(57)【要約】【課題】  永久磁励磁の回転電機システムに於いて，高速応答可能な磁束位相制御による弱め界磁方法及び手段を提供する。【解決手段】  界磁部或いは電機子は２分割されてそれぞれが相対的に回動可能に構成され，分割された界磁部或いは電機子を電機子と界磁部間に作用する力の方向に回転偏倚させて分割された界磁部或いは電機子間の周方向角度長を制御して弱め界磁制御を行う。機構はシンプルで小出力アクチュエータで可能であり，エネルギー効率が高い特徴がある。移動体の発電機・駆動モータ等に適用出来，定電圧発電機を容易に実現できる。【選択図】  図１
2008193888.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段はロータを回転軸と共に回転するよう回転軸に保持すると共にロータ保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させる構成とし，発電機システムの出力に応じてロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する発電機システム
【請求項２】
請求項１記載の発電機システムに於いて，二つのロータ間に係合部を有し，係合部は二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする発電機システム
【請求項３】
請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段はロータと回転軸間にクラッチ機構を有し，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項４】
請求項３記載の発電機システムに於いて，二つのロータは回転軸方向に並んで配置され，クラッチ機構は回転軸と共に回転する２枚のクラッチ円板及び２枚のクラッチ円板間に配置されて２枚のクラッチ円板を二つのロータそれぞれに接触するよう付勢するスプリング及びクラッチ円板それぞれを軸方向に偏倚させるアクチュエータとで構成され，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動し，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動して二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項５】
請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置したギア機構及びハウジング側に配置されたアクチュエータとを有し，アクチュエータはハウジングに固定されてロータ側の可動部を軸方向に駆動するよう構成され，ギア機構はラチェット機構とウオームギア機構を有してウオームギア機構がロータを回転軸に保持して回転力を伝達し，前記ラチェット機構は前記可動部の軸方向移動量を一方向回転に変え，ウオームギア機構が前記一方向回転の回転方向を変えてロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に偏倚させる構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のアクチュエータを駆動させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のアクチュエータを駆動させて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項６】
請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのリングギアのブレーキ機構を介して二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩めて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項７】
請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアに配置したウオームギア機構及びモータで構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，ウオームギア機構がリングギアの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してリングギアを回転軸と同じ回転方向に偏倚させてリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変え，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変えて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項８】
請求項１から７の何れかに記載の発電機システムに於いて，回転力を入力とし，制御装置は電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時はロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を大とし，発電電圧が所定の値より小の時はロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を小にし，発電電圧を所定の値に制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項９】
発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムであって，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成され，二つのステータそれぞれのステータ保持手段を有し，ステータ保持手段はステータをハウジング或いは固定軸に静止するよう保持すると共にステータの保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりステータを回転方向に回転偏倚させる構成とし，発電機システムの出力に応じてステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する発電機システム
【請求項１０】
請求項９記載の発電機システムに於いて，二つのステータ間に係合部を有し，係合部は二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする発電機システム
【請求項１１】
請求項９記載の発電機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれにブレーキ機構を有し，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するステータのブレーキ機構を一時的に緩め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するステータのブレーキ機構を一時的に緩めて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項１２】
請求項９記載の発電機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれに配置したウオームギア機構及びモータとより構成し，ウオームギア機構がステータの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してステータを回転軸と同じ回転方向に偏倚させてステータの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変え，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変えて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項１３】
請求項９記載の発電機システムに於いて，分割された電機子の電機子コイルはそれぞれ所定の相単位に結線され，分割された電機子間でそれぞれの相の電機子結線同士は直列に結線された構成とした事を特徴とする発電機システム
【請求項１４】
請求項９から１３の何れかに記載の発電機システムに於いて，回転力を入力とし，制御装置は電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時はステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を大とし，発電電圧が所定の値より小の時はステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を小にし，発電電圧を所定の値に制御する事を特徴とする発電機システム
【請求項１５】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割されたロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段はロータを回転軸と共に回転するよう回転軸に保持すると共にロータ保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりロータを回転軸に対して回転方向に回転偏倚させる構成とし，電動機システムの出力に応じてロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する電動機システム
【請求項１６】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータの回転軸に対する保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータの回転軸に対する保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのロータ間の周方向角度長を変える事を特徴とする電動機システム
【請求項１７】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，二つのロータ間に係合部を有し，係合部は二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする電動機システム
【請求項１８】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段はロータと回転軸間のクラッチ機構を有し，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項１９】
請求項１８記載の電動機システムに於いて，二つのロータは回転軸方向に並んで配置され，クラッチ機構は回転軸と共に回転する２枚のクラッチ円板及び２枚のクラッチ円板間に配置されて２枚のクラッチ円板を二つのロータそれぞれに接触するよう付勢するスプリング及びクラッチ円板それぞれを軸方向に偏倚させるアクチュエータとで構成され，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動し，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動して二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２０】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置したギア機構及びハウジング側に配置されたアクチュエータとを有し，アクチュエータはハウジングに固定されてロータ側の可動部を軸方向に駆動するよう構成され，ギア機構はラチェット機構とウオームギア機構を有してウオームギア機構がロータを回転軸に保持して回転力を伝達し，前記ラチェット機構は前記可動部の軸方向移動量を一方向回転に変え，ウオームギア機構が前記一方向回転の回転方向を変えてロータを回転軸に対して回転方向に偏倚させる構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のアクチュエータを駆動させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のアクチュエータを駆動させて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２１】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのリングギアのブレーキ機構を介して二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩めて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２２】
請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアに配置したウオームギア機構及びモータで構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，ウオームギア機構がリングギアの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してリングギアを回転軸と逆の回転方向に偏倚させてリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変え，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変えて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２３】
請求項１５から２２の何れかに記載の電動機システムに於いて，電機子コイルへの供給電流を入力とし，制御装置は回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする時にはロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を大にし，回転速度が所定の値より小で界磁強度を強める時にはロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を小にし，回転力を最適に制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２４】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成され，二つのステータそれぞれのステータ保持手段を有し，ステータ保持手段はステータをハウジング或いは固定軸に静止するよう保持すると共にステータの保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりステータを回転方向と逆方向に回転偏倚させる構成とし，電動機システムの出力に応じてステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する電動機システム
【請求項２５】
請求項２４記載の電動機システムに於いて，二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータの保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータの保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのステータ間の周方向角度長を変える事を特徴とする電動機システム
【請求項２６】
請求項２４記載の電動機システムに於いて，二つのステータ間に係合部を有し，係合部は二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする電動機システム
【請求項２７】
請求項２４記載の電動機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれにブレーキ機構を有し，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータのブレーキ機構を一時的に緩め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータのブレーキ機構を一時的に緩めて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２８】
請求項２４記載の電動機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれに配置したウオームギア機構及びモータとより構成し，ウオームギア機構がステータの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してステータを回転軸と逆の回転方向に偏倚させてステータの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変え，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変えて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項２９】
請求項２４記載の電動機システムに於いて，分割された電機子の電機子コイルはそれぞれ所定の相単位に結線され，分割された電機子間でそれぞれの相の電機子結線同士は直列に結線された構成とした事を特徴とする電動機システム
【請求項３０】
請求項２４から２９の何れかに記載の電動機システムに於いて，電機子コイルへの供給電流を入力とし，制御装置は回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする時にはステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を大にし，回転速度が所定の値より小で界磁強度を強める時にはステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を小にし，回転力を最適に制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項３１】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する契合部を二つのロータ間に有し，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合う構成としてサンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアのブレーキ機構を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアのブレーキ機構を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする電動機システム
【請求項３２】
発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法
【請求項３３】
発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法
【請求項３４】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法
【請求項３５】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法
【請求項３６】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法
【請求項３７】
電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法
【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回転電機システムに関し，特に弱め界磁制御により出力を制御する回転電機システム及び界磁制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石界磁と電機子との相対的回転によって電磁的に生ずる電力を取り出す発電機或いは電機子に供給する電流によって生ずる磁界と永久磁石界磁との相互作用により永久磁石界磁と電機子との相対的回転を生ずる電動機等の回転電機はエネルギー効率に優れ，永久磁石の発展に伴い日常的に広く使われている。しかしそのような回転電機は、界磁からの磁束が一定であるので電動機として用いられるにしても発電機として用いられるにしても広い回転速度範囲で常に最適の出力が得られる訳ではない。すなわち，電動機の場合は高速回転域では逆起電力（発電電圧）が高すぎる結果となって制御が困難となり，弱め界磁制御として界磁を弱める種々の手段が提案されている。また発電機の場合，広い回転速度に於いて発電電圧を所定のレベルとする為に専ら半導体による電子回路制御が用いられている。
【０００３】
しかしながら，電動機で広く採用されているベクトル制御の弱め界磁手段では回転に直接寄与しない電流を流す為にエネルギー損失を大とし，永久磁石励磁に制御用電流励磁を併用する場合は電動機の構造を複雑にし，エネルギー損失を伴う。さらに発電機の場合，入力である回転子の回転速度の変動範囲が大きいと定電圧化電子回路の負担も大となり，電子回路のコストに占める割合が著しく大となる。例えば，自動車ではエンジンの回転数の変動範囲は１０倍程度あり，使用される発電機はその広い変動範囲に適応する必要がある。特に電力が大になると電子回路のためのコスト負担が飛躍的に大となる。
【０００４】
したがって，回転電機装置の構成を工夫して電子回路制御を最小限に留めて装置全体としてのコストを低減する方策は以前から求められ，種々の提案が為されてきた。
【０００５】
特許文献１の提案は永久磁石を有する回転子を軸方向に２分し，一方を回転軸に対して偏倚制御させながら回転させ，電機子コイルと鎖交する界磁磁束の位相を制御して実効的に弱め界磁を実現した交流発電機を開示している。界磁磁束の位相制御による弱め界磁はその後も特許文献２から特許文献５等で開示されているが，回転子は２分したとしても質量が大であり，その偏倚制御には本体の回転電機の出力に近い力を発揮できるアクチュエータが必要であり，そのことが磁束位相制御による弱め界磁制御の普及を妨げている。
【特許文献１】米国特許３７１３０１５「ALTERNATING CURRENT GENERATOR HAVING A TWIN PM ROTOR WHICH IS ADJUSTABLE IN RESPONSE TO OUTPUT VOLTAGE」
【特許文献２】特開平１０−１５５２６２「磁石式ブラシレス電動機」
【特許文献３】特開２００１−０６９６０９「ハイブリッド車及び回転電機」
【特許文献４】特開２００１−３１４０６８「２ロータ型同期機」
【特許文献５】特開２００６−２６２６００「回転子およびこれを備えた回転電機」
【発明の開示】
【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，界磁磁束の位相制御による弱め界磁方法を適用した回転電機装置に於いて，小さな力にも拘わらず高速で応答制御可能な，弱め界磁制御方法，弱め界磁方式の回転電機および回転電機システム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の発明による発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段はロータを回転軸と共に回転するよう回転軸に保持すると共にロータ保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させる構成とし，発電機システムの出力に応じてロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する。
【０００８】
発電機は，界磁部が回転し電機子が静止する構造及びその逆の構造のいずれの構造も存在する。上記の本発明は永久磁石励磁の界磁部或いは電機子が回転する構成のいずれの発電機にも適用される。
【０００９】
実効的に界磁強度を制御するとは，２つの位相の異なる磁束を電機子コイルと鎖交させる事で磁束と電機子コイルとの相互作用の大きさを制御する意味である。
【００１０】
回転中には電機子と界磁部間で互いに力が作用し合っている。すなわち，電動機の場合は当然に引力であり，発電機の場合は反発力である。ロータを回転軸に保持して共に回転させ，保持力を緩めてフリー回転させると電機子と界磁部間の作用力に従いロータは回転軸に対して回転偏倚する。ロータ保持手段は分割された二つのロータを回転軸に対して保持し，何れかのロータの回転軸に対する保持力を一時的に緩めてロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を変える。
【００１１】
発電機システムの出力最適化の一つに定電圧発電機システムがある。入力である回転速度変動に対応して界磁強度を実効的に制御し，発電電圧を所定の値に維持する。
【００１２】
請求項２の発明は，請求項１記載の発電機システムに於いて，二つのロータ間に係合部を有し，係合部は二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする。
【００１３】
ロータが等分された場合，二つのロータ間の周方向角度長がゼロで電機子コイルの鎖交磁束量は実効的に最大となり，界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長と等しくなった点で鎖交磁束量は実効的に最小になる。更に二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えると界磁部と電機子間の作用力の方向が逆になり制御が複雑になるので二つのロータ間の周方向角度長を界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する。
【００１４】
請求項３の発明は，請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段はロータと回転軸間にクラッチ機構を有し，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００１５】
クラッチ機構は他にチャッキング機構，ブレーキ機構，トルクコンバータ等名称は異なるが趣旨を同じくする種々の構成で実現できる。定常回転ではクラッチ機構を介してロータを回転軸に保持して共に回転させ，二つのロータ間の周方向角度長を変える時のみ一方の回転軸に対するロータの保持力を緩めてフリー回転させる。フリー回転で発電機の場合にはロータが回転方向とは逆方向に駆動される事を利用して二つのロータ間の周方向角度長を制御する。
【００１６】
請求項４の発明は，請求項３記載の発電機システムに於いて，二つのロータは回転軸方向に並んで配置され，クラッチ機構は回転軸と共に回転する２枚のクラッチ円板及び２枚のクラッチ円板間に配置されて２枚のクラッチ円板を二つのロータそれぞれに接触するよう付勢するスプリング及びクラッチ円板それぞれを軸方向に偏倚させるアクチュエータとで構成され，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動し，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動して二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００１７】
請求項５の発明は，請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置したギア機構及びハウジング側に配置されたアクチュエータとを有し，アクチュエータはハウジングに固定されてロータ側の可動部を軸方向に駆動するよう構成され，ギア機構はラチェット機構とウオームギア機構を有してウオームギア機構がロータを回転軸に保持して回転力を伝達し，前記ラチェット機構は前記可動部の軸方向移動量を一方向回転に変え，ウオームギア機構が前記一方向回転の回転方向を変えてロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に偏倚させる構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のアクチュエータを駆動させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のアクチュエータを駆動させて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００１８】
軸方向に往復運動する可動部の振幅をラチェット機構で一方向回転に変え，さらにウオームギア機構がロータを回転方向と逆方向に駆動する回転に変える。界磁部と電機子間の作用力によりロータは常に回転方向とは逆方向の力を受け，ウオームギア機構がこの作用力に抗してロータを回転軸に保持している。ウオームギア機構を介してロータを回転方向とは逆方向に駆動する事はロータの保持力を緩める事と同じである。
【００１９】
請求項６の発明は，請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのリングギアのブレーキ機構を介して二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩めて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００２０】
電機子と界磁部間に作用する力により発電機の場合には回転軸の回転方向にリングギアを回転させようとする力がプラネタリギアを通じて働いている。したがって，二つのロータ双方の側のリングギアを完全に静止させると二つのロータの周方向角度長は変わらずに回転し，例えば一方のロータ側のリングギアをブレーキ解除してフリー回転させるとロータは回転軸の回転方向とは逆方向に偏倚して二つのロータ間の周方向角度長が変わる。リングギアの保持力を緩める事はロータの回転軸に対する保持力を緩める事と同じである。
【００２１】
請求項７の発明は，請求項１記載の発電機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアに配置したウオームギア機構及びモータで構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，ウオームギア機構がリングギアの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してリングギアを回転軸と同じ回転方向に偏倚させてリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変え，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変えて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００２２】
電機子と界磁部間に作用する力により発電機の場合には回転軸の回転方向にリングギアを回転させようとする力がプラネタリギアを通じて働いている。ウオームギア機構がこの作用力に抗してリングギアを静止させ，ロータを回転軸に保持している。ウオームギア機構を介してリングギアを回転軸と同じ回転方向に駆動する事はロータの保持力を緩めてロータを界磁部と電機子間の作用力方向に偏倚させる事と同じである。
【００２３】
請求項８の発明は，請求項１から７の何れかに記載の発電機システムに於いて，回転力を入力とし，制御装置は電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時はロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を大とし，発電電圧が所定の値より小の時はロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を小にし，発電電圧を所定の値に制御する事を特徴とする。
【００２４】
請求項９の発明による発電機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムであって，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成され，二つのステータそれぞれのステータ保持手段を有し，ステータ保持手段はステータをハウジング或いは固定軸に静止するよう保持すると共にステータの保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりステータを回転方向に回転偏倚させる構成とし，発電機システムの出力に応じてステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する。
【００２５】
発電機は，界磁部が回転し電機子が静止する構造及びその逆の構造のいずれの構造も存在する。上記の本発明は永久磁石励磁の界磁部或いは電機子がステータ側構成のいずれの発電機にも適用される。
【００２６】
電機子と界磁部間に作用する力により発電機の場合には回転軸の回転方向にステータが駆動される。二つのステータは通常は静止し，ステータ間の周方向角度長を変える時のみそれぞれの保持力を緩めて回転偏倚させる。電機子コイルの引き出し線はスリップリングを介して取り出している。
【００２７】
請求項１０の発明は，請求項９記載の発電機システムに於いて，二つのステータ間に係合部を有し，係合部は二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする。
【００２８】
ステータが等分された場合，二つのステータ間の周方向角度長がゼロで電機子コイルの鎖交磁束量は実効的に最大となり，界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長と等しくなった点で鎖交磁束量は実効的に最小になる。更に二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えると界磁部と電機子間の作用力の方向が逆になり制御が複雑になるので二つのステータ間の周方向角度長を界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する。
【００２９】
請求項１１の発明は，請求項９記載の発電機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれにブレーキ機構を有し，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するステータのブレーキ機構を一時的に緩め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するステータのブレーキ機構を一時的に緩めて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００３０】
ブレーキ機構は他にクラッチ機構，チャッキング機構等種々の類似構成で実現でき，名称は異なるが趣旨は同じである。定常回転ではブレーキ機構を介してステータをハウジング或いは固定軸に保持固定し，二つのステータ間の周方向角度長を変える時のみ一方のブレーキ機構を介してのハウジング或いは固定軸への固定を解除してフリー回転させる。発電機の場合にはフリー回転でステータが回転軸の回転方向に駆動される事を利用して二つのステータ間の周方向角度長を制御する。
【００３１】
請求項１２の発明は，請求項９記載の発電機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれに配置したウオームギア機構及びモータとより構成し，ウオームギア機構がステータの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してステータを回転軸と同じ回転方向に偏倚させてステータの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変え，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変えて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００３２】
回転中に電機子，界磁部間の作用力の方向，すなわちステータには回転軸と同じ回転方向に力が作用しており，ウオームギア機構は作用力に抗してステータを停止させている。ステータ間の周方向角度長を変える場合には，モータがウオームギア機構を駆動してステータを回転軸と同じ回転方向に駆動する。これはロータを保持する力を緩める事と同じであり，小出力のモータで二つのステータ間の周方向角度長を制御出来る。
【００３３】
請求項１３の発明は，請求項９記載の発電機システムに於いて，分割された電機子の電機子コイルはそれぞれ所定の相単位に結線され，分割された電機子間でそれぞれの相の電機子結線同士は直列に結線された構成とした事を特徴とする。
【００３４】
分割された電機子の電機子コイル間の結線量を少なくする為に分割された電機子それぞれで所定の相単位に結線した後に電機子間で同一相に属する電機子コイル同士を直列に結線する。
【００３５】
請求項１４の発明は，請求項９から１３の何れかに記載の発電機システムに於いて，回転力を入力とし，制御装置は電機子コイルに誘起される発電電圧が所定の値より大の時はステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を大とし，発電電圧が所定の値より小の時はステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を小にし，発電電圧を所定の値に制御する事を特徴とする。
【００３６】
請求項１５の発明は，による電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割されたロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段はロータを回転軸と共に回転するよう回転軸に保持すると共にロータ保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりロータを回転軸に対して回転方向に回転偏倚させる構成とし，電動機システムの出力に応じてロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する。
【００３７】
電動機は，界磁部が回転し電機子が静止する構造及びその逆の構造のいずれの構造も存在する。上記の本発明は永久磁石励磁の界磁部或いは電機子が回転する構成のいずれの電動機にも適用される。
【００３８】
回転中には電機子と界磁部間で互いに力が作用し合っている。すなわち，電動機の場合は当然に引力であり，ロータは常に回転方向に駆動される。ロータ保持手段は分割された二つのロータを回転軸に対して保持し，何れかのロータの回転軸に対する保持力を一時的に緩めてロータを回転軸に対して回転方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を変える。
【００３９】
電動機システムの出力最適化の一つに使用回転速度範囲を高速回転側に拡大する弱め界磁制御が有り，高回転速度域で弱め界磁として回転力及び回転速度を制御する電動機を含むシステムを実現する。
【００４０】
請求項１６の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータの回転軸に対する保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータの回転軸に対する保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのロータ間の周方向角度長を変える事を特徴とする。
【００４１】
二つのロータが相対的に偏倚しながら回転する場合，電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングは二つのロータ間の中間位置を基準に制御する。二つのロータに作用する回転駆動力は同じであるが，電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを前記基準位置から早めると先行するロータの回転駆動力が大に，駆動電流の切換タイミングを遅らせると後続するロータの回転駆動力が大になる。本発明では電機子と界磁部間に働く作用力を利用してロータを回転軸に対して偏倚させると共に，さらに偏倚させる側のロータへの作用力を増大させて二つのロータ間の周方向角度長を迅速に変える特徴がある。
【００４２】
請求項１７の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，二つのロータ間に係合部を有し，係合部は二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする。
【００４３】
請求項１８の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段はロータと回転軸間のクラッチ機構を有し，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のクラッチ機構を制御して前記ロータを回転軸に保持する力を緩めて回転軸に対して回転方向に回転偏倚させ，二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００４４】
請求項１９の発明は，請求項１８記載の電動機システムに於いて，二つのロータは回転軸方向に並んで配置され，クラッチ機構は回転軸と共に回転する２枚のクラッチ円板及び２枚のクラッチ円板間に配置されて２枚のクラッチ円板を二つのロータそれぞれに接触するよう付勢するスプリング及びクラッチ円板それぞれを軸方向に偏倚させるアクチュエータとで構成され，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動し，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータとクラッチ円板とを離す方向にアクチュエータを駆動して二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００４５】
請求項２０の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置したギア機構及びハウジング側に配置されたアクチュエータとを有し，アクチュエータはハウジングに固定されてロータ側の可動部を軸方向に駆動するよう構成され，ギア機構はラチェット機構とウオームギア機構を有してウオームギア機構がロータを回転軸に保持して回転力を伝達し，前記ラチェット機構は前記可動部の軸方向移動量を一方向回転に変え，ウオームギア機構が前記一方向回転の回転方向を変えてロータを回転軸に対して回転方向に偏倚させる構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のアクチュエータを駆動させ，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のアクチュエータを駆動させて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００４６】
請求項２１の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのリングギアのブレーキ機構を介して二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアを保持する力を一時的に緩めて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００４７】
請求項２２の発明は，請求項１５記載の電動機システムに於いて，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアに配置したウオームギア機構及びモータで構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合い，サンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，ウオームギア機構がリングギアの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してリングギアを回転軸と逆の回転方向に偏倚させてリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変え，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のモータを回転駆動させてリングギアの停止位置を変えて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００４８】
請求項２３の発明は，請求項１５から２２の何れかに記載の電動機システムに於いて，電機子コイルへの供給電流を入力とし，制御装置は回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする時にはロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を大にし，回転速度が所定の値より小で界磁強度を強める時にはロータ保持手段を制御して二つのロータ間の周方向角度長を小にし，回転力を最適に制御する事を特徴とする。
【００４９】
請求項２４の発明による電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成され，二つのステータそれぞれのステータ保持手段を有し，ステータ保持手段はステータをハウジング或いは固定軸に静止するよう保持すると共にステータの保持力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりステータを回転方向と逆方向に回転偏倚させる構成とし，電動機システムの出力に応じてステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を変え，実効的に界磁強度を制御して出力を最適化する制御装置を有する。
【００５０】
電動機は，界磁部が回転し電機子が静止する構造及びその逆の構造のいずれの構造も存在する。上記の本発明は永久磁石励磁の界磁部或いは電機子がステータ側構成のいずれの電動機にも適用される。
【００５１】
電機子と界磁部間に作用する力により電動機の場合には回転軸の回転方向とは逆の方向にステータが駆動される。二つのステータは通常は静止し，ステータ間の周方向角度長を変える時のみそれぞれの保持力を緩めて回転偏倚させる。電機子コイルの引き出し線はスリップリングを介して取り出している。
【００５２】
請求項２５の発明は，請求項２４記載の電動機システムに於いて，二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータの保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータの保持力を緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのステータ間の周方向角度長を変える事を特徴とする。
【００５３】
二つのステータが相対的に偏倚している電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングは二つのステータ間の中間位置を基準に制御する。二つのステータに作用する回転駆動力の反作用力は同じであるが，電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを前記基準位置から早めると回転方向に後続するステータに働く回転駆動力の反作用が大に，駆動電流の切換タイミングを遅らせると先行するステータに働く回転駆動力の反作用が大になる。本発明では電機子と界磁部間に働く作用力を利用してステータを偏倚させると共に，さらに偏倚させる側のステータに働く力を増大させて二つのステータ間の周方向角度長を迅速に変える特徴がある。
【００５４】
請求項２６の発明は，請求項２４記載の電動機システムに於いて，二つのステータ間に係合部を有し，係合部は二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する事を特徴とする。
【００５５】
請求項２７の発明は，請求項２４記載の電動機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれにブレーキ機構を有し，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータのブレーキ機構を一時的に緩め，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータのブレーキ機構を一時的に緩めて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００５６】
請求項２８の発明は，請求項２４記載の電動機システムに於いて，ステータ保持手段は二つのステータそれぞれに配置したウオームギア機構及びモータとより構成し，ウオームギア機構がステータの停止位置を保持すると共にモータがウオームギアを回転駆動してステータを回転軸と逆の回転方向に偏倚させてステータの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのステータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に後続するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変え，二つのステータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に先行するステータ側のモータを回転駆動させてステータの停止位置を変えて二つのステータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００５７】
請求項２９の発明は，請求項２４記載の電動機システムに於いて，分割された電機子の電機子コイルはそれぞれ所定の相単位に結線され，分割された電機子間でそれぞれの相の電機子結線同士は直列に結線された構成とした事を特徴とする
請求項３０の発明は，請求項２４から２９の何れかに記載の電動機システムに於いて，電機子コイルへの供給電流を入力とし，制御装置は回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする時にはステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を大にし，回転速度が所定の値より小で界磁強度を強める時にはステータ保持手段を制御して二つのステータ間の周方向角度長を小にし，回転力を最適に制御する事を特徴とする。
【００５８】
請求項３１の発明による電動機システムは，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムであって，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成され，二つのロータ間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長を越えないよう規制する契合部を二つのロータ間に有し，二つのロータそれぞれと回転軸間のロータ保持手段を有し，ロータ保持手段は二つのロータそれぞれと回転軸間に配置した遊星ギア機構及びリングギアのブレーキ機構で構成され，遊星ギア機構はプラネタリギアがサンギア及びリングギアと噛み合う構成としてサンギアはロータに固定され，プラネタリギア軸の支持枠は回転軸に固定される構成とし，リングギアのブレーキ機構はリングギアの停止位置を保持すると共にリングギアを保持する力を一時的に緩めて界磁部及び電機子間の作用力によりリングギアの停止位置を変える構成とし，制御装置は二つのロータ間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行するロータ側のリングギアのブレーキ機構を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，二つのロータ間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続するロータ側のリングギアのブレーキ機構を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて二つのロータ間の周方向角度長を制御する事を特徴とする。
【００５９】
請求項３２の発明は，発電機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法である。
【００６０】
請求項３３の発明は，発電機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する発電機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法である。
【００６１】
請求項３４の発明は，電動機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法である。
【００６２】
請求項３５の発明は，電動機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法である。
【００６３】
請求項３６の発明は，電動機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，回転側に配置された界磁部或いは電機子が２分割された二つのロータそれぞれが回転軸に対して回動可能に構成されると共に回転軸と共に回転するよう回転軸に保持され，回転方向に先行するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早めて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させ，回転方向に後続するロータの回転軸に保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて前記ロータを回転軸に対して回転方向と同じ方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させる方法である。
【００６４】
請求項３７の発明は，電動機システムが，軸と同心に径方向に互いに対向し且つ相対的に回転可能に配置された永久磁石励磁の界磁部及び電機子とより少なくとも構成され，電機子は径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯と磁性体歯に巻回された電機子コイルとを有し，界磁部は磁性体歯に対向して周方向に配列され，且つ隣接するもの同士の励磁極性が互いに異なる複数の磁極を有する電動機システムに於いて，ハウジング或いは固定軸に設けられた界磁部或いは電機子が軸と直交する平面で分割された二つのステータそれぞれがハウジング或いは固定軸に対して周方向に可動に構成されると共に静止するようハウジング或いは固定軸に保持され，回転方向に先行するステータを保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を増大させ，回転方向に後続するステータを保持する力を一時的に緩めると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早めて前記ステータを回転軸の回転方向と逆方向に回転偏倚させて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を減少させる方法
【発明の効果】
【００６５】
永久磁石励磁の界磁部を有する回転電機システムに於いて，軸方向に分割された界磁部或いは電機子それぞれを相対的に回動可能に構成して保持し，回転中に電機子と界磁部間に働く力の方向に分割された界磁部或いは電機子それぞれを偏倚制御する。小出力のアクチュエータで分割された界磁部或いは電機子同士間の周方向角度長を変えて実効的に電機子コイルと鎖交する界磁磁束量を制御可能とした。本発明により，回転電機に於いて磁束の位相制御による弱め界磁制御が容易となり，低コストで出力制御可能な回転電機システムを実現出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６６】
以下，図面に示した実施例を参照して，本発明の回転電機システムを詳細に説明する。
【実施例１】
【００６７】
本発明による回転電機システムの第一実施例を図１から図７を用いて説明する。第一実施例の回転電機は永久磁石励磁の発電機であって，界磁回転子が軸と直交する平面で二分された第１界磁回転子，第２界磁回転子を用いている。図１は回転電機の縦断面図，図２は電機子と界磁回転子との構成を示す断面図，図３は第１，第２界磁回転子の相対位置が回転方向にずれた場合の図２断面図の一部，図４は電機子・界磁部間の作用力とロータの偏倚制御方向を示す斜視図，図５は第１，第２界磁回転子間の相対位置を変える動作を示す断面図，図６は第１，第２界磁回転子間の係合部を示す斜視図，図７はは弱め界磁を行う発電機システムのブロック図をそれぞれ示す。
【００６８】
図１は永久磁石励磁された界磁部を回転子とする回転電機を示し，ハウジング１８には電機子１４及び電機子コイル１５が配置され，回転軸１１がベアリング１９を介してハウジング１８に回動可能に支持されている。回転軸１１と直交する平面で２分された第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３が回転軸１１に回動可能にベアリング１ａを介して配置され，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３は永久磁石を有する磁極部１６，磁性体より成るバックヨーク１７より構成される。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３は回転軸１１と共に回転し，各磁極部１６から発する磁束は電機子１４に流入し，電機子コイル１５と鎖交した後，各磁極部１６に環流する。
【００６９】
第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持するロータ保持手段はクラッチ機構及びクラッチ駆動部とから構成されている。
【００７０】
クラッチ機構は２枚のクラッチ円板１ｂ，１ｃ及びその中間に配置されてクラッチ円板１ｂ，１ｃそれぞれを第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に押しつけるスプリング１ｄとから構成されている。さらにクラッチ円板１ｂ，１ｃはそれぞれ突起１ｇ，１ｈを持ち，突起１ｇ，１ｈは回転軸１１の円筒壁に設けられたスリット又はスロットを貫通係合して回転軸１１とクラッチ円板１ｂ，１ｃ間で相互に回転力を伝達している。
【００７１】
クラッチ駆動部は回転軸１１を中空構造として，中空部内に軸方向に摺動可能に配設された小径部分１ｆを有する制御棒１ｅと，永久磁石１ｍ及び磁性体１ｋ及びコイル１ｊで構成されるアクチュエータとで構成され，永久磁石１ｍは制御棒１ｅの端部に固定されてコイル１ｊを流れる電流により軸方向を左右に駆動される構成である。さらに制御棒１ｅの小径部分１ｆにはクラッチ円板１ｂ，１ｃの突起１ｇ，１ｈが回転軸１１の円筒壁に設けられたスリット又はスロットを貫通して係合する構成としている。
【００７２】
図２は図１のＡ−Ａ’に沿う電機子１４及び回転子１２の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付して示している。
【００７３】
同図に於いて，電機子１４はハウジング１８に固定され，径方向に伸び，周方向に空隙を挟んで配置される複数の磁性体歯２１と磁性体歯２１に巻回された電機子コイル１５とで構成されている。番号１５は磁性体歯２１に巻回された電機子コイルを総称して示し，各電機子コイル同士は更に三相の回転電機仕様に基づいて結線されている。
【００７４】
電機子１４と径方向に対向する界磁部を構成する磁極部１６は，周方向に隣接するもの同士で磁化方向が互いに異なるよう配置された永久磁石片２２と，永久磁石片２２間の非磁性体２３とで構成されている。番号２４はバックヨーク１７を支持する非磁性体のロータ支持体である。永久磁石片２２に付された矢印は磁化方向を示し，同一方向の磁化方向を持つ永久磁石片２２間の最小の周方向角度長２５を単位として周期的に配置されている。
【００７５】
図３は図２の一部を拡大して第１界磁回転子１２と，第２界磁回転子１３との関係を示す為の図であり，図３（ａ）は電機子１４と第１界磁回転子１２とを，図３（ｂ）は電機子１４と第２界磁回転子１３とをそれぞれ示す。第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２に対して周方向に偏倚し，番号３１は第１界磁回転子１２と，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を示す。
【００７６】
図１−３に於いて，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３は回転角度長３１だけ偏倚した状態で回転し，電機子１４の磁性体歯２１には第１界磁回転子１２および，第２界磁回転子１３からの磁束が流入し，電機子コイル１５と鎖交する。流入する磁束量は磁性体歯２１と永久磁石片２２との相対位置関係で異なる。
【００７７】
第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３から流入して電機子コイル１５と鎖交する磁束量を近似的にＡ＊ｓｉｎ（ωｔ），Ａ＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ）と表すと電機子コイル１５と鎖交する総磁束量はこれらの和であり，２Ａｃｏｓ（φ／２）＊ｓｉｎ（ωｔ＋φ／２）と表される。但し，Ａは定数で磁極部１６及び磁性体歯２１の寸法諸元，永久磁石片２２の磁束密度等で決まる数値であり，第１界磁回転子１２および第２界磁回転子１３の軸方向長さは回転子を２等分としたので同じ値とされている。ωは角周波数で回転軸１１の回転速度及び周方向の磁極数に比例する量であり，ｔは時刻を示す。位相φは第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との間の周方向角度長３１に比例する量であり，２π＊［番号３１］／［番号２５］である。［番号３１］及び［番号２５］をそれぞれ番号３１及び番号２５で示す周方向角度長としている。
【００７８】
合成された鎖交磁束量の振幅は２Ａｃｏｓ（φ／２）であり，φ＝０，すなわち［番号３１］＝０で最大であり，φ＝π，すなわち［番号３１］＝［番号２５］／２の時に振幅はゼロとなる。前者は第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との相対偏倚がゼロの場合で磁性体歯２１に流入する磁束量は最大であり，後者は第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３の磁石片２２の磁化方向が丁度逆となって磁性体歯２１に流入する場合に相当する。したがって，第２界磁回転子１３の第１界磁回転子１２に対する周方向角度長［番号３１］は最小値を０，最大値を［番号２５］／２として電機子コイル１５の鎖交磁束量を１００％制御できる。
【００７９】
回転電機が圧電機である場合に第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を図４を用いて説明し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制御する原理を説明する。図４（ａ）は発電機の場合に第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を示す。発電機の場合は界磁部と電機子間には常に反発し合う力が働いている。矢印４１は回転軸１１の回転方向を示し，矢印４２，４３はそれぞれ第２界磁回転子１３，電機子１４に作用している力の方向を示す。第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３には常に回転方向４１とは逆方向である矢印４２で示す力が働いているので，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３の何れか一方の回転軸への保持力を緩めると，矢印４２の方向の作用力を受けて回転速度が小となり，両者間の周方向角度長が変わる。図４（ｂ）は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３それぞれの回転軸１１に対する保持力を緩めた場合，回転軸１１に対して偏倚する方向をそれぞれ矢印４４，４５で示している。
【００８０】
本発明では回転中に回転電機内の第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３に作用する力を利用してそれぞれの界磁回転子を偏倚させるので偏倚させる為に別途の力は不要であり，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持する手段の制御に要する小さな力のみを必要とする。界磁回転子を偏倚させる方向は一方向であるので制御に際しては第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３の何れが回転方向に先行しているか等の状態を把握して制御する。
【００８１】
図４を用いて発電機の場合に第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を説明したが，上記説明は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が周方向に隣接する異種磁極中心間の周方向角度長，すなわち［番号２５］／２より小さい場合に限定され，［番号２５］／２を越えると作用力の方向は逆転する。また，上記に説明した界磁部と電機子間の作用力は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３が１ピッチの間，すなわち［番号２５］相当の周方向角度長を偏倚する間の平均値であって瞬時的には変動があり，逆方向の作用力となる場合もある。界磁部と電機子間の作用力の瞬時的な変動は本発明の原理作用には影響しないので説明は省略する。
【００８２】
図１及び図５を用いて第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との間の周方向角度長を制御する為の機構及び動作を説明する。クラッチ円板１ｂ，１ｃの突起１ｇ，１ｈは回転軸１１のスロットに貫入してその軸方向側辺に係合して回転軸１１との間に相互に回転力が伝達され，さらにスプリング１ｄはクラッチ円板１ｂ，１ｃをそれぞれ第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に押しつけているので第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３と回転軸１１との間にも相互に回転力が伝達されている。
【００８３】
制御棒１ｅを軸方向に駆動するアクチュエータは円筒状の磁性体１ｋと円筒状コイル１ｊとより構成され，コイル１ｊに供給される電流の向きに応じて制御棒１ｅに固定された永久磁石１ｍに作用して制御棒１ｅを軸方向左右に駆動制御する。
【００８４】
コイル１ｊに電流が供給されない場合は、スプリング１ｄがクラッチ円板１ｂ，１ｃを第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に夫々、押しつけるので双方の界磁回転子と回転軸１１は共に回転し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長は変わらない。この状態が図１に示されている。
【００８５】
図５（ａ）では第１界磁回転子１２と回転軸１１間で回転力が伝達されない場合を示す。コイル１ｊに電流が供給されて永久磁石１ｍを吸引し，制御棒１ｅを図において右方向に駆動すると制御棒１ｅの小径部１ｆに係合する突起１ｇが小径部１ｆの左端壁により右方向への力を受け，スプリング１ｄを圧縮してクラッチ円板１ｂを第１界磁回転子１２から離す。発電機では回転中に界磁回転子は電機子１４から常に矢印４２方向の力を受けるので，第１界磁回転子１２は矢印４２方向の力によって減速し，第２界磁回転子１３との周方向角度長を変える。
【００８６】
図５（ｂ）では逆に第２界磁回転子１３と回転軸１１間で回転力が伝達されない場合を示す。コイル１ｊに逆方向の電流が供給されて永久磁石１ｍを反発させ，制御棒１ｅを左方向に駆動すると制御棒１ｅの小径部１ｆに係合する突起１ｈが小径部１ｆの右端壁により左方向への力を受け，スプリング１ｄを縮めてクラッチ円板１ｃを第２界磁回転子１３から離す。第２界磁回転子１３は矢印４２方向の力によって減速し，第１界磁回転子１２との周方向角度長を変える。
【００８７】
図５（ａ），５（ｂ）に示すように第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３の周方向角度長を変える事が出来るが，何れが回転方向に先行しているかで制御する側を変える。第１界磁回転子１２が第２界磁回転子１３より回転方向に先行している場合，両者間の周方向角度長を大にするには第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持する力を緩めてフリー回転させ，逆に両者の周方向角度長を小にするには第１界磁回転子１２を回転軸１１に保持する力を緩めてフリー回転させる。
【００８８】
図６は第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との係合部を示す図であり，図６（ａ）は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間に両者の周方向角度長を［番号２５］／２未満に規制する係合部６１を示す。［番号２５］／２は周方向に隣接する異種磁極中心間の周方向角度長に相当する。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が［番号２５］／２に等しい場合には電機子，界磁部間に力が作用せず偏倚制御が不可能になるのでこの値を超えないように第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制限する。
【００８９】
図６（ｂ）は更に係合部６１の詳細を示し，第１界磁回転子１２の凹部６４に第２界磁回転子１３の凸部６５が係合させている。凹部６４内を凸部６５が動ける周方向角度長は番号６２と番号６３とで示す周方向角度長の和であるが，これは［番号２５］／２より小さい値に設定されている。
【００９０】
第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３の何れが回転方向に先行しているかにより制御する側が変わるので両者の回転角度位置はホール素子による磁極検知で常に把握して制御する事が望ましい。しかし，図６に示す係合部により常に第２界磁回転子１３が回転方向に先行し，両者間の周方向角度長が［番号２５］／２未満に限定されるので第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長制御に当たってはそれぞれの回転角度位置の検知を不要に出来る。
【００９１】
図６に於いて，理解しやすいように係合部６１を第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３の外周表面に配置するよう図示したが，望ましくは磁極面積を減少させないよう外周表面を避けて内周側の適当な位置に配置する。
【００９２】
図７は弱め界磁制御を行う発電機システムのブロック図を示す。発電機７１は入力７２，出力７３を有するとし，制御装置７５は出力７３及び回転子の位置を含む状態信号７４を入力として制御信号７６を介して発電機７１を制御する。この場合，入力７２は回転力であり，出力７３は発電電力となる。
【００９３】
以下に弱め界磁制御を行って定電圧発電機システムとする例を説明する。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３である発電電圧を所定の電圧と比較し，発電電圧が所定の値より大であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするよう制御棒１ｅを右方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給して第１界磁回転子１２を矢印４４の方向に偏倚をさせ，発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう制御棒１ｅを左方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給して第２界磁回転子１３を矢印４５の方向に偏倚させ，出力７３である発電電圧を所定の値に制御する。
【００９４】
以上説明した，第一の実施例によれば、電機子コイルと鎖交する磁束の位相を制御し，エネルギー効率を損なわずに発電機出力を制御できる。磁束の位相制御の為に第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を変えるが，電機子が第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に作用する力を利用するのでアクチュエータに大きな力を必要とせず，またアクチュエータの動作は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を変える時のみで制御の為に大きなエネルギー損失を伴わない。
【実施例２】
【００９５】
本発明による第二実施例を図１，２，３，５，６，８，９を用いて説明する。第二実施例は図１に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図１，２，３，５，６は第一実施例と共通である。図８は電機子・界磁部間の作用力とロータの偏倚制御方向を示す斜視図，図９はは弱め界磁を行う電動機システムのブロック図をそれぞれ示す。第二実施例は第一の実施例で説明した発電機と同じ構成の電動機であり，ロータの偏倚制御の方向のみが異なる。図１，２，３，５，６に示した回転電機構成の説明は省略し，以下では異なっている部分に集中して説明する。
【００９６】
電動機に於いて第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力は図４を用いて説明した発電機の場合とは異なる。電動機の場合に於いて第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を図８を用いて説明し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制御する原理を説明する。
【００９７】
図８（ａ）は電動機の場合に第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を示す。電動機の場合は界磁部と電機子間には常に引き合う力が働いている。矢印４１は回転軸１１の回転方向を示し，矢印８１，８２はそれぞれ第２界磁回転子１３，電機子１４に作用している力の方向を示す。第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３には常に回転方向４１と同じ方向である矢印８１で示す力が働いているので，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３の何れか一方の回転軸への保持力を緩めると，矢印８１の方向の作用力を受けて回転速度が大となり，両者間の周方向角度長が変わる。図８（ｂ）は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３それぞれの回転軸１１に対する保持力を緩めた場合，回転軸１１に対して偏倚する方向をそれぞれ矢印８３，８４で示している。
【００９８】
本発明では回転中に電動機内の第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３に作用する力を利用してそれぞれの界磁回転子を偏倚させるので偏倚させる為に別途の力は不要であり，第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持する手段の制御に要する小さな力のみを必要とする。界磁回転子を偏倚させる方向は一方向であるので制御に際しては第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３の何れが回転方向に先行しているか等の状態を把握して制御する。
【００９９】
図８を用いて第１界磁回転子１２及び第２界磁回転子１３と電機子１４間に作用する力を説明したが，上記説明は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が周方向に隣接する異種磁極中心間の周方向角度長，すなわち［番号２５］／２より小さい場合に限定され，［番号２５］／２を越えると作用力の方向は逆転する。また，上記に説明した界磁部と電機子間の作用力は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３が１ピッチの間，すなわち［番号２５］相当の周方向角度長を偏倚する間の平均値であって瞬時的には変動があり，逆方向の作用力となる場合もある。界磁部と電機子間の作用力の瞬時的な変動は本発明の原理作用には影響しないので説明は省略する。
【０１００】
図１及び図５を用いて第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との間の周方向角度長を制御する為の機構及び動作を説明する。クラッチ円板１ｂ，１ｃの突起１ｇ，１ｈは回転軸１１のスロットに貫入してその軸方向側辺に係合して回転軸１１へ回転力が伝達され，さらにスプリング１ｄはクラッチ円板１ｂ，１ｃをそれぞれ第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に押しつけているので第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３は回転軸と共に回転している。
【０１０１】
制御棒１ｅを軸方向に駆動するアクチュエータは円筒状の磁性体１ｋと円筒状コイル１ｊとより構成され，コイル１ｊに供給される電流の向きに応じて制御棒１ｅに固定された永久磁石１ｍに作用して制御棒１ｅを軸方向左右に駆動制御する。
【０１０２】
コイル１ｊに電流が供給されない場合は、スプリング１ｄがクラッチ円板１ｂ，１ｃを第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３に夫々、押しつけるので双方の界磁回転子から回転軸１１に回転力が伝達され，回転軸１１及び第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３は同じ回転数で回転し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長は変わらない。この状態が図１に示されている。
【０１０３】
図５（ａ）では第１界磁回転子１２から回転軸１１に回転力を伝達しない場合を示す。コイル１ｊに電流が供給されて永久磁石１ｍを吸引し，制御棒１ｅを図において右方向に駆動すると制御棒１ｅの小径部１ｆに係合する突起１ｇが小径部１ｆの左端壁により右方向への力を受け，スプリング１ｄを圧縮してクラッチ円板１ｂを第１界磁回転子１２から離す。電動機では回転中に界磁回転子は電機子１４から常に矢印８１方向の力を受けるので，第１界磁回転子１２は矢印８１方向の力によって加速し，第２界磁回転子１３との周方向角度長を変える。
【０１０４】
図５（ｂ）では逆に第２界磁回転子１３から回転軸１１に回転力を伝達しない場合を示す。コイル１ｊに逆方向の電流が供給されて永久磁石１ｍを反発させ，制御棒１ｅを左方向に駆動すると制御棒１ｅの小径部１ｆに係合する突起１ｈが小径部１ｆの右端壁により左方向への力を受け，スプリング１ｄを縮めてクラッチ円板１ｃを第２界磁回転子１３から離す。第２界磁回転子１３は矢印８１方向の力によって加速し，第１界磁回転子１２との周方向角度長を変える。
【０１０５】
図５（ａ），５（ｂ）に示すように第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３の周方向角度長を変える事が出来るが，何れが回転方向に先行しているかで制御する側を変える。第１界磁回転子１２が第２界磁回転子１３より回転方向に先行している場合，両者間の周方向角度長を大にするには第１界磁回転子１２を回転軸１１に保持する力を緩めてフリー回転させ，逆に両者の周方向角度長を小にするには第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持する力を緩めてフリー回転させる。
【０１０６】
図９は弱め界磁制御を行う電動機システムのブロック図を示す。電動機９１は駆動回路９７により電機子コイル１５に駆動電流９２を出力して電動機９１を回転駆動し，出力９３を有するとし，制御装置９５は出力９３及び回転子の位置を含む状態信号９４を入力として制御信号９６を介して電動機９１の界磁強度を制御する。この場合，出力９３は回転駆動力，回転速度となる。
【０１０７】
以下に弱め界磁制御を行って電動機の出力を最適に制御するシステムを説明する。制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするよう制御棒１ｅを左方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給して第２界磁回転子１３を矢印８４の方向に偏倚をさせ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう制御棒１ｅを右方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給して第１界磁回転子１２を矢印８３の方向に偏倚させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例３】
【０１０８】
本発明による回転電機システムの第三実施例を図１０，１１を用いて説明する。第三実施例の回転電機は永久磁石励磁の発電機である。図１０は第三実施例に於ける回転電機の縦断面図，図１１は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図である。第三実施例では図１０に示す回転電機を発電機として，弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図を用いて説明する。第三実施例は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制御する手段が第一実施例と異なるのみで他の部分は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１０９】
第三実施例に於いて第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３のロータ保持手段は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３と回転軸１１間に配置した遊星ギア機構及びリングギア保持手段とで構成される。図１０では第２界磁回転子１３に関するロータ保持手段の構成部分に番号を付され，さらに図１１にそのロータ保持手段の平面図を示して構成及び動作を説明される。第１界磁回転子１２に関するロータ保持手段の構成は第２界磁回転子１３と同じである。
【０１１０】
図１０，１１に於いて，第２界磁回転子１３のためのロータ保持手段の遊星ギア機構は，サンギア１０１，プラネタリギア１０２，プラネタリギア軸支持枠１０３，リングギア１０４とから構成される。プラネタリギア１０２は周方向に３個配置されてサンギア１０１とリングギア１０４とに噛み合うよう配置され，サンギア１０１は第２界磁回転子１３に，プラネタリギア軸支持枠１０３は回転軸１１にそれぞれ固定されている。
【０１１１】
リングギア保持手段は，リングギア１０４の外周部のギア及びウオームギア１０５及びモータ１１１とで構成される。モータ１１１はウオームギア１０５を介してリングギア１０４の外周部のギアを回転駆動する。回転プーリ１０７は３個有り，リングギア１０４をハウジング１８に回動可能に支持している。
【０１１２】
第１界磁回転子１２側のロータ保持手段は第２界磁回転子１３側のものと同じ構成であり，番号１０６は第１界磁回転子１２側のウオームギアを示す。
【０１１３】
第１界磁回転子１２と第２界磁回転子１３との間には図６に示す係合部を有し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の相対偏倚回転角度長が［番号２５］／２を超えないように第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の相対偏倚を制限している。
【０１１４】
図１１を用いてロータ保持手段の動作を説明する。回転軸１１が回転すると，プラネタリギア軸支持枠１０３も共に回転し，リングギア１０４はウオームギア１０５により回転が止められているのでプラネタリギア１０２が回転してサンギア１０１及び第２界磁回転子１３を回転軸１１と同じ方向に回転させる。第２界磁回転子１３の回転速度はサンギア１０１とリングギア１０４とのギア比で決まり，この場合は増速回転となる。
【０１１５】
矢印１１２は回転軸１１及びプラネタリギア軸支持枠１０３の回転方向を，矢印１１３はサンギア１０１及び第２界磁回転子１３の回転方向をそれぞれ示す。第２界磁回転子１３には図４を用いて説明したように回転方向１１３とは逆方向４２の力が作用し，リングギア１０４には矢印１１４に示す方向の力が働いている。
【０１１６】
第２界磁回転子１３の回転偏倚は本発明の趣旨に沿ってモータ１１１がウオームギア１０５を回転させてリングギア１０４を矢印１１４で示す力の方向に偏倚させる事で為される。即ち、第２界磁回転子１３の回転速度は遅くなり，第１界磁回転子１２との周方向角度長が変えられる。
【０１１７】
上記構成に於いて，回転中にはリングギア１０４に矢印１１４で示す方向の力が働き，ウオームギア１０５はリングギア１０４の回転を制止するストッパーの役割を果たしている。ウオームギア１０５によりリングギア１０４を矢印１１４で示す方向に偏倚させる事は保持する力を緩めてストッパーの位置を変える事と同義である。したがって第２界磁回転子１３の偏倚は電機子１４が第２界磁回転子１３に作用する矢印４２方向の力によって為されるのでモータ１１１は小出力で十分である。
【０１１８】
第三実施例の弱め界磁制御を行う発電機システムは、図７のブロック図を用いて説明される。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の係合部により第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして発電機システムは以下のように制御される。
【０１１９】
第三実施例の発電機７１に於いて，弱め界磁制御が行われて定電圧発電機システムとして機能する例である。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３の発電電圧を所定の電圧と比較し，所定の値より大であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようウオームギア１０６を介して第１界磁回転子１２側のリングギアを矢印１１４の方向に偏倚させて第１界磁回転子１２の回転速度を低下させ，発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするようウオームギア１０５を介してリングギア１０４を矢印１１４の方向に偏倚させて第２界磁回転子１３の回転速度を低下させる。
【実施例４】
【０１２０】
本発明による第四実施例を図１０，１２を用いて説明する。第四実施例は図１０に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図１０は第三実施例と共通である。図１２は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図であり，図１１と同じ構成を示すが偏倚制御させる方向のみが異なっている。第四実施例では図１０に示す回転電機を電動機として，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図を用いて説明する。第四実施例は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制御する手段が第三実施例と同じであり，偏倚制御させる方向が異なるのみで他の部分は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１２１】
第四実施例の電動機の構成は図１０，１１を用いて第三の実施例で説明されたので，１２を用い，第四実施例に於ける電動機のロータ保持手段の動作を以下に説明する。
【０１２２】
図１２に於いて，第２界磁回転子１３がサンギア１０１と共に矢印１２３の方向に回転駆動されると，リングギア１０４はウオームギア１０５により回転が止められているのでプラネタリギア１０２が回転してプラネタリギア軸支持枠１０３及び回転軸１１を回転させる。回転軸１１の回転速度はサンギア１０１とリングギア１０４とのギア比で決まり，この場合は減速回転となる。
【０１２３】
矢印１２２は回転軸１１及びプラネタリギア軸支持枠１０３の回転方向を，矢印１２３はサンギア１０１及び第２界磁回転子１３の回転方向をそれぞれ示す。電動機の場合，第２界磁回転子１３には図８を用いて説明したように回転方向１２３とは同じ方向８１の力が作用し，リングギア１０４には矢印１２４に示す方向の力が働いている。
【０１２４】
第２界磁回転子１３の回転偏倚は本発明の趣旨に沿ってモータ１１１がウオームギア１０５を回転させてリングギア１０４を矢印１２４で示す力の方向に偏倚させる事で為される。即ち、第２界磁回転子１３の回転速度は速くなり，第１界磁回転子１２との周方向角度長が変えられる。
【０１２５】
上記構成に於いて，回転中にはリングギア１０４に矢印１２４で示す方向の力が働き，ウオームギア１０５はリングギア１０４の回転を制止するストッパーの役割を果たしている。ウオームギア１０５によりリングギア１０４を矢印１２４で示す方向に偏倚させる事は保持する力を緩めてストッパーの位置を変える事と同義である。したがって第２界磁回転子１３の偏倚は電機子１４が第２界磁回転子１３に作用する矢印８１方向の力によって為されるのでモータ１１１は小出力で十分である。
【０１２６】
第四実施例の弱め界磁制御を行う電動機システムは、図９のブロック図を用いて説明される。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の係合部により第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして電動機システムは以下のように制御される。
【０１２７】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようウオームギア１０５を介してリングギア１０４を矢印１２４の方向に偏倚させて第２界磁回転子１３の回転速度を増加させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう第１界磁回転子１２側のリングギアを矢印１２４の方向に偏倚させて第１界磁回転子１２の回転速度を増大させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例５】
【０１２８】
本発明による回転電機システムの第五実施例を図１３，１４を用いて説明する。第五実施例の回転電機は永久磁石励磁の電動機である。図１３は第五実施例に於ける回転電機の縦断面図，図１４は電機子と界磁回転子との構成を示す断面図である。第五実施例は電機子と界磁回転子との構成が第四実施例と異なるのみで他は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１２９】
図１３に於いて，第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２はベアリングを介して回転軸１１及びハウジング１８に対して回動自在に構成され，電機子１３３はハウジング１８に固定され，回転軸１１を取り囲んで内周側から第１界磁回転子１３１，電機子１３３，第２界磁回転子１３２が配置された構成である。第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２を回転軸に保持するロータ保持手段及びその他の構成は図１０に示した第三，第四の実施例と同じであるので説明は省略する。
【０１３０】
図１４は図１３のＢ−Ｂ’に沿う断面図であり，第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２，電機子１３３の断面構成を示している。第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２は永久磁石１４１と非磁性体１４２とで構成され，第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２に於ける永久磁石１４１の磁化方向は同図に示すように径方向に向き合っている。電機子１３３は磁性体１４３及び電機子コイル１４４より構成され，電機子コイル１４４の巻かれた磁性体１４３の空隙は内周側の第１界磁回転子１３１，外周側の第２界磁回転子１３２に対向し，第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２それぞれの永久磁石１４１からの磁束が電機子コイル１４４と鎖交するよう構成される。
【０１３１】
第四実施例では二つのロータが軸方向に並んだが，第五実施例では二つのロータである第１界磁回転子１３１，第２界磁回転子１３２が電機子１３３を径方向に挟んで並ぶ構成であり，配置構成が異なるが，ロータ保持手段及びその動作は第四の実施例と同じであるのでロータ保持手段の説明等は省略する。
【実施例６】
【０１３２】
本発明による回転電機システムの第六実施例を図１５，１６を用いて説明する。第六実施例の回転電機は永久磁石励磁の発電機である。図１５は第六実施例に於ける回転電機の縦断面図，図１６は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図である。第六実施例では図１５に示す回転電機を発電機として，弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図に示される。第六実施例はロータ保持手段の一部構成が第三実施例と異なるのみで他は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１３３】
第六実施例に於いて第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３のロータ保持手段は第三実施例と同じく第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３と回転軸１１間に配置した遊星ギア機構及びリングギア保持手段とで構成され，第三実施例との相違点はリングギア保持手段の構成である。図１５では第２界磁回転子１３に関するロータ保持手段の構成部分に番号を付され，さらに図１６にそのロータ保持手段の平面図を示して構成及び動作を説明される。第１界磁回転子１２に関するロータ保持手段の構成は第２界磁回転子１３と同じである。
【０１３４】
図１５，１６に於いて，第２界磁回転子１３のためのロータ保持手段の遊星ギア機構は，サンギア１０１，プラネタリギア１０２，プラネタリギア軸支持枠１０３，リングギア１０４とから構成される，プラネタリギア１０２は周方向に３個配置されてサンギア１０１とリングギア１０４とに噛み合うよう配置され，サンギア１０１は第２界磁回転子１３に，プラネタリギア軸支持枠１０３は回転軸１１にそれぞれ固定されている。
【０１３５】
第六実施例のリングギア保持手段は，リングギアのブレーキ機構であり，図１５にはリングギア１０４のブレーキシュー１５１及び第１界磁回転子１２側リングギアのブレーキシュー１５２が示されている。図１６に示すように二つのアーム１６１がハウジング１８に固定されたピン１６２を中心に回動自在に配置され，アーム１６１にはブレーキシュー１５１が配置されてリングギア１０４に接し，さらにアーム１６１の他端にはスプリング１６３，及び楕円軸１６４が配置されている。
【０１３６】
スプリング１６３は二つのアーム１６１の間隔を小としてブレーキシュー１５１をリングギア１０４に押しつける構成とし，楕円軸１６４はステップモータ１６５により回転駆動されて二つのアーム１６１の間隔を制御する構成である。常時は楕円軸１６４の小径部分が二つのアーム１６１に接し，スプリング１６３により二つのアーム１６１の間隔は小に付勢され，ブレーキシュー１５１がリングギア１０４に押しつけられてリングギア１０４は静止している。
【０１３７】
回転軸１１が回転すると，プラネタリギア軸支持枠１０３も共に回転し，リングギア１０４はブレーキシュー１５１により回転が止められているのでプラネタリギア１０２が回転してサンギア１０１及び第２界磁回転子１３を回転軸１１と同じ方向に回転させる。第２界磁回転子１３の回転速度はサンギア１０１とリングギア１０４とのギア比で決まり，この場合は増速回転となる。
【０１３８】
矢印１１２は回転軸１１及びプラネタリギア軸支持枠１０３の回転方向を，矢印１１３はサンギア１０１及び第２界磁回転子１３の回転方向をそれぞれ示す。第２界磁回転子１３には図４を用いて説明したように回転方向１１３とは逆方向４２の力が作用し，リングギア１０４には矢印１１４に示す方向の力が働いている。
【０１３９】
第２界磁回転子１３の回転偏倚は本発明の趣旨に沿ってステップモータ１６５が楕円軸１６４を回転させ，大径部分で二つのアーム１６１の間隔をスプリング１６３に抗して拡大し，ブレーキシュー１５１をリングギア１０４から離してリングギア１０４をフリー回転させる事で為される。リングギア１０４は矢印１１４で示す力の方向に偏倚し，第２界磁回転子１３の回転速度は遅くなり，第１界磁回転子１２との周方向角度長が変えられる。
【０１４０】
第六実施例の弱め界磁制御を行う発電機システムは、図７のブロック図を用いて説明される。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の係合部により第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして発電機システムは以下のように制御される。
【０１４１】
第六実施例の発電機７１に於いて，弱め界磁制御が行われて定電圧発電機システムとして機能する例である。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３の発電電圧を所定の電圧と比較し，所定の値より大であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようブレーキシュー１５２をリングギアから離すよう制御して第１界磁回転子１２側のリングギアを矢印１１４の方向に偏倚させて第１界磁回転子１２の回転速度を低下させ，発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするようブレーキシュー１５１をリングギアから離すよう制御してリングギア１０４を矢印１１４の方向に偏倚させて第２界磁回転子１３の回転速度を低下させる。
【実施例７】
【０１４２】
本発明による第七実施例を図１５，１７を用いて説明する。第七実施例は図１５に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図１５は第六実施例と共通である。図１７は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図である。弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図に示される。第七実施例は図１５，１６に示した第六実施例の発電機と同じ構造であり，偏倚制御する方向が第六実施例と異なるのみで他は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１４３】
第七実施例のリングギア保持手段は，第六実施例と同じで既に図１５，１６を用いて構成は説明されているので図１７を参照して動作のみを説明する。
【０１４４】
図１７に於いて，スプリング１６３は二つのアーム１６１の間隔を小としてブレーキシュー１５１をリングギア１０４に押しつける構成とし，楕円軸１６４はステップモータ１６５により回転駆動されて二つのアーム１６１の間隔を制御する構成である。常時は楕円軸１６４の小径部分が二つのアーム１６１に接し，スプリング１６３により二つのアーム１６１の間隔は小に付勢され，ブレーキシュー１５１がリングギア１０４に押しつけられてリングギア１０４は静止している。
【０１４５】
第２界磁回転子１３がサンギア１０１と共に矢印１２３の方向に回転駆動されると，リングギア１０４はブレーキシュー１５１により回転が止められているのでプラネタリギア１０２が回転してプラネタリギア軸支持枠１０３及び回転軸１１を回転させる。回転軸１１の回転速度はサンギア１０１とリングギア１０４とのギア比で決まり，この場合は減速回転となる。
【０１４６】
矢印１２２は回転軸１１及びプラネタリギア軸支持枠１０３の回転方向を，矢印１２３はサンギア１０１及び第２界磁回転子１３の回転方向をそれぞれ示す。第２界磁回転子１３には図８を用いて説明したように回転方向１２３とは同じ方向８１の力が作用し，リングギア１０４には矢印１２４に示す方向の力が働いている。
【０１４７】
第２界磁回転子１３の回転偏倚は本発明の趣旨に沿ってステップモータ１６５が楕円軸１６４を回転させ，大径部分で二つのアーム１６１の間隔をスプリング１６３に抗して拡大し，ブレーキシュー１５１をリングギア１０４から離してリングギア１０４をフリー回転させる事で為される。リングギア１０４は矢印１２４で示す力の方向に偏倚し，第２界磁回転子１３の回転速度は速くなり，第１界磁回転子１２との周方向角度長が変えられる。
【０１４８】
第七実施例の弱め界磁制御を行う電動機システムは、図９のブロック図を用いて説明される。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の係合部により第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして電動機システムは以下のように制御される。
【０１４９】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようブレーキシュー１５１をリングギアから離すよう制御してリングギア１０４を矢印１２４の方向に偏倚させて第２界磁回転子１３の回転速度を増加させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう第１界磁回転子１２側のブレーキシュー１５２をリングギアから離すよう制御してリングギアを矢印１２４の方向に偏倚させて第１界磁回転子１２の回転速度を増大させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例８】
【０１５０】
本発明による回転電機システムの第八実施例を図１８，図１９，図２０を参照して説明する。第八実施例の回転電機は永久磁石励磁の発電機である。図１８は第八実施例に於ける回転電機の縦断面図，図１９は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図，図２０は第２界磁回転子１３のロータ保持手段の一部を示す斜視図である。第八実施例では図１８に示す回転電機を発電機として，弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図に示される。第八実施例は第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を制御するロータ保持手段のみが第一実施例と異なる。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１５１】
ロータ保持手段は，３つの機構要素から構成される。すなわち，ハウジング側に配置されたアクチュエータが回転子側に配置された可動部を軸方向に駆動する軸方向駆動機構，可動部の軸方向振幅を一方向回転に変換する振幅変換機構，回転子を保持して回転軸の回転を回転子に伝えると共に前記一方向回転で回転子を回転軸に対して回転偏倚させるロータ保持機構である。
【０１５２】
軸方向駆動機構の構成及び動作は図１８を用いて説明する。軸方向駆動機構はハウジング１８に固定されたアクチュエータ及び環状永久磁石板１８３とで構成され，アクチュエータは環状磁性体１８４，径方向に磁化方向を持つ永久磁石１８５，コイル１８６により構成される。環状磁性体１８４，永久磁石１８５，コイル１８６，環状永久磁石板１８３は磁気回路を構成し，永久磁石１８５及び環状永久磁石板１８３の径方向磁化方向は互いに逆方向とされるのでコイル１８６に電流を供給しない場合は環状永久磁石板１８３を軸方向右へ引きつけている。コイル１８６に環状永久磁石板１８３を反発させる方向にパルス電流を供給すると，環状永久磁石板１８３は軸方向左へパルス電流に比例して移動した後復帰する。
【０１５３】
振幅変換機構及びロータ保持機構は３組あり，図１８及び図１９に示されるが，構成及び動作を分かり易く示す為に一組の構造を斜視図として図２０に示している。図２０に於いて，振幅変換機構は環状永久磁石板１８３にピン１９４で回動可能に配置された板バネ１９１及び支持部１８７に配置されたラチェット機構１９２から構成されている。軸方向に振動する環状永久磁石板１８３に対応して板バネ１９１は回転振動し，ラチェット機構１９２により一方向回転に変換される。
【０１５４】
ロータ保持機構は回転軸１１に固定された支持部１８７に配置されたウオームギア１９３，同軸のギア１８２及び１８１，第２界磁回転子１３の内周面に設けられたギア２０１とより構成されてラチェット機構１９２による一方向回転を第２界磁回転子１３を周方向に駆動するギア１８２及び１８１の回転に変換する。
【０１５５】
図１９には３組の振幅変換機構及びロータ保持機構の平面図が示されている。同図に於いて，番号１９５はギア１８２及び１８１をウオームギア１９３及びギア２０１に押しつける板バネを示す。
【０１５６】
番号１８１−１８７，１９１−１９５，２０１は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を構成し，第１界磁回転子１２のロータ保持手段も同じ構造である。番号１８８は第１界磁回転子１２のロータ保持手段のアクチュエータのコイルを示す。
【０１５７】
発電機であるので，第２界磁回転子１３は矢印４１で示す回転方向とは逆方向の矢印４２で示す方向の力を電機子１４から受け，ウオームギア１９３が矢印４２で示す方向の力に抗して第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持している。アクチュエータにより環状永久磁石板１８３が軸方向に駆動されると，ラチェット機構１９２は環状永久磁石板１８３の軸方向移動量を矢印１９６で示す方向の回転に変え，ウオームギア１９３を介してギア１８１，１８２を矢印１９７で示す方向に回転させて矢印４２の方向へ第２界磁回転子１３を回転偏倚させる。これはアクチュエータを駆動して第２界磁回転子１３の保持力を緩める事と同じである。第１界磁回転子１２の回転偏倚も番号１８８で示すコイルにパルス電流を供給する事で第２界磁回転子１３と同様に回転偏倚させる事が出来る。
【０１５８】
弱め界磁制御を行う発電機システムは、図７のブロック図を用いて説明する。第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であると状態信号７４により確認されているとして発電機システムは以下のように制御される。
【０１５９】
発電機７１に於いて，弱め界磁制御を行って定電圧発電機システムとする例を説明する。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３の発電電圧を所定の電圧と比較し，所定の値より大であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようコイル１８８にパルス電流を供給して第１界磁回転子１２を回転軸１１に対して矢印４４方向に偏倚させ（回転中であるので回転速度が僅かに低くなって周方向角度長３１が大となる），発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするようコイル１８６にパルス電流を供給して第２界磁回転子１３を回転軸１１に対して矢印４５方向に偏倚させる。
【実施例９】
【０１６０】
本発明による第九実施例を図１８，図２０，図２１を参照して説明する。第九実施例は図１８，１９，２０に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図１８，１９，２０は第八実施例と共通である。図２１は第２界磁回転子１３のロータ保持手段を示す平面図である。第九実施例では図１８に示す回転電機を電動機として，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図に示される。第九実施例は図１８，１９，２０に示した第八実施例の発電機と同じ構造であり，偏倚制御する方向が第八実施例と異なるのみで他は同じである。以下では異なっている部分のみを説明する。
【０１６１】
ロータ保持手段の平面図を示す図１９及び図２１は同じ構成を示し，偏倚制御する方向のみが異なっている。以下では図２１を用いて第九実施例に於けるロータ保持手段の動作を説明する。
【０１６２】
電動機であるので，第２界磁回転子１３は矢印４１で示す回転方向と同じ方向の矢印８１で示す方向の力を電機子１４から受け，ウオームギア１９３が矢印８１で示す方向の力に抗して第２界磁回転子１３を回転軸１１に保持している。アクチュエータにより環状永久磁石板１８３が軸方向に駆動されると，ラチェット機構１９２は環状永久磁石板１８３の軸方向移動量を矢印２１１で示す方向の回転に変え，ウオームギア１９３を介してギア１８１，１８２を矢印２１２で示す方向に回転させて矢印８１の方向へ第２界磁回転子１３を回転偏倚させる。これはアクチュエータを駆動して第２界磁回転子１３の保持力を緩める事と同じである。第１界磁回転子１２の回転偏倚も番号１８８で示すコイルにパルス電流を供給する事で第２界磁回転子１３と同様に回転偏倚させる事が出来る。第九実施例では第八実施例の発電機とでラチェット機構１９２の回転方向を逆に設定してある。
【０１６３】
第九実施例に於いて，弱め界磁制御を行う電動機システムは、図９のブロック図を用いて説明する。第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であると状態信号７４により確認されているとして電動機システムは以下のように制御される。
【０１６４】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするようコイル１８６にパルス電流を供給して第２界磁回転子１３の回転速度を増加させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう第１界磁回転子１２側のコイル１８８にパルス電流を供給して第１界磁回転子１２の回転速度を増大させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例１０】
【０１６５】
本発明による回転電機システムの第十実施例を図２２，図２３，図２４を用いて説明する。第十実施例の回転電機は永久磁石励磁の発電機である。第十実施例は電機子を軸と直交する平面で二分して第１電機子，第２電機子としてハウジング１８に回動可能に配置した構成である。図２２は第十実施例に於ける回転電機の縦断面図を，図２３は電機子・界磁部間の力とステータの偏倚制御方向を示す斜視図を，図２４は第２電機子のステータ保持手段の平面図をそれぞれ示す。第十実施例では図２２に示す回転電機を発電機として，弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図に示される。
【０１６６】
図２２，２４は，永久磁石励磁された界磁部を回転子とする回転電機を示し，回転軸１１がベアリング１９を介してハウジング１８に回動可能に支持され，永久磁石を有する磁極部１６，磁性体より成るバックヨーク１７より構成される界磁回転子２２１が回転軸１１に固定されている。
【０１６７】
電機子は軸と直交する平面で二分された第１電機子２２２，第２電機子２２５がそれぞれ支持リング２２４，２２７及びベアリング２２ａを介してハウジング１８に回動可能に配置されている。番号２２３，２２６は第１電機子２２２，第２電機子２２５に巻回された電機子コイルをそれぞれ示す。
【０１６８】
界磁回転子２２１は回転軸１１と共に回転し，磁極部１６から発する磁束は第１電機子２２２，第２電機子２２５に流入し，電機子コイル２２３，２２６と鎖交した後，磁極部１６に環流する。
【０１６９】
第１電機子２２２，第２電機子２２５は図２に示した第一実施例の電機子と同様に磁性体歯を持ち，磁性体歯に電機子コイル２２３，２２６が巻回されている。第１電機子２２２，第２電機子２２５間で軸方向に隣接し対応する磁性体歯に巻回された電機子コイル同士は直列に接続された後，単相或いは三相等の発電機の仕様に従って結線されている。第１電機子２２２，第２電機子２２５それぞれで電機子コイルは単相或いは三相等の発電機の仕様に従って結線された後に同一相に属する第１電機子２２２，第２電機子２２５それぞれの電機子コイル同士を直列に接続しても結果は同じである。第１電機子２２２，第２電機子２２５からの引き出し線はスリップリングで外部に接続されている。
【０１７０】
第１電機子２２２，第２電機子２２５との間には図６に示すと同じ係合部を有し，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が界磁部に於いて隣接する磁極中心間の周方向角度長である［番号２５］／２を超えないように規制している。
【０１７１】
ステータ保持手段は番号２２８，２２９で示されたウオームギア，番号２４１で示されたモータ，支持リング２２４，２２７外周に形成されたギアで構成される。第１電機子２２２側のモータは図示されていない。
【０１７２】
回転電機を発電機とする場合，図２３を用いて電機子・界磁部間の作用力と電機子を偏倚制御する方向を説明する。発電機の場合，図４，図２３に示すように電機子と界磁部とは矢印４２，４３で示すように反発し合う力が作用する。本実施例ではハウジング側に配置された電機子が分割されて第１電機子２２２，第２電機子２２５で構成されるのでそれぞれを矢印２３１，２３２の方向に偏倚を許容させて第１電機子２２２と第２電機子２２５との間の周方向角度長を制御する。
【０１７３】
図２３を用いて第１電機子２２２及び第２電機子２２５と界磁部間に作用する力を説明したが，上記説明は第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が周方向に隣接する異種磁極中心間の周方向角度長，すなわち［番号２５］／２より小さい場合に限定される。また，上記に説明した界磁部と電機子間の作用力は回転子が１ピッチの間，すなわち［番号２５］相当の周方向角度長を偏倚する間の平均値であって瞬時的には変動があり，逆方向の作用力となる場合もある。界磁部と電機子間の作用力の瞬時的な変動は本発明の原理作用には影響しないので説明は省略する。
【０１７４】
第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を一定に保つには，第１電機子２２２側のモータ及びモータ２４１を停止させて支持リング２２４，２２７の外周ギアとそれぞれ噛み合っているウオームギア２２８，２２９で第１電機子２２２，第２電機子２２５を静止させる。ウオームギア２２８，２２９が第１電機子２２２，第２電機子２２５の停止位置を決めるストッパーの役割を果たしている。
【０１７５】
第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を変えるには，例えばモータ２４１によりウオームギア２２９を回転させ，支持リング２２７を矢印２３２の方向に偏倚させる。これはストッパーの役割を果たしているウオームギア２２９が第２電機子２２５の保持力を緩めた事と同じである。また，支持リング２２７と噛み合う位置を矢印２３２と逆方向に偏倚させたと考える事も出来る。第１電機子２２２，第２電機子２２５の相互の位置，両者の周方向角度長制御の方向により，第１電機子２２２，第２電機子２２５何れかの偏倚を許容させ，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を制御する。
【０１７６】
弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図により説明する。契合部により第２電機子２２５が第１電機子２２２より回転方向に先行し，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして発電機システムは以下のように制御される。
【０１７７】
発電機７１に於いて，弱め界磁制御を行って定電圧発電機システムとした例を説明する。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３の発電電圧を所定の電圧と比較し，所定の値より大であれば制御信号７６により第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を大にするようモータ２４１がウオームギア２２９を回転させて第２電機子２２５を矢印２３２方向に偏倚させ，発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を小にするよう図示していないモータがウオームギア２２８を回転させて第１電機子２２２を矢印２３１方向に偏倚させる。
【実施例１１】
【０１７８】
本発明による第十一実施例を図２２，図２５，図２４を用いて説明する。第十一実施例は図２２，２４に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図２２，２４は第十実施例と共通である。図２５は電機子・界磁部間の力とステータの偏倚制御方向を示す斜視図を示す。第十一実施例では図２２に示す回転電機を電動機として，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図に示される。
【０１７９】
回転電機が電動機である場合に電機子・界磁部間の作用力と電機子を偏倚制御する方向を図２５により説明する。電動機の場合，図２５に示すように電機子と界磁部とは矢印８１，８２で示すように引き合う力が作用する。本実施例ではハウジング側に配置された電機子が分割されて第１電機子２２２，第２電機子２２５で構成されるのでそれぞれを矢印２５１，２５２の方向に偏倚を許容させて第１電機子２２２と第２電機子２２５との間の周方向角度長を制御する。
【０１８０】
図２５を用いて第１電機子２２２及び第２電機子２２５と界磁部間に作用する力を説明したが，上記説明は第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が周方向に隣接する異種磁極中心間の周方向角度長，すなわち［番号２５］／２より小さい場合に限定される。また，上記に説明した界磁部と電機子間の作用力は回転子が１ピッチの間，すなわち［番号２５］相当の周方向角度長を偏倚する間の平均値であって瞬時的には変動があり，逆方向の作用力となる場合もある。界磁部と電機子間の作用力の瞬時的な変動は本発明の原理作用には影響しないので説明は省略する。
【０１８１】
第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を一定に保つには，第１電機子２２２側のモータ及びモータ２４１を停止させて支持リング２２４，２２７の外周ギアとそれぞれ噛み合っているウオームギア２２８，２２９で第１電機子２２２，第２電機子２２５を静止させる。ウオームギア２２８，２２９が第１電機子２２２，第２電機子２２５の停止位置を決めるストッパーの役割を果たしている。
【０１８２】
第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を変えるには，例えばモータ２４１によりウオームギア２２９を回転させ，支持リング２２７を矢印２５２の方向に偏倚させる。これはストッパーの役割を果たしているウオームギア２２９が第２電機子２２５の保持力を緩めた事と同じである。また，支持リング２２７と噛み合う位置を矢印２５２と逆方向に偏倚させたと考える事も出来る。第１電機子２２２，第２電機子２２５の相互の位置，両者の周方向角度長制御の方向により，第１電機子２２２，第２電機子２２５何れかの偏倚を許容させ，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を制御する。
【０１８３】
第十一実施例に於いて，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図により説明する。契合部により第２電機子２２５が第１電機子２２２より回転方向に先行し，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして電動機システムは以下のように制御される。
【０１８４】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするよう図示していないモータがウオームギア２２８を回転させて第１電機子２２２を矢印２５１方向に偏倚させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするようモータ２４１にウオームギア２２９を回転させて第２電機子２２５を矢印２５２方向に偏倚させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例１２】
【０１８５】
本発明による回転電機システムの第十二実施例を図２６，図２７を用いて説明する。第十二実施例はハウジング側に固定された界磁部を二分したブラシ付きの発電機である。図２６は第十二実施例に於ける回転電機の縦断面図，図２７は第２界磁のステータ保持手段を示す平面図である。第十二実施例では図２２に示す回転電機を発電機として，弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図に示される。
【０１８６】
図２６，２７は，ブラシ付きの回転電機を示し，回転軸１１がベアリング１９を介してハウジング１８に回動可能に支持され，磁極部２６２と電機子コイル２６３より構成された電機子２６１が回転軸１１に固定されている。回転軸１１と直交する平面で２分された第１界磁２６４，第２界磁２６５はそれぞれ支持リング２２４，２２７及びベアリング２２ａでハウジング１８に回動可能に支持されている。回転電機を発電機とした場合，電機子コイル２６３には整流子２６６，ブラシ２６７を介して発電された電流が取り出される。第１界磁２６４，第２界磁２６５から発する磁束は電機子２６１の磁極部２６２に流入し，電機子コイル２６３と鎖交した後，第１界磁２６４，第２界磁２６５に環流する。
【０１８７】
図２６に示した第十二実施例の電機子及び界磁部は図２に示した第一実施例の構成とは，電機子２６１の磁極部２６２は内周側に，第１界磁２６４，第２界磁２６５は外周側に配置されて径方向に対向し，内外周の位置が入れ替わっているが，磁極構成は同じであるので詳しい説明は省略する。
【０１８８】
図２６，２７に於いて，第２界磁２６５のステータ保持手段は番号２６９で示したバンド，支持リング２２７，番号２７１−２７５で示す部材で構成されている。第１界磁２６４のステータ保持手段はバンド２６８，支持リング２２４以外の部材は図示してないが，第２界磁２６５のステータ保持手段と同じ構成である。
【０１８９】
バンド２６９は、その一端がハウジング１８に固定され，支持リング２２７を周回して他端２７１はアーム２７２に固定される。アーム２７２はピン２７３でハウジング１８に回動可能に固定され，アーム２７２の他の端はスプリング２７４及びアクチュエータ２７５に接続される。
【０１９０】
アクチュエータ２７５はバンド２６９に加えられた張力を制御し支持リング２２７を静止させるか，或いは回動可能とする。アクチュエータ２７５に電流が供給されない場合にはスプリング２７４によりアーム２７２の右端は押し上げられてバンド２６９端２７１は下方に下げられてバンド２６９に張力を発生させて支持リング２２７を静止させる。アクチュエータ２７５に電流が供給されると，スプリング２７４に抗してアーム２７２の右端を押し下げ，バンド２６９端２７１を上方に移動させてバンド２６９に加えられた張力を緩め，支持リング２２７を回動可能とする。
【０１９１】
発電機の場合，回転中は図２３に示すようにハウジング１８側の第１界磁２６４，第２界磁２６５には矢印４３の方向の力が電機子２６１から作用している。バンド２６９の張力が緩められると第２界磁２６５は矢印２３２の方向に偏倚する。したがって，第１界磁２６４，第２界磁２６５の相対位置，周方向角度長の制御方向によりバンド２６８，２６９に加えた張力をそれぞれ制御して第１界磁２６４，或いは第２界磁２６５を回転偏倚させて両者間の周方向角度長を制御出来る。
【０１９２】
弱め界磁制御を行う発電機システムは図７のブロック図を用いて説明する。第２界磁２６５が第１界磁２６４より回転方向に先行し，第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であると状態信号７４により確認されているとして発電機システムは以下のように制御される。
【０１９３】
発電機７１に於いて，弱め界磁制御を行って定電圧発電機システムとされた例を説明する。発電機７１は入力７２を回転力として出力７３を発電出力とし，制御装置７５は出力７３の発電電圧を所定の電圧と比較し，所定の値より大であれば制御信号７６により第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長を大にするようバンド２６９の張力を緩めさせて第２界磁２６５を矢印２３２方向に偏倚させ，発電電圧が所定の値より小であれば制御信号７６により第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長を小にするようバンド２６８の張力を緩めさせて第１界磁２６４を矢印２３１方向に偏倚させる。
【実施例１３】
【０１９４】
本発明による第十三実施例を図２６，図２７を用いて説明する。第十三実施例は図２６，２７に示した回転電機を電動機とした例であって，構成を示す図２６，２７は第十二実施例と共通である。第十三実施例はハウジング側に固定された界磁部を二分したブラシ付きの電動機である。第十三実施例では図２６，２７に示す回転電機を電動機として，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図に示される。
【０１９５】
ステータ保持手段の構成は図２６，図２７を二示す第十二実施例と同じであるのでステータ保持手段の動作のみを説明する。
【０１９６】
電動機の場合，回転中は図２５に示すようにハウジング１８側の第１界磁２６４，第２界磁２６５には矢印８２の方向の力が電機子２６１から作用している。バンド２６９の張力が緩められると第２界磁２６５は矢印２５２の方向に偏倚する。したがって，第１界磁２６４，第２界磁２６５の相対位置，周方向角度長の制御方向によりバンド２６８，２６９に加えた張力をそれぞれ制御して第１界磁２６４，或いは第２界磁２６５を回転偏倚させて両者間の周方向角度長を制御出来る。
【０１９７】
第十三実施例に於いて，弱め界磁制御を行う電動機システムは図９のブロック図を用いて説明する。第２界磁２６５が第１界磁２６４より回転方向に先行し，第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であると状態信号９４により確認されているとして電動機システムは以下のように制御される。
【０１９８】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長を大にするようバンド２６８の張力を緩めさせて第１界磁２６４を矢印２５１方向に偏倚させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁２６４，第２界磁２６５間の周方向角度長を小にするようバンド２６９の張力を緩めさせて第２界磁２６５を矢印２５２方向に偏倚させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【実施例１４】
【０１９９】
本発明による第十四実施例を図２８，図２９を用いて説明する。第十四実施例は回転電機を電動機とする場合，電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを変えてロータを回転偏倚させる力を増加させ，応答を高速化する。図２８，２９は駆動電流の波形を示し，第二の実施例に示す電動機に於いて，駆動電流のタイミングを切り替えて応答を高速化する例を説明する。
【０２００】
第二の実施例に於ける電動機の電機子コイル１５は三相に結線されているとして図２８にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの電機子コイルに供給される駆動電流波形２８１，２８２，２８３が示されている。横軸は時間ｔを示す。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの電機子コイルに供給される駆動電流波形２８１，２８２，２８３は界磁回転子の永久磁石片２２と磁性体歯２１との相対位置により切り替えられ，界磁回転子を回転駆動する。
【０２０１】
図２９は駆動電流波形のタイミングを比較する為に代表としてＵ相の電機子コイルに供給される駆動電流波形を示す。第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２に対して回転方向に先行している場合に於いて，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３それぞれを回転駆動するに最適な電流波形を番号２９１，２９２で示して比較している。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３が相対的に偏倚して回転している場合には，両者の中間位置を基準に駆動電流を切換，図２９の駆動電流波形２８１は駆動電流波形２９１，２９２の中間のタイミングで切り替えられている。第１界磁回転子１２を回転駆動する最適な駆動電流波形２９１は駆動電流波形２８１より時間的に遅れ，番号２９３はその遅れ時間量を示す。更に第２界磁回転子１３を回転駆動する最適な駆動電流波形２９２は駆動電流波形２８１より時間的に進み，番号２９４はその進み時間量を示す。
【０２０２】
第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２に対して回転方向に先行しているが，相対偏倚が大になると，番号２９３，２９４で示す遅れ，進み時間が大となり，それぞれの回転子を駆動する理想的な駆動電流波形よりタイミングがずれるのでそれぞれの回転駆動力は小となる。したがって，本発明の第二実施例に説明した例では二つのロータ，つまり第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が大になるとそれぞれを回転駆動する力が小となり，回転偏倚に要する時間が長くなる。
【０２０３】
図２９に於いて，駆動電流波形２８１のタイミングを遅らせて駆動電流波形２９１に近づけると第１界磁回転子１２への回転駆動力を大に，駆動電流波形２８１のタイミングを進めて駆動電流波形２９２に近づけると第２界磁回転子１３への回転駆動力を大にできる。したがって，第十四の実施例では第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２に対して回転方向に先行しているとして以下のように制御する。第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を増大させる場合には回転方向に先行する第２界磁回転子１３の回転軸に対する保持力を緩めるよう制御棒１ｅを左方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給すると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早め，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を減少させる場合には回転方向に後続する第１界磁回転子１２の回転軸に対する保持力を緩めるよう制御棒１ｅを右方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給すると共に電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を変える。
【０２０４】
上記の場合に於いて，駆動電流の切換タイミングの最適な進み，遅れ量は，図３で説明したように第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長は［番号３１］であるとすると，その中間から第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３それぞれへのの周方向角度長を回転軸１１の回転角速度ωで除した値，つまり［番号３１］／２ωとなる。
【０２０５】
第十四実施例で弱め界磁制御を行う電動機システムを図９を用いて説明する。第２界磁回転子１３が第１界磁回転子１２より回転方向に先行し，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であると状態信号９４により確認されているとして電動機システムは以下のように制御される。
【０２０６】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を大にするよう制御棒１ｅを左方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給すると共に駆動回路９７が電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを進めて第２界磁回転子１３を矢印８４の方向に偏倚をさせ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長を小にするよう制御棒１ｅを右方向に駆動する電流をコイル１ｊに供給すると共に駆動回路９７が電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて第１界磁回転子１２を矢印８３の方向に偏倚させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【０２０７】
第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長が大になるとそれぞれを回転駆動する力が小となり，回転偏倚に要する時間が長くなる。さらに周方向角度長が界磁部に於いて異種磁極間の周方向角度長である［番号２５］／２に近づくと，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３をそれぞれ回転駆動する力はゼロに漸近して制御は困難になる。第十四実施例で説明したように電機子に供給する駆動電流の切換タイミング制御を併用すれば，第１界磁回転子１２，第２界磁回転子１３間の周方向角度長に拘わらず常に同じ力でそれぞれの回転子を回転偏倚させる事が出来，界磁制御が不能になる事態を回避出来る。
【０２０８】
第十四実施例では第二実施例の電動機に於いて，駆動電流の切換タイミング制御を併用させたが，他の実施例の電動機にも同様に適用出来る。
【実施例１５】
【０２０９】
本発明による第十五実施例を図２８，図３０を用いて説明する。第十五実施例は電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを変えてステータを回転偏倚させる力を増加させ，応答を高速化する。図２８，３０は電機子コイルに供給する駆動電流の波形を示し，第十一の実施例に示した電動機に於いて，駆動電流のタイミングを切り替えて応答を高速化する例を説明する。
【０２１０】
第十一の実施例に於ける電動機の電機子コイル１５は三相に結線されているとして図２８にはＵ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの電機子コイルに供給される駆動電流波形２８１，２８２，２８３が示されている。横軸は時間ｔを示す。Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相それぞれの電機子コイルに供給される駆動電流波形２８１，２８２，２８３は界磁回転子の永久磁石片２２と磁性体歯２１との相対位置により切り替えられ，界磁回転子を回転駆動する。
【０２１１】
図３０は駆動電流波形のタイミングを比較する為に代表としてＵ相の電機子コイルに供給される駆動電流波形を示す。第十四実施例では二つの回転子が偏倚しながら回転している場合の理想的な駆動電流波形として説明したが。第十五実施例では，ハウジング側に配置された第２電機子２２５が第１電機子２２２に対して回転方向に先行している場合に於いて，第１電機子２２２，第２電機子２２５それぞれの位置から界磁回転子２２１を回転駆動するに最適な駆動電流波形をそれぞれ番号３０１，３０２として示している。第十四実施例の場合に於ける回転方向に先行，後続する回転子と最適な駆動電流波形の進み，遅れの関係と，第十五実施例に於ける回転方向に先行，後続する電機子と最適な駆動電流波形の進み，遅れとの関係が逆になっている。電機子が分割されて回転方向に偏倚している場合，後続する電機子が時間的に先に回転子の磁極とタイミングが合致するとの理由による。
【０２１２】
ハウジング側に配置された第２電機子２２５が第１電機子２２２に対して回転方向に先行して配置されている状況で二つの電機子は相単位で直列に接続され，二つの電機子の中間位置を基準にして駆動電流が切り替えられ供給されている。その駆動電流波形が番号２８１に示す駆動電流波形である。第１電機子２２２の位置から界磁回転子２２１を回転駆動する最適な駆動電流波形３０１は駆動電流波形２８１より時間的に進み，番号３０３はその進み時間量を示す。更に第２電機子２２５の位置から界磁回転子２２１を回転駆動する最適な駆動電流波形３０２は駆動電流波形２８１より時間的に遅れ，番号３０４はその遅れ時間量を示す。
【０２１３】
回転方向に後続する第１電機子２２２の位置から界磁回転子２２１を回転駆動するに最適な駆動電流波形は番号３０１で示されるが，同時に第１電機子２２２は回転駆動の反作用を受けるのでこの場合は第１電機子２２２への働く力を最大にする駆動電流波形と解釈出来る。第２電機子２２５の位置から界磁回転子２２１を回転駆動するに最適な駆動電流波形は番号３０２であるが，同様に第２電機子２２５への力を最大にする駆動電流波形と解釈出来る。したがって，電機子コイルへの駆動電流波形の切換タイミングを遅らせれば，回転方向に先行する第２電機子２２５を回転偏倚させる力を大にし，電機子コイルへの駆動電流波形の切換タイミングを進めれば，回転方向に後続する第１電機子２２２を回転偏倚させる力を大にできる。
【０２１４】
第十五実施例で弱め界磁制御を行う電動機システムを図９を用いて説明する。契合部により第２電機子２２５が第１電機子２２２より回転方向に先行し，第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長が図２の［番号２５］／２未満であるとして電動機システムは以下のように制御される。
【０２１５】
制御装置９５は出力９３である回転速度を所定の値と比較し，回転速度が所定の値より大で弱め界磁とする場合には制御信号９６により第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を大にするよう図示していないモータがウオームギア２２８を回転させて第１電機子２２２を保持する力を緩めると同時に駆動回路９７が電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを早めて第１電機子２２２を回転方向とは逆方向に回転偏倚させ，回転速度が所定の値より小で界磁を強める場合には制御信号９６により第１電機子２２２，第２電機子２２５間の周方向角度長を小にするようモータ２４１にウオームギア２２９を回転させて第２電機子２２５を保持する力を緩めると同時に駆動回路９７が電機子コイルに供給する駆動電流の切換タイミングを遅らせて第２電機子２２５を回転方向とは逆方向に回転偏倚させ，出力９３である回転駆動力を最適に制御する。
【０２１６】
以上，本発明の回転電機システムについて，実施例を挙げて説明した。実施例１−１３では界磁磁束の位相を制御するために分割された界磁部或いは電機子のロータ保持手段或いはステータ保持手段を示した。実施例１４，１５では回転電機が電動機である場合に，更に電機子コイルの駆動電流の切換タイミングを変える事により応答を速やかにする例を示した。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。上記実施例を組み合わせる，或いは実施例の一部を組み合わせて本発明の趣旨，目的を実現するシステムを完成させる等が可能な事は勿論である。
【０２１７】
また，発電機の場合に於いても，分割された二つのロータ間或いは分割された二つのステータ間の周方向角度長が界磁部に於いて異種磁極間の周方向角度長である［番号２５］／２に近づくと制御が困難になる。その場合に発電機を電動機に切り替え，第十四実施例及び第十五実施例を用いて説明したように駆動電流波形のタイミング制御を併用すれば界磁制御の速度が著しく低下し，応答時間が大になる事態を回避出来る。この場合もまた本発明の趣旨を適用した例であり，本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０２１８】
本発明の実施例について図面を用いて説明したように，本発明は永久磁石励磁の界磁部或いは電機子を２分し，分割された界磁部或いは電機子を回転偏倚させる事で電機子コイルと鎖交する磁束の位相を制御する弱め界磁制御に於いて，小出力のアクチュエータで容易に分割された界磁部或いは電機子の相対位置を制御し，しかも制御に必要な時のみエネルギーを消費して，高効率で出力制御可能な回転電機システムを実現した。
【０２１９】
回転電機システムとして回転速度が大きく変化しても発電電圧を一定に保つ事が出来る定電圧発電システムとして，高速回転域でも弱め界磁制御で十分な回転力を引き出す事が出来る電動機として，自動車，列車等の移動体応用，風力発電等に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０２２０】
【図１】第一の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図２】図１に示された回転電機の電機子と界磁部とを示す断面図である。
【図３】図１に示された回転電機の第１界磁回転子と，第２界磁回転子との相対位置を示す断面図である。
【図４】発電機の電機子・界磁部間の力とロータの偏倚制御方向を示す斜視図である。
【図５】図１に示された回転電機のロータ保持手段を示す縦断面図である。
【図６】図１に示された回転電機の第１界磁回転子と，第２界磁回転子との係合部を示す斜視図および部分拡大図である。
【図７】弱め界磁制御を行う発電機システムのブロック図である。
【図８】電動機の電機子・界磁部間の力とロータの偏倚制御方向を示す斜視図である。
【図９】弱め界磁制御を行う電動機システムのブロック図である。
【図１０】第三の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１１】図１０に示された回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図１２】第四の実施例に於ける回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図１３】第五の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１４】図１３に示された回転電機の電機子と界磁部とを示す断面図である。
【図１５】第六の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１６】図１５に示された回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図１７】第七の実施例に於ける回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図１８】第八の実施例による回転電機の縦断面図である。
【図１９】図１８に示された回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図２０】図１８に示された回転電機のロータ保持手段の一部を示す斜視図である。
【図２１】第九の実施例による回転電機のロータ保持手段を示す平面図である。
【図２２】第十実施例による発電機の縦断面図である。
【図２３】発電機の電機子・界磁部間の力とステータの偏倚制御方向を示す斜視図である。
【図２４】図２２に示された回転電機のステータ保持手段を示す平面図である。
【図２５】電動機の電機子・界磁部間の力とステータの偏倚制御方向を示す斜視図である。
【図２６】第十二実施例による回転電機の縦断面図である。
【図２７】図２６に示された回転電機のステータ保持手段を示す平面図である。
【図２８】電機子コイルに供給される駆動電流波形を示す図である。
【図２９】二つのロータが偏倚しながら回転している場合の理想的な駆動電流波形を示す図である。
【図３０】二つのステータがハウジング側に偏倚して配置されている場合の理想的な駆動電流波形を示す図である。
【符号の説明】
【０２２１】
１１・・・回転軸，                    １２・・・第１界磁回転子，
１３・・・第２界磁回転子，            １４・・・電機子，
１５・・・電機子コイル，              １６・・・磁極部，
１７・・・バックヨーク，              １８・・・ハウジング，
１９，１ａ・・ベアリング，            １ｂ，１ｃ・・クラッチ円板，
１ｄ・・・スプリング，                １ｅ・・・制御棒，
１ｆ・・・小径部，                    １ｇ，１ｈ・・突起，
１ｊ・・・コイル，                    １ｋ・・・磁性体，
１ｍ・・・永久磁石
２１・・・磁性体歯，                  ２２・・・永久磁石片，
２３・・・非磁性体，                  ２４・・・ロータ支持体，
２５・・・周方向角度長
３１・・・周方向角度長
４１・・・回転方向，                  ４２・・・ロータへの作用力，
４３・・・ステータへの作用力，        ４４，４５・・ロータの偏倚方向
６１・・・係合部，                    ６２，６３・・周方向角度長，
６４・・・凹部，                      ６５・・・凸部
７１・・・発電機，                    ７２・・・入力，
７３・・・出力，                      ７４・・・状態信号，
７５・・・制御装置，                  ７６・・・制御信号
８１・・・ロータへの作用力，          ８２・・・ステータへの作用力，
８３，８４・・・ロータの偏倚方向
９１・・・電動機，                    ９２・・・駆動電流，
９３・・・出力，                      ９４・・・状態信号，
９５・・・制御装置，                  ９６・・・制御信号，
９７・・・駆動回路
１０１・・・サンギア，                １０２・・・プラネタリギア，
１０３・・・プラネタリギア軸支持枠，  １０４・・・リングギア，
１０５，１０６・・ウオームギア，      １０７・・・回転プーリ
１１１・・・モータ，                  １１２・・・回転軸１１の回転方向，
１１３・・・サンギア１０１の回転方向，
１１４・・・リングギア１０４への作用力方向
１２２・・・回転軸１１の回転方向，
１２３・・・サンギア１０１の回転方向，
１２４・・・リングギア１０４への作用力方向
１３１・・・第１界磁回転子，          １３２・・・第２界磁回転子，
１３３・・・電機子
１４１・・・永久磁石，                １４２・・・非磁性体，
１４３・・・磁性体，                  １４４・・・電機子コイル
１５１，１５２・・ブレーキシュー
１６１・・・アーム，                  １６２・・・ピン，
１６３・・・スプリング，              １６４・・・楕円軸，
１６５・・・ステップモータ
１８１，１８２・・ギア，              １８３・・・環状永久磁石板，
１８４・・・環状磁性体，              １８５・・・永久磁石，
１８６，１８８・・コイル，            １８７・・・支持部
１９１・・・板バネ，                  １９２・・・ラチェット機構，
１９３・・・ウオームギア，            １９４・・・ピン，
１９５・・・板バネ，
１９６・・・ラチェット機構１９２の回転方向，
１９７・・・ギア１８１，１８２の回転方向
２０１・・・ギア
２１１・・・ラチェット機構１９２の回転方向，
２１２・・・ギア１８１，１８２の回転方向
２２１・・・界磁回転子，              ２２２・・・第１電機子，
２２３，２２６・・電機子コイル，      ２２４，２２７・・支持リング，
２２５・・・第２電機子，              ２２８，２２９・・ウオームギア，
２２ａ・・・ベアリング
２３１，２３２・・ステータの偏倚方向，
２４１・・・モータ
２５１，２５２・・ステータの偏倚方向，
２６１・・・電機子，                  ２６２・・・磁極部，
２６３・・・電機子コイル，            ２６４・・・第１界磁，
２６５・・・第２界磁，                ２６６・・・整流子，
２６７・・・ブラシ，                  ２６８，２６９・・バンド
２７１・・・バンド２６９端，          ２７２・・・アーム，
２７３・・・ピン，                    ２７４・・・スプリング，
２７５・・・アクチュエータ
２８１・・・Ｕ相の駆動電流波形，      ２８２・・・Ｖ相の駆動電流波形，
２８３・・・Ｗ相の駆動電流波形
２９１・・・第１界磁回転子の理想的な駆動電流波形，
２９２・・・第２界磁回転子の理想的な駆動電流波形，
２９３・・・駆動電流波形２９１の駆動電流波形２８１からの遅れ時間，
２９４・・・駆動電流波形２９２の駆動電流波形２８１からの進み時間
３０１・・・第１電機子の位置からの理想的な駆動電流波形，
３０２・・・第２電機子の位置からの理想的な駆動電流波形，
３０３・・・駆動電流波形３０１の駆動電流波形２８１からの進み時間，
３０４・・・駆動電流波形３０２の駆動電流波形２８１からの遅れ時間
【図１】
2008193888.tif 000003
【図２】
2008193888.tif 000004
【図３】
2008193888.tif 000005
【図４】
2008193888.tif 000006
【図５】
2008193888.tif 000007
【図６】
2008193888.tif 000008
【図７】
2008193888.tif 000009
【図８】
2008193888.tif 000010
【図９】
2008193888.tif 000011
【図１０】
2008193888.tif 000012
【図１１】
2008193888.tif 000013
【図１２】
2008193888.tif 000014
【図１３】
2008193888.tif 000015
【図１４】
2008193888.tif 000016
【図１５】
2008193888.tif 000017
【図１６】
2008193888.tif 000018
【図１７】
2008193888.tif 000019
【図１８】
2008193888.tif 000020
【図１９】
2008193888.tif 000021
【図２０】
2008193888.tif 000022
【図２１】
2008193888.tif 000023
【図２２】
2008193888.tif 000024
【図２３】
2008193888.tif 000025
【図２４】
2008193888.tif 000026
【図２５】
2008193888.tif 000027
【図２６】
2008193888.tif 000028
【図２７】
2008193888.tif 000029
【図２８】
2008193888.tif 000030
【図２９】
2008193888.tif 000031
【図３０】
2008193888.tif 000032