(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと，複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転軸と共に回転可能に構成された回転電機装置であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子は磁石励磁され，一方の軸端側回転子が固定回転子として回転軸に固定され，中間の回転子及び他方の軸端側回転子は変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成され，二つの変位回転子の何れかを周方向に変位させると両軸端の回転子が中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位されるよう３個の回転子が機械的に結合され，更に回転子位置制御手段を有し，誘起電圧が所定の値より大の時に回転子位置制御手段は固定回転子に対して変位回転子を回転方向に先行する周方向に変位させる変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，誘起電圧が所定の値より小の時に回転子位置制御手段は前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，回転力が最適に制御される事を特徴とする回転電機システム
【請求項２】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，電機子コイルと中間の回転子との相対位置関係を基準に駆動電流の極性を切替て回転子が回転駆動される事を特徴とする回転電機システム
【請求項３】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，誘起電圧抑圧比が予め定めた範囲内に留まるよう変位回転子の変位量を制限する機械的なストッパーを設けた事を特徴とする回転電機システム
【請求項４】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子を増速中に回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩め，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量を大にさせ，回転子を回生制動により減速中に回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩め，回生制動力を利用して変位回転子の変位量を小にさせ，誘起電圧が所定の値になるよう制御される事を特徴とする回転電機システム
【請求項５】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，第一遊星ギア機構，第二遊星ギア機構，アクチュエータを有し，第一遊星ギア機構は，回転軸に固定された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有して構成され，第二遊星ギア機構は，二つの変位回転子の何れかに固定された第二サンギア，アクチュエータにより回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアに噛み合う第二プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有してプラネタリーギア支持軸は第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とで共有され，ハウジング側に配置されたアクチュエータが第二リングギアを周方向に変位させて変位回転子が回転軸に対して周方向に変位される事を特徴とする回転電機システム
【請求項６】
請求項５記載の回転電機システムに於いて，回転子を増速中に回転子位置制御手段は第二サンギアが第一サンギアより速く回転させる方向に第二リングギアを周方向に回転させる回転速度を制御し，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中に回転子位置制御手段は第二サンギアが第一サンギアより遅く回転させる方向に第二リングギアを周方向に回転させる回転速度を制御し，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする回転電機システム
【請求項７】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，第一遊星ギア機構，第二遊星ギア機構，クラッチ機構を有し，第一遊星ギア機構は，回転軸に固定された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有して構成され，第二遊星ギア機構は，二つの変位回転子の何れかに固定された第二サンギア，ハウジングに回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアに噛み合う第二プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有してプラネタリーギア支持軸は第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とで共有され，クラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束出来る構成とし，回転子を増速中にクラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束する力を緩める方向に制御され，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中にクラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束する力を緩める方向に制御され，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする回転電機システム
【請求項８】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，クラッチ機構を有し，クラッチ機構は，二つの変位回転子の何れかを回転軸に拘束出来る構成とし，回転子を増速中にクラッチ機構は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩める方向に制御され，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中にクラッチ機構は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩める方向に制御され，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする回転電機システム
【請求項９】
請求項１記載の回転電機システムに於いて，両軸端の回転子は電機子と対向する回転子周縁部を周方向に沿う磁気抵抗を均一としてリラクタンストルクが存在し難いよう構成されている事を特徴とする回転電機システム
【請求項１０】
複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の電機子コイルに誘起される誘起電圧制御方法であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，更に固定回転子に配置された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギアを有する第一遊星ギア機構を有し，２つの変位回転子の何れかに配置された第二サンギア，アクチュエータにより回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアとに噛み合う第二プラネタリーギアを有する第二遊星ギア機構を有し，第一プラネタリーギアと第二プラネタリーギアとは共通のプラネタリーギア支持軸とを有するよう構成し，回転子を増速中に回転速度増大を継続させると共に誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータにより回転子の回転方向とは逆方向に回転させる第二リングギアの回転速度を制御して変位回転子を固定回転子に対して回転方向に変位させ，回転子を回生制動により減速中に回転速度減少を継続させると共に誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータにより第二リングギアを回転子の回転方向に回転させる回転速度を制御して変位回転子を固定回転子に対して回転方向と逆方向に変位させる事を特徴とする誘起電圧制御方法
【請求項１１】
複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の回転力制御方法であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，電機子と対向する回転子周縁部を周方向に沿う磁気抵抗を均一としてリラクタンストルクが存在し難いよう両軸端の回転子を構成し，電機子と対向する回転子周縁部を周方向に沿う磁気抵抗を周期的に変えてリラクタンストルクが得られるよう中間の回転子を構成し，変位回転子の変位量を大にさせて誘起電圧を減少させて誘起電圧に対する電源電圧の余裕分を大にし，変位回転子の変位量を小にさせて誘起電圧を増大させて発生させる回転駆動力を大にさせ，回転力を最適に制御する事を特徴とする回転力制御方法
【請求項１２】
磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，更に変位回転子を回転軸に拘束する手段を有する回転電機システムを駆動源とする車両の駆動力制御方法であって，車両を増速中に回転駆動力から変位回転子の変位力及び車両の駆動力を得るよう変位回転子を回転軸に拘束する力を制御し，変位回転子の変位量を大にさせて誘起電圧が電源電圧に対して所定の値になるよう制御し，車両を回生制動により減速中に変位回転子の変位力及び車両の減速駆動力を得るよう変位回転子を回転軸に拘束する力を制御し，変位回転子の変位量を小にさせて誘起電圧が電源電圧に対して所定の値になるよう制御し，車両の駆動力を滑らかに制御する方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，永久磁石界磁を持つ発電機，電動機を含む回転電機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石を回転子表面近傍の磁性体内に埋め込んだ回転電機装置（ＩＰＭ）は駆動電流の位相制御による弱め界磁が可能で普及している。しかしながら，低速回転に於いて銅損が顕著であり，高速回転では弱め界磁の為に直接駆動に寄与しない電流を必要としてエネルギー効率を低下させ，また不完全な弱め界磁の故に更なる回転速度範囲拡大は望めない。
【０００３】
弱め界磁を実現する他の方法として，永久磁石励磁の回転子を２分し，一方の回転子を他方に対して変位させ，電機子コイルと鎖交する磁束の位相を制御して実効的に弱め界磁を実現する提案がある（特許文献１，２，３，４）。この方法は広い回転速度範囲を磁石励磁のエネルギー効率の高さを犠牲にすることなく実現できる。しかし，回転子間の磁気結合が大になる課題が存在し（特許文献４），変位の為に大出力のアクチュエータを必要としている。特許文献４では，回転子を３分して磁気結合力の低減を図るが，回転速度範囲を狭くさせ，変位制御に拘わる構造及び手順を複雑にする結果を招いている。
【０００４】
発明者は先に磁気的突極の数が等しい３つの回転子を電機子に対向させ，二つの回転子を他に対して周方向の互いに逆方向に相対変位させて誘起電圧を制御する回転電機システムを提案した（特願２０１４−１６５６１７）。この発明によれば，回転子間の磁気結合力が小の範囲内で大きな誘起電圧抑圧が可能であり，従来構造の課題を解消出来たが，広い回転速度範囲内で連続的な誘起電圧制御を具体化する方法に関しては必ずしも十分な記述が為されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許３７１３０１５
【特許文献２】特開平１０−１５５２６２
【特許文献３】特開２００２−１６５４２６
【特許文献４】特開２０１０−１５４６９９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって，本発明が解決しようとする課題は，磁気的突極の数が等しい３つの回転子を電機子に対向させ，二つの回転子を他に対して周方向の互いに逆方向に相対変位させて誘起電圧を制御する回転電機システムに於いて，連続的な誘起電圧制御を可能とする回転電機システム，車両の駆動力を滑らかに制御する方法を提供する事である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は，ハウジングと，複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転軸と共に回転可能に構成された回転電機装置であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子は磁石励磁され，一方の軸端側回転子が固定回転子として回転軸に固定され，中間の回転子及び他方の軸端側回転子は変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成され，二つの変位回転子の何れかを周方向に変位させると両軸端の回転子が中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位されるよう３個の回転子が機械的に結合され，更に回転子位置制御手段を有し，誘起電圧が所定の値より大の時に回転子位置制御手段は固定回転子に対して変位回転子を回転方向に先行する周方向に変位させる変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，誘起電圧が所定の値より小の時に回転子位置制御手段は前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，回転力が最適に制御される事を特徴とする。
【０００８】
本発明は電機子と回転子とが径方向に対向する回転電機装置に於いて，回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子で構成されると共に少なくとも両軸端の回転子は磁石励磁され，一方の軸端にある回転子を回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として周方向に変位可能に構成し，両軸端の回転子が中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位されるよう変位回転子を変位させ，誘起電圧を制御する回転電機システムである。
【０００９】
磁気的突極は，電機子と対向する回転子の周縁部に於いて，永久磁石により磁化された区分，或いは空隙を含む非磁性体により磁気的に凸極形状とされた磁性体区分を指し，磁石励磁構造の場合は隣接する区分が互いに逆極性に磁化された区分の数を以て磁気的突極の数とする。
【００１０】
軸方向の長さが等しい二つの回転子の一方を他方に対して変位させる従来構造では，二つの回転子間の変位量を電気角で２θとすると，電機子コイルに現れる誘起電圧はＣｏｓθに比例する。本発明に於いて，両軸端の回転子それぞれからの誘起電圧振幅が中間の回転子からの誘起電圧振幅の半分である場合，軸方向に隣接する回転子間の相対変位量を電気角で２θとすると，誘起電圧はＣｏｓθの自乗に比例する。
【００１１】
３個の回転子が同じ磁石励磁構成である場合，誘起電圧振幅が最大となるのは３個の回転子の同じ極性の磁気的突極が軸方向に並ぶ位置である。両軸端の回転子を中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位させる事により誘起電圧振幅が制御される。従来構造で変位量２θは電気角でゼロから１８０度までであるが，本発明で軸方向に隣接する回転子間の周方向間隔範囲２θは電気角でそれぞれ０から１８０度まで，両端の回転子間の周方向間隔はゼロから３６０度までである。
【００１２】
３個の回転子それぞれの軸方向長さを変える或いは３個の回転子それぞれの磁極構造を互いに異ならせる事で誘起電圧がゼロになる変位量２θは変わり，上記隣接回転子間の周方向間隔範囲は１８０度より小さくできる。誘起電圧ピークが最大になる点からほぼゼロになる条件をそれぞれの設計仕様毎に確認し，変位回転子の変位範囲を定める。
【００１３】
高速回転では隣接する回転子間の周方向間隔を大として誘起電圧を減少させ，電源電圧と誘起電圧間に差を確保して更に高速回転でも駆動電流を供給する余裕が確保される。低速回転では前記周方向間隔を小として誘起電圧を大とし，発生するトルクが大とされ，回転力が最適化される。従来構造に比して隣接回転子間の磁気結合力が小さな領域で大きな誘起電圧抑圧比が得られ，回転力の最適化が容易である。
【００１４】
本発明は更に中間回転子に種々の磁極構成を採用可能にしている。すなわち，二つの回転子の一方を他方に対して変位させる従来構造では，回転駆動に際して進み位相，遅れ位相の磁界が二つの回転子それぞれに加えられるのでリラクタンストルクを有する回転子構造は採用し難かった。本発明に於いては，電機子コイルと中間の回転子との相対位置関係を基準に駆動電流の極性を切替て回転子が回転駆動されるので中間の回転子への制約は少なく，リラクタンストルク，マグネットトルク，或いは双方を共に有する回転子構造採用が可能である。
【００１５】
回転子位置制御手段には，種々の方法が利用可能である。例えば，回転軸方向の変位を周方向変位に変える斜交溝を用いた構成，遊星ギア機構，油圧制御機構，クラッチ機構等がある。
【００１６】
請求項２の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，電機子コイルと中間の回転子との相対位置関係を基準に駆動電流の極性を切替て回転子が回転駆動される事を特徴とする。中間回転子の磁気的突極は回転子全体の合成磁極と同じ位置にあり，回転子を回転駆動するには電機コイルと中間回転子の磁気的突極との相対位置関係を基準に駆動電流極性を切り替える。
【００１７】
請求項３の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，誘起電圧抑圧比が予め定めた範囲内に留まるよう変位回転子の変位量を制限する機械的なストッパーを設けた事を特徴とする。固定回転子に対して変位回転子を周方向に変位させる場合，理論的に軸方向に隣接する回転子間の周方向間隔範囲２θは電気角でそれぞれ０から１８０度まで，両端の回転子間の周方向間隔はゼロから３６０度までである。回転駆動中或いは回生制動中に於いて，変位量の限界近辺では中間回転子，両端の回転子に加わる回転駆動力，回生制動力の方向が互いに逆になり，制御が困難になる可能性があるので変位回転子の変位量が予め定めた誘起電圧抑圧比の範囲内に留まるよう機械的なストッパーを設ける。
【００１８】
請求項４の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子を増速中に回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩め，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量を大にさせ，回転子を回生制動により減速中に回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩め，回生制動力を利用して変位回転子の変位量を小にさせ，誘起電圧が所定の値になるよう制御される事を特徴とする。
【００１９】
電機子から回転子に加えられる力を利用して変位回転子を変位させる。本発明により，変位回転子を回転軸に対して変位させるに必要な力を小にできる。電機子から回転子に加えられる力とは回転駆動力及び回生制動力であって，変位回転子を回転軸に拘束する力を制御してその一部が変位回転子の変位力として配分され，前記拘束する力の緩める程度により変位力への配分が制御される。
【００２０】
請求項５の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，第一遊星ギア機構，第二遊星ギア機構，アクチュエータを有し，第一遊星ギア機構は，回転軸に固定された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有して構成され，第二遊星ギア機構は，二つの変位回転子の何れかに固定された第二サンギア，アクチュエータにより回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアに噛み合う第二プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有してプラネタリーギア支持軸は第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とで共有され，ハウジング側に配置されたアクチュエータが第二リングギアを周方向に変位させて変位回転子が回転軸に対して周方向に変位される事を特徴とする。
【００２１】
回転子位置制御手段に遊星ギア機構を利用し，ハウジング側に固定されたアクチュエータで第二リングギアを回転させる事で固定回転子と変位回転子間の周方向間隔が変更される。第一遊星ギア機構及び第二遊星ギア機構のプラネタリーギア支持軸は共通であり，プラネタリーギア支持軸の回転を外部に出力させれば，減速された回転出力が得られる。
【００２２】
請求項６の発明は，請求項５記載の回転電機システムに於いて，回転子を増速中に回転子位置制御手段は第二サンギアが第一サンギアより速く回転させる方向に第二リングギアを周方向に回転させる回転速度を制御し，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中に回転子位置制御手段は第二サンギアが第一サンギアより遅く回転させる方向に第二リングギアを周方向に回転させる回転速度を制御し，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする。
【００２３】
回転駆動力は固定回転子及び変位回転子に加えられるので第二サンギアを第一サンギアより速く回転させる方向にアクチュエータを介して第二リングギアを周方向に変位させる事は変位回転子を回転軸に拘束する力を弱める事になり，更に回転駆動力により変位回転子が固定回転子に対して変位させられる。回生制動力の場合は逆方向の回転力が回転子に加えられる場合で動作原理は同じである。
【００２４】
アクチュエータによる第二リングギアの変位速度を大にする事で変位回転子を回転軸に拘束する力を小にし，前記変位速度を小にする事で変位回転子を回転軸に拘束する力を大にする事になり，第二リングギアの変位速度で電気子から回転子に加えられる力を変位回転子の変位力への配分が制御される。本発明により小出力のアクチュエータで変位回転子の変位制御が可能となる。アクチュエータにより第二リングギアを周方向に変位させる速度を制御する事で変位回転子を回転軸に拘束させる力を制御出来る。
【００２５】
請求項７の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，第一遊星ギア機構，第二遊星ギア機構，クラッチ機構を有し，第一遊星ギア機構は，回転軸に固定された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有して構成され，第二遊星ギア機構は，二つの変位回転子の何れかに固定された第二サンギア，ハウジングに回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアに噛み合う第二プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有してプラネタリーギア支持軸は第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とで共有され，クラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束出来る構成とし，回転子を増速中にクラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束する力を緩める方向に制御され，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中にクラッチ機構は第二リングギアをハウジングに拘束する力を緩める方向に制御され，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする。
【００２６】
回転駆動力は固定回転子及び変位回転子に加えられるので第二リングギアをハウジングに拘束する力を緩めれば，回転駆動力により変位回転子が固定回転子に対して変位させられる。クラッチ機構による第二リングギアをハウジングに拘束する力の制御により回転駆動力を変位回転子の変位力，回転軸の回転力への配分が変えられる。回生制動力の場合は逆方向の回転力が回転子に加えられる場合で動作原理は同じである。
【００２７】
請求項８の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子位置制御手段は，クラッチ機構を有し，クラッチ機構は，二つの変位回転子の何れかを回転軸に拘束出来る構成とし，回転子を増速中にクラッチ機構は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩める方向に制御され，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，回転子を回生制動により減速中にクラッチ機構は変位回転子を回転軸に拘束する力を緩める方向に制御され，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする。
【００２８】
回転駆動力は固定回転子及び変位回転子に加えられるので変位回転子を回転軸に拘束する力を緩めれば，回転駆動力により変位回転子が固定回転子に対して変位させられ，前記拘束力の制御により回転駆動力の変位力への配分が変えられる。回生制動力の場合は逆方向の回転力が回転子に加えられる場合で動作原理は同じである。
【００２９】
請求項９の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，両軸端の回転子は電機子と対向する回転子周縁部を周方向に沿う磁気抵抗を均一としてリラクタンストルクが存在し難いよう構成されている事を特徴とする。
【００３０】
両軸端の回転子の各磁極には中間の回転子磁極より位相が進み或いは遅れた駆動磁界が加えられる。駆動磁界の位相が進とリラクタンストルクはマグネットトルクより速い周期で変化し，両軸端の回転子に現れるリラクタンストルクは回転駆動力を減少させる可能性がある。両軸端の回転子にはリラクタンストルクフリーの構造が望ましく，表面磁石構造の回転子はリラクタンストルクが存在し難い磁極構成の一つである。
【００３１】
請求項１０の発明は，複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の電機子コイルに誘起される誘起電圧制御方法であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，更に固定回転子に配置された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギアを有する第一遊星ギア機構を有し，２つの変位回転子の何れかに配置された第二サンギア，アクチュエータにより回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアとに噛み合う第二プラネタリーギアを有する第二遊星ギア機構を有し，第一プラネタリーギアと第二プラネタリーギアとは共通のプラネタリーギア支持軸とを有するよう構成し，回転子を増速中に回転速度増大を継続させると共に誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータにより回転子の回転方向とは逆方向に回転させる第二リングギアの回転速度を制御して変位回転子を固定回転子に対して回転方向に変位させ，回転子を回生制動により減速中に回転速度減少を継続させると共に誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータにより第二リングギアを回転子の回転方向に回転させる回転速度を制御して変位回転子を固定回転子に対して回転方向と逆方向に変位させる事を特徴とする誘起電圧制御方法である。
【００３２】
回転駆動力は固定回転子及び変位回転子に加えられるので第二サンギアを第一サンギアより速く回転させる方向にアクチュエータを介して第二リングギアを周方向に変位させる事は変位回転子を回転軸に拘束する力を弱める事になり，回転駆動力により変位回転子が固定回転子に対して変位させられ，第二リングギアの回転速度により回転駆動力を変位回転子を変位させる変位力への配分が制御される。回生制動力の場合は逆方向の回転力が回転子に加えられる場合で動作原理は同じである。
【００３３】
請求項１１の発明は，複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，回転子は電機子と微小間隙を介して半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の回転力制御方法であって，前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，磁性体外周に沿う磁気抵抗を均一としてリラクタンストルクが存在し難いよう両軸端の回転子を構成し，磁性体外周に沿う磁気抵抗を周期的に変えてリラクタンストルクが得られるよう中間の回転子を構成し，変位回転子の変位量を大にさせて誘起電圧を減少させて誘起電圧に対する電源電圧の余裕分を大にし，変位回転子の変位量を小にさせて誘起電圧を増大させて発生させる回転駆動力を大にさせ，回転力を最適に制御する事を特徴とする回転力制御方法である。
【００３４】
両軸端の回転子はリラクタンストルクが存在し難い磁極構成とし，中間回転子をリラクタンストルクが得られるよう構成として高速回転域でのトルク確保を図る。
【００３５】
請求項１２の発明は，磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させると共に少なくとも両軸端の回転子を磁石励磁構造とし，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，中間の回転子及び他方の軸端側回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成し，二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，更に変位回転子を回転軸に拘束する手段を有する回転電機システムを駆動源とする車両の駆動力制御方法であって，車両を増速中に回転駆動力から変位回転子の変位力及び車両の駆動力を得るよう変位回転子を回転軸に拘束する力を制御し，変位回転子の変位量を大にさせて誘起電圧が電源電圧に対して所定の値になるよう制御し，車両を回生制動により減速中に変位回転子の変位力及び車両の減速駆動力を得るよう変位回転子を回転軸に拘束する力を制御し，変位回転子の変位量を小にさせて誘起電圧が電源電圧に対して所定の値になるよう制御し，車両の駆動力を滑らかに制御する方法である。
【００３６】
磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向させ，一方の軸端側回転子を固定回転子として回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成する回転電機システムを駆動源として有する車両に於いて，車両の駆動力を滑らかに制御する方法である。
【００３７】
車両を増速中に回転駆動力を変位回転子の変位力及び移動体の駆動力が得られるようトルク配分を行い，車両の駆動力を継続して得ながら変位回転子の変位力を得て変位量を大にさせて誘起電圧に対する電源電圧の余裕分を大にするよう制御し，更なる高速回転での回転駆動を可能にする。前記回転駆動力のトルク配分は，変位回転子の回転軸への拘束力を制御して行われる。車両を回生制動により減速中の場合も同様にして行われ，前記変位量を小にさせて回生制動力を大にすると共に低速回転での発生トルクを大とする。
【００３８】
変位回転子の回転軸への拘束力制御によるトルク配分は，前記変位量と拘束力との関係を予めデータマップとして制御装置内に記憶して参照しながら拘束力を制御する，或いは回転電機システムの回転出力をトルクセンサーその他の手段で監視し，或いは車両の速度を監視しながら前記拘束力を制御する。本発明により，車両の駆動を全速度範囲で連続的且つ滑らかに制御出来る。
【発明の効果】
【００３９】
電機子に対向する回転子を磁気的突極の数を同じくする３個の回転子で構成し，二つの回転子を他に対して周方向に変位させて誘起電圧を制御する回転電機システムであって回転子間の磁気結合力が小の範囲内で大きな誘起電圧抑圧が可能である。回転駆動力及び回生制動力を利用して小さな力で変位回転子の変位制御を可能にし，更に本発明の回転電機システムを駆動源として有する車両の駆動力制御方法を提案している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】第一の実施例による回転電機装置の縦断面図である。
【図２】図１に示された回転電機装置のＡ−Ａ’に沿う断面図を示す。
【図３】図１に示された回転電機装置の第一回転子を第二回転子側から見た平面図である。
【図４】回転子結合機構を説明する為の斜視図である。
【図５】図１に示された回転電機装置のＢ−Ｂ’に沿う断面図を示す。
【図６】図１に示された回転電機装置に於いて，第一回転子の変位量を規制するストッパーを示す為の図である。同図（ａ）は第一サンギア１ｆを第二サンギア１ｇ側から見た平面図を，同図（ｂ）は第二サンギア１ｇを第一サンギア１ｆ側から見た平面図をそれぞれ示す。
【図７】図１に示された回転電機装置に於いて，第二回転子に対して第一，第三回転子の相対変位方向をモデル的に示す図である。同図（ａ）は斜視図を，同図（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。
【図８】回転子を二分して一方を他方に対して変位させる従来構造の回転電機装置に於いて，回転子間の変位方向をモデル的に示す図である。同図（ａ）は斜視図を，同図（ｂ）は平面図をそれぞれ示す。
【図９】図１に示された本発明による回転電機装置，図８に示された従来構造の回転電機装置に於いて，回転子変位量と誘起電圧振幅との関係を示す。
【図１０】回転子変位と磁極の関係をモデル的に示す斜視図であり，同図（ａ），同図（ｂ），同図（ｃ）はそれぞれ隣接回転子間の周方向間隔が電気角で４５度，９０度，１３５度である場合を示す。
【図１１】駆動電流を進角させた場合に回転子が受ける回転駆動力の変化の様子を示す。
【図１２】誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図である。
【図１３】第二の実施例による回転電機装置の縦断面図である。
【図１４】図１２に示された回転電機装置のＣ−Ｃ’に沿う断面図を示す。
【図１５】図１２に示された回転電機装置の第一回転子を第二回転子側から見た平面図である。
【図１６】図１２に示された回転電機装置の回転子位置制御手段を第一回転子側から見た平面図である。
【図１７】図１２に示された回転電機装置の拡大された回転子位置制御手段を示し，クラッチ板を介して回転力が伝達されている状態を示す。
【図１８】図１２に示された回転電機装置の拡大された回転子位置制御手段を示し，クラッチ板を介して回転力が伝達されていない状態を示す。
【図１９】第三の実施例による車両の駆動システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に本発明による回転電機システムについて，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００４２】
本発明による回転電機装置の実施例１が図１から図１２を用いて説明される。磁石励磁の３個の回転子が第一回転子，第二回転子，第三回転子として電機子に対向し，第三回転子に対して第一，第二回転子が遊星ギア機構を用いて同じ周方向に変位され，回転力が最適に制御される回転電機装置である。
【００４３】
図１はインナーロータ構造の回転電機装置に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１２に回転可能に支持されている。第一回転子１４，第二回転子１５はベアリングを介して回転軸１１に変位可能に保持され，第三回転子１６は回転軸１１に固定されている。第一回転子１４，第二回転子１５が変位制御される領域は，第三回転子１６に対して常用の回転方向前方の領域であり，同じ極性の磁極に着目して第一回転子１４が回転方向の先頭，第三回転子１６が最後部，第二回転子１５が両者の中間に並ぶよう構成されている。第一回転子１４の軸長，第二回転子１５の軸長，第三回転子１６の軸長は比率にして３：４：３に設定されている。番号１９は電機子コイル，番号１７は電機子コア，番号１８は非磁性絶縁素材のスペーサを示す。スペーサ１８の厚みは隣接回転子間の間隔より小に設定されている。
【００４４】
番号１ａは第一回転子１４側面に固定されたサイドギア，番号１ｂは第三回転子１６側面に固定されたサイドギア，番号１ｃはサイドギア１ａと噛み合うカップリングギア，番号１ｅはカップリングギア支持軸，番号１ｄはカップリングギア支持軸１eに固定されてカップリングギア１ｃと共に回転するカップリングギアをそれぞれ示す。カップリングギア支持軸１ｅは第二回転子１４に回転可能に支持されている。サイドギア１ｂと噛み合うカップリングギア，カップリングギア１ｄと噛み合うカップリングギア及びそれらの支持軸は図１に図示されていないが，カップリングギア１ｃ，カップリングギア１ｄ，カップリングギア支持軸１ｅと共に回転子結合機構が構成され，後に説明される。
【００４５】
番号１ｆは回転軸１１に固定された第一サンギア，番号１ｋはハウジング１２に固定された第一リングギア，番号１ｐは第一サンギア１ｆ及び第一リングギア１ｋと噛み合う第一プラネタリーギアをそれぞれ示し，第一プラネタリーギア１ｐはプラネタリーギア軸１ｒに回転可能に支持されて第一遊星ギア機構が構成されている。番号１ｇは第一回転子１４に固定された第二サンギア，番号１ｍはハウジング１２に回転可能に支持された第二リングギア，番号１ｑは第二サンギア１ｇ及び第二リングギア１ｍと噛み合う第二プラネタリーギアをそれぞれ示し，第二プラネタリーギア１ｑはプラネタリーギア軸１ｒに回転可能に支持されて第二遊星ギア機構が構成されている。
【００４６】
第一プラネタリーギア１ｐ，第二プラネタリーギア１ｑ，プラネタリーギア軸１ｒは３組が周方向に配置されてプラネタリーギア軸１ｒがプラネタリーギアキャリヤ１ｔに支持されている。番号１ｓはウオームギアを示し，第二リングギア１ｍ側面に刻まれたギアと噛み合うよう構成されている。更にウオームギア１ｓは図示されていないアクチュエータにより回転駆動可能に接続されている。第一サンギア１ｆと第二サンギア１ｇ，第一リングギア１ｋと第二リングギア１ｍ，第一プラネタリーギア１ｐと第二プラネタリーギア１ｑそれぞれ同じ仕様のギアであり，上記二組の遊星ギア機構及びウオームギア１ｓ，図示されていないアクチュエータは回転子位置制御手段を構成している。
【００４７】
図２は図１に示された回転電機装置のＡ−Ａ’に沿う断面図であり，電機子及び第二回転子１５の断面を示す。電機子コア１７はケイ素鋼板を積層して構成され，電機子コイル１９が巻回されている。電機子コイル１９は１２個配置され，８ポールの回転子磁極と組み合わせて８ポール１２スロット構成となるよう結線されている。他の構成，例えば８ポール１２スロット相当の分布巻，８ポール９スロット，１０ポール１２スロット等を用いても本発明を構成する事は出来る。
【００４８】
第二回転子１５は第二回転子サポート２５，その外周に配置された磁極部とで構成されている。磁極部はマグネットトルクとリラクタンストルクが得られるよう永久磁石が磁性体中に埋め込まれている。すなわち，積層して構成された回転子コア２２のスロットに永久磁石２１が挿入されて回転子の磁極部が構成されている。番号２３は永久磁石２１の磁化方向を示し，周方向に交互に極性が反転した８個の磁気的突極（８ポール）が配置されている。第二回転子サポート２５は非磁性のステンレススチールで構成されて回転軸１１に変位可能に保持されている。３組の互いに噛み合うカップリングギア１ｄ，カップリングギア２６が第二回転子サポート２５内に配置されている。カップリングギア２６と共に回転するカップリングギア支持軸２７はカップリングギア支持軸１ｅと同様に第二回転子サポート２５に回転可能に支持されている。
【００４９】
図３は第一回転子１４を第二回転子１５側から見た平面図であり，磁極部はケイ素鋼板を積層して構成された回転子コア３２，永久磁石３１とより構成され，矢印３３は永久磁石の磁化方向を示し，周方向に交互に極性が反転した８個の磁気的突極（８ポール）が配置されている。番号３４は永久磁石３１の飛散を防ぐ為の円筒状外皮であり，非磁性のステンレススチールで構成されている。リラクタンストルクが存在し難いよう表面磁石構成であるが，誘起電圧波形が正弦波に近くなるよう一つの磁極を構成する永久磁石が３分割して構成されている。磁極中心部より磁極周辺部に於ける永久磁石密度を平均的に小としたが，磁極周辺部に於いて残留磁束密度の小さい永久磁石を配置しても同様の効果が得られる。
【００５０】
第一回転子サポート３５にサイドギア１ａが配置され，サイドギア１ａ内周面にはカップリングギア１ｃと噛み合うギア３６が刻まれている。図１に縦断面図が示されるように第三回転子１６側面に配置されているサイドギア１ｂはサイドギア１ａと同じ形状である。第三回転子１６の磁極構成も第一回転子１４と同じである。
【００５１】
図４は回転子結合機構を説明する為の斜視図であり，図１，２，３に一部の部材が示された回転子結合機構が組み合わされ，モデル的に示されている。カップリングギア支持軸１ｅ及びカップリングギア支持軸２７は第二回転子１５に回転可能に支持され，カップリングギア支持軸１ｅにはカップリングギア１ｃ，１ｄが固定され，カップリングギア支持軸２７にはカップリングギア２６，４１が固定されている。カップリングギア１ｄ，カップリングギア２６は互いに噛み合うよう配置されている。カップリングギア１ｃはサイドギア１ａ内周面に刻まれたギア３６と噛み合い，カップリングギア４１はサイドギア１ｂ内周面に刻まれたギアと噛み合うよう構成されている。
【００５２】
カップリングギア１ｃ，１ｄ，２６，４１，カップリングギア支持軸１ｅ，２７等で構成され，周方向に３組配置されたカップリングギア群が第一回転子１４のサイドギア１ａと第三回転子１６のサイドギア１ｂと結合され，カップリングギア１ｄ，カップリングギア２６は互いに逆方向に回転するので第一回転子１４，第三回転子１６の何れか一方が第二回転子１５に対して周方向に変位すれば他方は逆の周方向に変位する構造である。本実施例では第三回転子１６が回転軸１１に固定され，第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６及び回転軸１１に対して同じ周方向に変位可能に構成されているので第三回転子１６−第二回転子１５間，第三回転子１６−第一回転子１４間の周方向間隔は１：２に保たれて第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６に対して変位させられる。
【００５３】
図５は図１に示された回転電機装置のＢ−Ｂ’に沿う断面図であり，第一回転子１４と結合されている第二遊星ギア機構が示されている。同図に於いて，第二サンギア１ｇは図示されていない第一回転子１４に固定され，周方向に３個配置されている第二プラネタリーギア１ｑと噛み合い，第二プラネタリーギア１ｑは第二リングギア１ｍと噛み合うよう構成されている。更に３個の第二プラネタリーギア１ｑのプラネタリーギア軸１ｒは図１に示されたプラネタリーギアキャリヤ１ｔに支持されている。第二リングギア１ｍはハウジング１２に対しては変位可能であり，更に図示していないアクチュエータにより回転可能に構成されている。回転軸１１に配置された第一遊星ギア機構は第一リングギア１ｋがハウジング１２に固定されている事を除いて同じ構成であり，説明は省略される。
【００５４】
図５に於いて，番号５１の矢印は第二サンギア１ｇの回転方向を示し，番号５２の矢印は第二プラネタリーギア１ｑの回転方向を示し，番号５３の矢印はプラネタリーギア軸１ｒの回転方向を示す。第二リングギア１ｍが静止している状態で，第二サンギア１ｇが矢印５１の方向に回転すると，第二プラネタリーギア１ｑは矢印５２の方向に回転し，プラネタリーギア軸１ｒ及びプラネタリーギアキャリヤ１ｔは矢印５３の方向に回転される。第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とは同じ構成であり，プラネタリーギア軸１ｒを共有しているので第一回転子１４，回転軸１１，第三回転子１６は同じ回転数で回転する。第二回転子１５も回転子結合機構により第一回転子１４，第三回転子１６と結合されているので同じ回転数で回転する。プラネタリーギアキャリヤ１ｔは回転軸１１の減速された出力として取り出す事は可能である。
【００５５】
第二リングギア１ｍが回転子の回転方向（矢印５１と同じ方向）に外部のアクチュエータにより回転させられると，プラネタリーギア軸１ｒは矢印５３の方向への回転速度を変更し難いので第二プラネタリーギア１ｑの回転速度が遅くなり，第二サンギア１ｇの回転速度が遅くなる。したがって第一回転子１４が第三回転子１６に対して矢印５１と逆方向（回転子の回転方向とは逆方向）に相対的に変位させられる。第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより回転子の回転方向とは逆方向に回転させられると第一回転子１４が第三回転子１６に対して矢印５１と同じ方向（回転子の回転方向と同じ方向）に相対的に変位させられる。第二回転子１５も回転子結合機構により第一回転子１４，第三回転子１６と結合されているので常に両者の中間に位置するよう変位させられる。
【００５６】
図６は第三回転子１６に対する第一回転子１４の周方向変位を規制する為のストッパー構造を示す。図６（ａ）は第一サンギア１ｆを第二サンギア１ｇ側から見た平面図，図６（ｂ）は第二サンギア１ｇを第一サンギア１ｆ側から見た平面図である。番号６１は第一サンギア１ｆ側面に設けられた凹部を示し，この凹部６１に第一回転子サポート３１側面に配置されたピン６２が勘合するよう構成されている。番号６３は回転軸１１の回転方向を示している。ピン６２は第一回転子サポート３１側面に配置されるが，ピン６２は凹部６１との関係を明確にする為に図６（ａ）内に示されている。図６（ａ）でピン６２は凹部６１内の端部に存在し，誘起電圧抑圧比が１．０から０．１の範囲に留まるようピン６２は凹部６１内を機械角で６５度，電気角で２６０度だけ回転方向６３に移動できるよう設定されている。すなわち，第一回転子１４が第三回転子１６に対して回転方向に電気角で２６０度相対変位可能に構成されている。
【００５７】
図１から図６までを用いて実施例１の回転電機装置の構成が説明された。本実施例に於いて，中間の回転子である第二回転子１５はマグネットトルクとリラクタンストルクとが利用可能である。駆動電流は第二回転子１５の磁気的突極と電機子コイル１９とが正対した位置を基準に極性を切り替えられるが，駆動電流の位相を進めた位置（例えば電気角で２０度程度）で第二回転子１５の発生トルクは最大になる。これは第一回転子１４，第三回転子１６の発生トルクが最大となる条件と異なるので合成トルクが最大となる電気角だけ進角させて駆動電流を電機子コイルに供給する，或いは変位回転子の基準位置を第二回転子１５，第一回転子１４，第三回転子１６それぞれのトルクが最大になる位置に設定する事は可能である。
【００５８】
回転子の回転駆動には電機コイル１９内の一つの電機子コイルと第二回転子１５の磁極との相対位置を基準に駆動電流極性が切り替えられるので第一回転子１４，第三回転子１６は第二回転子１５に対して位相が進み或いは遅れた駆動電流により回転駆動される事と等価である。本実施例では両軸端にある第一回転子１４，第三回転子１６では永久磁石２１が表面に配置され，回転子外周に沿う磁気抵抗はほぼ均一であるのでリラクタンストルクは発生し難く，変位回転子の各変位量に於いて第一回転子１４，第三回転子１６の発生トルクはほぼ等しい。
【００５９】
図１から図６までを用いて実施例１の回転電機装置の構成及び第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して周方向に変位可能である事を示した。本実施例に於いて，第三回転子１６−第二回転子１５間，第三回転子１６−第一回転子１４間の周方向間隔は１：２に保たれるが，これは第一回転子１４，第三回転子１６を第二回転子１５に対して互いに逆の周方向に相対変位させる事と同じであり，電機子コイル１９への誘起電圧振幅を制御出来る動作原理が以下に説明される。図７は第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６の相対的位置関係が理解されやすいようにモデル的に示された図であって，図７（ａ）は斜視図を，図７（ｂ）は平面図をそれぞれ示している。
【００６０】
図７（ａ）は３つの回転子が第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６の順に軸方向に並び，第一回転子１４と第三回転子１６が矢印７１，７２で示されるように第二回転子１５に対して互いに逆の周方向に相対変位させられる状態をモデル的に示す。更にこれを回転軸１１側から見た図が図７（ｂ）である。回転子内の一つの磁極に着目して番号７３は第二回転子１５の磁極位置を，番号７４は変位した第一回転子１４の磁極位置を，番号７５は変位した第三回転子１６の磁極位置をそれぞれ示す。番号７６，７７は第一回転子１４，第三回転子１６の相対変位量を示すが，本実施例でそれら相対変位量は等しく設定されている。番号６３は回転子全体の回転方向を示す。
【００６１】
ωを回転角周波数，ｔを時間，変位量７６，７７を電気角２θとすると，第二回転子１５，第一回転子１４，第三回転子１６から電機子コイル１９への誘起電圧はそれぞれＳｉｎωｔ，Ｓｉｎ（ωｔ＋２θ），Ｓｉｎ（ωｔ−２θ）に比例する。第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６から誘起電圧振幅への寄与する比をｑ：ｐ：ｑとすると，誘起電圧は（４＊ｑ＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ＋ｐ−２＊ｑ）＊Ｓｉｎωｔと表される。本実施例で第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６から誘起電圧振幅への寄与する比は３：４：３であり，最大振幅を１．０に正規化して合成された誘起電圧振幅は１．２＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ−０．２である。
【００６２】
したがって，図１に示された本実施例の回転電機装置は図示されていない制御装置により，電機子コイル１９に誘起される誘起電圧が所定の値より大の時には図示していないアクチュエータ，ウオームギア１ｓを介して第二リングギア１ｍを回転子の回転方向と逆方向（矢印５１と逆方向）に変位させると第三回転子１６に対する第一回転子１４，第二回転子１５の相対変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，更に高速回転で駆動できるよう誘起電圧に対する電源電圧の余裕を大にさせる。
【００６３】
誘起電圧が所定の値より小の時には図示していないアクチュエータ，ウオームギア１ｓを介して第二リングギア１ｍを回転子の回転方向（矢印５１）に変位させると第三回転子１６に対する第一回転子１４，第二回転子１５の相対変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，回転子を駆動するトルクを大にさせる。
【００６４】
本発明の特徴を示す為に，回転子を２分割し，一方を他方に対して周方向に変位させる従来構造の回転電機装置と比較される。図８（ａ）にモデル的に斜視図を示すように二つに分割された一方の回転子８２が他方の回転子８１に対して変位される。番号８３は変位の方向を示す。図８（ｂ）は回転軸側から見た図であり，回転子内の一つの磁極に着目して番号８４は回転子８１の磁極位置を，番号８５は回転子８２の磁極位置をそれぞれ示す。番号８７は変位量を，番号８６は合成磁極の位置をそれぞれ示している。
【００６５】
合成磁極の位置８６を基準にして回転子８１，回転子８２から電機子コイルへの誘起電圧はそれぞれＳｉｎ（ωｔ−θ），Ｓｉｎ（ωｔ＋θ）に比例する。回転子８１，回転子８２の軸長は等しいとして最大振幅を１．０に正規化すると，誘起電圧は（Ｓｉｎ（ωｔ−θ）＋Ｓｉｎ（ωｔ＋θ））／２と表される。この表現式はＣｏｓθ＊Ｓｉｎωｔと変形され，回転子８１に対する回転子８２の変位量を２θとして誘起電圧振幅はＣｏｓθに比例する。
【００６６】
従来構造と対比して本発明の回転電機装置の特徴は図９を参照して説明される。図９に於いて，縦軸９５は変位量２θがゼロの最大振幅を１．０に正規化して誘起電圧振幅を表し，横軸９６は変位量２θを電気角で０から１８０度まで示している。番号９３は本実施例の誘起電圧振幅を，番号９２は回転子８１，回転子８２の軸長を等しく構成した従来構造での誘起電圧振幅をそれぞれ示す。
【００６７】
図９から明かな事は，誘起電圧振幅９２は変位量２θが９０度程度までの小さい領域ではなかなか誘起電圧振幅を減少させる事が出来ないという点である。本実施例による誘起電圧振幅９３は比較的小さい変位量２θの領域から減少する。本実施例では第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６の軸長の比は３：４：３としたが，このように第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６から誘起電圧振幅への寄与度合いが３：４：３となる構成を３４３構成と称し，軸長比を変え，或いは各回転子から誘起電圧振幅への寄与度合いを変えて誘起電圧対変位量の特性を変える事が可能である。例えば，１２１構成では，誘起電圧振幅はＣｏｓθ＊Ｃｏｓθとなり，番号９１で示される。また更に２１２構成では１．６＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ−０．６となり，番号９４で示される。
【００６８】
誘起電圧を抑圧しない条件での最高回転速度を基底回転速度とし，実用的に可能な誘起電圧抑圧比で駆動可能な回転速度が決まるとシンプルに考え，誘起電圧振幅が０．１となる変位量２θで比較する。番号９７を付された直線は０．１の誘起電圧振幅を示し，直線９７と誘起電圧振幅９１，９２，９３，９４とが交叉する点の変位量２θはそれぞれおおよそ１４３度，１６９度，１２０度，９７度である。従来構造では１８０度に近く，変位量の余裕が殆ど無いが，本発明による回転電機装置の誘起電圧振幅９１，９３，９４では１８０度までかなり余裕がある。すなわち，本発明によれば，実現できる変位量２θの範囲で誘起電圧振幅を０．１まで減少させる事が出来る。表現を変えれば，基底回転速度の１０倍以上の広い回転速度範囲の回転電機装置が実現される。
【００６９】
更に本発明の特徴が図１０により説明される。図１０は回転子変位と磁極の関係を示す図であり，第二回転子１５内の磁極に着目して隣接磁極が第一回転子１４，第三回転子１６の周方向変位に伴ってどのように変わるかをモデル的に示す斜視図である。図１０（ａ）は２θが電気角で４５度，図１０（ｂ）は２θが９０度，図１０（ｃ）は２θが１３５度である場合をそれぞれ示している。番号１０１は第二回転子１５内のＮ極を，番号１０２，１０３は第二回転子１５内で隣接するＳ極をそれぞれ示している。
【００７０】
番号１０４，１０５は２θが０度では第二回転子１５内のＮ極１０１と同じ周方向位置にある第一回転子１４，第三回転子１６内のＮ極をそれぞれ示している。番号１０７は２θが０度では第二回転子１５内のＳ極１０２と同じ周方向位置にある第三回転子１６内のＳ極を，番号１０６は２θが０度では第二回転子１５内のＳ極１０３と同じ周方向位置にある第一回転子１４内のＳ極をそれぞれ示している。番号１０８は第一回転子１４の変位方向，番号１０９は第三回転子１６の変位方向をそれぞれ示す。
【００７１】
変位角２θが４５度，９０度，１３５度と大になると，Ｎ極１０１周辺の磁極は図１０（ａ），図１０（ｂ），図１０（ｃ）と変遷する。注目すべきは図１０（ｂ）である。Ｎ極１０４とＳ極１０７，Ｎ極１０５とＳ極１０６がそれぞれ周方向の同じ位置となる。互いに異なる極性の磁極が軸方向に並んで第一回転子１４と第三回転子１６とが電機子コア１７を介して磁気的に結合する懸念があるが，二つの回転子の軸方向の間に第二回転子１５が存在してその懸念は少ない。電機子コア１７には回転子の軸方向間隙に対応して非磁性のスペーサ１８が配置されて軸方向の磁気抵抗は大きく構成されているので軸方向の磁気抵抗は大きく，第一回転子１４と第三回転子１６とを磁気的に結合する磁束が存在し難い。
【００７２】
更に図１０（ｂ）での変位角２θは９０度であるが，Ｎ極１０５とＮ極１０４間の周方向間隔は１８０度である。回転子を二分割した従来構造は図１０に於いて第二回転子１５の軸長がゼロ，すなわちＮ極１０１が存在しない場合に相当して図１０（ｂ）が制御の限界であり，軸方向に異極同士の磁極が隣接する事になるので磁気吸引力は無視し難い。図９に示されたように従来構造で誘起電圧を大きく減少させようとすると，変位角２θを１８０度近傍の領域にまで大きくする必要があるが，実現は困難であった。
【００７３】
更に図１０（ｃ）は変位角２θが１３５度と大になった図であり，Ｎ極１０１には軸方向に隣接する異極のＳ極１０６，Ｓ極１０７が近づいている。しかし，図９を用いて説明されたように誘起電圧振幅が０．１となる変位量２θはおおよそ１２０度であり，第二回転子１５と第一回転子１４，第三回転子１６とが磁気吸引力の為に変位制御不能となる以前の段階で変位を停める事が出来る。更に第二回転子１５の誘起電圧振幅への寄与度合いを本実施例より小さくする構成では変位角２θに対する誘起電圧振幅減少率を大にできるので更に磁気吸引力による変位阻害要因を小にできる。上記に説明したように本発明で，回転子それぞれの軸長，磁極構成を最適に選び，第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６の順で軸方向に並ぶ構造として異極同士の磁極が軸方向に隣接する事態を起こり難くして，回転子変位を阻害する磁気吸引力は発生し難く出来る。
【００７４】
また，電機子コア１７に設けられた非磁性のスペーサ１８の軸方向長さは隣接回転子間の間隔より小に設定され，電機子コア１７の磁性体が隣接回転子間の間隙に張り出しているので回転子内の磁極から隣接回転子間に漏れだした磁束は電機子コア１７内の磁性体に流入しやすく，隣接回転子の同極磁極間の斥力は小さく抑えられる。上記説明のように本実施例の構成により隣接回転子の異極同士の磁気結合が大きな障害にならない事で可能にされた対処策であり，本実施例により隣接回転子間の斥力及び吸引力等の磁気力低減が実現される。
【００７５】
上記説明のように第一回転子１４と第二回転子１５が第三回転子１６に対して変位される事により電機子コイル１９への誘起電圧振幅が制御される事が説明された。本実施例に於いては，第一回転子１４の軸長，第二回転子１５の軸長，第三回転子１６の軸長は比率にして３：４：３に設定されているので軸方向に隣接する回転子間の相対的変位量を電気角で２θとすると，電機子コイルへの誘起電圧振幅は１．２＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ−０．２に比例する。この誘起電圧振幅の極性が逆転するまでが相対的変位量２θの範囲として相対的変位量２θの範囲はゼロから約１３２度迄である。したがって，第三回転子１６に対して第二回転子１５の変位範囲はゼロから約１３２度まで，第一回転子１４の変位範囲はゼロから約２６４度までである。第一回転子１４の変位範囲はゼロから２６０度までとなるようストッパーが配置されている。
【００７６】
以上の説明に於いて，誘起電圧の検出について特に説明はしなかったが，第一回転子１４，第二回転子１５の相対的変位量を知る上で誘起電圧振幅は重要なパラメータであり，誘起電圧振幅を常時把握する事は重要である。誘起電圧振幅と回転速度とを知れば，予め記憶してあるデータマップから第一回転子１４，第二回転子１５の第三回転子１６に対する相対変位量を知る事が出来，駆動電流に対する回転駆動力を知り，更に次の制御への方向性を判断できる。
【００７７】
以上，図１から図１０に示した回転電機装置に於いて，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して変位させる事で電機子コイル１９への誘起電圧を制御できることを説明した。しかしながら，回転子の少なからぬ質量，本発明で軽減されたとしても残存する回転子間の磁気力等は第一回転子１４，第二回転子１５の速やかなる変位を阻害する要因である。本発明ではこの課題への解決策も提供し，小出力のアクチュエータにより第二リングギア１ｍを変位させる事で迅速に第一回転子１４，第二回転子１５を変位させる事が出来る。
【００７８】
すなわち，回転子の増速中に第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより矢印５１と逆方向に回転させられると，第二リングギア１ｍを介したアクチュエータの作用力に回転駆動力が加わって第一回転子１４の回転方向前方への変位が早められる。更に電機子コイル１９から電力が引き出される回生制動中に第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより矢印５１と同じ方向に回転させられると，第一回転子１４はアクチュエータの作用力に回生制動力も加わって回転方向と逆方向への変位が早められる。このように本発明によれば，前記アクチュエータを小型・小出力タイプを採用出来る。
【００７９】
回転子の増速中には第二リングギア１ｍが矢印５１と逆方向への変位圧力を受ける。したがって，矢印５１と逆方向に第二リングギア１ｍを変位させる事は第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力，第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩める事と等価である。また，回生制動により回転子の減速中には矢印５１方向に第二リングギア１ｍを変位させる事は第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力，第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩める事と等価である。このように第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩めて電機子から回転子に働く力を回転子の変位に利用出来るが，前記拘束力の制御は精密さを必要とする領域がある。
【００８０】
図１１は電機子コイル１９に供給される駆動電流を進角させた場合にリラクタンストルクを有しない回転子が受ける回転駆動力の減少度合いを示す。回転子の磁極が電機子コイル１９に正対した時を基準に駆動電流の極性を反転させて回転子を回転駆動させるとしてその時点から駆動電流の切替タイミングをずらすと回転子が受ける回転駆動力は減少する。図１１に於いて番号１１１は駆動電流の進角量に対して変化する回転駆動力を示し，縦軸１１２は最大値を１．０に正規化された回転駆動力を示し，横軸１１３は駆動電流の進角量を電気角で表している。負の進角量は遅れの角度を意味する。
【００８１】
本実施例に於いて，３個の回転子の合成磁極は中間の第二回転子１５の磁極位置と同じであるので回転子を回転駆動中に電機子コイル１９を流れる駆動電流は第二回転子１５の磁極位置を基準に極性が切り替えられ，第一回転子１４，第三回転子１６には常に位相が進んだ或いは遅れた駆動電流による回転駆動力が加えられている。注目すべき点は，同図に示されるように進角量が９０度より大になった領域であり，回転駆動力の方向が反転する。
【００８２】
すなわち，第二回転子１５と第一回転子１４，第三回転子１６間それぞれの周方向間隔が電気角で９０度以上になると，第二回転子１５に加わる回転駆動力と第一回転子１４，第三回転子１６への回転駆動力とは方向が逆になる。したがって，回転子の加速中に第一回転子１４，第二回転子１５を回転軸１１に拘束する力を緩めて第一回転子１４，第二回転子１５をフリーにすると，第一回転子１４，第二回転子１５に働く回転駆動力は全てが第一回転子１４，第二回転子１５の変位に利用され，第三回転子１６に作用する回転駆動力のみで回転軸１１が回転駆動される事になるが，第三回転子１６への回転駆動力は回転軸１１の回転方向とは逆で減速駆動される事になる。
【００８３】
本発明はこの点に関し，第一回転子１４，第二回転子１５に働く回転駆動力を第一回転子１４，第二回転子１５の変位力，回転軸１１の回転駆動力に適切に配分する制御方法を提案し，回転軸１１を継続的に回転駆動させながら第一回転子１４，第二回転子１５を変位させる。本実施例では，回転子の増速中に第二リングギア１ｍを外部のアクチュエータにより矢印５１と逆方向に回転させる回転速度を制御して第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を制御する。第二リングギア１ｍの回転速度大では第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力が弱められて第一回転子１４，第二回転子１５への変位力が大にされ，第二リングギア１ｍの回転速度小では前記拘束力が強められて第一回転子１４，第二回転子１５への変位力が小にされる。回生制動力を第一回転子１４，第二回転子１５への変位力に利用する場合は第二リングギア１ｍを回転させる方向が逆になる以外は同様である。
【００８４】
本実施例は回転駆動力を利用して誘起電圧を制御し，出力を最適化するシステムであり，回転電機システムとしての制御を更に説明する。図１２は誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図を示している。回転電機装置１２１は入力１２２，出力１２３を有するとし，制御装置１２４は回転電機装置１２１の出力１２３及び回転子の位置信号１２７を入力として誘起電圧を制御する。番号１２６は回転子位置制御手段を制御するアクチュエータを示し，番号１２５は電機子コイル１９に駆動電流を供給する駆動回路を示す。回転電機装置１２１が発電機として用いられるのであれば，入力１２２は回転力であり，出力１２３は発電電力となる。回転電機装置１２１が電動機として用いられるのであれば，入力１２２は駆動回路１２５から電機子コイル１９に供給される駆動電流であり，出力１２３は回転トルク，回転速度となる。
【００８５】
回転電機装置が電動機として用いられる場合に於いて，回転駆動力を利用して誘起電圧制御を行って回転駆動力が最適に制御される。制御装置１２４は電機子コイル１９に誘起される誘起電圧が所定の値より大となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させ，第一回転子１４，第二回転子１５間及び第二回転子１５，第三回転子１６間の周方向間隔を大にして誘起電圧を減少させ，更に高速回転で駆動できるよう誘起電圧に対する電源電圧の余裕を大にさせる。
【００８６】
すなわち，駆動回路１２５から駆動電流を電機子コイル１９に供給して回転子を増速中に，出力１２３の回転速度増大を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータ１２６により第二リングギア１ｍを矢印５１と逆方向（回転子の回転方向とは逆方向）に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させる。
【００８７】
制御装置１２４は誘起電圧が所定の値より小となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向とは逆方向に変位させて誘起電圧を増大させ，回転子を駆動するトルクを大にさせる。すなわち，回生制動により回転子を減速中に，出力１２３の回転速度減少を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるようアクチュエータ１２６により第二リングギア１ｍを矢印５１の方向（回転子の回転方向）に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向と逆方向に変位させる。
【００８８】
本実施例では第二リングギア１ｍを回転駆動するアクチュエータ及び回転電機装置の回転駆動力を用いて第一回転子１４，第二回転子１５を周方向に変位させた。回転駆動力を利用して第一回転子１４，第二回転子１５を周方向に変位させるので小出力のアクチュエータで構成される。更にウオームギア１ｓとアクチュエータを第二リングギア１ｍの周方向位置を保持するクラッチ，ブレーキシステムに替え，第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力を制御して第一回転子１４，第二回転子１５に電機子から加えられる回転駆動力，回生制動力を適切に第一回転子１４，第二回転子１５を周方向に変位させる力，回転軸１１を駆動する力に配分して回転電機システムを構成出来る。これら何れの構成も本発明に含まれる。
【００８９】
本実施例では第一回転子１４，第三回転子１６の第二回転子１５に対する相対変位量は等しく設定した。しかし，第一回転子１４には進み位相の駆動磁界が加えられ，第三回転子１６には遅れ位相の駆動磁界が加えられる。その結果としてそれぞれの回転子の永久磁石は減磁，増磁される。また，リラクタンストルクが僅かに存在する回転子構造を採用した場合も含め，第一回転子１４，第三回転子１６から回転子全体のトルクに対する寄与度合いが変位量によって変化する可能性もある。その場合には第一回転子１４，第三回転子１６の第二回転子１５に対する相対変位量が異なるよう図４に示すギアのギア比を選んで構成する事が出来る。
【００９０】
本実施例に於いて，第二回転子１５に対して第一回転子１４，第三回転子１６それぞれの周方向変位範囲はゼロから約１３２度までとしたが，前記変位範囲はゼロから９０度までとし，更に高速の回転速度領域では駆動電流の位相を進めて弱め界磁とする回転駆動方法も利用可能である。隣接回転子間の変位量が９０度の状態は図１０（ｂ）に示す状態であり，第一回転子１４，第三回転子１６から回転トルクへの寄与はゼロとなり，第二回転子１５の発生トルクのみとなる。変位回転子の変位によって誘起電圧振幅を抑圧した場合，マグネットトルクはその抑圧比に準じて減少するが，リラクタンストルクは残存し，高速回転領域で必要な回転トルクの確保が容易となる。
【実施例２】
【００９１】
本発明による回転電機装置の実施例２が図１３から図１８を用いて説明される。磁気的突極の数が等しい３個の回転子が第一回転子，第二回転子，第三回転子として電機子に対向し，両軸端の第一，第三回転子が磁石励磁構造，中間の第二回転子が磁石を持たない構造である。
【００９２】
図１３はインナーロータ構造の回転電機装置に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１３１に回転可能に支持されている。第一回転子１３２，第二回転子１３３はベアリングを介して回転軸１１に変位可能に保持され，第三回転子１３４は回転軸１１に固定されている。第一回転子１３２，第二回転子１３３が変位制御される領域は，第三回転子１３４に対して常用の回転方向前方の領域であり，一つの磁性体突極に着目して第一回転子１３２が回転方向の先頭，第三回転子１３４が最後部，第二回転子１３３が両者の中間に位置するよう構成されている。番号１９は電機子コイル，番号１７は電機子コア，番号１８は非磁性絶縁素材のスペーサを示す。
【００９３】
番号１３５はカップリングギア，番号１３６はカップリングギア支持軸を示し，第二回転子１３３に回転可能に保持されている。カップリングギア支持軸１３６は径方向であり，本実施例ではカップリングギア１３５，カップリングギア支持軸１３６の組み合わせが周方向に３個配置されている。番号１３７，１３８はそれぞれ第一回転子１３２，第三回転子１３４側面に配置されたサイドギアであり，周方向にギアが刻まれてそれぞれがカップリングギア１３５と噛み合うよう配置されている。カップリングギア１３５，カップリングギア支持軸１３６，サイドギア１３７，サイドギア１３８等で回転子結合機構が構成され，サイドギア１３７，サイドギア１３８は互いに逆方向に回転するので第二回転子１３３に対して第一回転子１３２，第三回転子１３４の何れか一方が周方向に変位すれば他方は逆の周方向に変位する構成である。
【００９４】
番号１３９は第一回転子１３２側面に固定されたクラッチ板，番号１３ａは可動クラッチ板，番号１３ｄはスプリング，番号１３ｅはスプリングストッパーをそれぞれ示し，可動クラッチ板１３ａがスプリング１３ｄによりクラッチ板１３９に押しつけられている。更に番号１３ｃ，１３ｂはアームを示し，回転軸１１とアーム１３ｃ，アーム１３ｃとアーム１３ｂ，アーム１３ｂと可動クラッチ板１３ａとはそれぞれ回動可能なジョイントで接続され，このアーム組立が周方向に３組配置されて可動クラッチ板１３ａが回転軸１１と平行方向に変位可能であると共に回転軸１１と共に回転するよう構成されている。
【００９５】
番号１３ｇは回転軸１１を周回する励磁コイル，番号１３ｆは断面がＣ字状で回転軸１１を周回する励磁コアを示し，励磁コア１３ｆはハウジング１３１に固定されている。可動クラッチ板１３ａの励磁コア１３ｆ側部材には少なくとも磁性材料が用いられ，クラッチ板１３９，可動クラッチ板１３ａ，アーム１３ｃ，アーム１３ｂ，スプリング１３ｄ，スプリングストッパー１３ｅ，励磁コア１３ｆ，励磁コイル１３ｇ等により回転子位置制御手段が構成されている。
【００９６】
図１４は図１３に示された回転電機装置のＣ−Ｃ’に沿う断面図であり，電機子及び第二回転子１３３の断面を示す。電機子は実施例１と同じ構成であり，同一の部材には同じ番号が付され，繰り返しての説明は省略される。第二回転子１３３の磁極部は内周側に凸の弧状スリットが形成されたケイ素鋼板１４２が積層され，スリット内に非磁性体１４３が挿入されてフラックスバリアが構成されている。フラックスバリアにより８個の磁気的突極が配置されるよう第二回転子１３３の外周に沿う磁気抵抗が大，小に区分されている。第二回転子サポート１４１は非磁性のステンレススチールで構成されて回転軸１１に変位可能に保持されている。３組のカップリングギア１３５，カップリングギア支持軸１３６が第二回転子サポート１４１内に配置されている。
【００９７】
図１５は第一回転子１３２を第二回転子１３３側から見た平面図である。磁極部はケイ素鋼板より成る磁性体１５３中に径方向のスリットが周方向に等間隔に配置され，スリット内に永久磁石１５２，非磁性体１５５が挿入されてリラクタンストルクが存在し難いよう構成されている。番号１５４の矢印は永久磁石１５２の磁化方向を示し，周方向に隣接する磁気的突極の極性が互いに異極に磁化されて８個の磁気的突極が配置されている。第一回転子サポート１５１にサイドギア１３７が配置されている。図１３に縦断面図が示されるように第三回転子１３４側面にはサイドギア１３７と同じ形状のサイドギア１３８が配置され，第三回転子１３４の磁極構成は第一回転子１３２の磁極構成と同じである。
【００９８】
図１４，図１５を用いて説明されたように第二回転子１３３はリラクタンストルクで回転駆動される構成であり，第一回転子１３２，第三回転子１３４はマグネットトルクのみで回転駆動される構成である。それぞれの回転子の発生トルクが最大となる周方向位置で各回転子が軸方向に並ぶ位置が基準位置であり，回転速度に応じて基準位置から変位回転子である第一回転子１３２，第二回転子１３３が常用回転方向に変位させられ，第二回転子１３３に対して第一回転子１３２，第三回転子１３４が互いに逆の周方向に相対的変位される。第一回転子１３２，第三回転子１３４間の周方向間隔が電気角で１８０度になった位置で互いに逆極性となる第一回転子１３２の磁気的突極と第三回転子１３４の磁気的突極とが軸方向に対向し，誘起電圧及び回転トルクは相殺される。したがって，この位置で変位回転子である第一回転子１３２，第二回転子１３３の変位は停止され，第二回転子１３３のリラクタンストルクのみで回転駆動される。
【００９９】
図１６は回転子位置制御手段を第一回転子１３２側から見た平面図であり，回転子位置制御手段の構成を更に説明する。可動クラッチ板１３ａは回転軸１１を周回する構造でクラッチ板１３９と接する面は摺動面１６１である。クラッチ板１３９と可動クラッチ板１３ａの摺動面１６１との間で回転力が伝達される構成である。
【０１００】
図１６に示されるように可動クラッチ板１３ａは３組のアーム組立で回転軸１１に支持されている。アーム組立の一つは各部材に番号が付されているようにアーム１３ｃの両端にはジョイント部１６２，１６３が配置されている。ジョイント部１６２は回転軸１１に固定されたピン１６５を中心に回動可能に構成され，ジョイント部１６３はアーム１３ｂに固定されたピン１６６を中心に回動可能に構成されている。更にアーム１３ｂに配置されたジョイント部１６４は可動クラッチ板１３ａに固定されたピン１６７を中心に回動可能に構成されている。
【０１０１】
このようにアーム１３ｃ，アーム１３ｂ，ジョイント部１６２，ジョイント部１６３，ジョイント部１６４等で構成された３組のアーム組立で可動クラッチ板１３ａは回転軸１１に支持され，ジョイント部１６２，ジョイント部１６３，ジョイント部１６４は図１３に示された縦断面図の面内で回動可能に構成されている。したがって，可動クラッチ板１３ａは回転軸１１と平行方向に変位可能であると共に回転軸１１と共に回転する。
【０１０２】
回転子位置制御手段の動作が図１７，図１８を用いて説明される。図１７は図１３に示された回転子位置制御手段が拡大された縦断面図であり，クラッチ板１３９に可動クラッチ板１３ａがスプリング１３ｄにより押しつけられ，クラッチ板１３９と可動クラッチ板１３ａとの間で回転トルクが伝達されている状態である。この状態では第一回転子１３２，第二回転子１３３，第三回転子１３４が回転軸１１と共に回転する。
【０１０３】
図１８は図１７に於いて，可動クラッチ板１３ａがクラッチ板１３９から離間させられた図を示す。励磁コイル１３ｇに励磁電流が流されると，励磁コア１３ｆには励磁磁束１８１が誘起され，少なくとも一部が磁性体で構成されている可動クラッチ板１３ａが励磁コア１３ｆ側に引きつけられ，可動クラッチ板１３ａがクラッチ板１３９から引き離される。図１８はこの状態を示し，第三回転子１３４が回転軸１１と共に回転するが，第一回転子１３２と回転軸１１との結合は解除され，第一回転子１３２は回転軸１１に対してフリーに回転できる状態となる。
【０１０４】
図１８に示される状態に於いて，電機子コイル１９から回転子に回転駆動力が与えられると，第三回転子１３４は回転軸１１及び回転軸１１に接続されている回転負荷と共に加速され，第一回転子１３２及び第二回転子１３３は第三回転子１３４より慣性モーメントが小さいので更に容易に加速されて第三回転子１３４に対して回転方向に変位させられる。回転子を減速させるように逆方向の回転駆動力が加えられた場合，或いは電機子コイルから電力を取り出す回生制動が掛けられた場合に第一回転子１３２及び第二回転子１３３は第三回転子１３４に対して回転方向とは逆方向に変位させられる。
【０１０５】
励磁コイル１３ｇに流される励磁電流を大にすればスプリング１３ｄに抗する力は大になり，励磁電流を小にすればスプリング１３ｄに抗する力は小になる。本実施例では励磁電流の大きさを制御して可動クラッチ板１３ａをクラッチ板１３９に押しつける力を調整し，図１７と図１８の中間状態として可動クラッチ板１３ａとクラッチ板１３９とを互いに摺動させ，可動クラッチ板１３ａとクラッチ板１３９との間で伝達される回転駆動力或いは回生制動力を第一回転子１３２及び第二回転子１３３の変位力として配分させる。
【０１０６】
第一回転子１３２及び第二回転子１３３が回転駆動力或いは回生制動力により変位させられるが，第一回転子１３２，第二回転子１３３，第三回転子１３４は回転子結合機構により互いに結合されているので常に第二回転子１３３は第一回転子１３２，第三回転子１３４間の中間に位置するよう変位させられる。すなわち，常に第二回転子１３３の第三回転子１３４に対する変位量は，第一回転子１３２の第三回転子１３４に対する変位量の半分である。
【０１０７】
以上，図１３から図１８に示した回転電機装置に於いて，第一回転子１３２，第二回転子１３３を第三回転子１３４に対して変位できることを説明した。本実施例は誘起電圧を制御して出力を最適化するシステムであり，図１２を参照して回転電機システムとしての制御が更に説明される。図１２は誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図を示し，実施例１に於いて既に説明されているが，本実施例で番号１２６は励磁コイル１３ｇに励磁電流を供給する励磁回路と読み替える。
【０１０８】
回転電機装置が電動機として用いられる場合に於いて，誘起電圧制御を行って回転駆動力が最適に制御されるが，その誘起電圧制御に回転駆動力，回生制動力が利用される。制御装置１２４は電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値より大となった時には第一回転子１３２，第二回転子１３３を第三回転子１３４に対して回転方向に変位させ，第一回転子１３２，第二回転子１３３間及び第二回転子１３３，第三回転子１３４間の周方向間隔を大にして誘起電圧を減少させ，更に高速回転で駆動できるよう誘起電圧に対する電源電圧の余裕を大にさせる。
【０１０９】
すなわち，駆動回路１２５から駆動電流を電機子コイル１９に供給して回転子を増速中に，出力１２３の回転速度増大を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるよう励磁回路１２６により励磁コイル１３ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１３９に可動クラッチ板１３ａを押しつける力を制御し，第一回転子１３２，第二回転子１３３を第三回転子１３４に対して回転方向に変位させる。第一回転子１３２，第三回転子１３４間の周方向間隔が電気角で１８０度に達した位置で第一回転子１３２，第二回転子１３３の変位制御は停止する。
【０１１０】
制御装置１２４は予め定めた値より回転速度より低くなったら変位回転子の変位制御を再開し，電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値より小となった時には第一回転子１３２，第二回転子１３３を第三回転子１３４に対して回転方向とは逆方向に変位させて誘起電圧を増大させ，回転子を駆動するトルクを大にさせる。すなわち，回生制動により回転子を減速中に，出力１２３の回転速度減少を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるよう励磁回路１２６により励磁コイル１３ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１３９に可動クラッチ板１３ａを押しつける力を制御し，第一回転子１３２，第二回転子１３３を第三回転子１３４に対して回転方向と逆方向に変位させる。
【０１１１】
本実施例に於いて，第一回転子１３２及び第二回転子１３３が回転駆動力或いは回生制動力により変位させられるが，低回転速度では回生制動力が十分ではなく，回転が停止しても変位回転子が基準位置に戻らない可能性がある。その場合には回転軸１１を回転し難いよう拘束し，第一回転子１３２及び第二回転子１３３を基準位置方向に回転駆動するよう電機子コイル１９に駆動電流を供給し，同時に励磁回路１２６により励磁コイル１３ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１３９に可動クラッチ板１３ａを押しつける力を緩める方向に制御し，第一回転子１３２，第二回転子１３３を変位させる。
【０１１２】
本実施例に於いて，可動クラッチ板１３ａの押しつけ力を制御して可動クラッチ板１３ａとクラッチ板１３９とを互いに摺動させ，可動クラッチ板１３ａとクラッチ板１３９との間で伝達される回転駆動力或いは回生制動力が第一回転子１３２及び第二回転子１３３の変位力に配分された。可動クラッチ板１３ａ，クラッチ板１３９それぞれの相対する面を互いに勘合する凹凸形状で構成し，図１７と図１８の状態を交互に繰り返させ，図１７と図１８それぞれの持続時間比率を制御して第一回転子１３２及び第二回転子１３３の変位力が制御される方法も可能である。
【実施例３】
【０１１３】
本発明による車両システムが実施例３として図１９及び図１を用いて説明される。実施例１に説明された回転電機装置が駆動装置として搭載され，低速度から高速度まで車両の駆動力が滑らかに制御される。
【０１１４】
図１９は車両の駆動システムをブロック図で示す図であって，番号１９１は実施例１に説明された回転電機装置を，番号１９２はウオームギア１ｓを回転させるアクチュエータを，番号１９３はバッテリーを，番号１９４は車両駆動システムの制御装置を，番号１９５は回転電機装置１９１に駆動電流を供給する駆動回路を，番号１９６はアクチュエータ１９２の制御回路を，番号１９７は車両の速度信号を発生するセンスアンプを，番号１９８は車輪をそれぞれ示す。
【０１１５】
制御装置１９４はセンスアンプ１９７の出力を監視し，電機子１９に現れる誘起電圧が所定の値より大となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させ，第一回転子１４，第二回転子１５間及び第二回転子１５，第三回転子１６間の周方向間隔を大にして誘起電圧を減少させ，更に高速回転で駆動できるよう常に誘起電圧が所定に値に留まるよう制御する。
【０１１６】
すなわち，駆動回路１９５から駆動電流を電機子コイル１９に供給して車両を増速中に，回転速度増大を継続させると共に誘起電圧が所定の値になるよう制御回路１９６からアクチュエータ１９２を回転駆動して第二リングギア１ｍを回転子の回転方向とは逆方向に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させる。
【０１１７】
制御装置１９４はセンスアンプ１９７の出力を監視し，誘起電圧が所定の値より小となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向とは逆方向に変位させて誘起電圧を増大させ，常に誘起電圧を所定に値に留まらせながら回転子を駆動するトルクを大にさせる。すなわち，回生制動により車両を減速中に，回転速度減少を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるよう制御回路１９６からアクチュエータ１９２を回転駆動して第二リングギア１ｍを回転子の回転方向に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向と逆方向に変位させる。
【０１１８】
本実施例によれば，上記に説明されたように車両の増速中に駆動力の一部を利用し，回生制動により車両を減速中に回生制動力の一部を利用し，第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６に対して変位される。アクチュエータ１９２は小出力に出来るので車両の駆動システムは軽量化され，また回転電機装置の回転速度領域制御は連続的に行われるので車両の駆動力は全速度範囲に渡って滑らかに制御される。
【０１１９】
以上，本発明の回転電機システム及び車両の駆動方法について，実施例を挙げて説明した。これらの実施例は本発明の趣旨，目的を実現する例を示したのであって本発明の範囲を限定するわけでは無い。例えば上記実施例に於ける回転子の磁極構成，電機子の構成等はそれぞれ組み合わせを変えて本発明の趣旨を実現する回転電機装置を構成できる事は勿論である。
【要約】      （修正有）【課題】誘起電圧の位相制御により回転速度範囲の広い磁石励磁回転電機を実現する。【解決手段】電機子に対向する回転子を磁気的突極の数を同じくする３個の回転子で構成し，二つの回転子を他に対して周方向に変位させて誘起電圧を制御する回転電機システムであって回転子間の磁気結合力が小の範囲内で大きな誘起電圧抑圧が可能である。回転駆動力及び回生制動力を利用して小さな力で変位回転子の変位制御を可能にし，更に本発明の回転電機システムを駆動源として有する車両の駆動力制御方法を提案している。【選択図】図１【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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