(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線を持たない回転子（７）と、
固定子（２）に複数設けられた磁極と、これら複数設けられた磁極の隣接する磁極間のピッチ２つ以上に対応するピッチで巻いた電機子巻線（１１）とを有し、さらに、該電機子巻線（１１）が誘導する起磁力に対して横向きの起磁力を誘導する界磁磁石手段（１０）をも有する固定子（２）と、
電機子巻線（１１）に接続された回路手段（４０〜４７，５０〜５３，５７〜６２Ａ）とを含み、
該電機子巻線が磁気的に密接に結合し、かつ、固定子に対してほぼ同じ角度方向に位置する能動部を有する少なくとも２つのコイル（２４，２５）を含み、該コイル（２４，２５）のうちのある１つのコイルを流れる電流がある１つの向きの起磁力を誘導する期間が、該コイルのうちの別の１つのコイルを流れる電流がそれとは逆の向きの起磁力を誘導する期間と交互に現れるよう、該コイルの電流が回転子（７）の回転に同期して変化することを特徴とする電気機器。
【請求項２】
上記界磁磁石手段（１０）が単一方向の磁界を発生させるように配設されている請求項１に記載の機器。
【請求項３】
上記界磁磁石手段（１０）が永久磁石を具備している請求項１または２に記載の機器。
【請求項４】
上記界磁磁石手段（１０）が、固定子（２）に複数設けられた磁極の隣接する磁極間のピッチ２つ以上に対応するピッチを有する界磁巻線を具備している請求項１または２に記載の機器。
【請求項５】
上記界磁巻線（１０）の少なくとも一部が上記電機子巻線（１１）と直列に接続されている請求項４に記載の機器。
【請求項６】
上記界磁巻線（１０）の少なくとも一部が上記電機子巻線（１１）と並列に接続されている請求項４に記載の機器。
【請求項７】
上記回路手段が、上記電機子巻線（１１）を流れる電流と上記界磁巻線（１０）を流れる電流とを異ならせる電流迂回手段（５５）を具備している請求項５または６に記載の機器。
【請求項８】
上記回路手段は、コイル（２４，２５）とそれぞれ直列に接続された切替手段（４２，４３；５０，５１；６０，６１）と、上記回転子（７）の回転に同期して該切替手段を切り替えるタイミング手段とを具備している請求項１から７の何れかに記載の機器。
【請求項９】
モータであり、各切替手段がそれぞれサイリスタ（４２，４３）を備え、さらに上記回路手段が該サイリスタ（４２，４３）間に接続された転流キャパシタ（４４）を具備して、該サイリスタの１つを上記タイミング手段でオンにすることで、別のサイリスタが強制的に転流する請求項８に記載の機器。
【請求項１０】
モータであり、各切替手段がフリーホイールダイオード（５２；５３）と並列に接続されたパワートランジスタ（５０，５１；６０，６１）を備え、上記したある１つのコイルを流れる電流を対応するトランジスタでオフにすると、上記した別の１つのコイルに誘起された電流が別の１つのトランジスタに対応するフリーホイールダイオードを通って流れる請求項８に記載の機器。
【請求項１１】
上記コイル（２４，２５）が緩衝部（５８，５９）に結合し、上記したある１つのコイルを流れる電流を対応するトランジスタでオフにすると、上記した別の１つのコイルから解放されたエネルギーが該緩衝部（５８，５９）に放出される請求項１０に記載の機器。
【請求項１２】
モータであり、上記回転子を継続して回転させるために、第１の励磁モードでは上記したある１つの向きに上記起磁力を発生させるために上記したある１つのコイルに単一方向に電流を供給し、第２の励磁モードでは上記したそれとは逆の向きに上記起磁力を発生させるために上記した別の１つのコイルに単一方向に電流を供給するように、上記回路手段が具備されている請求項１から１１の何れかに記載の機器。
【請求項１３】
発電機であり、上記回転子が継続して回転している間、上記したある１つのコイルと上記した別の１つのコイルとに電流が発生したことに応答して単一方向に電流を出力するように上記回路手段が具備されている請求項２から９の何れかに記載の機器。
【請求項１４】
上記界磁磁石手段（１０）が、界磁巻線を備え、さらに該界磁巻線に接続されて回転子速度を制御するために該界磁巻線の電流を変化させる回路手段を具備している請求項１から１３の何れかに記載の機器。
【発明の詳細な説明】
本発明は電気機器、特に電気モータ等に関する発明である。
図１は、固定子２と回転子７とを含む従来の二相式可変磁気抵抗モータを示している。固定子２は、上記二相に対応した２つの通電巻線組５，６を有する内側を向いて対向配置された２組の突起磁極３，４を含む。回転子７は、巻線を有しない外側を向いて対向配置された１組の突起磁極８を含む。４つの通電巻線はそれぞれの磁極の周りに巻かれていて、巻線組６のそれぞれの巻線の、径について反対側に位置する２つの部分を記号Ｙ−Ｙで表し、また、巻線組５のそれぞれの巻線の、径について反対側に位置する２つの部分を記号Ｘ−Ｘで表す。以下に詳細を記すように、励磁回路（図示しない）が設けられているが、これは、回転子の回転に同期して固定子の巻線に通電することで回転子７を固定子２内で回転させ、巻線によってできた磁場内で磁気抵抗が最低になる向きを取ろうとする回転子７の特性によってトルクを発生させるためである。このような可変磁気抵抗モータには、従来の巻線型回転子モータと比較すると、回転子へ電流を供給するための整流子ブラシ（消耗部品）を必要としないという利点がある。さらに、回転子の上に導体がない、高価な永久磁石を必要としない、といった利点もある。
図１（ａ）および図１（ｂ）中では、＋と−の記号は、図に示すように回転子７が引き付けられて水平あるいは垂直な向きにある２つの励磁モードにおいて、電流が巻線の中をどちらに流れるかを示している。回転子７を回転させるには巻線組５，６を交互に通電する必要があり、さらに、一度に巻線組５，６のいずれか片方だけに通電し、かつ通電時には電流を巻線組５又は６に通常一方向にのみ供給するのが好ましいということが、図から理解できよう。しかし、もし有用なトルクを発生させるのであれば、巻線は最大でも１回転についてその半分の時間しか通電できず、したがって、このようなモータと一緒に磁気回路を高い効率で使用することは不可能である。
一方で、J.D. WaleとC. Pollockとが「フルピッチ巻線付き二相スイッチ式磁気抵抗モータのための新しいコンバータトポロジー”Novel Converter Topologies for a Two-Phase Switched Reluctance Motor with Fully Pitched Windings”，IEEE Power Electronics Specialists Conference, Braveno, June 1996, pp.1798-1803」の中で記載し、図２に示した（図１と類似の部品には、同じ参照番号をつけてある）フルピッチ二相式可変磁気抵抗モータは、モータの磁極ピッチの２倍のピッチを持つ２つの巻線１０，１１を含む。この、モータの磁極ピッチの２倍のピッチは、図に記載の例では１８０度で描かれており、巻線１０，１１は互いに９０度をなすように配置されている。巻線１１は、回転子７の一方の側の一部分が磁極組３，４の隣り合った磁極間の固定子スロット１２に嵌まり、また、回転子７の径について反対側に位置する別の一部分が磁極組３，４の別の隣り合った磁極間の固定子スロット１３に嵌まるように巻かれていれば良い。巻線１０も、対応する部分が径について反対側に位置する固定子スロット１４と１５に嵌まっている。このように、２つの巻線１０，１１はモータの幅いっぱいに延び、その軸は互いに９０度をなしている。
さらに、回転子７の水平な向きと垂直な向きに対応する、上記モータの２つの励磁モードを図２（ａ）と図２（ｂ）に示す。これらの図から、いずれの励磁モードでも巻線１０，１１両方に電流が流れるが、巻線１０を流れる電流の向きがどちらのモードでも同じであるのに対して、巻線１１を流れる電流の向きは２つのモード間で変化することが理解できよう。電流はいずれのモードにおいても相巻線１０，１１双方に供給されていて、また、巻線１０，１１はそれぞれ固定子スロット領域全体の半分を占めるので、このような機構はそのスロット領域を１００％有効利用することができ、一時に１つの相巻線にしか通電できない上記の従来の巻線型可変磁気抵抗モータの利用率５０％と対照的である。さらに、巻線１０を流れる電流の向きを変える必要が無いので、切替しなくても巻線１０（界磁巻線とも呼ばれる）に直流電流を供給することができ、使用する励磁回路の簡略化につながる。ただし、変化する固定子磁束の向きを回転子を水平な向きと垂直な向きに交互に引き付けられるように決めるには、巻線１１（電機子巻線とも呼ばれる）に回転子の向きに同期した交流電流を流さなければならない。このようなモータ中では電機子巻線に交流電流を供給する必要があることが、励磁回路を複雑で高価なものにしている。
J.R.SuranoとC-M Ongとによる「低速度作動用可変磁気抵抗モータの構造”Variable Reluctance Motor Structures for Low Speed Operation”，IEEE Transactions on Industry Applications, Vol．32, No.2, March/April 1996, p.p.808-815、および英国特許第２２６２８４３号公報は、共にフルピッチ二相式可変磁気抵抗モータを開示している。英国特許第２２６２８４３号公報に記載されているモータは、３つの巻線を備えた三相式可変磁気抵抗モータであり、該巻線には回転子の回転に同期した電流を流さなければならず、このようなモータは非常に複雑な励磁回路を必要とする。
本発明の目的は、効率が良く、低コストで製造可能な新型電気機器を提供することである。
本発明によれば、巻線を持たない回転子と、磁極と、磁極ピッチ２つ以上に対応するピッチで巻いた電機子巻線とを有し、さらに、該電機子巻線が誘導する起磁力に対して横向きの起磁力を誘導する界磁磁石手段をも有する固定子と、電機子巻線に接続された回路手段とを含み、該電機子巻線が磁気的に密接に結合し、かつ、固定子に対して実質的に同じ向きの能動部を有する少なくとも２つのコイルを含み、該コイルのうちのある１つのコイルを流れる電流がある１つの向きの起磁力を誘導する期間が、該コイルのうちの別の１つのコイルを流れる電流がそれとは逆の向きの起磁力を誘導する期間と交互に現れるよう、該コイルの電流が回転子の回転に同期して変化する電気機器が提供される。
本発明の際立った特徴の一つは、電機子巻線が密接に結合した２つのコイルからなっていて、そのコイルが各々の向きに起磁力を誘導し、そうすることで各々のコイルに単一方向にのみ電流が流れ、その結果、比較的簡易な励磁回路が使用可能になり、回路の部品数を最低限にまで減らしてコストを抑えることができることである。
発明をさらに理解するために、例を示した以下の図面を参照されたい。
図１と図２は、従来の二相式可変磁気抵抗モータとフルピッチ二相式可変磁気抵抗モータを描いた説明図であり、それぞれ、２つの励磁モード（ａ）と（ｂ）とが示してある。
図２Ｃは、このような機器内で用いられる界磁磁束および電機子磁束と、電気子逆起電力と、電気子電流との理想的な波形を示す。
図３と図４は、本発明の第１の実施の形態の固定子巻線を描いた説明図である。
図５は、本発明の第１の実施の形態で使用する自己始動用の非対称の回転子を示す模式図である。
図６は、本発明の第２の実施の形態を描いた模式図である。
図７から図１４は、固定子巻線に通電するための様々な回路構成を示していて、図９は図８の回路構成における４つのサイリスタのタイミング図である。
図１５は、本発明の第３のの実施の形態を描いた模式図である。
図２Ｃは、図２のモータ（あるいは、類似構造の発電機）の回転子７の向きを表す角度θの関数である一定の界磁磁束φfおよび変化する電機子磁束φaと、回転子の向きとともに変化する電機子逆起電力Ｅaならびに電機子電流Ｉaとの、理想的な波形を示す。無論実際には、得られる波形は様々な影響を受けてこれらの理想的な波形とはかなり異なるが、これは当業者がよく理解しているところである。作動中、界磁巻線１０は、その磁束が実質一定になるように一定の励磁電流を受け、一方で、電機子巻線１１をつなぐ磁束は二極性で、９０度の回転するごとに正の最大値から負の最小値まで変化する。この結果、方形波逆起電力が電機子巻線１１の中で発生する。こういった特徴は従来の四極固定子ＤＣ機器に見られる特徴と似ている。
ここで、巻線が形成する磁路の磁気抵抗が回転子の向きについて一定であると仮定する。これは、磁極の幅が、両隣の固定子磁極との重なりが実質的に一定で変化しないほど大きな回転子を使うことで実現できる（後の記述で図１５を参照してさらに詳しく述べる）。この仮定の基では、界磁磁束φfも一定で変化せず、また、界磁のみから負のトルクが発生する可能性が無い。そして、電機子巻線１１をつなぐ磁束は、回転子の回転にともなって最大の正の値から最大の負の値まで線形に変化し、回転子が１回転するごとに２周期が完了すると考えられる。ここで、全ての界磁磁束が電機子巻線１１をつなぐわけではないとさらに仮定すると、結合定数ｋを含めることが必要になり、電機子巻線１１内の誘起起電力を表す式は、時間に対する磁束の変化の割合（ファラデーの法則）を考慮することで求められる。これから、方形起電力のおおよその波形が求められ、このような波形を図２に示す四極モータについて、回転速度ωが一定であるとして数学的に表現したのが次式である。
Ｅa＝ｋ｛４／π｝φfＮaω
ここで、Ｎaは電機子巻線１１の巻き数を表している。
界磁磁束を表す次式を上の式に代入する。
φ＝｛ＮfＩf｝／Ｒ
ここで、ＮfとＩfは界磁巻線１０の巻き数と電流を表す。Ｒは磁気抵抗を表し、回転子の向きについて実質的に一定であると考えられる。
以上のようにして次式が得られる。
Ｅa＝｛４ｋ／（πＲ）｝ＮaＮfＩfω
そして、トルクＴが次式から求められる。
Ｔ＝｛ＥaＩa｝／ω
ここで、Ｉaは電機子巻線１１を流れる電流である。
最適な動力を得るために、電流波形が方形で、かつ図２Ａに示すように逆起電力波形に同期していると仮定すると、トルクを次式で表すことができる。
Ｔ＝｛４ｋ／（πＲ）｝ＮfＩfＮaＩa
よって、この非常に単純化した分析によると、磁気抵抗が実質的に一定であると考えれば、トルクは界磁電流と電機子電流との積に比例する。
次に比較をしてみる。従来のＤＣモータの逆起電力Ｅaは次式で表される。
Ｅa＝Ｋaφfω
ここで
Ｋa＝｛ＮaＰ｝／π
であり、ｐは固定子の磁極の個数を表す。
よって、ＤＣモータが四極モータであれば、逆起電力は次式で表される。
Ｅa＝｛４／π｝φfＮaω
この式は、ＤＣモータの式には通常現れない結合定数ｋを含んでいない点を除けば、電機子巻線１１の逆起電力を表す式に類似している。
さらにＤＣモータによって発生したトルクは、
Ｔ＝ＫaφfＩa
と定義され、これから次式が得られる。
Ｔ＝｛４／（πＲ）｝ＮfＩfＮaＩa
これもまた、結合定数ｋを含んでいない点を除けば上で求めた式に類似している。
この単純化した分析の結果、この機器の作動（operation）と従来のＤＣ機器の作動との間には大きな類似点がある事が分かった。
図３は第１の実施の形態を示し、四極固定子２を備えた二相式モータである。四極固定子２は界磁巻線１０と電機子巻線１１とを備え、この巻線１０，１１はそれぞれ、２つのコイル２２，２３および２４，２５に分かれている。この２つに分割されたコイルは、互いに密接に結合し、また、径について反対側のコイルの一部が径について反対側に位置する固定子スロットに嵌まるように巻かれている。同じように巻いた固定子を本発明の趣旨に沿った類似の発電機内に設けることも可能である。
図４は電機子コイル２４および２５に通電するための回路図を一般化した形で示している。コイル２４および２５は回路の中で接続されており、端子２６と２７とに供給された直流電流がコイル２４および２５を同じ向きに流れるが、コイルの巻き方が反対であるため反対向きの起磁力を生じる。そして、コイル２４および２５にそれぞれ直列に接続されたスイッチ２８および２９が交互に切り替わってコイル２４および２５を交互に通電することにより、反対向きに作用する必要な起磁力を供給する。発電機において類似の回路を設ければ、端子２６と２７とに直流電流を出力できることが理解できよう。
四極固定子２を使った第１の実施の形態では、回転子７に２つの磁極８（あるいは６つの磁極）があれば良い。この場合、図５に示すように、回転子の磁極の形状が非対称であればよく、こうすることで補助スタータが無くても停止した状態から自己始動が確実にできる。回転子が該非対称形状をしていないと、回転子７の向きによって固定子コイルに単に通電するだけでは回転子７が回転を始めないことがある。
図６は第２の実施の形態を示していて、固定子２に８つの磁極があり、回転子７に４つの磁極がある二相式モータである（この図では対称に描かれているが、通常は非対称形状をとる）。この場合、４つの界磁コイル３０，３１，３２，３３と４つの電機子コイル３４，３５，３６，３７とが設けられ、コイルはそれぞれ磁極ピッチ２つに跨るように巻いてある。図４に示す励磁回路図のコイル２４，２５に相当するものを形成するには、電機子コイル３４，３５，３６，３７を２つずつ組にして接続し、それぞれの組をなすコイルを互いに直列あるいは並列に接続すれば良い。コイル３４，３５，３６，３７は同じ磁束が結んでいるので、コイルは、必要な起磁力を上記の２つの励磁モードで反対向きに生み出せるように相互接続されている限り、回路中で必要に応じて相互に接続すれば良い。図４のコイル２４，２５を形成し、コイル２４または２５に通電することで４つの電機子スロットすべてに電流が流れるように、電機子コイル３４，３５，３６，３７は互いに対にして接続してあるのが普通である。また、磁気的に良好に接続された電機子回路が形成されるように、電機子コイルおよび／あるいは界磁コイルを、平行に並んだ２本のワイヤのより線（strads）でバイファイラ風に（in bifilar fashion）巻くこともできる。しかし、このような構成では電機子回路間の分離電圧が低すぎて使えないことがある。
あるいは、界磁コイルが２つでも良い。例えば、界磁コイル３０，３２の２つを使用するのであれば、該界磁コイルは各々が磁極ピッチ２つに跨り、ただし、界磁コイル３１と３３を使用する必要がないように固定子２の適当なスロットを埋めるようにする。このような巻線は「帰結的（consequent）磁極巻線」と呼ばれることもある。これと同様の構成は電機子巻線に使うことができ、その場合にはコイル３４，３６を省略し、代わりにコイル３５，３６が互いに密接に結合したコイル２つからそれぞれ形成されていれば良い。
図７は第１の実施の形態における、電機子コイル２４，２５に通電するための励磁回路の一例を示している。この回路では、ダイオード４０，４１とサイリスタ４２，４３とが、コイル２４，２５に直列に接続されていて、転流キャパシタ（commutation capacitor）４４が、ダイオード４０とサイリスタ４２とを接続する点と、ダイオード４１とサイリスタ４３とを接続する点とを結んで接続されている。この回路では、向き検出器（position detector）が検出した回転子の角度に応じて変化するタイミング信号によってサイリスタ４２，４３が交互に切り替わる。該向き検出器は、例えば、回転子が９０度回転するごとに状態が変化するように回転子の軸に取り付けた目印を光学的に検出する１ビットの光学向き検出器である。サイリスタ４２が導通してコイル２４、ダイオード４０、およびサイリスタ４２を電流が流れている間に上記のようなタイミング信号に応答してサイリスタ４３がオンになると、コイル２４を流れる電流がキャパシタ４４を充電し、サイリスタ４２を流れる電流が０になり、サイリスタ４２がオフになる。サイリスタ４３をオンにしたことによってコイル２５、ダイオード４１、およびサイリスタ４３を流れる上記電流に対応する電流は、上記とは別のタイミング信号でサイリスタ４２がオンになることでサイリスタ４３がオフになるまで流れ続ける。ダイオード４０，４１はキャパシタ５４がコイル２４，２５を通じて放電することを防ぐ。サイリスタ４２，４３は上記速度範囲内で速度に係わりなく決まった角度で転流を開始するので、制御回路を簡素化できる。さらに高度な回路では角度が可変である。しかしながら、切り替え動作がある度にコイル２４，２５の両方を電流が短時間流れるので、システムの効率は、この２つのコイルを流れる電流によって発生した起磁力が上記時間中反発しあう結果あまり高くはならず、有効な出力を大幅に下げ、抵抗による無駄を発生させる。
図８は別の励磁回路を示していて、この回路では、図７のダイオード４０，４１をさらに２つのサイリスタ４６，４７で置き換えてある。この場合、サイリスタ４３をオンにすることで、コイル２５の電流をを増加（build up）させることなく、サイリスタ４７がオンになるまでサイリスタ４２が強制的に転流する（あるいは、サイリスタ４２をオンにすることで、コイル２４の電流を増加させることなく、サイリスタ４６がオンになるまでサイリスタ４３が強制的に転流する）。図９は、サイリスタ４６，４３とサイリスタ４７，４２の切り替えを示したタイミング図である。位相差αが増加すると、コイル２４，２５に供給される電力の減少が原因で回転子の回転が遅くなる傾向がある。この場合、界磁巻線中の平均電流も減少するように、界磁巻線１０をコイル２４，２５と直列に接続することが好ましい。キャパシタ４４は、最初の伝導周期の後サイリスタが実際に転流ができる極性で、外部の回路によって前もって充電しておかないといけないことがある。
図１０はさらに別の励磁回路を示していて、この回路では、サイリスタを電界効果トランジスタで置き換えてある。この電界効果トランジスタは、具体的には２つのパワーＭＯＳＦＥＴ５０，５１であり、適当な切替パルスで交互にオン／オフが切り替えられる。ＭＯＳＦＥＴ５０，５１は積分（integral）自由輪ダイオード５２，５３を含み、いずれかのＭＯＳＦＥＴがオフになると、対応するコイルに蓄積した磁気エネルギーがもう１つのコイルに入力されてもう１つのＭＯＳＦＥＴの自由輪ダイオードを通って還流する。速度制御はそれぞれのＭＯＳＦＥＴが導通している時間を短くするか、あるいはＭＯＳＦＥＴのオン／オフをそれぞれの導通時に別々に切り替えることで実現される。
図１１は図７の回路を改良した励磁回路を示していて、この回路では、界磁巻線１０を電機子コイル２４，２５と直列に接続してあり、また、界磁巻線電流が電機子電流を超えたときに過剰電流を流せるように、ダイオード５５を界磁巻線１０と並列に接続してあるが、ダイオード５５は無くてもかまわない。起磁力の大きさは界磁巻線および電機子巻線とに関連しているが、この起磁力の大きさがたとえ等しくなくてもモータが問題なく作動することが分かっているので、特別な手だてを講じて起磁力の大きさをわざわざ近い値にする必要はない。界磁巻線１０は、直列か並列に接続されて、密接に結合した２つのコイルを含んでいても良く、電機子巻線と必ずしも同じ巻き数でなくても良い。
図１２は図１０の回路を改良した励磁回路を示していて、この回路では、界磁巻線１０を電機子コイル２４，２５と直列に接続してある。また、上述のように、前図では界磁巻線１０と並列にダイオードを接続してあるが、ここではこの代替として、キャパシタ５７を界磁巻線１０とコイル２４，２５とを接続する点に接続してある。キャパシタ５７は、界磁巻線１０を流れる電流を電機子コイル２４，２５を流れる電流とは異なったものにする。この場合、キャパシタ５７、あるいは界磁巻線１０と並列なダイオードを設けることは、回路が正しく作動するために必要不可欠である。一方で、図１１の回路では、このようなキャパシタ５７、あるいはダイオード５５は設けても設けなくても良い。界磁巻線１０とキャパシタ５７は、上記のように接続することでフィルターを形成する。
図１２中の界磁巻線は整流器の交流側に置かれていて、フィルターとして作用する。この場合、電機子コイル２４，２５の通電パターンは、界磁巻線中の電流の向きの反転に伴って反転しなければならない。
モータの界磁巻線１０は、例えば、上記のように電機子回路と直列に接続したり、電機子回路と並列に接続したり、あるいはこれらの方法を組み合わせたりと、いくつかの方法で励磁できる。電機子回路は電機子コイル２４，２５と電機子切替構成との両方を含む。直列接続と分岐接続とを組み合わせて使えば、直列ＤＣモータと分岐ＤＣモータとに似た特徴を持ったモータが設計できる。なお、注意すべき点は、もし界磁巻線１０が電機子回路と直列に接続されていれば、電機子電流と界磁電流とが等しくないときに電流を流す経路を設ける必要があることである。この経路は図１１中ではダイオード５５によって、また、図１２中ではキャパシタ５７によって設けられる。界磁巻線が電機子回路と並列に接続されていれば、回路に別の構成を付け加えて界磁電流を制御することができ、こうすることで、さらにモータの速度を制御することができる。この構成は能動的（例えば切替回路）でも受動的（例えば可変界磁抵抗）でもよい。並列に構成した場合の界磁電流は小さいので、この構成は非常に低コストで提供できる。モータ速度の制御に使用する界磁巻線を、一次界磁磁束を加えるための永久磁石に対応して使用することもできる。
さらにこのような機器は、ＤＣ機器との類似性があるので、モータとしてだけではなく、発電機として利用しても理想的である。界磁巻線１０が励磁されれば電機子に誘起した電圧は交流電圧源として使用でき、発生した電機子電圧をＤＣ電圧に変換するのであれば、その変換に対応した、例えば図４に示すような電機子回路を使うことが必要になる。この場合、スイッチ２８，２９は、誘起した電機子電圧を整流することができる単なるダイオードで良い（カソードは電機子コイル２４，２５に接続する）。スイッチ２８，２９は、例えば図１２のＭＯＳＦＥＴ５０，５１のようなＭＯＳＦＥＴでも良く、回転子に同期して制御することによって発生したエネルギー量を増加あるいは減少させることが可能であり、ゆえに、発生する電圧を増加、あるいは減少させることが可能である。
図１２の回路の動作では、ＭＯＳＦＥＴ５０，５１のうちの１つをオフにした時、１つの電機子巻線から別の電機子巻線にロスを出さずに一瞬の間にエネルギーが移動することはない。実際のモータでは、二次電機子巻線に移動しないエネルギーが幾分ある。したがって、実際に使用する際には、この解放されたエネルギーの捕捉とスイッチの破壊防止のために、例えば抵抗５８とキャパシタ５９のような緩衝部を設けることが必要である。図１３は改良した回路の一例を示し、この回路では、電機子コイル２４，２５の端がダイオード６２，６２Aによって、供給レール（rail）電圧よりも高い電圧にまで充電されるキャパシタ５９に接続されている。キャパシタ５９は、並列に並んだ抵抗５８によって放電し、不完全な切替過程で回収したエネルギーを解放する。図１３では、ＩＧＢＴ６０，６１をスイッチとして使っているが、他の種類のスイッチを使用してもかまわない。
図１３の回路の変形例では、緩衝抵抗５８を界磁巻線の全体あるいは一部で置き換えている。例えば、図１４の回路では、界磁巻線は、独立したＤＣ電源によって励磁するコイル６３と、緩衝キャパシタ５９を放電させるために使用するコイル６４からなっている。したがって、エネルギーは界磁励磁回路の一部であるモータに返される。
上記の励磁回路ではサイリスタスイッチあるいはＭＯＳＦＥＴスイッチを使っているが、これ以外の半導体スイッチを使っても良く、さらに、これ以外の如何なる種類のスイッチを使っても良い。図４の回路中に示したスイッチは、機械的スイッチであっても良く、この場合、スイッチはモータの軸に載置され、モータの向きに同期して開閉する。
図１５は二相式モータからなる第３の実施の形態を示す。ここでは、固定子２が８つの磁極を持ち、回転子７が４つの磁極を持っていて、図６の実施の形態の変形例であり、界磁コイルと電機子コイルが固定子２の再入窪み７０に納まっていて、回転子磁極は、隣り合った固定子磁極２つに跨る十分な幅をもった形をしている。この構成では、回転子の向きとはかかわりなく、回転子磁極と固定子磁極とが実質的に一定の角度で重なるので、巻線が形成する磁路の磁気抵抗が回転子の向きについて確実にほぼ一定になる。
【図１ａ】
0004113586.tif 000002
【図１ｂ】
0004113586.tif 000003
【図２ａ】
0004113586.tif 000004
【図２ｂ】
0004113586.tif 000005
【図３】
0004113586.tif 000006
【図４】
0004113586.tif 000007
【図２ｃ】
0004113586.tif 000008
【図１３】
0004113586.tif 000009
【図５】
0004113586.tif 000010
【図６】
0004113586.tif 000011
【図７】
0004113586.tif 000012
【図８】
0004113586.tif 000013
【図９】
0004113586.tif 000014
【図１０】
0004113586.tif 000015
【図１１】
0004113586.tif 000016
【図１２】
0004113586.tif 000017
【図１４】
0004113586.tif 000018
【図１５】
0004113586.tif 000019