期機械において、ロータ磁束が機械的に設定できる場合が好ましい。
【００２９】
全体的には、本発明による電気的同期機械は、ロータ磁束に対し機械的に影響を及ぼすことができ、大きな自由度がもたらされるが、これにより同期機械を最適化するために、例えば回転速度範囲を広げるために、効率を高めるために、又は最大トルクを向上させるために好都合に利用できる。
【００３０】
ロータセクションは、好ましくは機械的に調節できるので、電力は調節プロセスの短時間だけ供給すれば良く、その後、同期機械は別個に電力供給することなく長期間にわたって作動することができる。
【００３１】
前述の特徴及び以下に説明する特徴は、それぞれ記載した組合せとして、又は他の組合せとして、又はそれ自体として、本発明の範囲から逸脱することなく使用できることは言うまでもない。
以下に本発明の例示的な実施形態を図示して詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
図１において、本発明による同期機械の第１の実施形態は、全体として参照符号１０で示されている。
同期機械１０は、例えば、自動車用途における電動駆動装置として設計されることが好ましい。この技術分野において、同期機械はアクチュエータとして使用できるが、例えば、ハイブリッド駆動ユニットや純粋な電動駆動ユニット等の駆動ユニットとしても使用できる。
しかしながら、一般的に、同期機械１０を発電機として使用することも可能である。
【００３３】
同期機械１０は、ステータヨーク１３を備えたステータ１２を有し、ステータヨーク１３上には巻線部１４が設けられる。巻線部１４は、回転磁界を発生させるために本技術分野では公知の方式でもって使用される。
また、同期機械１０はロータ１６を有する。ロータ１６は、シャフト２０に対して回転方向に連結されたロータヨーク１８を含む。シャフト２０は、軸線２１に沿う方向に配置される。ステータ１２及びロータ１６は、軸線２１に対して同軸配置される。
【００３４】
更に、ロータヨーク１８の周りには別のロータセクション２４が設けられる。ロータセクション２４上には第１の磁束発生手段２２が形成される。
この場合、ロータヨーク１８の周りに設けられるロータセクションは、第１のロータセクション又は「中空ロータ」と呼ぶ。また、ロータヨーク１８は、第２のロータセクション１８又は「中実ロータ」と呼ぶ。
このように形成される二重ロータ１６のステータ１２に対する回転方向は、図１においては参照符号２８で示す。ステータ１２とロータ１６との間に形成される環状空隙は参照符号３０で示す。
【００３５】
ステータ１２の巻線部１４は、電子制御装置３２に接続され、電子制御装置３２は、方向２８へ回転する回転磁界を発生するために、経時的に変化する電流（機械電流３３）を本技術分野では公知の方式で巻線部１４に供給する。
また、シャフト２０は回転角センサ３４に結合され、回転角センサ３４は、ハウジングに固定されたステータ１２に対するシャフト２０の（又はロータ１６の）それぞれの回転角を測定する。回転角センサ３４は制御装置３２に接続できるので、巻線部１４は、それぞれの回転角（又はそれから得られる角速度のような変量）を関数とした制御方式で作動可能である。
【００３６】
第１のロータセクション２４と第２のロータセクション１８とは、正確には少なくとも第１の相対位置と第２の相対位置との間で、相互に移動可能である。
従って、ロータ磁束は変更可能である。ロータ磁束は全体的にはロータ１６がもたらし、巻線部１４が発生する回転磁界と相互作用するようになっている。
特に、全体的には大きなロータ磁束を発生させることができるので、同期機械１０は、大きなトルクで作動可能である。他方で、別の相対位置においてはロータ磁束を低減できるから、同期機械は高い回転速度で作動可能である。
【００３７】
第１の磁束発生手段２２は、永久磁石で形成することが好ましいが、別の方法として、対応するスリップリングを介して給電される直流コイルを設けることも可能である。
第２の磁束発生手段２６は、磁束影響手段として使用される。一般に、第２のロータセクション１８上に設けられた非磁性手段又は磁化手段により、第１の磁束発生手段２２に影響を及ぼすことも可能である。
２つのロータセクション１８、２４は、２つの相対位置を設定するために、相互に回転することが好ましい。しかしながら、ロータセクション１８、２４を例えば軸方向に相互に変位させること、又は例えば第２のロータセクション１８上に個別の移動可能な磁束影響手段を設けることも可能である。
【００３８】
ロータ１６が発生するロータ磁束は可変であり、空隙３０内で発生する磁束密度と空隙の有効断面積との積に依存する。
磁束発生手段及び関連の磁束影響手段（例えば、第２の磁束発生手段２６）は、２つの相対位置の各々において異なる磁束密度が発生するように、２つのロータセクション１８、２４上に配置することができる。別の方法として、各々の場合に異なる断面積（有効断面積）が生じるように配置することも可能である。
【００３９】
図２を参照して以下に磁束密度を変化させる実施形態を説明する。
図２は、本発明による同期機械の実施形態を示し、このデザインは、図１に示すデザインにほぼ対応している。従って、同一の構成部品には同じ参照符号が付されている。以下には相違点についてのみ説明する。
図２の同期機械１０は、半径方向外側の中空ロータ４０（第１のロータセクション２４）及び半径方向内側の中実ロータ４２（第２のロータセクション１８）を有する二重ロータ構成である。
【００４０】
２つのロータセクション４０、４２は、非磁性で低摩擦の中間スリーブ４４によって相互に離間している。
また、図２は、空隙３０内で作用するロータ磁束３６を示している。また、図２は、巻線部１４が発生する回転磁界３８を示している。
中実ロータ４２は、２つの位置の間で中空ロータ４０に対して移動可能である。図２に一方が示されている２つの相対位置は、３６０°／ｐ（ｐは磁極数）だけ相互に離間している。
【００４１】
本実施形態においては、中空ロータ４０及び中実ロータ４２の両者は、それぞれ８つの磁極（ｐ22＝ｐ26＝８）を有する。従って、２つの相対位置は４５°だけ相互に離間している。
ロータセクション４０、４２の磁極は、いずれの場合も、半径方向に磁化された永久磁石によって形成される。この場合、永久磁石部２２、２６の磁極は、周方向において交互に逆になっている。図示の相対位置において、永久磁石部２２、２６の個々の永久磁石は、半径方向に一方が他方の上方に配置され、いずれの場合も、各永久磁石は、同じ方向に磁化されている。従って、永久磁石部２２、２６の永久磁石が発生する磁束は、重ね合わされる（実質的に加算される）。
【００４２】
２つのロータセクション４０、４２を相互に第２の相対位置へ回転させると、永久磁石部２２、２６の個々の永久磁石は、再度、半径方向で一方が他方の上方に配置されるが、極性は逆になる。結果的に、磁束は、かなり低いロータ磁束３６が空隙３０全体にもたらされるように重ね合わされる。
この点に関しては、図３を参照して以下に詳細に説明する。
【００４３】
この場合、図３ａは、図２に示すような配置、正確には第１の相対位置φ1における配置を示している。この位置において、相互に対向して置かれた、永久磁石部２２、２６の各永久磁石の各磁極は反対なので、それらの間に磁気吸引力４５が作用する。従って、この相対位置φ1は、一般に外部から力（ｐｏｗｅｒ）が与えられない場合でも、これらの力４５によって維持される。参照符号４６は、機械的ストッパを示すが、これは絶対に必要ではない。
図３ｂにおいて、２つのロータセクション４０、４２は、正確には全部で３６０°／ｐ＋Δφの角度だけ相互に回転する。
この配置においては、永久磁石部２２、２６の実質的に同じ極性の磁極は、相互に対向して配置されることが分かる。従って、これらの磁極の間には磁気反撥力４７が発生する。
【００４４】
一般に、いずれの場合にも、個々の永久磁石が相互に対向して配置されるように第２の相対位置φ2を設定することも可能であるが（この場合、角度オフセットは３６０°／ｐだけとなるであろう）、長期作動中に追加の電力の供給なしで済まそうとすれば、磁気反撥力４７が設定位置を変えるのを防止する機械的ラッチ手段が必要となるであろう。
図３ｂに示す実施形態において、一種の磁気ラッチデバイスは、小さな追加的角度オフセットΔφによって実現される。
【００４５】
角度位置３６０°／ｐ＋Δφに対応する機械的ストッパ４８が設けられる。この位置において、結果として得られる磁気反撥力４７の向きは傾いており、周方向に作用して中実ロータ４２を機械的ストッパ４８に押し付ける力の成分を含む。
従って、同じ磁極が対向するにもかかわらず、前述のように設定された相対位置φ2は、やはり長期の作動中に追加の電力供給なしに維持される。
【００４６】
図４は、二重ロータ部の別の実施形態を示しており、図４は図３と対応している。中空ロータ４０′は、永久磁石部２２′を有しており、個々の永久磁石は、それらの磁軸が周方向（回転方向２８）に向くよう固定される。
永久磁石部２６′の永久磁石は、同じ方法で中実ロータ４２′に固定される。
この場合にも、正確に３６０°／ｐのオフセット角領域φ′を設定する２つの機械的ストッパ４６′、４８′が設けられる。
【００４７】
互いに逆の磁極が相互に対向して配置されている図４ａに示す位置において、磁気反撥力は、中実ロータ４２′が機械的ストッパ４６′に対して引き付けられるように作用する。従って、所定の相対位置φ1′が設定される。この場合、若干の重なり程度は許容される。
第２の相対位置φ2（図４ｂ）において、図３ｂの実施形態と同様に第２の機械的ストッパ４８′が正確に設けられており、磁気ラッチデバイスが実現される。
【００４８】
図５は、中空ロータ４０に対して中実ロータ４２を回転させるためのアクチュエータの実施例を示す。アクチュエータ５０は、回転流体アクチュエータの形態であり、ロータリピストン５６によって相互に離間された第１のチャンバ５２と第２のチャンバ５４を含む。ロータリピストン５６は中実ロータ４２に固定される。第１の相対位置φ1は、流体を第１のチャンバ５２に供給することによって設定される。第２のチャンバ５４に流体を供給すると、中実ロータ４２は、図５の右側の図の位置（第２の相対位置φ2）に回転する。
図５の中央の図には中央位置が示されている。この中央位置は、本発明の範疇では使用しないことが好ましい。
参照符号５８は、中実ロータ４２に連結した電動機の形態である別のロータアクチュエータを示す。
【００４９】
図６は、本発明による同期機械１０の回転速度に対するトルクをプロットした特性曲線６０を概略的に示す。
特性曲線６０は、実質的に２つの特性曲線部分６２、６４から構成される。
特性曲線部分６２は、大きなトルクが得られるように最適化された従来の同期機械の特性曲線に対応する。特性曲線部分６２は、比較的低い回転速度（例えば、３，０００ｒｐｍ）にて急激に減衰することが分かる。このような大きな始動トルクを有する従来の同期機械は、比較的高い回転速度を得るためには一般に適さない。
第２の特性曲線部分６４は、始動トルクがかなり小さいが比較的高い回転速度（例えば、６，０００ｒｐｍ）まで使用することができる。
【００５０】
本発明による同期機械１０は、好都合に２つの特性曲線部分６２、６４で構成される特性曲線６０を実現できる。第１の相対位置φ1は、特定の最大回転速度（例えば、２，０００ｒｐｍ）よりも低い範囲で設定されるので、高いロータ磁束３６をもたらすことができ、大きなトルクを実現できる。この範囲で達成される過大なトルクは、図６に概略的に示されている（斜線区域６６）。
２つのロータセクションの相対位置は、特定の最大回転速度以上で変更される（新たな位置φ2）。
結果的に、ロータ磁束３６が低減して、同期機械１０は、例えば図示の６，０００ｒｐｍの値までの高い回転速度を得るために使用することもできる。
【００５１】
以下の概略的な図７−９は、異なるロータ磁束がどのように発生するかを再度説明するために使用する。
図７において、図２の同期機械１０を参照して説明する。
第１の相対位置φ1（図７の左側）において、永久磁石部２２、２６の磁束は加算されて比較的大きなロータ磁束３６1を形成する。第２の相対位置φ2において、永久磁石部２２、２６の磁束は極性が変更されて部分的に打ち消されるので、ロータ磁束３６2はかなり小さくなる。
【００５２】
図８は別の実施形態を示すものであり、比較的大きな永久磁石が第１のロータセクション２４″上に設けられ、比較的小さな永久磁石が第２のロータセクション１８″上に設けられている。
従って、この場合も同様に、第１の相対位置φ1において大きなロータ磁束３６1″を全体的に提供することができる。第２の相対位置φ2において、低減されたロータ磁束３６2″を提供することができるが、このロータ磁束は、図７の場合ほどは小さくない。
２つの相対位置φ1、φ2における同期機械１０の適切な挙動を確立するために、一般に、個々の永久磁石の寸法及び磁気強度、使用される永久磁石の材料等の、任意の所望の組み合わせが可能であることは言うまでもない。
【００５３】
図９は、図４のデザインと実質的に対応しているデザインの更に別の実施形態を示す。
比較的大きなロータ磁束３６1'''が１つの位置（図４ａに対応する）において提供できることが分かる。
第２の相対位置φ2において、永久磁石部２２'''、２６'''の作用は実質的に打ち消されるので発生するロータ磁束３６2'''はゼロの近づく傾向にある。
【００５４】
図１０は、図２に対応した二重ロータ構成１６IVの更に別の実施形態を示す。
二重ロータ構成１６IVは、ロータヨーク１８IV又は中実ロータ４２IV及び、第１のロータセクション２４IV又は中空ロータ４０IVを有する。
第１の磁束発生手段２２IVは、中空ロータ４０IV上に形成される。これらの磁束発生手段は、中空ロータ４０IVと中実ロータ４２IVとの間の空隙内に突出した第１の磁石と、周方向において第１の磁石に隣接して配置されると共に空隙内に突出していない第２の磁石とを含む。
【００５５】
中実ロータ４２IVの外周上には空隙内に同様に突出する磁石が形成されている。
第１の相対位置において（図示せず）、中実ロータ４２IVの磁石は、半径方向において中空ロータ４０IVの第２の磁石に一致するように配置される。この場合、周方向において比較的小さな第１の磁極幅８０が設定される。
図示した第２の相対位置において、ロータセクション４０IV、４２IVは、中実ロータ４２IVの磁石が、周方向においてにオフセットして配置された、中空ロータ４０IVの磁束発生手段２２IVの第１の磁石のそれぞれに隣接するよう相互に回転する。第２の相対位置ではより広い第２の磁極幅８２が設定される。
【００５６】
二重ロータ構成１６IVの本実施形態において、ロータ磁束は、空隙面積を変化させることで変更できるが、空隙面積は、或る場合には例えば第１の磁極幅８０に対応し、また他の場合には例えば第２の磁極幅８２に対応する。
また、磁束発生手段２２IV及び磁束発生手段２６IVの極性は、図示のように選択でき、大きなロータ磁束は、大きな磁極幅８２を有する位置において設定されることに留意されたい。第１の磁極幅８０を有する位置において、中実ロータ４２IVの磁石と、半径方向において中実ロータ４２IVの磁石に一致するように配置される中空ロータ４０IVの第２の磁石とは逆の極性を有するので、全体的に小さなロータ磁束がもたらされる。
しかしながら、他の極性では逆の作用を実現できる。
【００５７】
図１１は、機械的に磁界を弱めることによって、換言すればロータ１６の機械的調節によって、本発明による電気的同期機械１０の電流がどのように変わり得るかを示す。図１１に示すグラフ９０において、最初に第１の相対位置における電動機電流３３1を示し、次に第２の相対位置（機械的調節により磁界が弱められている）における電動機電流３３2を示す。
これに対応して、グラフ９０は、機械的調節により磁界が弱められていない場合のトルク発生電流９２1と磁界が弱められている場合のトルク発生電流９２2、及び磁界が弱められていない場合の磁界発生電流９４1と磁界が弱められている場合の磁界発生電流９４2を示している。
【００５８】
図１２は、本発明による電気的同期機械のための二重ロータ構成１６Vの別の実施形態を示す。
図１２ａは、第１の相対位置φ1を示し、図１２ｂは、第２の相対位置φ2を示す。
中空ロータ４０Vの磁束発生手段２２V及び中実ロータ４２Vの磁束発生手段２６Vは、第１の位置において半径方向で相互に一致するように配置され、この場合、いずれの場合も逆の極性になっているので、このように設定された磁極は弱められる。この場合、図１２ａに示すように、２つの隣接する磁極は周方向に同一の極性を有する。
【００５９】
第２の位置（図１２ｂ）において、ロータセクション４０V、４２Vは相互にオフセットしているので、ロータ１６Vの磁極数は全体的に２倍になる。これは第２の相対位置において、磁束発生手段２６Vの磁石がそれぞれ磁束発生手段２２Vの磁石の間に配置されるので磁極数が２倍になる。
このようにして、二重ロータ構成１６Vに関する有効磁極数を設定することができる。
【００６０】
図１３は、磁極数の調節に関する二重ロータ構成１６VIの別の変形例を示す。
本実施形態において、中空ロータ及び中実ロータの磁極は、両方の相対位置において、半径方向に相互に一致するように配置される。図示の第１の相対位置において、各磁石は同じ極性を有するので、磁極は全て弱められる。周方向における磁極配列はＮ−Ｎ−Ｓ−Ｓ−Ｎ−Ｎ−Ｓ−Ｓであり、事実上４つの磁極だけが設定される（いずれも磁極対によって形成される）。
【００６１】
第２の相対位置において、磁極が相互に３６０°／Ｐだけ回転する場合、幾つかの磁極は弱められないままであり、他の磁極は弱められたままである。磁極配列は、Ｎ−ｓ−Ｓ−ｎ−Ｎ−ｓ−Ｓ−ｎであり、ここで各々の場合の小文字は、弱められた（もはや感知できないまで）ロータ磁束を示す。
【００６２】
ロータセクションが２＊３６０°／Ｐだけ回転して第２の相対位置が設定される場合、磁極配列ｎ−ｓ−ｎ−ｓ−ｎ−ｓがもたらされる。この場合、全ての磁極が弱められることになる。しかしながら、磁極数は２倍になる。
【００６３】
全体的に、前述の全ての実施形態は、中実ロータ４２の永久磁石部２６の永久磁石を外側から放射状に凹部内に配置できるという共通の特徴を有している。中間スリーブ４４及び中間スリーブ４４の周りに配置される中空ロータ４０は、永久磁石部２６の永久磁石が半径方向に放出されるのを防止するので、中実ロータ４２は、従来のＥＣ機械のロータに必須の結合手段を必要としない。
【００６４】
前述の小さなオフセット角Δφは、０．５°から１０°までの範囲、好ましくは１°から４°までの範囲とすることがでる。
【００６５】
適切なロータアクチュエータは、例えば、カムシャフト調節又はプロペラ調節の技術で公知の流体アクチュエータ又は電気調節式アクチュエータである。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の第１の実施形態による同期機械の概略的な縦方向断面図を示す。
【図２】本発明の別の実施形態による本発明同期機械のための二重ロータ構成の断面図を示す。
【図３ａ】本発明の別の実施形態による第１の相対位置にある二重ロータ構成の細部の概略展開図を示す。
【図３ｂ】本発明の別の実施形態による第２の相対位置にある二重ロータ構成の細部の概略展開図を示す。
【図４ａ】本発明の別の実施形態による第１の相対位置にある二重ロータ構成の細部の概略展開図。
【図４ｂ】本発明の別の実施形態による第２の相対位置にある二重ロータ構成の細部の概略展開図を示す。
【図５】２つの相対位置を設定するための流体アクチュエータを含む二重ロータ構成の概略図を示す。
【図６】本発明による同期機械の回転速度に対するトルクを示すグラフを示す。
【図７】図３に示すような二重ロータ構成の２つの相対位置を示す。
【図８】図７に対応した図であって、二重ロータ構成の別の実施形態を示す。
【図９】図４に対応した二重ロータ構成の２つの相対位置におけるロータ磁束を示す。
【図１０】図２に対応した図であって、本発明の別の実施形態による同期機械のための二重ロータ構成を示す。
【図１１】同期機械の回転速度に対する同期機械の電流を示すグラフであって、正確には、機械的に磁界を弱めた場合と弱めていない場合の各々における異なる電流プロフィルをプロットしたグラフを示す。
【図１２】本発明の別の実施形態による第１の相対位置（１２ａ）及び第２の相対位置（１２ｂ）にある二重ロータ構成の細部の概略展開図を示す。
【図１３】更に別の二重ロータ構成を示す。
【符号の説明】
【００６７】
１０  電気的同期機械
１２  ステータ
１４  電気巻線部
１６  ロータ
１８  第２のロータセクション
２２  第１の磁束発生手段
２４  第１のロータセクション
２６  磁束影響手段
３６  ロータ磁束
３８  回転磁界
【図１】
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【図２】
2009539336.tif 000004
【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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【国際調査報告】
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