磁通分流控制旋转电机系统的制作方法

专利名称：磁通分流控制旋转电机系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括具有永久磁铁磁场的发电机、电动机在内的旋转电机系统。
背景技术：
取出因永久磁铁磁场和电枢的相对旋转而电磁性地产生的电力的发动机，或通过 因向电枢供给的电流而产生的磁场和永久磁铁磁场的相互作用而产生永久磁铁磁场和电 枢的相对旋转的电动机等旋转电机装置，能量效率优异，伴随着永久磁铁的技术的进步，平 常已被广泛使用。但是，那样的旋转电机由于来自磁场磁铁的磁通一定，所以无论作为电动 机使用还是作为发动机使用，在宽的旋转速度范围内通常并不是都能得到最佳的输出。
即在电动机情况下，在高旋转区域中反电动势(发电电压)过高，其结果，难以控 制，作为较弱磁场控制，有人提出了削弱磁场强度的各种手段。另外，在发电机的情况下，为 了在宽的速度范围内使发电电压成为规定的水平，使用了专门由磁场电流控制进行的恒定 电压发电机或由半导体进行的发电电压的恒定电压化回路。 在电动机中，虽然广泛采用了由超前相位电流进行的较弱磁场控制，但是为了不 直接有助于旋转的电流流动，使能量损失变大。在将控制用电流励磁与永久磁铁励磁一并 使用的情况下，使旋转电机的结构复杂，此外，还伴随能量损失。进而，在发电机的情况下， 存在大电力下的恒定电压化电子回路的成本负担大的问题。在这样的环境下，以前已开始 寻求研究旋转电机装置的结构而将电子回路控制止于最小限度来降低作为装置整体的成 本的策略，并提出了各种方案。 美国专利3713015公开了将磁场转子一分为二，使两个磁场转子在圆周方向相对 偏移，有效地控制磁场强度的交流发电机。虽然由于上述相对偏移能够机械性地保持所以 具有能量损失少的优点，但是，由于流入电枢的磁场磁通量不变，所以存在在高旋转区域内 涡电流损失大的缺点。日本特开2004-320864、日本特开2004-328944公开了改变包含磁场 磁铁的磁回路的磁阻控制磁通的装置。进而，美国专利4885493、日本特开2004-357357、日 本特开2006-246662公开了对磁场磁铁进行短路控制的装置。 一般在包含磁铁的磁回路中 存在可动部分的情况下，存在欲使可动部分向增大流过磁回路的磁通的方向(减小磁阻的 方向)偏移的磁力。磁场磁铁在旋转电机装置中是产生力或产生电力的源泉。在通过机械 性的偏移来控制磁回路的磁阻或将磁场磁铁短路的旋转电机装置的提案例中，上述磁力与 旋转电机的输出成比例，在偏移控制中需要大的力，同时，导致部件的振动或摆动，难以进 行精密的控制。进而，需要大输出的动作执行器、伴随过分的机械强度的机构等，要想实现 是伴有困难的。 专利文献1 :美国专利3713015号
专利文献2 :美国专利4885493号
专利文献3 :日本特开2004-320864号
专利文献4 :日本特开2004-328944号
专利文献5 :日本特开2004-357357号
专利文献6 :日本特开2006-246662号

发明内容
发明所要解决的课题 因此，本发明要解决的课题是，提供一种(1)使磁场磁铁减磁的担心少，(2)考虑 将磁通量控制所需要的力抑制得小等条件，容易进行较弱磁通量控制的旋转电机系统、磁 通量控制方法。 为了解决课题的手段 基于本发明的旋转电机系统以下述方式构成。所述旋转电机装置由具有电枢线圈 的电枢、具有与电枢相向地在圆周方向配置的多个磁性体突极的表面磁极部、及为了同种 极性地被磁化而对每个磁性体突极组一并进行磁化的励磁部构成；表面磁极部和电枢能够 以轴为中心相对地旋转，其特征在于，励磁部具有磁场磁铁和主磁极及旁通磁极，在将磁场 磁铁的N极或S极的任意一方的磁极作为第一磁场磁极，将另一方的磁极作为第二磁场磁 极时，在第一磁场磁极上相向地配置主磁极及旁通磁极；从第一磁场磁极流入到主磁极的 磁通经磁性体突极及电枢向第二磁场磁极环流的主磁路、及从第一磁场磁极流入到旁通磁 极的磁通主要在励磁部内向第二磁场磁极环流的旁通磁路与磁场磁铁并列连接；主磁极及 旁通磁极的单元或磁场磁铁的任意一个作为可动磁极部，以能够在将第一磁场磁极一面与 主磁极相向的面积及与旁通磁极相向的面积之和保持为一定的同时改变上述各个相向面 积的方式，将可动磁极部构成为能够相对于余部进行相对偏移；以旋转电机系统的输出最 佳化的方式，具有与电枢相向地在圆周方向配置的多个磁性体突极的表面磁极部。
在上述结构中，由于主磁极及旁通磁极经微小间隙与磁场磁铁相向，磁通在磁场 磁铁及磁性体附近与它们的分界面大致正交，所以，来自磁场磁铁的磁通大致呈层流状地 流入主磁极及旁通磁极，向主磁极分流的磁通量与主磁极和磁场磁铁的相向面积成比例。 另外，即使改变了流入到主磁路中的磁通量，也由于旁通磁路与磁场磁铁连接，从而避免了 磁场磁铁被减磁的风险。 本发明还提出了将上述主磁路及旁通磁路的磁阻设定成相互大致相等的最小磁 力条件的提案。在旁通磁路内具有由磁性的空隙或狭窄部等构成的磁阻调整部分，设定旁 通磁路的磁阻。由此，由于来自磁场磁铁的磁通总量被保持在一定，所以，使妨碍可动磁极 部的偏移的磁力变小，能够进行精密的磁通量控制。仅通过将旁通磁路连接在磁场磁铁， 即可实现使妨碍上述偏移的磁力减小，进而，"大致相等"的意思是为了将妨碍上述偏移的 磁力抑制在用于上述偏移的动作执行器的输出以下，而将两磁路的磁阻设定成最小磁力条 件的情况。虽然主磁路的磁阻因磁性体突极和磁性体齿的相对位置而变动，但是，在本发明 中，主磁路的磁阻为针对磁性体突极和磁性体齿间的各相对位置进行平均化的值。
通过将上述两磁路的磁阻设定成最小磁力条件，能够将两磁路间的磁通泄漏抑制 得小，将妨碍上述偏移的磁力抑制得小，但是，使磁路的磁阻变动的要因很多。即，在批量生 产阶段，零件尺寸在设定公差内的偏差使各磁路的磁阻变动，在不能忽视磁路间的磁通泄 漏的情况下，可动磁极部的偏移位置影响各磁路的磁阻，磁性体的透磁率容易受到温度的 影响，因此，各磁路的磁阻变化。进而还有，若电流向电枢线圈流动，则主磁路的磁阻有效地 变动。像这样，由于各磁路的磁阻变动，所以，与旋转电机系统的规格相吻合，在转子的静止状态或平均的运转条件下，将两磁路的磁阻设定成最小磁力条件。 在上述结构中，向主磁路分流的磁通量与主磁极和磁场磁铁的相向面积成比例。 但是，若各磁路的磁阻变动，各磁路的磁阻间的差增大，则担心分流到主磁极及旁通磁极的 磁通在磁路间短路性地泄漏。本发明中，还提出了使主磁路和旁通磁路间的磁阻比主磁路 的磁阻和旁通磁路的磁阻之间的差大的方案，即使在各磁路的磁阻间出现了差的情况下， 也能够将磁路间的短路磁通量抑制得小，进行磁通量的精密控制。 从电枢线圈来看，旁通磁路是与磁场磁铁并列连接的磁路，存在使向电枢线圈供 给的电流产生的磁通短路，旋转电机的动作产生障碍的可能性。本发明中，提出了包含旁通 磁极的旁通磁路包含比磁性体突极涡电流损失大的材质，使交流磁通难以通过地构成的方 案。虽然由于与磁性体突极和磁性体齿的位置相应地向电枢线圈供给的电流或因感应电压 而向电枢线圈流动的电流，交流磁通被励磁，但是，根据上述结构，上述交流磁通难以通过 旁通磁路，能够抑制旁通磁路的存在对旋转电机的动作的影响。 本发明还提出了具有磁阻调整组件，在旋转电机制造后或运转中调整主磁路或旁 通磁路的磁阻，使可动磁极部的偏移所需要的力变小，能够进行精密的磁通量控制的方案， 进而，提出了在旋转电机的运转中学习性地获取有关最小磁力条件的参数的方案。由此，在 旋转电机的各运转状态下或磁通量变更时，将两磁路的磁阻设定成最小磁力条件，能够减 小妨碍可动磁极部的偏移的磁力。另外还有，本发明中提出了由于两磁路的磁阻脱离最小 磁力条件而出现的磁力用于可动磁极部的偏移的方案。即，在增加磁通量的情况下，使主磁 路的磁阻比旁通磁路的磁阻变小，在减少磁通量的情况下，与此相反地调整磁路的磁阻。作 为磁阻调整的具体的手段、方法，提出了配置在磁路的一部分上的磁空隙尺寸诸元的变更 控制及对巻绕在磁路上的线圈的通电控制等。进而，也可以是利用温度或磁饱和等，控制磁 性体的磁特性的方法。 根据上述说明的本发明，能够通过使可动磁极部偏移来控制电枢内的磁通量，但 是，各种公知的手段能够适用于使可动磁极部偏移的手段。例如有，作为半固定机构预先通 过手动设定的手段、利用离心力，使可动磁极部偏移的调速器机构、在磁场部位于转子侧的 情况下，在转子内具有动作执行器的手段或由来自转子外的外力使之偏移的手段等。
旋转电机中存在磁场部旋转，电枢静止的构造及与之相反的构造、还有圆筒状的 电枢和磁场部在径向经空隙相向的构造、或大致圆盘状的电枢和磁场部在轴向经空隙相向 的构造等任何一种构造。本发明还适用于永久磁铁励磁的上述任意构造的旋转电机。另外， 旋转电机若将向电枢线圈的电流作为输入，将旋转力作为输出，则是电动机，若将旋转力作 为输入，从电枢线圈输出电流，则是发电机。虽然在电动机或发电机中存在最佳的磁极结 构，但是是可逆的，本发明的旋转电机系统对电动机、发电机的任意一种都适用。
发明效果 在具有永久磁铁励磁的磁场部的旋转电机系统中，若通过机构偏移，将磁场磁铁 的磁通向主磁路及旁通磁路分流控制，则能够抑制成为机构偏移的障碍的磁力，或利用磁 力，控制磁通量。在本发明的磁通分流控制旋转电机中，较弱磁场控制容易，能够实现以高 能量效率将输出控制在最佳的旋转电机系统。
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图1是基于本发明的第一实施例的旋转电机的纵剖视图。 图2是表示图1所示的旋转电机的电枢和磁场部的剖视图。 图3(a)是从主磁极及旁通磁极侧看到的包含磁场磁铁的俯视图，(b)是从转子壳 体侧看到的包含主磁极及旁通磁极的俯视图。 图4(a) 、 (b)是从转子壳体侧看到的包含主磁极及旁通磁极的俯视图。 图5是表示图1所示的旋转电机的偏移控制组件的一部分的剖视图。 图6是进行较弱磁场控制的旋转电机系统的框图。 图7是基于第二实施例的旋转电机的纵剖视图。 图8是表示图7所示的旋转电机的电枢和转子的剖视图。 图9是表示图7所示的旋转电机的转子及励磁部的纵剖视图。 图10是表示图7所示的旋转电机的励磁部的剖视图。 图11是基于第三实施例的旋转电机的纵剖视图。 图12是表示图11所示的旋转电机的电枢和转子的剖视图。 图13是表示图11所示的旋转电机的转子和第一、第二延长部的分解立体图。 图14是图11所示的旋转电机的磁场磁铁附近被放大的纵剖视图。 图15是进行较弱磁场控制的旋转电机系统的时间图。 图16是基于第四实施例的旋转电机的纵剖视图。 图17是表示图16所示的旋转电机的电枢和转子的剖视图。 图18是图16所示的旋转电机的转子和第一、第二延长部及励磁部的分解立体图。 图19是图16所示的旋转电机的励磁部的纵剖视图。 图20是图16所示的旋转电机的励磁部的剖视图。 图21是表示图16所示的旋转电机的偏移组件的立体图。 图22是基于第五实施例的旋转电机的纵剖视图。 图23是表示图22所示的旋转电机的电枢和转子的剖视图。 图24是表示图22所示的旋转电机的转子和第二延长部及励磁部的分解立体图。 图25是表示图22所示的旋转电机的转子和励磁部的纵剖视图。 图26是表示图22所示的旋转电机的励磁部的剖视图。 图27是基于第六实施例的旋转电机的纵剖视图。 图28(a)是从表面磁极部侧看到的电枢的俯视图，(b)是表示与磁性体齿相向的 表面磁极部的结构的俯视图。 图29(a)是从可动磁极部侧看到的表面磁极部的俯视图，(b)是从帽(cup)侧看 到的可动磁极部的俯视图。 图30(a)是表示处于基准位置的主磁极及旁通磁极的俯视图，(b)是表示最大偏 移了的主磁极及旁通磁极的俯视图。 图31是基于第七实施例的旋转电机系统的框图。 图32是表示与磁场磁铁连接的主磁路、旁通磁路的模型的磁回路。
为了实施发明的优选方式 下面，一面参照附图，一面说明基于本发明的实施例的旋转电机系统。
实施例1 使用图1到图6，说明基于本发明的第一实施例的旋转电机系统。第一实施例是径 向缝隙构造且外转子构造具有单极转子的旋转电机系统。励磁部在旋转电机的静止侧，与 电枢在轴向邻接地配置，并具有旁通磁路的磁阻调整组件。 图1是表示将本发明适用于外转子构造的旋转电机的实施例，磁性体突极配置在 转子上，电枢配置在固定轴上。固定轴11被固定在基板12上，电枢固定在固定轴ll上，在 作为经轴承13可转动地被支承在固定轴11上的磁性体的铁制的转子壳体19上，配置了磁 性体突极17。 电枢由被固定在固定轴11上的圆筒状磁轭15、从圆筒状磁轭15在径向延伸的多 个磁性体齿14及巻绕在磁性体齿14上的电枢线圈16构成。转子的转子壳体19具有用于 与外部机器进行旋转力的传递的带轮部18，在转子壳体19上，与磁性体齿14相向地在圆周 方向交替配置了磁性体突极17和磁空隙部。 对磁性体突极17进行磁铁励磁的励磁部围绕固定轴11且与电枢并列地配置，由 磁场磁铁la、主磁极lb、旁通磁极lc及基础磁极ld构成主要部，主磁极lb和旁通磁极lc 被支承在励磁部支承部lf上，励磁部支承部lf可转动地被支承在固定轴11。磁场磁铁la 内的箭头表示磁化的方向，号码le表示旁通磁极lc的延长部和可动基础磁极lm间的间 隙。间隙le的空隙长度调整组件由可动基础磁极lm、设置在电枢支承部lq上的基础磁极 调整丝杠ln和动作执行器lp构成。 固定轴11做成空心构造，具有可滑动地配设在空心部内的控制杆lg，控制杆lg做 成通过动作执行器lh向圆周方向偏移的结构。在固定轴11上具有与空心部贯通的狭缝部 lj，固定在励磁部支承部lf上的销lk经狭缝部lj与控制杆lg卡合，通过控制杆lg的旋 转偏移，使励磁部支承部lf、主磁极lb、旁通磁极lc旋转偏移。号码lr表示转矩传感器。
图2是表示沿图1的A-A'的电枢及转子的剖视图，为了说明相互的关系，对构成 部分的一部分标注号码来表示。电枢由被固定在电枢支承部lq上的圆筒状磁轭15、从圆筒 状磁轭15在径向延伸，并在圆周方向具有磁空隙的多个磁性体齿14、巻绕在磁性体齿14上 的电枢线圈16构成。在第一实施例中，由二十四个电枢线圈16构成，它们被结线成三相。 磁性体齿14和圆筒状磁轭15通过由规定的模具对硅钢板进行冲孔后进行叠层而构成，巻 绕有电枢线圈16。 在图2中，转子在转子壳体19的内侧在圆周方向等间隔地配置八个与磁性体齿14 相向地叠层了硅钢板的磁性体突极17。磁性体突极17之间是磁空隙部，虽然单纯地作为空 隙而构成，但是，当在高速旋转中风损由于能量效率或产生音响而成为障碍时，可以配置电 阻率大、非磁性的树脂、松香等。虽然在转子上没有配置磁场磁铁，但是，通过励磁部，磁性 体突极17与磁场磁铁la的一方的磁极磁性地结合而被磁化，磁性体齿14与另一方的磁极 磁性地结合而被磁化。这样的结构虽然是单极的旋转电机，难以作为电动机或发电机使用， 但是存在结构简单的优点。 图3是用于说明图1所示的励磁部的构成及磁通量控制的原理的图。图3(a)是
10从主磁极lb及旁通磁极lc侧看到的包含磁场磁铁la的俯视图，图3(b)是从转子壳体19 侧看到的包含主磁极lb及旁通磁极lc的俯视图。在图1及图3(a)中，磁场磁铁la夹着 磁空隙部31在圆周方向配置三个。各磁场磁铁la的磁化方向如图1由箭头所示为轴向， 将磁场磁铁la的两个磁极作为第一磁场磁极、第二磁场磁极，第二磁场磁极经基础磁极Id 与圆筒状磁轭15结合，第一磁场磁极经相向的主磁极lb与转子壳体19磁性地结合。
如图1及图3(b)所示，磁场磁铁la的第一磁场磁极经微小间隙相向，在圆周方向 可转动地并列配置各主磁极lb及旁通磁极lc。图3(a)、 (b)中，由号码32所示的圆筒状 磁芯与旁通磁极lc结合而一起旋转偏移，如图1所示，经间隙le、可动基础磁极lm、圆筒状 磁轭15与基础磁极ld连接。可动基础磁极lm通过基础磁极调整丝杠In的旋转沿圆筒状 磁轭15滑动。 形成从磁场磁铁la的第一磁场磁极流入到主磁极lb的磁场磁通经转子壳体19、 磁性体突极17、磁性体齿14、圆筒状磁轭15、基础磁极Id向第二磁场磁极环流的主磁路，流 入到旁通磁极lc的磁通形成经圆筒状磁芯32、间隙le、可动基础磁极lm、圆筒状磁轭15、 基础磁极Id向第二磁场磁极环流的旁通磁路。将间隙le的相向面积及间隙长度作为磁阻 调整部分，将主磁路的磁阻和旁通磁路的磁阻设定成相互大致相等。此时，由于主磁路的磁 阻根据磁性体突极17和磁性体齿14的相对位置变动，所以，将旁通磁路的磁阻设定成与平 均化的磁阻大致相等。 为了使交流磁通难以向主磁极lb、旁通磁极lc、圆筒状磁芯32、基础磁极ld、可动 基础磁极lm流动，由以饱和磁通密度大的软铁制块为主体的磁性体构成，并紧凑地构成整 体。为了将磁场磁铁la和主磁极lb及旁通磁极lc间的磁阻构成得小，做成了使磁场磁铁 la和主磁极lb及旁通磁极lc间经微小的间隙相向或使磁场磁铁la和主磁极lb及旁通磁 极lc间滑动的结构。 在图3(a) 、 (b)中，主磁极lb、旁通磁极lc的圆周方向弧长设定成相等，将磁场磁 铁la的圆周方向弧长设定成与主磁极lb、旁通磁极lc间的间隙的圆周方向弧长及主磁极 lb的圆周方向弧长的和相等，使主磁极lb、旁通磁极lc的偏移量在主磁极lb的圆周方向 弧长以下。在本实施例中，主磁极lb、旁通磁极lc与可动磁极部对应，作为磁极单元相对于 磁场磁铁la偏移。 图4(a)、(b)与图3(b)同样，是表示从转子壳体19侧看到的主磁极lb及旁通磁极lc 的俯视图，各个图表示磁极单元(主磁极lb及旁通磁极lc)和磁场磁铁la间的圆周方向偏移 最小、最大的情况，即，磁性体突极17和磁性体齿14间的磁通量分别为最大、最小的情况。在 该图中，号码41表示磁场磁铁la在圆周方向的存在区域，如图4(a)所示，表示在基准位置，磁 场磁铁la与主磁极lb的整个区域相向，同时，与旁通磁极lc略微相向的状态。在此情况下， 来自磁场磁铁la的磁通大致全部量经主磁极lb向磁性体突极17、磁性体齿14间流动。
图4(b)是表示磁极单元从图4(a)所示的基准位置向顺时针旋转方向进行了与主 磁极lb的圆周方向弧长相等的旋转偏移的情况，表示磁场磁铁la与旁通磁极lc的整个区 域相向，同时，与主磁极lb略微相向的状态。在此情况下，来自磁场磁铁la的磁通的大致 全部量经旁通磁极lc、经圆筒状磁芯32、间隙le、可动基础磁极lm、圆筒状磁轭15、基础磁 极ld向第二磁场磁极环流。 在图4 (a) 、 (b)所示的情况的中间状态下，磁场磁铁la与主磁极lb和旁通磁极lc双方相向，来自磁场磁铁la的磁通向主磁路及旁通磁路分流。由于磁场磁铁la在大致 整个宽度中与主磁极lb及旁通磁极lc经微小间隙相向，磁通在与磁场磁铁la、主磁极lb、 旁通磁极lc的面正交地流动，所以，磁通在磁场磁铁la和主磁极lb、旁通磁极lc之间呈层 流状地流动。由此，磁通与磁场磁铁la和主磁极lb、旁通磁极lc的各自的相向面积成比例 地分流。进而，磁场磁铁la和主磁极lb、旁通磁极lc的各自的相向面积的和为一定，它们 的面积根据磁极单元的偏移变化。由于将主磁路及旁通磁路的磁阻设定成相互大致相等， 来自磁场磁铁la的磁通总量通常为一定，所以，理论上不会出现妨碍磁极单元的偏移的磁 力。 若磁极单元的位置限制在图4 (a) 、 (b)所示的范围内，则磁场磁铁la和主磁极lb、 旁通磁极lc各自的相向面积的和为一定，它们的面积随着偏移而变化，向主磁路分流的磁 通量与偏移量大致成比例。虽然即使上述位置超过了上述范围也能够进行磁通量控制，但 是，偏移量和流过主磁路的磁通量的关系不定。在本实施例中，以将磁极单元的位置限制在 上述范围内的方式设定狭缝lj的圆周方向位置及圆周方向弧长。 —般地，在包含磁铁的磁回路的一部分中具有可动部分的情况下，出现欲使可动 部分向增大磁通量的方向(与减少磁回路的磁阻的方向意思相同)运动的磁力。在本发明 之前，以控制磁场磁通为目的，欲使磁回路的一部分偏移，使磁场磁铁短路或改变磁路的磁 阻的方案多。但是，磁场磁铁在该旋转电机中是产生磁铁转矩或电力的源泉，妨碍上述偏移 的磁力大，难以进行精密的磁通量控制。根据上述说明的本发明的结构，能够将磁力抑制得 小，进行精密的磁通量控制。 在本实施例中，磁场磁铁la经微小间隙与主磁极lb及旁通磁极lc相向。难以构 成得使主磁路和旁通磁路的磁阻严格相等，在两者的磁阻存在差的情况下，若从磁场磁铁 la经磁性体与主磁极lb及旁通磁极lc相向，则来自磁场磁铁la的磁通与各自的磁路的磁 阻相应地在上述磁性体内分流，流过主磁路的磁通将不与磁场磁铁la和主磁极lb间的相 向面积成比例，难以进行磁通量的控制。在由于构造上的限制，从磁场磁铁la经磁性体与 主磁极lb及旁通磁极lc相向的情况下，做成了作为磁性体采用各向异性强的磁性体，或作 为厚度薄的磁性体采用在磁性体内磁通难以分流的结构。此结构实质上在使磁通在磁场磁 铁la的端面分流这点上被含在本发明的主旨中。 以上针对通过使磁极单元偏移，能够控制向磁性体突极17、磁性体齿14间流动的 磁通量，此时理论上会产生妨碍偏移的磁力的情况进行了说明。下面，使用图l及图5，说明 使磁极单元偏移的结构。图5是将固定在励磁部支承部If上的销lk与控制杆lg卡合的 部分放大来表示的剖视图。销lk有3个，是在固定轴11上设置狭缝lj，在控制杆lg端面 设置三个分别接收销lk的槽部的构造。在将固定轴11穿插在励磁部支承部If内后，将销 lk从励磁部支承部If的外周部打入，使销lk向固定轴11内的空心部突出地进行固定，将 控制杆lg插入固定轴11的空心部，使销lk卡合在控制杆lg端部的槽部中。
动作执行器lh根据来自控制装置的指示使控制杆lg旋转偏移，经销lk使励磁部 支承部If旋转偏移。此时，狭缝lj的圆周方向位置及圆周方向弧长作为将磁极单元限制 为由图4(a)、(b)所示的范围内的偏移量的偏移限制组件来设定。虽然动作执行器lh做成 了使用步进马达来保存磁极单元的偏移位置的结构，但是，除此之外，也可以做成能够将马 达和丝杠机构或齿轮机构等组合来保存偏移位置的结构。
通过将主磁路和旁通磁路的磁阻设定成最小磁力条件，能够将两磁路间的磁通泄 漏抑制得小，将妨碍上述偏移的磁力抑制得小，但是，使磁路的磁阻变动的要因很多。即，在 批量生产阶段，零件尺寸在设定公差内分散，由于使各磁路的磁阻变动，在不能忽视磁路间 的磁通泄漏的情况下，可动磁极部的偏移位置影响各磁路的磁阻，磁性体的透磁率容易受 到温度的影响，所以，各磁路的磁阻变化。进而还有，若电流流向电枢线圈，则主磁路的磁阻 有效地变动。在本实施例中，调整旁通磁路内的间隙le的大小，并使主磁路及旁通磁路的 磁阻相互相等，使妨碍磁极单元的偏移的磁力变小，进行磁通量控制。调整间隙le的大小 的空隙长度调整组件的参数，作为在旋转电机的运转中学习性地取得的结构要素，与因各 种原因而产生的磁路的磁阻变化相适应。 使用图l，说明为了调整旁通磁路的磁阻而学习性地调整间隙le的大小的结构及 方法。在图l中，号码lr表示转矩传感器。作为转矩传感器lr，虽然可以使用基于各种原 理的转矩传感器，但是，应变仪是小型的，适合于本实施例。若由动作执行器lp使基础磁极 调整丝杠ln旋转，使可动基础磁极lm向轴向前后移动，使间隙le的大小变化，则与主磁路 及旁通磁路的磁阻差相应地，磁极单元受到向使磁阻小的一侧的磁极(主磁极lb或旁通磁 极lc)和磁场磁铁la的相向面积增加的方向偏移的磁力。由于动作执行器lh欲保持圆周 方向位置，所以，控制杆lg扭转，可以由转矩传感器lr检测上述磁力。
由于因动作执行器lp而产生的间隙le的大小的变更不直接影响旋转电机的旋转 动作，所以，在通常的旋转动作中，控制装置适宜地由动作执行器lp改变间隙le的大小，监 视转矩传感器lr的输出，在磁力变小的点维持间隙le的大小。由于接近最小磁力条件地 将磁力抑制得小，所以，能够由小输出的动作执行器lh进行磁通量控制。
上面，说明了在图l至图5所示的旋转电机中，通过使磁极单元相对于磁场磁铁la 相对偏移，能够控制向电枢流动的磁通量的情况，进而，说明了使磁极单元相对于磁场磁铁 la偏移的手段、方法。第一实施例是控制磁通量而使输出最佳化的系统，使用图6说明作为 旋转电机系统的控制。图6是表示进行磁通量控制的旋转电机系统的框图。在图6中，旋 转电机61具有输入62、输出63，控制装置65将旋转电机61的输出63及包含主磁极lb及 旁通磁极lc的位置的状态信号64作为输入，经控制信号66控制磁通量。号码67表示电 枢线圈16的驱动控制回路。若旋转电机61作为发电机使用，则输入62是旋转力，输出63 成为发电电力。若旋转电机61作为电动机使用，则输入62是从驱动控制回路67向电枢线 圈16供给的驱动电流，输出63成为旋转转矩、旋转速度。 说明在旋转电机作为电动机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将旋转力控制在 最佳的电动机系统。控制装置65在作为输出63的旋转速度比规定的值大，使向电枢流动 的磁通量变小时，经控制信号66、动作执行器lh、控制杆lg，使磁极单元在图4(a)、 (b)中 向顺时针旋转方向偏移，减小主磁极lb和磁场磁铁la的相向面积。在旋转速度比规定的 值小，使向电枢流动的磁通量变大时，经控制信号66、动作执行器lh、控制杆lg，使磁极单 元向逆时针旋转方向偏移，增大主磁极lb和磁场磁铁la的相向面积。
说明在旋转电机作为发电机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将发电电压控制 在规定的电压的恒定电压发电系统。控制装置65在作为输出63的发电电压比规定的值 大，使向电枢流动的磁通量变小时，经控制信号66、动作执行器lh、控制杆lg，使磁极单元 在图4(a)、(b)中向顺时针旋转方向偏移，减小主磁极lb和磁场磁铁la的相向面积。在发
13电电压比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，经控制信号66、动作执行器lh、控制 杆lg，使磁极单元向逆时针旋转方向偏移，增大主磁极lb和磁场磁铁la的相向面积。
在本实施例所采用的磁阻调整组件中，在为了将主磁路及旁通磁路的磁阻设定成 最小磁力条件而连续进行控制的情况下，不会因为磁通量控制而中断旋转电机的运转，将 可动磁极部的偏移所需要的力保持得小，进而，能够将两磁路间的磁通泄漏保持得小。
在能够将磁路的磁阻从设计值控制在容许范围内的情况下，可以不需要旋转电机 组装后的旁通磁路的磁阻调整。另外，在运转中的磁路的磁阻与初期状态偏差不大的情况 下，可以仅采用旋转电机组装后的初期调整设定，省略在本实施例中采用的学习过程。也可 以根据旋转电机系统的规格或运转条件，部分地采用在本实施例中的旁通磁路的磁阻调整 组件，做成最佳的旋转电机系统。
实施例2 使用图7至图IO，说明基于本发明的第二实施例的旋转电机系统。第二实施例是 将交替地具有磁性体突极和磁空隙部的两个转子在轴向并列配置，在壳体侧配置了励磁部 的旋转电机系统。另外，第二实施例在控制磁通量时，向电枢线圈供给规定条件的电流，向 加速或减速方向驱动转子，有效地调整主磁路的磁阻，产生对偏移进行辅助的磁力。
图7是表示将本发明适用于径向缝隙构造的旋转电机的实施例，旋转轴71经轴承 73可转动地被支承在壳体72上。电枢由被固定在壳体72上的圆筒状磁轭75、从圆筒状磁 轭75在径向延伸的多个磁性体齿74、巻绕在磁性体齿74上的电枢线圈76构成。转子的表 面磁极部，其在圆周方向交替地排列磁性体突极和磁空隙部的两个转子的表面磁极部77、 78，夹着非磁性体圆板79在轴向并列配置。 将两个转子的表面磁极部77、78的磁性体突极相互异极地磁化的励磁部配置在 壳体72侧，由磁场磁铁7a、主磁极7b、旁通磁极7c构成主要部分。主磁极7b、旁通磁极7c 被固定在励磁部支承体7j上，励磁部支承体7j被固定在壳体72上。磁场磁铁7a及磁场 磁铁支承体7g作为可动磁极部能够相对于主磁极7b、旁通磁极7c在圆周方向滑动，经控制 杆7k与动作执行器7m连接。磁场磁铁7a内的箭头表示磁化方向，号码7n表示固定在转 子上的冷却风扇。 图8是表示沿图7的B-B'的电枢及转子的剖视图，为了说明相互的关系，对构成 部分的一部分标注号码来表示。电枢由被固定在壳体72上的圆筒状磁轭75、从圆筒状磁轭 75在径向延伸并在圆周方向具有磁空隙的多个磁性体齿74、巻绕在磁性体齿74上的电枢 线圈76构成。在本实施例中，由九个电枢线圈76构成，它们三相结线。在电枢的磁性体齿 74前端，将径向短的可饱和磁性体结合部83设置在邻接的磁性体齿74前端部间。磁性体 齿74及可饱和磁性体结合部83在用模具对硅钢板进行冲孔而叠层，并在巻绕电枢线圈76 后，与圆筒状磁轭75组合，作为电枢。 可饱和磁性体结合部83与磁性体齿74作为一体，提高磁性体齿74的支承强度， 抑制磁性体齿74的不必要的振动。由于可饱和磁性体结合部83的径向的长度设定得短，做 成容易地磁饱和的形状，所以，能够容易地因电枢线圈76产生的磁通或来自磁场磁铁的磁 通而饱和，在该情况下，电枢线圈76产生的磁通及磁通的短路为微小的量。虽然若向电枢 线圈76供给电流，则可饱和磁性体结合部83随着时间而磁饱和，使磁通向周边泄漏，但是， 由于在磁饱和的可饱和磁性体结合部83上出现的有效的磁空隙的边界不清楚，所以，泄漏的磁通的分布缓和，可饱和磁性体结合部83在这点上也能够使施加于磁性体齿74的力的 时间变化缓和，有助于抑制振动。 在图8中，转子做成在圆周方向交替地具有磁性体突极81和磁空隙部82的构造， 通过由规定的模具对硅钢板进行冲孔而叠层构成。两个转子的表面磁极部77、78是相同的 结构， 一方的转子的表面磁极部77的磁性体突极81和另一方的转子的表面磁极部78的磁 空隙部82以在轴向相向的方式配置。磁性体突极81间是磁空隙部82，虽然单纯地作为空 隙来构成，但是，当在高速旋转中风损因能量效率或产生音响而成为障碍时，也可以由电阻 率大、非磁性的树脂、松香等构成。 图9是将图7表示了纵剖视图的转子及励磁部放大来表示，图10是表示励磁部的 剖视图。使用图7、图9、图IO，说明励磁部的结构及磁通量控制的动作原理。励磁部的主要 部分由磁场磁铁7a、主磁极7b、旁通磁极7c构成。有三个具有径向的磁化的磁场磁铁7a， 磁场磁铁7a和非磁性体7d在圆周方向交替地配置，被固定在由圆筒状磁性体构成的磁场 磁铁支承体7g的内侧。主磁极7b和旁通磁极7c的对与各磁场磁铁7a相向地配置在内侧， 被固定在励磁部支承体7j上。旁通磁极7c还与环状磁芯7h连接，环状磁芯7h经间隙与 磁场磁铁支承体7g相向。 固定在旋转轴71上的由圆筒状的磁性体构成的圆筒磁芯7e与表面磁极部77连 接，同时，经微小间隙与主磁极7b相向，固定在表面磁极部78上的由圆筒状的磁性体构成 的圆筒磁芯7f经微小间隙与磁场磁铁支承体7g相向。为了使交流磁通难以通过构成励磁 部的主磁极7b、旁通磁极7c、磁场磁铁支承体7g、环状磁芯7h、圆筒磁芯7e、圆筒磁芯7f， 而由饱和磁通密度大的软铁构成，紧凑地构成整体。 仅在磁场磁铁7a的磁化方向及磁场磁铁7a和主磁极7b、旁通磁极7c在径向相向 这方面与第一实施例不同，励磁部的结构类似。在本实施例中，磁场磁铁7a作为相对于主 磁极7b、旁通磁极7c在圆周方向滑动的结构，由动作执行器7m偏移。动作执行器7m经设 置在壳体72上的窗，由三根控制杆7k连接磁场磁铁7a和磁场磁铁支承体7g而使之旋转 偏移，改变磁场磁铁7a和主磁极7b的相向面积。 从磁场磁铁7a的一方的磁极流入到主磁极7b的磁通经圆筒磁芯7e、表面磁极部 77的磁性体突极81、磁性体齿74、表面磁极部78的磁性体突极81、圆筒磁芯7f及磁场磁 铁支承体7g向磁场磁铁7a的另一方的磁极环流的主磁路，和从磁场磁铁7a的一方的磁极 流入到旁通磁极7c的磁通经环状磁芯7h及磁场磁铁支承体7g向磁场磁铁7a的另一方的 磁极环流的旁通磁路，与磁场磁铁7a并列连接，随着磁场磁铁7a的圆周方向的偏移，磁通 向主磁路及旁通磁路分流，流过主磁路的磁通量得到控制。 在本实施例中，作为将主磁路的磁阻设定成与旁通磁路的磁阻大致相等，使磁场
磁铁7a偏移所需要的力变小。将环状磁芯7h和磁场磁铁支承体7g之间的空隙长度及相
向面积作为磁阻调整部分，将旁通磁路的磁阻和主磁路的磁阻设定成相等。 在本实施例中，作为动作执行器7m使用步进马达，经控制杆7k使磁场磁铁7a偏
移。在驱动电流不流向动作执行器7m的情况下，保存磁场磁铁7a的位置，使控制所需要的
能量变小。 各磁路的磁阻因各种要因而变动，但是，在本实施例中，在旋转电机的动作中间歇 地进行了磁通量控制。在将旋转电机作为电动机，向电枢线圈供给使转子加速的方向的电流的情况下，引入磁场磁通，欲使向电枢流动的磁通量增大，在减速驱动转子的情况下，则与此相反。因此，在加速或减速驱动转子的情况下，主磁路的磁阻有效地分别减小、增大。为了使主磁路和旁通磁路的磁阻相互相等，使向电枢线圈供给的电流为最小磁力电流，像下述那样实施偏移控制。即，在增加流过主磁路的磁通量的情况下，在使转子加速的方向，将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈供给，同时，使可动磁极部向增加主磁极和磁场磁铁的相向面积的方向偏移。在减少流过主磁路的磁通量的情况下，在使转子减速的方向，将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈供给，同时，使可动磁极部向减少主磁极和磁场磁铁的相向面积的方向偏移，控制流过主磁路的磁通量。作为通过流向电枢线圈的电流产生对可动磁极部的偏移进行辅助的磁力的结构，可动磁极部的偏移不需要过大的动作执行器，容易控制磁通量。 最小磁力电流与旋转电机的运转状态相应地从映像数据取得。在旋转电机的运转中，使主磁路及旁通磁路的磁阻变动的参数主要是温度、可动磁极部的偏移位置、旋转速度等。表示这些动作条件的参数和来自最小磁力电流的初期设定的变动量的关系在相同设计的旋转电机中能够基于统计数据推定。在组装旋转电机后，作成最小磁力电流和表示动作条件的参数之间的映像数据来设定。 上面，对在图7至图10所示的旋转电机中，可通过使磁场磁铁7a相对于主磁极7b及旁通磁极7c进行相对偏移来控制向电枢流动的磁场磁通量的情况进行了说明，并进一步说明了使磁场磁铁7a相对于主磁极7b及旁通磁极7c偏移的手段、方法。本实施例是控制磁通量而将输出最佳化的系统，使用图6，说明作为旋转电机系统的控制。
对在旋转电机作为电动机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将旋转力控制在最佳的电动机系统进行说明。控制装置65在作为输出63的旋转速度比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，在使转子减速的方向将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈76供给，同时，经控制信号66，由动作执行器7m使控制杆7k在图10中向顺时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变小。在旋转速度比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，在使转子加速的方向将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈76供给，同时，经控制信号66，由动作执行器7m使控制杆7k在图10中向逆时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变大。 对在旋转电机作为发电机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将发电电压控制为规定的电压的恒定电压发电系统进行说明。控制装置65在作为输出63的发电电压比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，在使转子减速的方向将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈76供给，同时，经控制信号66，由动作执行器7m使控制杆7k在图10中向顺时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变小。在发电电压比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，在使转子加速的方向，将偏离最小磁力电流规定量的电流向电枢线圈76供给，同时，经控制信号66，由动作执行器7m使控制杆7k向图10中逆时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变大。 以上，表示了积极地利用因主磁路及旁通磁路的磁阻偏离最小磁力条件而出现的磁力，对可动磁极部进行偏移控制的例子。在本实施例中采用的手段由于伴随着旋转电机的加速、减速驱动，所以，在长时间连续进行磁通量控制的情况下，存在给旋转电机的运转带来影响的可能性。但是，通过在静止状态预先将主磁路及旁通磁路的磁阻设定成最小磁力条件，能够将对旋转电机的运转带来的影响限制得小，在通常的运转状态下，由于旋转速度的变化、磁通量的变更控制也是连续进行的，所以，不会成为大的问题。另外，在将磁通量改变为规定的水平以上的情况下，通过分成多次断续地实施，也不会出现大的障碍。
实施例3 使用图11到图15，说明基于本发明的第三实施例的旋转电机系统。第三实施例是在圆周方向交替地具有磁性体突极和磁空隙部的转子，在转子的内部配置了励磁部的旋转电机系统。另夕卜，第三实施例中，在进行磁通量控制时，向电枢线圈供给最小磁力电流，向加速或减速方向驱动转子，有效地使主磁路及旁通磁路的磁阻相互相等，进而学习性地取得最小磁力电流。 图11是表示将本发明适用于径向缝隙构造的旋转电机的实施例，旋转轴71经轴承73可转动地被支承在壳体72上。电枢的结构由于与第二实施例相同，所以，省略说明。转子具有在圆周方向交替排列磁性体突极和磁空隙部的表面磁极部111、使相邻的磁性体突极在轴向的相互不同的方向延长的第一延长部112、第二延长部113。
在转子的表面磁极部111的内侧配置励磁部，与第一延长部112、第二延长部113结合，将邻接磁性体突极相互异极地磁化。励磁部的主要部分由磁场磁铁114、主磁极115、旁通磁极116、基础磁极118构成，磁场磁铁114被固定在励磁部支承体117上，磁场磁铁114和励磁部支承体117配置在主磁极115、旁通磁极116及基础磁极118间，作为可动磁极部能够在轴向滑动地构成。主磁极115、旁通磁极116、基础磁极118及励磁部支承体117以交流磁通难以流动的方式由圆筒状的软铁构成。 使磁场磁铁114和励磁部支承体117向轴向偏移的偏移控制组件的主要部分由弹簧11a、收纳在旋转轴71的空心部内的控制杆11d、推杆11e、动作执行器llf构成，是固定在励磁部支承体117上的销119经旋转轴71的狭缝llc与控制杆lld相接的结构。圆筒状的非磁性体lib作为限制磁场磁铁114的偏移范围的组件来配置。号码llg表示负载单元。 图12是表示沿图11的C-C'的电枢及转子的剖视图，为了说明相互的关系，对构成部分的一部分标注号码来表示。由于电枢的结构与第二实施例相同，因此，省略说明。转子在圆周方向交替地具有磁性体突极和磁空隙部，由号码121、122代表邻接的磁性体突极，由号码123表示磁空隙部。号码124是磁通通道部。在本实施例中，由于磁性体突极121、122的截面积小，所以，利用内周侧的空余空间作为截面积尽可能大的磁通通道部124，做成了能够进行磁场磁通的传播供给的结构。磁性体突极121、122作为由宽度窄的可饱和磁性体部125连结的结构，由规定的模具对硅钢板进行冲孔并进行叠层而构成，在磁通通道部124中，将软铁的块插入使截面积为相同的狭槽内。作为包含磁空隙部123的非磁性体的部分，是填充非磁性且电阻率大的材料、松香、树脂等构成的。 在本实施例中，将利用转子的空余空间由饱和磁通密度大的铁构成的截面积大的磁通通道部124配置在离电枢远的一侧的磁性体突极上。磁性体突极由硅钢板的叠层构成，虽然叠层的硅钢板的叠层方向的磁阻大，但是，磁通通道部124能够使磁场磁通沿旋转轴71传播。 图13是表示转子的结构的分解立体图。为了易于理解，将具有磁性体突极121、122等的中心部和磁性体突极的第一延长部112、第二延长部113分开表示。号码71'表示贯通旋转轴71的孔。第一延长部112被构成为具有对软铁进行冲压成形而成为磁性体突极121的延长部分的磁性体突部131，非磁性体部133由不具有磁性的不锈钢形成。第二延长部113被构成具有对软铁进行冲压成形而成为磁性体突极122的延长部分的磁性体突部132，非磁性体部134由不具有磁性的不锈钢形成。号码135表示励磁部的一部分。
励磁部的结构由图11的纵剖视图所示。励磁部的主要构成部件为圆筒状，主磁极115、旁通磁极116在轴向并列地配置，主磁极115与第二延长部113结合，旁通磁极116与第一延长部112经微小间隙结合。基础磁极118被结合在第一延长部112上，磁场磁铁114被固定在励磁部支承体117上，配置成能够在主磁极115、旁通磁极116及基础磁极118间滑动。磁场磁铁114具有径向的磁化，箭头表示磁化的方向。 主磁路由主磁极115、第二延长部113、磁性体突极122、磁性体齿74、磁性体突极121 、第一延长部112、基础磁极118、励磁部支承体117构成，旁通磁路由旁通磁极116、第一延长部112、基础磁极118、励磁部支承体117构成。旁通磁路的磁阻是将旁通磁极116和第一延长部112间的微小间隙的长度作为磁阻调整部分而被设定成与主磁路的磁阻的平均值相互大致相等。随着磁场磁铁114向轴向的偏移，将磁场磁铁114与主磁极115及旁通磁极116的相向面积的和保持为一定，同时，与主磁极115的相向面积变化，能够改变流入到主磁路中的磁通量。另外，此时，像在第一、第二实施例中所说明的那样，理论上不出现抵抗偏移的磁力。 主磁极115、旁通磁极116的长度比磁场磁铁114的长度大，但是，磁场磁铁114由圆筒状的非磁性体lib限制成通常与主磁极115及旁通磁极116相向。磁场磁铁114和主磁极115、旁通磁极116的各自的相向面积的和为一定，它们的面积随着偏移而变化，偏移量与向主磁路分流的磁通量大致成比例。 来自磁场磁铁114的磁通呈层流状地流入主磁极115、旁通磁极116，流过主磁极115的磁通量与磁场磁铁114和主磁极115相向的面积成比例。图14是图11所示的磁场磁铁114和主磁极115、旁通磁极116相向的部分的放大图，模式地表示旁通磁路的磁阻比主磁路的磁阻小的情况下的磁场磁铁114附近的磁通分布。图中，箭头的方向是表示假设磁通从磁场磁铁114的N极流出时磁通流动的方向。在磁场磁铁114和主磁极115及旁通磁极116间的微小空隙141中，磁通与磁场磁铁114和主磁极115及旁通磁极116的各自的分界面大致正交地呈层流状地流动，号码143代表性地表示流入主磁极115，向主磁路流动的磁通，号码144代表性地表示流入旁通磁极116，在旁通磁路流动的磁通。号码145代表性地表示从磁场磁铁114流入到主磁极115的磁通通过主磁极115和旁通磁极116间的空隙部142而流入旁通磁极116并流过旁通磁路的磁通。这样，若主磁路和旁通磁路的各自的磁阻间的差大，则存在从主磁路向旁通磁路泄漏的磁通，流过主磁路的磁通量不一定与磁场磁铁114和主磁极115相向的面积成比例。 在本实施例中，主磁路及旁通磁路以主磁路和旁通磁路间的磁阻比平均运转条件下的主磁路的磁阻和旁通磁路的磁阻间的差大的方式构成。由于主磁路和旁通磁路间的距离最小是主磁极115、旁通磁极116间，所以，通过主磁极115、旁通磁极116间的形状尺寸的设定来设定主磁路和旁通磁路间的磁阻。如图11、图14所示，在离开磁场磁铁114的位置，以空隙长度变大的方式设定空隙部142的形状，以使主磁极115和旁通磁极116间的磁阻比平均运转条件下的主磁路和旁通磁路的磁阻间的差大的方式设定尺寸。由此，在由号码145所示的主磁极115和旁通磁极116之间短路性地泄漏的磁通减少，流过主磁路的磁通量与磁场磁铁114和主磁极115相向的面积成比例。 本实施例是与磁场磁铁并列连接通过电枢侧的主磁路及不通过电枢侧的旁通磁路，通过机械性偏移，对来自磁场磁铁的磁通进行分流控制的结构。但是，电枢线圈巻绕在主磁路上，当然向由上述主磁路及旁通磁路构成的磁回路供给由电枢线圈励磁的磁通。图32是模式化地表示上述的磁回路的回路图，使用该图，进一步说明本实施例的旋转电机系统的结构。 图32中，表示主磁极322及旁通磁极323与磁场磁铁321相向，主磁路328及旁通磁路329与磁场磁铁321并列连接的状态。号码325表示主磁路328的磁阻，号码326表示旁通磁路329的磁阻，号码327表示巻绕在主磁路328上的电枢线圈。号码324表示磁场磁铁321相对于主磁极322及旁通磁极323的单元而言相对地偏移的方向。
在将旋转电机作为马达使用的情况下，与磁性体突极和磁性体齿的位置相应地向电枢线圈327供给驱动电流，电枢线圈327使主磁路328产生磁通。或者在作为发电机使用的情况下，与磁性体突极和磁性体齿的位置相应地在电枢线圈327上感应电流，磁通与该电流相应地向主磁路328流动。在任何一种情况下，都是在主磁路328感应与磁性体突极和磁性体齿的位置相应地被切换的高频带的交流磁通。虽然本发明中具有为了进行磁通量控制而将旁通磁路329与磁场磁铁并列连接的特征，但是，存在由电枢线圈327感应的交流磁通像号码32a所示那样在旁通磁路329流动，给旋转电机系统的动作带来障碍的可能性。 在本实施例中，做成由各向同性的软铁构成成为旁通磁路329的主要部分的旁通磁极116，利用由硅钢板的叠层体构成的磁性体突极121、 122来使涡电流损失容易产生的结构，使交流磁通难以通过。第一延长部112、第二延长部113也同样由各向同性的软铁构成，使交流磁通难以通过。 说明使磁场磁铁114偏移的偏移控制组件的结构。固定在励磁部支承体117上的三个销119经设置在旋转轴71上的三个狭缝llc与控制杆lld相接，控制杆lld的构成为能够在旋转轴71的空心部内在轴向滑动，与动作执行器llf的推杆lle相接。由于是弹簧lla对励磁部支承体117向右方向加载，动作执行器llf是推杆lie向轴向偏移的结构，所以，励磁部支承体117及磁场磁铁114通过动作执行器llf向轴向偏移。在本实施例中，动作执行器llf使用步进马达和丝杠机构，通过步进马达的旋转，推杆lle在图11中向左右偏移，在没有驱动步进马达的情况下，保存推杆lie的轴向位置。 各磁路的磁阻因各种要因而变动，但是，在本实施例中，像下述那样在旋转电机的动作中间歇地进行磁通量控制。在磁场磁铁114的偏移控制时，向电枢线圈76供给最小磁力电流，向加速或减速方向驱动转子，有效地使主磁路及旁通磁路的磁阻相等，同时，驱动动作执行器llf。再有，流向电枢线圈的最小磁力电流在旋转电机的运转中学习性地取得，使之与因各种原因而产生的主磁路的磁阻变化相适应。 使用图11及图15，说明学习性地获取最小磁力电流的结构及方法。图11中，号码llg表示负载单元，检测施加于推杆lie的力。若沿使转子加速或减速的方向向电枢线圈76供给电流，则主磁路的磁阻有效地各自减小、增大。若主磁路及旁通磁路的磁阻存在差，则磁场磁铁114受到向增加与成为磁阻小的一侧的磁极的主磁极115或旁通磁极116的相
19向面积的方向偏移的磁力。由于动作执行器llf欲保持轴向位置，所以，在滑动杆lld、推杆lie内压力发生变化，能够由负载单元llg检测上述磁力。 图15是间歇地控制磁通量的时间图，横轴156表示时间。号码151表示学习区间，号码152表示磁通量控制区间。在除此之外的时间带，若旋转电机为电动机，则进行旋转驱动，若为发电机，则进行发电电力的取出。在学习区间151，改变向电枢线圈76供给的电流的条件，驱动转子，监视该期间的负载单元llg的输出。负载单元llg的输出小的电流是最小磁力电流，将此最小磁力电流重新存储或设定成控制装置。 号码152表示控制磁通量的区间，将在上述的学习过程中得到的最小磁力电流向电枢线圈76供给，同时，控制动作执行器llf，使磁场磁铁114向轴向偏移。由于主磁路及旁通磁路的磁阻有效地大致相等，所以，顺畅地通过动作执行器llf进行的上述控制。在此情况下，转子虽然在短时间被驱动，但是由于被驱动，所以，旋转速度153变化。在磁通量的控制区间152，转子减速，虽然微小，但是减速的状态被旋转速度153显示出。号码154表示磁场磁通量，虽然在学习区间151，由于动作执行器llf保持轴向位置，所以，磁通量154没有变化，但是，在磁通量控制区间152显示出磁通量154变化的状态。号码155是表示旋转电机为发电机的情况下的发电电压。在学习区间151及磁通量控制区间152，由于没有取出发电电力，所以，显示发电电压155中途断开的状态，在磁通量控制区间152前后显示发电电压155变化的状态。在本实施例中，由于是在静止状态将旁通磁路的磁阻设定成与主磁路的磁阻相等，所以，在进行磁通量控制时，向电枢线圈76供给的最小磁力电流使转子加速或减速的程度被抑制得小。 在本实施例中，设定学习区间151，取得了最小磁力电流，但是，也可以是没有特别设定学习区间151的方法。例如，在旋转电机为电动机的情况下，通常监视为了驱动转子而向电枢供给的电流和负载单元llg输出的关系，将负载单元llg输出为最小的电流作为最小磁力电流。 通过在电枢线圈76流动的电流，能够有效地改变主磁路的磁阻，使可动磁极部的偏移所需要的力变小，但是，响应与磁性体突极121、 122和磁性体齿74的位置相应地被切换的电流的高频带的磁阻变动诱发可动磁极部的振动或主磁路及旁通磁路间的脉冲性的磁通泄漏，不是希望的情况。因此，作为后者的高频带的交流磁通难以通过的结构，希望平滑。在本实施例中，如图13所示，做成磁性体突极的第一、第二延长部112U13由软铁块构成，使交流磁通难以通过的结构。以使从磁场磁铁114到磁性体突极121、 122的磁路的磁阻具有频率特性，在可动磁极部偏移时能够容许必要的低频带的磁阻变化的方式设定第一、第二延长部112U13的透磁率、导电率及尺寸诸元。 上面，说明了在图11至图15所示的旋转电机中，能够通过使磁场磁铁114相对于主磁极115及旁通磁极116相对偏移来控制向电枢流动的磁通量的情况。本实施例是控制磁通量，将输出最佳化的系统，使用图6，说明作为旋转电机系统的控制。
说明在旋转电机作为电动机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将旋转力控制在最佳的电动机系统。控制装置65在作为输出63的旋转速度比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，在磁通量控制区间152的时间带，经驱动回路67向电枢线圈76供给最小磁力电流，使主磁路及旁通磁路的磁阻有效地相等，同时，经控制信号66，由动作执行器llf，使推杆lie向左方向偏移，使主磁极115和磁场磁铁114的相向面积变小。在旋转速度比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，在磁通量控制区间152的时间带，经驱动回路67向电枢线圈76供给最小磁力电流，使主磁路及旁通磁路的磁阻有效地相等，同时，经控制信号66，由动作执行器llf，使推杆lie向右方向偏移，使主磁极115和磁场磁铁114的相向面积变大。 说明在旋转电机作为发电机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将发电电压控制在规定的电压的恒定电压发电系统。控制装置65在作为输出63的发电电压比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，在磁通量控制区间152的时间带，经驱动回路67向电枢线圈76供给最小磁力电流，使主磁路及旁通磁路的磁阻有效地相等，同时，经控制信号66，由动作执行器llf，使推杆lie向左方向偏移，使主磁极115和磁场磁铁114的相向面积变小。在发电电压比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，在磁通量控制区间152的时间带，经驱动回路67向电枢线圈76供给最小磁力电流，使主磁路及旁通磁路的磁阻有效地相等，同时，经控制信号66，由动作执行器llf，使推杆lie向右方向偏移，使主磁极115和磁场磁铁114的相向面积变大。
实施例4 使用图16至图21，说明基于本发明的第四实施例的旋转电机系统。这是在表面磁极部在圆周方向交替地配置磁性体突极和集合磁铁，在壳体侧配置了励磁部的旋转电机系统。进而，在进行磁通量的控制时，将恒定电流负荷连接在电枢线圈，由感应电压使规定的电流流动，有效地调整主磁路的磁阻。 图16是表示将本发明适用于径向缝隙构造的旋转电机的实施例，旋转轴71经轴承73可转动地被支承在壳体72上。电枢的结构由于与第二实施例相同，所以，省略说明。转子由在圆周方向交替地排列了磁性体突极和集合磁铁的表面磁极部161 ;使相邻的磁性体突极相互在轴向的不同方向延长的第一延长部162、第二延长部163构成。与转子的第一延长部162、第二延长部163经空隙，两个励磁部被配置在静止侧，在第一延长部162、第二延长部163和圆筒状磁轭75之间，分别一并供给磁场磁通，将相邻的磁性体突极相互异极地磁化。 在该图中，表示与第二延长部163相向的励磁部包含磁场磁铁164、主磁极165、旁通磁极166、基础磁极167，进而，由将主磁极165、旁通磁极166可转动地支承在壳体72上的励磁部支承体168构成的情况。虽然没有对第一延长部162侧的励磁部的构成部件标注号码，但是，是相同的结构，同种的部件使用同样的号码。只是以磁场磁铁164的磁化方向如箭头所示，在第一延长部162、第二延长部163侧的励磁部相互相反的方式配置。
图17是表示沿图16的D-D'的电枢及转子的剖视图，为了说明相互的关系，对构成部分的一部分标注号码来表示。由于电枢的结构与第二实施例相同，所以，省略说明。
图17中，在圆周方向交替配置磁性体突极和集合磁铁。在中间磁性体突极173的两侧面配置了大致相同的磁化方向的磁铁板174U75的组合作为在磁性上与磁铁等效的集合磁铁，转子的表面磁极部161由在圆周方向等间隔地配置了一样的磁性体的集合磁铁划分的磁性体突极171U72及集合磁铁构成。进而，以使邻接的磁性体突极171U72相互不同方向地磁化，邻接的集合磁铁的圆周方向磁化方向相互反转的方式构成。在磁性体突极171、 172各自的圆周方向两侧面配置的磁铁板为V字状，V字状的交差角度设定成适合磁通障壁的角度。标注到磁铁板174、 175上的箭头表示与磁铁板174、 175的板面大致正交
21的磁化方向。 号码177是与第三实施例中的磁通通道部124相当的磁通通道部。在本实施例中，由于磁性体突极171U72的截面积小，所以，利用内侧的空余空间作为截面积尽可能大的磁通通道部177，做成了能够进行磁通的传播供给的结构。号码176是为了使磁铁板174、175的磁路的磁阻变大而设置的磁空隙部。在从硅钢板冲出与磁铁板174、 175或磁通通道部177、磁空隙部176相当的部分并叠层后，插入磁铁板174、175，在磁通通道部177插入软铁块，构成转子的磁极部。 图18是表示转子的结构及励磁部的配置的分解立体图。为了易于理解，将具有磁性体突极171、 172等的中心部和磁性体突极的第一、第二延长部162、 163分开表示。第一延长部162被构成为具有对软铁冲压成形而成为磁性体突极171的延长部分的磁性体突部183，非磁性体部185由不具有磁性的不锈钢形成。第二延长部163被构成为具有对软铁冲压成形而成为磁性体突极172的延长部分的磁性体突部184，非磁性体部186由不具有磁性的不锈钢形成。 在第一延长部162、第二延长部163，励磁部181、 182分别经空隙相向，励磁部181、182的主磁极165及与之结合的磁性体与第一延长部162、第二延长部163各自的磁性体突部183、 184磁性地结合，励磁部181、 182的基础磁极167与图16所示的圆筒状磁轭75的两端结合。在励磁部181、 182的励磁部支承体168上固定着主磁极165及旁通磁极166，如后面说明的那样，是向圆周方向旋转偏移，改变主磁极165及旁通磁极166和磁场磁铁164间的相对位置的结构。 使用图19及图20，说明励磁部的结构。图19是放大表示励磁部182的纵剖视图，图20是放大表示从转子侧看到的俯视图。图19、20中，三个磁场磁铁164在圆周方向等间隔地固定在基础磁极167的内侧，与各磁场磁铁164在径向相向，在圆周方向并列配置主磁极165及旁通磁极166。磁场磁铁164以通常与主磁极165及旁通磁极166相向，磁场磁铁164与主磁极165及旁通磁极166相向的面积的和为一定，各自的面积根据磁场磁铁164和构成磁极单元的主磁极165及旁通磁极166间的相对偏移而变化的方式构成。号码201是磁空隙部。 主磁极165经空隙与相向的第二延长部163的磁性体突部184磁性地结合，旁通磁极166经微小的间隙191与基础磁极167磁性地结合。在本实施例的励磁部182中，主磁路是从主磁极165、磁性体突部184、磁性体突极172、磁性体齿74、圆筒状磁轭75到基础磁极167的磁路，旁通磁路是从旁通磁极166经间隙191到基础磁极167的磁路。在本实施例中，以旁通磁路的磁阻比主磁路的磁阻大的方式，将间隙191的相向面积及间隙长度作为磁阻调整部分来设定。 磁性体突极171、 172被配置在侧面的磁铁板磁化，磁性体突极171为N极，磁性体突极172为S极。在本实施例中，以励磁部和磁铁板将磁性体突极同极性地磁化的方式配置励磁部。即，在励磁部181中，磁场磁铁164将主磁极165磁化为N极，将磁性体突部183、磁性体突极171励磁为N极。进而，在励磁部182中，磁场磁铁164将主磁极165磁化为S极，将磁性体突部184、磁性体突极172励磁为S极。 这样，磁铁板174、 175及励磁部181、 182 —起将磁性体突极171、 172分别同极性励磁。构成集合磁铁的磁铁板174U75的功能是用于产生磁通，同时，在圆周方向形成磁阻大的区域的磁通障壁。在本实施例中，由于能够从励磁部181、182供给充分的磁通，另外，目的是对来自励磁部181 、 182的磁通进行分流控制，进行向电枢侧的磁场磁通控制，所以，从磁通量控制的观点来看，存在来自磁铁板174U75的磁通成为障碍的情况。由设置在中间磁性体突极173中的狭缝构成的磁空隙部176是为了使磁铁板174、 175的磁通所通过的磁路的磁阻变大，使磁铁板174U75有助于向电枢侧流动的磁通变小而设置的。
图20中，设置在磁空隙部201的一部分的空隙部202及突部203构成将磁极单元(主磁极165及旁通磁极166)限制在预定的范围内的偏移限制组件。即，突部203被固定在主磁极165及旁通磁极166侧，突部203的偏移被限制在邻近的磁场磁铁164间。图20所示的状态是基准位置，突部203抵接磁场磁铁164侧面。以磁极单元的转子偏移量限制在从基准位置沿顺时针旋转方向大致到主磁极165的圆周方向弧长的方式，设定突部203的圆周方向弧长。 在本实施例中，在磁场磁铁164上除主磁路和旁通外，还并列连接通过集合磁铁的第三磁路。将以磁铁板174U75部分为空隙所算出的第三磁路的磁阻设定成比主磁路的磁阻大。在本实施例中，以通过设置在中间磁性体突极173中的磁空隙部176，使第三磁路的磁阻比主磁路的磁阻大，流入到主磁路中的磁通量不受影响的方式构成。
图21是表示在励磁部182中，相对于磁场磁铁164使磁极单元旋转偏移的偏移控制组件的立体图。在该图中，在励磁部支承体168的端面设置齿轮211，以与齿轮211啮合的方式配置齿轮212及步进马达213。通过步进马达213和齿轮211、212，保持磁极单元的位置，同时，使步进马达213旋转驱动，使磁极单元相对于磁场磁铁164偏移，改变磁性体突极171、 172和磁性体齿74间的磁通量。在励磁部181侧也设置结构相同的偏移控制组件。
在本实施例中，作为有效地调整磁路的磁阻偏差的组件，在变更磁通量时，将规定的恒定电流负荷连接到电枢线圈76。在将旋转电机作为发电机的情况下，若在电枢线圈76上(未图示出)连接着负荷，则通过与电枢线圈76链交的磁通，感应减少磁通的变化的方向的电压，电流与负荷的阻抗相应地流动。由此，主磁路的磁阻有效地增大。主磁路的磁阻设计得比旁通磁路的磁阻稍小，在组装旋转电机后，检测使主磁路及旁通磁路的磁阻有效地相等的恒定电流负荷，存储在控制装置。在变更磁通量时，将存储的恒定电流负荷连接到电枢线圈76，使在使磁极单元相对于磁场磁铁164相对偏移的过程中妨碍偏移的磁力减小。 实现规定的恒定电流负荷的手段中有各种方法，有以由向电枢线圈的感应电压使规定的电流在电枢线圈流动的方式进行控制的恒定电流回路、或者按照每个转速具有确定的规定阻抗的负荷等。在本实施例中，使用恒定电流回路。 上面，说明了在图16至图21所示的旋转电机中，能够通过使励磁部181、 182的磁极单元相对于磁场磁铁164相对偏移来控制向电枢流动的磁通量的情况，进而，说明了使之偏移的手段、方法。本实施例是控制磁通量，使输出最佳化的系统，使用图6，说明作为旋转电机系统的控制。 对在旋转电机作为电动机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将旋转力控制在最佳的电动机系统进行说明。恒定电流负荷是伴随有转子的减速驱动，将主磁路的磁阻有效地向增大的方向调整，磁通量控制按下述步骤实行。控制装置65在作为输出63的旋转速度比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，将通过感应电压流过所规定的电流的恒
23定电流回路(未图示出)连接在电枢线圈76，有效地使主磁路的磁阻与旁通磁路的磁阻有效地相互相等，经控制信号66，由励磁部181、 182的步进马达213，使磁极单元向图20冲顺时针旋转方向旋转偏移，使主磁极165和磁场磁铁164的相向面积变小。在旋转速度比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，停止向电枢线圈76的通电，经控制信号66，由励磁部181、 182的步进马达213，使磁极单元向图20中逆时针旋转方向旋转偏移，使主磁极165和磁场磁铁164的相向面积变大。 对在旋转电机作为发电机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将发电电压控制在规定的电压的恒定电压发电系统进行说明。恒定电流负荷是伴随有转子的减速驱动，将主磁路的磁阻有效地向增大的方向的调整，磁场控制按下述的步骤实行。控制装置65在作为输出63的发电电压比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，将通过感应电压流过有规定的电流的恒定电流回路(未图示出)连接在电枢线圈76，经控制信号66，由励磁部181、 182的步进马达213，使磁极单元向图20中顺时针旋转方向旋转偏移，使主磁极165和磁场磁铁164的相向面积变小。在发电电压比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，将大的阻抗负荷连接在电枢线圈76，使流动的电流变小，经控制信号66，由励磁部181U82的步进马达213，使磁极单元向图20中逆时针旋转方向旋转偏移，使主磁极165和磁场磁铁164的相向面积变大。 在上述系统的控制中，在使磁通量增大的情况下，没有将恒定电流负荷连接在电枢线圈，而是将由于主磁路的磁阻比旁通磁路的磁阻小而出现的磁力用于对可动磁极部偏移的辅助。 由于本实施例采用的主磁路的磁阻调整组件伴随有旋转电机的减速驱动，所以，
在经过长时间，连续进行磁通量控制的情况下，存在影响旋转电机的运转的可能性。但是，
在通常的运转状态下，由于旋转速度的变化，磁通量的变更控制也是连续进行，所以，没有
大的问题。另外，在预计由于时间变化或温度变化，主磁路的磁阻变化大的情况下，采用学
习性地获取主磁路的磁阻的修正条件的结构或从映像数据取得的结构。 映像数据按下述方式作成。在旋转电机的运转中，使主磁路及旁通磁路的磁阻变
动的参数主要是向电枢线圈流动的电流、旋转速度、温度、可动磁极部的偏移位置等。表示
这些动作条件的参数和来自最佳的恒定电流负荷条件的初期设定条件的变动量的关系在
相同设计的旋转电机中，能够根据统计数据推定。在组装旋转电机后，作成最佳的恒定电流
负荷条件和表示动作条件的参数之间的映像数据，并进行设定。 实施例5 使用图22到图26，说明基于本发明的旋转电机系统的第五实施例。第五实施例是径向缝隙构造的旋转电机系统，励磁部配置在沿转子的一方的轴向邻接的壳体侧，在旁通磁路具有磁阻调整线圈。 图22是表示将本发明适用于径向缝隙构造的旋转电机的实施例，旋转轴71经轴承73可转动地被支承在壳体72上。电枢的结构由于与第二实施例相同，所以，省略说明。转子的磁极部由在圆周方向交替排列有磁性体突极和永久磁铁的表面磁极部221、使相邻的磁性体突极交替地向径向的内周侧及轴向的右侧延长的第一延长部222、第二延长部223构成。在转子右侧的壳体侧配置励磁部，与第一延长部222、第二延长部223经空隙相向，一并向第一延长部222、第二延长部223供给磁通，将相邻的磁性体突极相互异极地磁化。
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在该图中，励磁部的主要部分的结构是与第二实施例大致相同的结构，主要部分 由磁场磁铁7a、主磁极7b、旁通磁极7c构成。主磁极7b、旁通磁极7c被固定在励磁部支承 体7j，励磁部支承体7j被固定在壳体72。磁场磁铁7a及基础磁极226相对于作为可动磁 极部由主磁极7b、旁通磁极7c构成的磁极单元能够在圆周方向滑动，经控制杆7k与动作执 行器7m连接。号码224表示冷却空气流动的空洞部，号码7h表示环状磁芯，号码225表示 为调整旁通磁路的磁阻而配置的磁阻调整线圈。 图23是表示沿图22的E-E'的电枢及转子的剖视图，为了说明相互的关系，对构 成部分的一部分标注号码来表示。电枢的结构由于与第二实施例相同，所以，省略说明。
图23中，转子的表面磁极部被在圆周方向等间隔地配置了一样的磁性体的永久 磁铁233划分，代表邻接的磁性体突极，作为磁性体突极231、232标注号码。邻接的磁性体 突极231、232向内径方向、与轴平行的右方向交替延长，分别作为第一延长部222、第二延 长部223。如号码235所示，向内径方向延长并被集合的部分作为第一延长部222，向轴向 的右侧延长的部分作为第二延长部223。号码236表示非磁性体部分。进而，以邻接的磁性 体突极231、232以相互不同的方向磁化的方式，使邻接的永久磁铁233的圆周方向磁化方 向相互反转。永久磁铁233上标注的箭头表示磁化方向。 永久磁铁233向磁性体突极231、232供给磁通，成为在圆周方向形成磁阻大的区 域的磁通障壁。号码234是相当于第三实施例中的磁通通道部124的磁通通道部。在从硅 钢板冲出与永久磁铁233或磁通通道部234、非磁性体部分236相当的部分并叠层后，插入 永久磁铁233，在磁通通道部234插入软铁块，构成磁性体突极231、232。在非磁性体部分 236填充树脂、松香等电阻率大的非磁性体而构成。 图24是表示转子的结构及励磁部的配置的分解立体图。为了易于理解，将具有磁 性体突极231、232等的中心部和磁性体突极的第二延长部223分开表示，表示经间隙与第 二延长部223相向，配置在壳体72侧的励磁部245。第二延长部223被构成为具有对软铁 冲压成形而成为磁性体突极232的延长部分的磁性体突部241，非磁性体部244由不具有 磁性的不锈钢形成。分别是与磁性体突部241 —体的环状磁芯部分242经微小间隙与励磁 部245的基础磁极226相向，与第一延长部222结合的圆筒状磁芯243经微小间隙与主磁 极7b相向的结构。 图25是将图22中表示了纵剖视图的转子的一部分及励磁部放大来表示，图26是 表示励磁部的剖视图。使用图22、图25、图26，说明励磁部的结构及磁通量控制的动作原 理。励磁部的主要部分由磁场磁铁7a、磁极单元(主磁极7b、旁通磁极7c)构成。有三个 具有径向的磁化的磁场磁铁7a，磁场磁铁7a和非磁性体7d在圆周方向交替地配置，被固定 在由圆筒状磁性体构成的基础磁极226的内侧。主磁极7b和旁通磁极7c的对与各磁场磁 铁7a相向地配置在内侧，被固定在励磁部支承体7j上。旁通磁极7c还与环状磁芯7h连 接，环状磁芯7h经间隙与基础磁极226相向。进而，主磁极7b与圆筒状磁芯243相向，基 础磁极226与环状磁芯部分242相向。以交流磁通难以流向构成励磁部的主磁极7b、旁通 磁极7c、基础磁极226、环状磁芯7h的方式，由饱和磁通密度大的各向同性的软铁构成，紧 凑地构成整体。 磁性体突极231、232被永久磁铁233磁化，磁性体突极231为N极，磁性体突极 232为S极。在本实施例中，以励磁部和永久磁铁将磁性体突极同极性地磁化的方式配置。
25即，在励磁部中，磁场磁铁7a将主磁极7b磁化为N极，将第一延长部222、磁性体突极231 励磁在N极侧。进而，经第二延长部223，将磁性体突极232励磁在S极侧。
与第二实施例同样，作为磁场磁铁7a相对于磁极单元在圆周方向滑动的结构，由 动作执行器7m使之偏移。动作执行器7m经设置在壳体72上的窗，由三根控制杆7k连接 磁场磁铁7a和基础磁极226，使之旋转偏移，改变磁场磁铁7a和主磁极7b的相向面积。
是从磁场磁铁7a的一方的磁极流入到主磁极7b的磁通经圆筒状磁芯243、第一 延长部222、磁性体突极221、磁性体齿74、磁性体突极222、第二延长部223、磁性体突部 241、环状磁芯部分242、基础磁极226向磁场磁铁7a的另一方的磁极环流的主磁路和从磁 铁7a的一方的磁极流入到旁通磁极7c的磁通经环状磁芯7h及基础磁极226向磁场磁铁 7a的另一方的磁极环流的旁通磁路与磁场磁铁7a并列连接的结构，随着磁场磁铁7a的圆 周方向偏移，磁通向主磁路及旁通磁路分流，流过主磁路的磁通量得到控制。改变环状磁芯 7h和基础磁极226之间的空隙长度及相向面积，以使两磁路的磁阻相互大致相等的方式设 定，使抵抗上述磁场磁铁7a的偏移的磁力变小。 在本实施例中，在磁场磁铁7a上除主磁路和旁通外还并列连接通过永久磁铁233 的第三磁路。将以永久磁铁233部分为空隙所算出的第三磁路的磁阻设定成比主磁路的磁 阻大。在本实施例中，使永久磁铁233的长度充分大，流入到主磁路中的磁通量不受影响。
在本实施例中，动作执行器7m使用步进马达，经控制杆7k使磁场磁铁7a偏移。在 驱动电流没有流向动作执行器7m的情况下，保存磁场磁铁7a的位置，使控制所需的能量变 小。 各磁路的磁阻因各种要因而变动，但是，在本实施例中，磁场磁铁7a的偏移控制 时，向以巻绕在旁通磁路的方式配置的磁阻调整线圈225供给预定的电流，有效地调整旁 通磁路的磁阻，将妨碍上述偏移的磁力抑制得小。在组装旋转电机后，一个个地检测以主磁 路及旁通磁路的磁阻有效地相等的方式向磁阻调整线圈225供给的电流，将使妨碍上述偏 移的磁力为最小的电流作为预定的电流值，存储在控制装置，在变更磁通量时，向磁阻调整 线圈225供给所存储的预定的电流值，有效地调整旁通磁路的磁阻，在使磁场磁铁7a偏移 的过程中，使妨碍偏移的磁力变小。 上面，说明了在图22至图26所示的旋转电机中，通过使磁场磁铁7a相对于磁极 单元相对偏移，能够控制向电枢流动的磁通量的情况，进而，说明了偏移的手段、方法。本实 施例是控制磁通量，使输出最佳化的系统，使用图6，说明作为旋转电机系统的控制。
对在旋转电机作为电动机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将旋转力控制在最 佳的电动机系统进行说明。控制装置65在作为输出63的旋转速度比规定的值大，使向电 枢流动的磁通量变小时，向磁阻调整线圈225供给规定的电流，以有效使旁通磁路的磁阻 和主磁路的磁阻相互相等的方式调整，同时，经控制信号66，由动作执行器7m，使控制杆7k 向图26中顺时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变小。在旋转速 度比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，向磁阻调整线圈225供给规定的电流，同 时，经控制信号66，由动作执行器7m，使控制杆7k向图26中逆时针旋转方向偏移，使主磁 极7b和磁场磁铁7a的相向面积变大。 对在旋转电机作为发电机使用的情况下，进行较弱磁场控制，将发电电压控制在 规定的电压的恒定电压发电系统进行说明。控制装置65在作为输出63的发电电压比规定的值大，使向电枢流动的磁通量变小时，向磁阻调整线圈225供给规定的电流，以有效地使 旁通磁路的磁阻和主磁路的磁阻相互相等的方式调整，同时，经控制信号66，由动作执行器 7m，使控制杆7k向图26中顺时针旋转方向偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变 小。在发电电压比规定的值小，使向电枢流动的磁通量变大时，向磁阻调整线圈225供给规 定的电流，同时，经控制信号66，由动作执行器7m，使控制杆7k向图26中逆时针旋转方向 偏移，使主磁极7b和磁场磁铁7a的相向面积变大。 在本实施例中，需要向磁阻调整线圈供给电流，但是，由于被限定在进行磁通量控
制时，所以，能量损失被抑制得低。虽然向电枢线圈供给电流，调整主磁路的磁阻的组件对
转子的旋转带来影响，但是，存在基于磁阻调整线圈的磁阻调整组件不会对转子的旋转带
来影响的优点。虽然在本实施例中，向磁阻调整线圈供给的电流是通过制造后的检查而预
先设定的，但是，也可以是学习性或从映像数据获取，对应各种变动要因的结构。 在本实施例中，将主磁路及旁通磁路的磁阻设定成最小磁力条件，使上述偏移所
需要的力变小，但是，也可以使偏移所需要的力变小。即，在偏移控制时，为了在使可动磁极
部偏移的方向出现磁力，而以偏离最小磁力条件的方式调整主磁路及旁通磁路的磁阻，对
偏移控制组件的动作执行器的输出进行辅助。由于基于磁阻调整线圈的磁阻调整响应快，
所以，容易地与可动磁极部的偏移控制方向匹配，上述磁力的方向切换容易。 实施例6 使用图27至图30，说明基于本发明的第六实施例的旋转电机系统。第六实施例是 径向缝隙构造的具有单极转子的旋转电机系统。励磁部配置在转子内，由调速器机构控制 磁通量。 图27是表示将本发明适用于将磁场部配置在了旋转侧的径向缝隙构造的旋转电 机的实施例，旋转轴271经轴承273可转动地被支承在基板272上。电枢由从铁制的基板 272在轴向延伸的多个磁性体齿274和巻绕在磁性体齿274上的电枢线圈275构成。磁性 体齿274及电枢线圈275以旋转轴271为中心，在圆周方向配置九个，电枢线圈275被结线 成三相。 转子由与磁性体齿274在轴向相向的表面磁极部277、偏移磁极部279、帽276构 成，表面磁极部277及帽276被固定在旋转轴271上，偏移磁极部279以微小间隙与表面磁 极部277及帽276相向，同时，经轴承可转动地被支承在旋转轴271上。表面磁极部277为 非磁性，在电阻大的树脂基板上配置圆环状的基础磁极27d，在基础磁极27d上的磁性体齿 274侧配置磁性体突极278，在基础磁极27d上，在与磁性体齿274相反的一侧配置磁场磁 铁27a。基础磁极27d由于通过有交流磁通，所以，通过叠层圆环状的硅钢板而构成。
偏移磁极部279由非磁性的不锈钢构成，配置有主磁极27b、旁通磁极27c。帽276 由作为磁性体的铁构成，帽276的外周部以经微小间隙与基板272相向的方式构成，是来自 主磁极27b的磁通经帽276向铁制的基板272流动的结构。偏移磁极部279与旋转轴271、 帽276、表面磁极部277 —起旋转，并做成了如下的结构，即，在低旋转速度、高旋转速度中， 利用离心力，其圆周方向的相对偏移量相对于旋转轴271、帽276、表面磁极部277不同。设 置在表面磁极部277上的径向的导槽27e及弹簧27h、设置在偏移磁极部279上的弧状的导 槽27f及配重27g是为此而设置的机构的一部分，使用图29 (a) 、29 (b) 、30 (a) 、30 (b)进行 说明。
图28(a)是表示从表面磁极部277侧看到的电枢的俯视图，为了说明相互的关系， 对构成部分的一部分标注号码来表示。磁性体齿274是大致T字状的构造，划阴影线的部 分被竖立设置在铁制的基板272上，同时，巻绕有电枢线圈275。这是在与表面磁极部277 的相向面上，在邻接的磁性体齿274间经微小间隙相向的结构，号码281表示该微小间隙的 磁空隙部。在本实施例中，具有九个磁性体齿274及电枢线圈275，电枢线圈275被结线成 三相。铁制的基板272和磁性体齿274 —起形成主磁路的一部分。 图28(b)是表示与磁性体齿274相向的表面磁极部277的结构的图，表示从磁性 体齿274侧看表面磁极部277的俯视图。在配置在表面磁极部277上的圆环状的基础磁极 27d上，等间隔配置六根磁性体突极278。励磁部由表面磁极部277及偏移磁极部279构成。 图29 (a)是表示从偏移磁极部279侧看表面磁极部277的俯视图，在基础磁极27d上等间 隔配置三个磁场磁铁27a。磁场磁铁27a的磁化方向如图27中箭头所示，与旋转轴271平 行。图29 (b)是表示从帽276侧看偏移磁极部279的俯视图，主磁极27b、旁通磁极27c经 微小间隙与磁场磁铁27a相向，旁通磁极27c与旁通磁性体291结合，旁通磁性体291如图 27中表示剖面那样，经微小间隙与基础磁极27d相向。主磁极27b与旁通磁极27c相比轴 向厚，经微小间隙与帽276磁性地结合。 图29 (a) 、 (b)是表示与旋转速度相应地使偏移磁极部279相对于帽276及表面磁 极部277相对偏移的调速器机构。是配重27g可滑动地配置在径向的导槽27e及弧状的导 槽27f ，配置在导槽27e内的弹簧27h向内周侧对配重27g加载的构造。虽然导槽27f配置 在偏移磁极部279的表面磁极部277侧，但是，为了易于分辨，在图29 (b)中，与配重27g — 起用实线表示。 配重27g的基准位置是离心力没有作用的静止时的位置，配重27g位于最内周，若 旋转速度增加，则作用于配重27g的径向的离心力和弹簧27h推挤，配重27g向平衡的直径 位置移动。在该过程中，弧状的导槽27f受到圆周方向的力，使偏移磁极部279相对于表面 磁极部277及帽276相对地偏移。图29(b)中，表示配置27g从最内周的基准位置向外周 侧略微移动了的例子。旋转速度进一步增加，在径向的导槽27e或到达弧状的导槽27f的 终端的时刻，偏移磁极部279的偏移最大，用径向的导槽27e或弧状的导槽27f的尺寸作为 偏移磁极部279的偏移量的限制组件。 图30(a)是表示处于基准位置的主磁极27b及旁通磁极27c，图30(b)是表示最大 偏移了的主磁极27b及旁通磁极27c，使用图27到图30，说明控制磁性体突极278、磁性体 齿274间的磁通量的原理。主磁路及旁通磁路与磁场磁铁27a并列连接。主磁路是从磁场 磁铁27a的一方的磁极经主磁极27b、帽276、基板272、磁性体齿274、磁性体突极278、基础 磁极27d向磁场磁铁27a的另一方的磁极环流的磁路，旁通磁路是从磁场磁铁27a的一方 的磁极经旁通磁极27c、旁通磁性体291、基础磁极27d向磁场磁铁27a的另一方的磁极环 流的磁路。在本实施例中，在旋转电机的平均的运转条件下，为将旁通磁路的磁阻设定成与 主磁路的磁阻大致相等，而调整旁通磁性体291、基础磁极27d间的空隙的相向面积及空隙 长度。 磁场磁铁27a和主磁极27b、旁通磁极27c各自的相向面积随着主磁极27b、旁通 磁极27c的相对偏移而变化，这些的相向面积之和为一定。来自磁场磁铁27a的磁通与各 自的相向面积相应地向主磁极27b、旁通磁极27c分流。在本实施例中，由于将主磁路及旁通磁路的磁阻设定成相互大致相等，所以，来自磁场磁铁27a的磁通总量为一定，抵抗上述 偏移的磁力被抑制。 图30(a) 、 (b)中，点划线301表示磁场磁铁27a的圆周方向位置。在静止时，由 于离心力没有作用于配重27g，所以，由弹簧27h推入最内周的基准位置，主磁极27b和磁 场磁铁27a的相向面积最大，最大的磁场磁通流向磁性体突极278和磁性体齿274间。在 图30(b)中，旋转速度高，作用于配重27g的离心力超过弹簧27h的向内周的加载力，使配 重27g向导槽27f或导槽27e的最外周部分移动，使主磁极27b及旁通磁极27c的相对于 磁场磁铁27a的偏移量为最大，使主磁极27b和磁场磁铁27a的相向面积为最小，使流向磁 性体突极278进而磁性体齿274间的磁场磁通为最小。 根据本实施例，表示了与旋转速度相应地使主磁极27b、旁通磁极27c相对于磁场 磁铁27a偏移，能够控制与电枢线圈275链交的磁通量的情况。由于在主磁极27b、旁通磁 极27c偏移时，妨碍偏移的磁力被抑制得小，所以，能够进行顺畅地控制。旋转速度和上述 偏移量的关系依赖于配重27g和弹簧27h的诸元、导槽27f的形状等。虽然像本实施例这 样，利用离心力的与电枢线圈275链交的磁通量控制存在准确性欠缺的缺点，但是，存在是 简单的机构，不需要特殊的控制装置的优点。
实施例7 使用图31，说明基于本发明的第七实施例的旋转电机系统。第七实施例是将第三 实施例的旋转电机系统作为混合动力汽车的发电机兼电动机系统使用的旋转电机系统。
在该图中，号码311是表示第三实施例所示的旋转电机，旋转电机311具有为用皮 带传递旋转力而与混合动力汽车的发动机312结合的旋转轴319，旋转轴319的旋转力经 变速器313向驱动轴31a传递。控制装置314受到来自上位控制装置的指令31b，经驱动 回路315，将旋转电机311作为电动机进行驱动，经磁通量控制回路316，控制流入电枢的磁 通量。进而，做成控制装置314受到来自上位控制装置的指令31b，经整流回路317，将出现 在电枢线圈76的引线31c上的发电电力进行整流，对电池318进行充电的结构。控制装置 314根据指令31b的指示，经驱动回路315，将旋转电机311作为电动机进行驱动，辅助发动 机312的旋转或单独使旋转轴319旋转驱动，经变速器313、驱动轴31a对混合动力汽车的 驱动力做出贡献。 当在低旋转速度区域中需要强化磁铁转矩的情况下，控制装置314为了在磁通量 控制区间152的时间带经驱动回路315向电枢线圈76供给最小磁力电流，有效地使主磁路 及旁通磁路的磁阻相互相等，同时，增大经磁通量控制回路316向电枢的磁性体齿74、转子 的磁性体突极121、 122间的磁通量，而由动作执行器llf，使推杆lie向右方向偏移，增大主 磁极115和磁场磁铁114的相向面积。当在高旋转速度区域中作为较弱磁场的情况下，控 制装置314为了在磁通量控制区间152的时间带经驱动回路315向电枢线圈76供给最小 磁力电流，有效地使主磁路及旁通磁路的磁阻相互相等，同时，经磁通量控制回路316，减小 向电枢的磁性体齿74、转子的磁性体突极121、 122间的磁通量，而由动作执行器llf，使推 杆lie向左方向偏移，减小主磁极115和磁场磁铁114的相向面积。 在仅用发动机312的旋转力就能够驱动混合动力汽车时，根据指令31b，经整流回 路317，将出现在电枢线圈76的引线31c上的发电电力改变成直流，使电池318充电。该情 况下，控制装置314为了在磁通量控制区间152的时间带经驱动回路315向电枢线圈76供给最小磁力电流，有效地使主磁路及旁通磁路的磁阻相互相等，同时，成为对电池318充电 的最佳的电压，而经磁通量控制回路316，控制动作执行器llf。在对电池318充电的情况 下，通过将旋转电机系统作为恒定电压发电机系统，不需要变换发电电压的变换器。另外， 进而即使在电池318由电压种类不同的多种电池构成的情况下，通过添加切换回路，控制 在最适合各个电池的发电电压，能够不需要高价的变换器。 本实施例还在混合动力汽车进行制动时作为能量回收系统有效地发挥功能。若通 过指令31b，受到再生制动的指示，则控制装置314为了在磁通量控制区间152的时间带经 驱动回路315向电枢线圈76供给最小磁力电流，有效地使主磁路及旁通磁路的磁阻相互相 等，同时，经磁通量控制回路316，增大电枢的磁性体齿74、转子的磁性体突极121 、 122间的 磁通量，而经动作执行器llf，使推杆lie向右方向偏移，增大主磁极115和磁场磁铁114 的相向面积，用发电电力向电池318充电。在具有多个电池318的情况下，为了得到与最具 充电余力的电池318的充电电压相符的发电电压，经磁通量控制回路316，控制动作执行器 11f，控制电枢的磁性体齿74、转子的磁性体突极121、122间的磁通量。由于旋转电机311是 作为驱动用电动机使用的构造，所以，作为再生制动用的发电机，能够产生充分的制动力。
第七实施例是将本发明作为混合动力汽车的发电机兼电动机来使用的旋转电机 系统，但是，当然也可以作为电动汽车的旋转电机系统。该情况下，在上述实施例中，去掉混 合动力汽车的发动机312，仅用基于本发明的旋转电机系统驱动电动汽车，构成制动时的能 量回收系统。 上面列举实施例，说明了本发明的嵌转电机系统。这些实施例是表示实现本发明 的主旨、目的的例子，并非限定本发明的范围。例如，虽然在上述实施例中表示了电枢为具 有磁性体齿的构造，但是，也存在在以往的径向缝隙结构的旋转电机中没有配置磁性体齿 的构造例。另外，在径向缝隙结构中，也存在配置使电枢结构印刷配线在圆筒状磁轭上的电 枢线圈而不具有磁性体齿的例子。本发明不论有无磁性体齿都能够适用，能够根据旋转电 机系统的规格采用最佳的电枢结构。当然也可以通过将上述实施例组合或将实施例的一部 分组合来完成实现本发明的主旨、目的的系统等。
产业上利用的可能性 在永久磁铁励磁的旋转电机系统中，做成从励磁部将磁场磁通一并向被同种地磁 化地励磁的磁性体突极供给的结构，使励磁部的一部分偏移，控制流入电枢侧的磁通量。使 上述偏移所需要的力变小，能够容易地控制磁通量。适用了本发明的旋转电机系统能够与 以往的旋转电机同样作为高输出的电动机来利用，此外，扩大了可实用的旋转速度范围，再 有改善了发电功能，另外，能够控制其发电功能。作为驱动用电动机，用于移动体的发电机 兼电动机系统，能够期待在超出以往的旋转速度范围的使用，此外，能够进行制动时的能量 回收，能够改善综合的能量消耗量。进而，由于作为恒定电压发电机系统，能够在宽的旋转 速度范围将发电电压控制在一定，所以，不需要恒定电压控制回路，进而，对电压不同的多 种电池充电也能够不需要变换器，能够降低整体的系统成本。
30
权利要求
一种旋转电机系统，所述旋转电机装置由具有电枢线圈的电枢、具有与电枢相向地在圆周方向配置的多个磁性体突极的表面磁极部、及为了同种极性地被磁化而对每个磁性体突极组一并进行磁化的励磁部构成；表面磁极部和电枢能够以轴为中心相对地旋转，其特征在于，励磁部具有磁场磁铁和主磁极及旁通磁极，在将磁场磁铁的N极或S极的任意一方的磁极作为第一磁场磁极，将另一方的磁极作为第二磁场磁极时，在第一磁场磁极上相向地配置主磁极及旁通磁极；从第一磁场磁极流入到主磁极的磁通经磁性体突极及电枢向第二磁场磁极环流的主磁路、及从第一磁场磁极流入到旁通磁极的磁通主要在励磁部内向第二磁场磁极环流的旁通磁路与磁场磁铁并列连接；主磁极及旁通磁极的单元或磁场磁铁的任意一个作为可动磁极部，以能够在将第一磁场磁极一面与主磁极相向的面积及与旁通磁极相向的面积之和保持为一定的同时改变上述各个相向面积的方式，将可动磁极部构成为能够相对于余部进行相对偏移；以旋转电机系统的输出最佳化的方式，具有与电枢相向地在圆周方向配置的多个磁性体突极的表面磁极部。
2. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，以使妨碍可动磁极部的偏移的 磁力变小的方式，设定成使旁通磁路的磁阻及主磁路的磁阻相互大致相等的最小磁力条 件。
3. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，以交流磁通难以通过的方式，包 含旁通磁极的旁通磁路通过包含与磁性体突极相比涡电流损失大的材质构成。
4. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，以交流磁通难以通过的方式，从 磁场磁铁到磁性体突极的磁路通过包含与磁性体突极相比涡电流损失大的材质构成。
5. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，主磁路和旁通磁路间的磁阻比 主磁路的磁阻及旁通磁路的磁阻的差大。
6. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，在励磁部中，磁场磁铁和非磁性 体部在圆周方向交替配置，主磁极及旁通磁极与各磁场磁铁的第一磁场磁极相向地在圆周 方向并列地配置，主磁极及旁通磁极的单元和磁场磁铁能够向圆周方向相对偏移地构成。
7. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，在励磁部中，主磁极及旁通磁极 与磁场磁铁的第一磁场磁极相向地在轴向并列地配置，主磁极及旁通磁极的单元和磁场磁 铁被构成为能够向轴向相对偏移。
8. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，还具有调整主磁路或旁通磁路 的磁阻的磁阻调整组件，以使可动磁极部的偏移所需要的力变小的方式调整主磁路或旁通 磁路的磁阻。
9. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，在使可动磁极部偏移时，由磁阻 调整组件将旁通磁路的磁阻和主磁路的磁阻调整成与最小磁力条件大致相等。
10. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，在增加流过电枢的磁通量时， 由磁阻调整组件将主磁路的磁阻调整成比旁通磁路的磁阻小，在减少流过电枢的磁通量 时，由磁阻调整组件将主磁路的磁阻调整成比旁通磁路的磁阻大，同时，可动磁极部偏移。
11. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，还具有由于主磁路及旁通磁路 的磁阻脱离最小磁力条件而施加于可动磁极部的磁力检测组件，监视间歇地改变的与磁阻 调整组件相关的参数或在通常的运转中变化的上述参数和上述磁力的关系，将使上述磁力 变小的上述参数作为最小磁力条件参数来设定。
12. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，磁阻调整组件由对配置在旁通 磁路内的空隙中的空隙长度进行调整的空隙长度调整组件构成，以使可动磁极部的偏移所 需要的力变小的方式调整旁通磁路的磁阻。
13. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，磁阻调整组件由巻绕在旁通磁 路上的磁阻调整线圈构成，以可动磁极部的偏移所需要的力变小的方式向磁阻调整线圈供 给预定的电流，调整旁通磁路的磁阻。
14. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，磁阻调整组件由向电枢线圈供给使转子加速或减速的方向的预定的电流来调整主磁路的磁阻的组件构成，以在使可动磁 极部偏移时使可动磁极部的偏移所需要的力变小的方式向电枢线圈供给预定的电流，有效 地调整主磁路的磁阻。
15. 根据权利要求8所述的旋转电机系统，其特征在于，磁阻调整组件由预定的恒定电 流负荷构成，以在使可动磁极部偏移时恒定电流负荷与电枢线圈连接，使可动磁极部的上 述偏移所需要的力变小的方式，由感应电压使预定的电流流动，有效地调整主磁路的磁阻。
16. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，还具有可动磁极部的偏移限制 组件，将磁场磁铁的第一磁场磁极与主磁极相向的面积及与旁通磁极相向的面积之和保持 为一定，同时，将可动磁极部的相对偏移量限制在上述各个面积变化的范围内。
17. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，还具有保持可动磁极部的偏移 位置的组件，间歇地控制流过电枢的磁通量。
18. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，电枢还包含以围绕轴的方式配 置的磁轭，表面磁极部具有配置在转子侧而与电枢相向且在圆周方向交替地配置的磁性体 突极和非磁性体部，励磁部以将磁性体突极同极性地磁化的方式配置。
19. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，表面磁极部及电枢在径向相向 地配置；由与电枢相向地在圆周方向交替地配置了磁性体突极及非磁性体部的表面磁极部 构成的两个转子以一方的磁性体突极与另一方的非磁性体部相互对应的方式配置在轴向 而作为第一转子、第二转子；励磁部以将第一转子、第二转子的各自的磁性体突极相互异极 地磁化的方式配置。
20. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，表面磁极部在与电枢的相向面 上具有在圆周方向交替地配置的磁性体突极和非磁性体部，励磁部以将邻接的磁性体突极 相互异极地磁化的方式配置。
21. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，表面磁极部在与电枢的相向面 上具有在圆周方向交替地配置的磁性体突极和具有大致圆周方向的磁化的永久磁铁；邻接 的永久磁铁以邻接的磁性体突极相互反方向地磁化的方式相互将磁化方向反转地配置；励 磁部以励磁部和永久磁铁将磁性体突极磁化的极性相同的方式配置。
22. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，集合永久磁铁是将具有大致相 同的圆周方向磁化的永久磁铁板配置在磁性体的两侧面上的等效永久磁铁；表面磁极部在 与电枢的相向面上具有在圆周方向交替地配置的磁性体突极和集合永久磁铁；邻接的集合 永久磁铁以将邻接的磁性体突极相互反方向地磁化的方式相互将磁化方向反转地配置；励 磁部以励磁部和集合永久磁铁将磁性体突极磁化的极性相同的方式配置。
23. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，配置在电枢及转子侧的表面磁极部在径向相向地配置；邻接的磁性体突极相互向与轴平行的不同方向延伸，延长部分根 据延长方向作为第一延长部、第二延长部；以经第一延长部、第二延长部将邻接的磁性体突 极相互异极地磁化的方式将励磁部配置在转子内。
24. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，配置在电枢及转子侧的表面磁 极部在径向相向地配置；电枢还具有磁轭；邻接的磁性体突极相互向与轴向不同的方向延 伸，延长部分根据延长方向作为第一延长部、第二延长部；配置在转子两端的静止侧的两个 励磁部分别向第一延长部和磁轭间、第二延长部和磁轭间供给磁通，邻接的磁性体突极相 互异极地磁化。
25. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，配置在电枢及转子侧的表面磁 极部在径向相向地配置；邻接的磁性体突极相互向与轴向和径向不同的方向延伸，延长部 分根据延长方向作为第一延长部、第二延长部，配置在转子端的静止侧的励磁部向第一延 长部和第二延长部间供给磁通，邻接的磁性体突极相互异极地磁化。
26. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，所述旋转电机系统还具有控制 装置，将旋转力作为输入，将发电电力作为输出；通过控制装置，在被电枢线圈感应的发电 电压比规定的值大时，使可动磁极部偏移，减小第一磁场磁极和主磁极相向的面积，而在发 电电压比规定的值小时，使可动磁极部偏移，增大第一磁场磁极和主磁极相向的面积，将发 电电压控制在规定的值。
27. 根据权利要求1所述的旋转电机系统，其特征在于，所述旋转电机系统还具有控制 装置，将向电枢线圈的供给电流作为输入，将旋转力作为输出；通过控制装置，在旋转速度 比规定的值大，使流过电枢的磁通量减少时，使可动磁极部偏移，减小第一磁场磁极和主磁 极相向的面积，而在旋转速度比规定的值小，使流过电枢的磁通量增大时，使可动磁极部偏 移，增大第一磁场磁极和主磁极相向的面积，将旋转力控制为最佳。
28. 根据权利要求l所述的旋转电机系统，其特征在于，所述旋转电机系统还具有控 制装置，将向电枢线圈的供给电流作为输入，将旋转力作为输出；在使旋转速度减少的情况 下，通过控制装置，以使流过电枢的磁通量增大的方式，使可动磁极部偏移，增大第一磁场 磁极和主磁极相向的面积，将旋转能量作为发电电力取出。
29. —种磁通量控制方法，所述磁通量控制方法是旋转电机装置的磁场控制方法，所述 旋转电机装置由具有电枢线圈的电枢、具有与电枢相向地在圆周方向配置的多个磁性体突 极的表面磁极部、及为了同种极性地被磁化而对每个磁性体突极组一并进行磁化的励磁部 构成；表面磁极部和电枢能够以轴为中心相对地旋转，其特征在于，将从磁场磁铁的一方的 磁极流入到主磁极的磁通经磁性体突极及电枢向磁场磁铁的另 一方的磁极环流的主磁路、 及从磁场磁铁的一方的磁极流入到旁通磁极的磁通主要在励磁部内向磁场磁铁的另一方 的磁极环流的旁通磁路，与磁场磁铁并列连接；以将主磁极及旁通磁极的单元或磁场磁铁 的任意一个作为可动磁极部，在能够将磁场磁铁与主磁极相向的面积及与旁通磁极相向的 面积之和保持为一定的同时改变上述各个面积的方式，使可动磁极部偏移来控制流过电枢 的磁通量。
30. 根据权利要求29所述的磁通量控制方法，其特征在于，包含以下步骤以使妨碍可 动磁极部的偏移的磁力变小的方式，设定成旁通磁路的磁阻及主磁路的磁阻相互大致相等 的最小磁力条件。
31. 根据权利要求29所述的磁通量控制方法，其特征在于，包含以下步骤还具有调 整主磁路或旁通磁路的磁阻的磁阻调整组件，以使可动磁极部的偏移所需要的力变小的方 式，调整主磁路或旁通磁路的磁阻。
32. 根据权利要求31所述的磁通量控制方法，其特征在于，包含以下步骤在使可动磁 极部偏移时，由磁阻调整组件将旁通磁路的磁阻和主磁路的磁阻调整成与最小磁力条件大 致相等。
33. 根据权利要求31所述的磁通量控制方法，其特征在于，包含以下步骤在增加流过 电枢的磁通量时，磁阻调整组件将主磁路的磁阻调整成比旁通磁路的磁阻小，在减少流过 电枢的磁通量时，磁阻调整组件将主磁路的磁阻调整成比旁通磁路的磁阻大，同时，使可动 磁极部偏移。
34. 根据权利要求31所述的磁通量控制方法，其特征在于，包含以下步骤还具有由于 主磁路及旁通磁路的磁阻脱离最小磁力条件而施加于可动磁极部的磁力的检测组件，监视 间歇地改变的与磁阻调整组件相关的参数或在通常的运转中变化的上述参数和施加于可 动磁极部的磁力的关系，将使施加于可动磁极部的磁力变小的上述参数作为最小磁力条件 参数来设定。
全文摘要
提供一种在磁铁励磁旋转电机中，能量效率好的磁通分流控制旋转电机系统。在本发明的磁铁励磁旋转电机系统中，具有对欲被同种极性磁化的磁性体突极一并励磁的励磁部，在励磁部内的磁场磁铁上，并列连接来自磁场磁铁的磁通经电枢环流的主磁路及在励磁部内环流的旁通磁路，通过机械性的偏移控制流过主磁路的磁通量。由此，实现使磁通量控制容易的旋转电机系统、磁通量控制方法。进而，提出了调整上述磁路的磁阻，使偏移所需要的力变小的手段、方法。
文档编号H02K16/02GK101772880SQ20088010209
公开日2010年7月7日 申请日期2008年5月22日 优先权日2007年8月17日
发明者市山义和 申请人:有限公司日库技术研究所;T.N.G.技术株式会社