專利名稱：磁通量可變旋轉電機系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括具有永久磁鐵激磁的發(fā)電機、電動機的旋轉電機系統(tǒng)。
背景技術：
取出通過永久磁鐵激磁與電樞的相對旋轉而電磁地產生的電カ的發(fā)電機、或者根據(jù)通過對電樞供給的電流產生的磁場與永久磁鐵激磁的相互作用而產生永久磁鐵激磁與電樞的相對旋轉的電動機等旋轉電機裝置的能量效率優(yōu)良，伴隨永久磁鐵的技術進步而在日常廣泛使用。但是，在這樣的旋轉電機中，來自永久磁鐵的磁通恒定，所以不論是用作電動機還是用作發(fā)電機，都無法在寬的旋轉速度范圍內始終得到最佳的輸出。S卩，在電動機的情況下，在高速旋轉域中，逆電動勢(發(fā)電電壓)變得過高，其結果難以控制，作為弱激磁控制提出有減弱激磁強度的各種手段。另外，在發(fā)電機的情況下，為了在寬的旋轉速度范圍內使發(fā)電電壓成為規(guī)定的電平，使用了利用專門激磁電流控制的恒定電壓發(fā)電機或者由半導體構成的發(fā)電電壓的恒定電壓化電路。在電動機中廣泛采用利用超前相位電流的弱激磁控制，但在能量效率、控制范圍中存在界限。有不犧牲磁鐵勵磁旋轉電機中的能量效率的高度，而通過機械性的偏倚進行旋轉電機的激磁控制的嘗試(例如日本專利第4243651號)。其能夠將激磁條件保持為機械性的偏倚，所以能夠將與激磁控制相伴的能量損失抑制為最小限而實現(xiàn)高能量效率的旋轉電機。在將能量損失抑制為最小限的其他激磁控制方法中有在旋轉電機的運轉中不可逆地變更永久磁鐵的磁化狀態(tài)，有日本特開2006 — 280195、日本特開2008 — 048514、日本特開2008 — 125201等技術提案。在這些技術中，由具有高抗磁力的永久磁鐵和具有低抗磁力的磁鐵構成與電樞對向的轉子磁極，希望通過電樞線圈制作的磁場變更低抗磁力的永久磁鐵的磁化。但是，在電樞線圈的附近配置低抗磁力磁鐵的結構經常有可能由于難以遇見的事故而上述永久磁鐵的磁化被變更，在系統(tǒng)的穩(wěn)定性中存在重大憂慮。另外，高電壓/大電流脈沖下的磁化變更有可能對電子電路造成重大的損壞。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明想要解決的課題在于，提供ー種旋轉電機系統(tǒng)以及磁通量控制方法，能夠維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性的同時，進行強激磁控制以及弱激磁控制而將輸出控制為最佳。在本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)中，轉子在周方向上交替具有通過磁化固定的永久磁鐵被磁化為相互異極的磁性體突極，在磁性體突極內部配置有控制磁鉄，以對轉子一并地進行勵磁的方式配置有勵磁線圈，電樞線圈生成的磁通以及勵磁線圈生成的勵磁磁通在相同的方向上流動的控制磁鐵的磁化被選擇性地變更。其具體的結構如以下規(guī)定。旋轉電機裝置構成為電樞以及轉子能夠相對地旋轉，轉子具有在周方向上配置的ー個以上的磁性體突極,通過在磁性體突極內和/或鄰接的磁性體突極之間配置的永久磁鐵，在周方向上鄰接的磁性體突極被磁化為相互異極，電樞在在周方向上配置有ー個以上、的磁性體齒、和在磁性體齒上卷繞的電樞線圏。在鄰接的上述磁性體突極的至少一方中，在遠離電樞的磁性體突極內部配置有控制磁鐵，還配置有勵磁磁路部件、和勵磁線圈，勵磁線圈配置成在包括勵磁磁路部件以及電樞以及控制磁鐵的磁路中一井地發(fā)生磁通，以僅通過由電樞線圈發(fā)生的磁通不會變更上述控制磁鐵的磁化狀態(tài)的方式，設定磁化方向長度與抗磁力之積，旋轉電機裝置構成為由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通以及由電樞線圈發(fā)生的磁通在相同的方向上流動的上述控制磁鐵的磁化狀態(tài)被不可逆地變更。以使旋轉電機裝置的輸出最佳化的方式根據(jù)上述輸出變更上述控制磁鐵的磁化狀態(tài)，控制與電樞線圈交鏈的磁通量。作為最佳化的對象的輸出是指，輸出轉矩、再生制動時的制動カ以及回收能量量、發(fā)電電壓等。在磁性體突極內和/或鄰接的磁性體突極之間配置的永久磁鐵具有不易被磁化變更的大小的抗磁力。配置控制磁鐵的磁性體突極內的位置是指，在遠離電樞的ー側，不易受到電樞線圈發(fā)生的磁通的影響的位置。進而，對于控制磁鉄，以不易由于電樞線圈通常發(fā)生的磁通而被磁化變更，并且能夠通過從勵磁線圈以及電樞線圈在相同的方向上流動的合成磁通而變更磁化的方式，設定作為磁化難易度的磁化方向長度與抗磁力之積。在鄰接的磁性體突極內分別配置控制磁鐵的情況下，鄰接的控制磁鐵的磁化方向相互相逆，變更勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通的方向，其磁化狀態(tài)依次變更。作為勵磁磁通的磁路結構例，有對電樞以及轉子ー并地供給勵磁磁通的結構。勵磁磁路部件的兩端在電樞和轉子隔著微小縫隙交替排列的電樞以及轉子群的端中配置的轉子或者電樞磁性地耦合而由勵磁磁路部件、轉子、電樞構成閉合磁路，勵磁線圈配置成在該閉合磁路中發(fā)生磁通。磁性地耦合是指，配置成ニ個磁性體彼此直接連接、或者隔著微小縫隙而對向的狀態(tài)。勵磁線圈成為環(huán)繞軸的結構而能夠配置到靜止側。旋轉電機裝置還能夠成為ー個以上的圓筒狀電樞和轉子在徑方向上隔著空隙而對向的構造、ー個以上的圓盤狀電樞和轉子在軸方向上隔著空隙而對向的構造、ー個以上的圓錐面形狀的電樞和轉子隔著空隙而對向的構造等任ー構造。 作為勵磁磁通的磁路結構的其他例子，有在軸方向上排列的ニ個轉子與電樞對向的結構。勵磁線圈配置于ニ個轉子之間或者電樞的軸方向之間而在由電樞、第一轉子、第二轉子構成的閉合磁路中發(fā)生勵磁磁通。以在第一轉子、第二轉子中相互逆向地流動的方式發(fā)生勵磁磁通，并且以在周方向上鄰接的磁性體突極中相互逆向地流動的方式發(fā)生來自電樞線圈的磁通，而在第一轉子、第二轉子內未在軸方向上排列的控制磁鐵的磁化被同時變更?？刂拼盆F由磁化難易度不同的ー個以上的磁鐵要素并聯(lián)地連接的結構、或者磁化難易度即磁化方向長度與抗磁力之積連續(xù)變化的磁鐵構成。上述控制磁鐵的結構的目的在于與電樞線圈交鏈的磁通量的控制，磁化難易度不同的磁鐵要素的配置不限于一個剖面內，而分配到轉子整體。將使磁性體突極磁化為與磁性體突極附近的永久磁鐵相同的極性的磁鐵要素作為第一磁化，第一磁化的磁鐵要素增加與電樞線圈交鏈的磁通量。在上述旋轉電機系統(tǒng)中，有使勵磁磁通集中到控制磁鐵而易于變更控制磁鐵的磁 化的結構。即，在永久磁鐵的至少一方的磁極側配置有導體,通過導體中感應的渦電流,脈沖狀磁通難以在永久磁鐵內流動。在導體中為了抑制由于渦電流所致的發(fā)熱，使用導電性優(yōu)良的原材料。通過上述結構，電樞線圈生成的雙向的脈沖狀磁通不易通過永久磁鐵，集中到控制磁鐵，控制磁鐵的磁化易于變更。在上述旋轉電機系統(tǒng)中，能夠除了來自控制磁鐵的磁通以外還重疊由對勵磁線圈供給的電流發(fā)生的磁通來進行激磁控制。具有大小的厚度的控制磁鐵在周方向上鄰接的磁性體突極內交替配置，在由勵磁線圈發(fā)生的磁通的通過難易度中設置了差異。在控制磁鐵的各磁化狀態(tài)下對勵磁線圈供給在控制磁鐵中不會產生不可逆的磁化變化的程度的磁通調整電流，將所感應出的磁通重疊到來自控制磁鐵的磁通來調整電樞中流動的磁通量。即使控制磁鐵的磁化能夠連續(xù)地變更，控制磁鐵的磁化變更在大部分的情況下間歇地實施，作為結果，離散地控制電樞中流動的磁通量的情況較多。在本發(fā)明中，使在控制磁鐵的各磁化狀態(tài)下勵磁線圈感應的磁通重疊到來自控制磁鐵的磁通來精密地控制電樞中流動的磁通量。對于旋轉電機系統(tǒng)，如果將向電樞線圈的電流作為輸入并將旋轉力作為輸出則是電動機，如果將旋轉力作為輸入并從電樞線圈輸出電流則是發(fā)電機。在電動機或者發(fā)電機中，存在最佳的磁極結構，它們是可逆的，上述旋轉電機系統(tǒng)能夠應用于電動機、發(fā)電機。


圖I是第一實施例的旋轉電機的縱剖面圖。圖2是圖I所示的旋轉電機的電樞以及轉子的剖面圖。圖3是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出強激磁下的磁通的流動。圖4是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出弱激磁下的磁通的流動。圖5是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出來自用于減弱激磁的電樞線圈以及勵磁線圈的磁通的流動。圖6是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出來自用于加強激磁的電樞線圈以及勵磁線圈的磁通的流動。圖7是第二實施例的旋轉電機的縱剖面圖。圖8是圖7所示的旋轉電機的電樞以及轉子的剖面圖。圖9是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出強激磁下的磁通的流動。圖10是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出弱激磁下的磁通的流動。圖11是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出來自用于減弱激磁的電樞線圈以及勵磁線圈的磁通的流動。圖12是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出來自用于加強激磁的電樞線圈以及勵磁線圈的磁通的流動。圖13 (a)、13 (b)、13 (C)、13 (d)示出圖7所示的控制磁鐵的一部分的縱剖面圖，圖13 (a)示出磁鐵要素131、132、133都是第一磁化的狀態(tài)。圖13 (b)示出磁鐵要素131、132是第一磁化、磁鐵要素133是第二磁化的狀態(tài)。圖13 (c)示出磁鐵要素131是第一磁化、磁鐵要素132、133是第二磁化的狀態(tài)。圖13 (d)示出磁鐵要素131、132、133都是第二
圖14是第三實施例的旋轉電機系統(tǒng)的框圖。圖15是第四實施例的旋轉電機的縱剖面圖。圖16是圖15所示的旋轉電機的電樞以及轉子的剖面圖。
圖17是圖15所示的旋轉電機的轉子的立體圖。圖18 Ca)是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出強激磁下的磁通的流動、(b)是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出弱激磁下的磁通的流動。圖19是轉子的立體圖，示出為了控制磁鐵的磁化變更而供給的來自勵磁線圈以及電樞線圈的磁通的方向。圖20是轉子的立體圖，示出為了控制磁鐵的磁化變更而供給的來自勵磁線圈以及電樞線圈的磁通的方向。圖21是第五實施例的旋轉電機的縱剖面圖。 圖22是圖21所示的旋轉電機的電樞以及轉子的剖面圖。圖23是圖21所示的旋轉電機的轉子的立體圖。圖24 (a)是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出強激磁下的磁通的流動、(b)是電樞、轉子放大后的剖面圖以及示出弱激磁下的磁通的流動。圖25是轉子的立體圖，示出為了控制磁鐵的磁化變更而供給的來自勵磁線圈以及電樞線圈的磁通的方向。圖26是第六實施例的旋轉電機系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式以下，參照附圖，針對本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)，說明其實施例以及原理作用等。實施例I使用圖I至圖6，說明本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)的第一實施例。第一實施例是徑向間隙構造的旋轉電機系統(tǒng)，配置勵磁線圈使其環(huán)繞旋轉軸。圖I示出在徑向間隙構造的旋轉電機中應用了本發(fā)明的實施例。旋轉軸11經由軸承13可轉動地支撐于外殼12，從外周側向內周側依次配置有第一電樞、轉子17、第二電樞。轉子17在外周面以及內周面與第一電樞、第二電樞分別對向，編號18表不配置于外周側的表面磁極部、與內周側的表面磁極部之間的控制磁鐵，編號19表不轉子支撐體?？刂拼盆F18在轉子17內配置于第一電樞、第二電樞中的離開磁性體齒的位置，控制磁鐵18內的箭頭表示磁化方向。第一電樞、第二電樞分別與轉子17對向，固定于外殼12。第一電樞具有從圓筒狀磁軛15在徑方向延伸的磁性體齒14、在磁性體齒14上卷繞的電樞線圈16，第二電樞具有從圓筒狀磁軛Ib在徑方向延伸的磁性體齒la、在磁性體齒Ia上卷繞的電樞線圈lc。外殼12由鍛鐵構成而相當于勵磁磁路部件，使圓筒狀磁軛15和圓筒狀磁軛Ib磁性地稱合，勵磁線圈Id配置成在包括圓筒狀磁軛15、磁性體齒14、轉子17、磁性體齒la、圓筒狀磁軛lb、外殼12的磁路中發(fā)生勵磁磁通。圖2示出圖I的沿著A — A’的電樞以及轉子的剖面圖，為了說明相互的關系，對構成部分的一部分附加了編號。在轉子17的表面磁極部的內周面以及外周面，磁性體突極和永久磁鐵在周方向上交替配置，內周面中的磁性體突極和外周面中的磁性體突極在徑方向上排列。用編號21、23來代表在表面磁極部的外周面鄰接的磁性體突極，用編號26、28來代表鄰接的永久磁鐵。同樣地，用編號22、25來代表在表面磁極部的內周面鄰接的磁性體突極，用編號27、29來代表鄰接的永久磁鐵。另外，鄰接的永久磁鐵被配置成具有相互逆向的磁化，以使在徑方向上排列的磁性體突極21、22彼此、磁性體突極23、25彼此在相互相同的方向上磁化，使在周方向上排列的磁性體突極21、23彼此、磁性體突極22、25彼此在相互不同的方向上磁化。例如,永久磁鐵26和永久磁鐵27、永久磁鐵28和永久磁鐵29、永久磁鐵26和永久磁鐵28、永久磁鐵27和永久磁鐵29分別具有相互逆向的磁化。編號2a表示在永久磁鐵26、永久磁鐵27之間、永久磁鐵28、永久磁鐵29之間配置的非磁性體。在磁性體突極21、22之間配置有具有徑方向磁化的控制磁鐵18，在磁性體突極23,25之間配置有具有徑方 向磁化的控制磁鐵24。在周方向上相鄰的控制磁鐵18、24的磁化方向被設定成相互逆向。在本實施例中，變更控制磁鐵18、24的磁化狀態(tài)，來控制從轉子17向第一電樞、第二電樞側泄漏的磁通量。永久磁鐵26、27、28、29、控制磁鐵18、24內的箭頭表不磁化方向。永久磁鐵26、27、28、29以在旋轉驅動時不易受到電樞線圈的影響的方式由抗磁力大的釹磁鐵構成，控制磁鐵18、24以能夠通過勵磁線圈Id以及電樞線圈16、Ic的合成磁通變更磁化的方式，由抗磁力是約110kA/m且磁化方向厚度是8mm的鋁鎳鈷磁鐵構成。第一電樞包括固定于外殼12的圓筒狀磁軛15、從圓筒狀磁軛15在徑方向上延伸的多個磁性體齒14、以及在磁性體齒14上卷繞的電樞線圈16。第二電樞包括圓筒狀磁軛lb、從圓筒狀磁軛Ib在徑方向上延伸的多個磁性體齒la、以及在磁性體齒Ia上卷繞的電樞線圈lc。在第一電樞、第二電樞中，針對轉子的16磁極分別配置有24個電樞線圈。圖3放大示出圖2的一部分，說明強激磁下的磁通的流動。虛線31代表地表示來自永久磁鐵26、27、28、29的磁通，虛線32代表地表示來自控制磁鐵18、24的磁通。如該圖所示，在來自永久磁鐵26、27、28、29的磁通31和來自控制磁鐵18、24的磁通32在磁性體突極21、23、22、25內分別在相同的方向上流動的情況下，與電樞線圈16、lc交鏈的磁通量増大。因此，在控制磁鐵18中，外徑方向的磁化相當于第一磁化、內徑方向的磁化相當于第ニ磁化，在控制磁鐵24中，內徑方向的磁化相當于第一磁化、外徑方向的磁化相當于第二磁化。圖4示出控制磁鐵18、24的磁化方向與圖3所示的狀態(tài)相逆的狀態(tài)?？刂拼盆F18、永久磁鐵29、控制磁鐵24、永久磁鐵28構成閉合磁路，并且控制磁鐵18、永久磁鐵27、控制磁鐵24、永久磁鐵26構成閉合磁路，而向電樞側流動的磁通量減少。虛線41代表地表示上述閉合磁路中流動的磁通，圖4的情況相當于弱激磁的狀態(tài)。通過永久磁鐵26、27、28、29、控制磁鐵18、24的飽和磁通密度、磁極面積等，設定在該狀態(tài)下向電樞側流動的磁通量。在本實施例中，將控制磁鐵18、24的磁化狀態(tài)控制為圖3、圖4所示的狀態(tài)的某一個來控制與電樞線圈交鏈的磁通量。圖3的情況是強激磁的狀態(tài)，圖4的情況相當于弱激磁狀態(tài)。以下，說明對控制磁鐵18、24的磁化狀態(tài)進行控制的結構以及動作原理。如圖I所示，以使第一電樞的圓筒狀磁軛15和第二電樞的圓筒狀磁軛Ib磁性地率禹合，并使勵磁線圈Id在包括第一電樞、轉子、第二電樞、外殼12的磁電路中發(fā)生磁通的方式，環(huán)繞外殼12的一部分以及旋轉軸11而配置有相當于勵磁磁路部件的外殼12。勵磁線圈Id是對第一電樞、轉子、第二電樞ー并地進行勵磁的結構，使用圖5、圖6來說明控制磁鐵
18、24的磁化變更。圖5是用于說明為了從圖3所示的狀態(tài)設為弱激磁而變更控制磁鐵18的磁化的原理的圖。勵磁線圈Id將與控制磁鐵18的磁化方向逆向地流動的勵磁磁通一井供給給轉子。虛線51所示的勵磁磁通依次流過磁性體突極21、控制磁鐵18、磁性體突極22，虛線52所示的勵磁磁通依次流過磁性體突極23、控制磁鐵24、磁性體突極25。在磁性體齒14、la分別與磁性體突極21、22對向了時，對電樞線圈16、lc供給用于在磁性體突極21、22內發(fā)生在與勵磁磁通51相同的方向上流動的磁通的電流。通過虛線53、54代表地表不由電樞線圈16、Ic發(fā)生的磁通。磁通53與永久磁鐵26、28的磁化方向逆向地流動，所以不易在永久磁鐵26、28內流動，磁通54與永久磁鐵27、29的磁化方向逆向地流動，所以不易在永久磁鐵27、29內流動。因此，磁通53和磁通54易于在控制磁鐵18內在與勵磁磁通51相同的方向上流動。另外，在磁性體突極23、25以及控制磁鐵24內，勵磁磁通52和磁通53、54相互逆向地流動。這些磁通相互抵消，在控制磁鐵24內流動的 磁通少。因此，由勵磁線圈IcU電樞線圈16、Ic發(fā)生的磁通集中到控制磁鐵18，控制磁鐵18的磁化反轉。在對轉子進行旋轉驅動時，從電樞線圈16、Ic向轉子施加磁通53、54，但在永久磁鐵26、27、28、29中，由于由以釹磁鐵為主體的抗磁力大的永久磁鐵構成，所以它們的磁化不會受到影響。另外，作為控制磁鐵18、24的磁化難易度的抗磁力與磁化方向長度之積被設定為不會僅通過磁通53、54、或者磁通51、52而使磁化狀態(tài)變更的程度。這樣由勵磁線圈Id、電樞線圈16、Ic發(fā)生的磁通集中到控制磁鐵18,控制磁鐵18的磁化方向反轉。接著控制磁鐵18的磁化變更，控制磁鐵24的磁化變更。變更對勵磁線圈Id供給的電流的方向，通過與控制磁鐵18的磁化變更相同的上述步驟，控制磁鐵24的磁化變更。圖6是用于說明為了從圖4所示的狀態(tài)成為強激磁而變更控制磁鐵18的磁化的原理的圖。將控制磁鐵18的磁化從弱激磁狀態(tài)變更為強激磁狀態(tài)的過程比較困難。S卩，來自電樞線圈16、lc的磁通在配置于磁性體突極之間的永久磁鐵26、28、27、29中短路，而難以使磁通集中到控制磁鐵18。在本發(fā)明中，來自勵磁線圈Id的勵磁磁通和來自電樞線圈
16、Ic的磁通重疊，使永久磁鐵26、28、27、29磁性地飽和，從而磁通集中到控制磁鐵18。
勵磁線圈Id將與控制磁鐵18的磁化方向逆向地流動的勵磁磁通ー并地供給給轉子。虛線61所示的勵磁磁通依次流過磁性體突極22、控制磁鐵18、磁性體突極21，虛線62所示的勵磁磁通依次流過磁性體突極25、控制磁鐵24、磁性體突極23。在磁性體齒14、la分別與磁性體突極21、22對向了時，對電樞線圈16、lc，供給用于在磁性體突極21、22內發(fā)生在與勵磁磁通61相同的方向上流動的磁通的電流。通過虛線63、64代表地表示由電樞線圈16、Ic發(fā)生的磁通。磁通63流動的方向與永久磁鐵26、28的磁化方向相同且易于在永久磁鐵26、28內流動，磁通64流動的方向與永久磁鐵27、29的磁化方向相同且易于在永久磁鐵27、29內流動。因此，磁通63、64不易集中到控制磁鐵18內。在磁性體突極23、25以及控制磁鐵24內，勵磁磁通62和磁通63、64相互逆向地流動。這些磁通相互抵消，在控制磁鐵24內流動的磁通少。因此，以通過磁通63、64使永久磁鐵26、28、27、29磁性地飽和的方式增大對電樞線圈16、Ic供給的電流，由勵磁線圈IcU電樞線圈16、Ic發(fā)生的磁通集中到控制磁鐵18,控制磁鐵18的磁化反轉。接著控制磁鐵18的磁化變更，控制磁鐵24的磁化變更。變更對勵磁線圈Id供給的電流的方向，通過與控制磁鐵18的磁化變更相同的上述步驟，控制磁鐵24的磁化變更。在本實施例中，控制磁鐵18、24配置于相互鄰接的磁性體突極內，所以它們的磁化變更能夠依次短時間內結束，但磁化變更所需的時間由對勵磁線圈Id供給的電流的切換時間左右。由勵磁線圈Id發(fā)生的勵磁磁通在外殼12中流動，所以包含高頻分量的窄脈沖狀磁通不易流動。進而，在増大勵磁線圈Id的卷繞數(shù)的情況下，電感變大，在電流的切換中花費時間。通過減小卷繞次數(shù)，并用壓粉鐵芯來構成外殼12內周部，能夠使窄脈沖狀磁通易于通過，而使控制磁鐵的磁化變更在短時間內結束。在圖3 — 6中，為易于理解，用不同的線來代表地表示來自永久磁鐵、控制磁鐵、電樞線圈、勵磁線圈各個的磁通。只要在磁性體內不產生磁性的飽和，則磁通重疊。這些圖是為了易于理解而模型地圖示的圖。 在本實施例的旋轉電機裝置中，磁性體突極之間的永久磁鐵接近電樞，所以期望采用釹磁鐵?？刂拼盆F配置于遠離電樞的位置，在能夠通過勵磁線圈以及電樞線圈的合成磁通來變更磁化的范圍內設定磁化方向長度與抗磁力之積。對于控制磁鐵的磁化變更，僅通過來自電樞線圈的磁通比較困難，但能夠與來自勵磁線圈的勵磁磁通合并來變更磁化，控制磁鐵的磁化狀態(tài)被穩(wěn)定地維持。在控制磁鐵中，能夠使用鋁鎳鈷磁鐵、釹磁鐵、其他磁鐵，與勵磁線圈以及電樞線圈的各規(guī)格、進而電源的規(guī)格符合地選定。以上，使用圖I至圖6示出第一實施例的結構，說明了為了與電樞線圈交鏈的磁通量變更而進行控制磁鐵的磁化變更的原理。本實施例所示的旋轉電機裝置作為能夠進行激磁控制的電動機或者發(fā)電機動作，但與激磁控制相關以外的結構與以往的旋轉電機裝置相同，作為電動機或者發(fā)電機的動作的說明省略。在本實施例中，構成為同相的電樞線圈同時與包括希望磁化反轉的控制磁鐵18的磁性體突極21、22對向，但本發(fā)明的結構不限于此。勵磁線圈對電樞以及轉子ー并供給勵磁磁通，電樞線圈控制勵磁磁通的流動而使磁通集中到希望磁化變更的控制磁鉄。當然能夠根據(jù)本發(fā)明的要_，變更電樞線圈的結構。另外，本實施例是具有ニ個電樞的徑向間隙構造，但還能夠設為具有ニ個電樞的軸向間隙構造。在該情況下，使第一電樞、轉子、第二電樞形成為圓盤狀，在軸方向上依次配置。勵磁線圈以環(huán)繞旋轉軸的方式配置于轉子的外周側或者內周側。實施例2使用圖I至圖13，說明本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)的第二實施例。第二實施例是徑向間隙構造的旋轉電機系統(tǒng)，控制磁鐵構成為磁化難易度不同的磁鐵要素的并聯(lián)連接。圖7示出在徑向間隙構造的旋轉電機中應用了本發(fā)明的實施例的縱剖面圖，旋轉軸71經由軸承73可轉動地支撐于外殼72。電樞具有固定于外殼72的從圓筒狀磁軛75在徑方向上延伸的磁性體齒74、和在磁性體齒74上卷繞的電樞線圈76。轉子具有表面磁極部77、圓筒狀磁芯79、轉子支撐體7a而與旋轉軸71—起旋轉。外殼72由以鍛鐵為主體的磁性體構成，與圓筒狀磁芯79的兩端隔著微小縫隙而對向，以使勵磁線圈78在由外殼72、圓筒狀磁芯79、表面磁極部77、磁性體齒74、圓筒狀磁軛75構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通的方式，環(huán)繞旋轉軸71地配置。圖8示出圖7的沿著B — B’的電樞以及轉子的剖面圖，為了說明相互的關系而對構成部分的一部分附加了編號。表面磁極部77是磁性體通過集合磁鐵在周方向上被劃分的結構。在中間磁性體突極83的兩側面配置了大致相同的磁化方向的磁鐵板85、86的組合是磁性地與磁鐵等價的集合磁鐵。即，在周方向上交替排列磁性體突極和集合磁鐵而構成了轉子的表面磁極部77。使鄰接的磁性體突極成為磁性體突極81、磁性體突極82，以在相互不同的方向上磁化的方式，使鄰接的集合磁鐵的磁化方向相互反轉而構成。在磁性體突極81、82各自的周方向兩側面配置的磁鐵板是V字狀的配置，將磁鐵板的交叉角度設定為適合于磁通障壁的角度。對磁鐵板84、85、86、87附加的箭頭表不與磁鐵板84、85、86、87的板面大致正交的磁化方向在磁性體突極81的內周側配置有控制磁鐵88，在磁性體突極82的內周側配置有控制磁鐵89?？刂拼盆F88、89都配置于遠離磁性體齒74的位置，控制磁鐵88、89內的箭頭表不磁化方向。磁鐵板84、85和控制磁鐵88使磁性體突極81磁化為相同的極性，磁鐵板86,87和控制磁鐵89使磁性體突極82磁化為相同的極性。集合磁鐵由中間磁性體突極83以及磁鐵板85、86構成，以使來自勵磁線圈78的磁通不會經由中間磁性體突極83流到電樞側的方式，在集合磁鐵的內周側配置有非磁性體8b。進而，控制磁鐵88、89分別構成為在軸方向上反復配置的厚度不同的磁鐵要素的并聯(lián)連接。其結構如圖13所示。電樞包括固定于外殼72的圓筒狀磁軛75、從圓筒狀磁軛75在徑方向上延伸的多個磁性體齒74、以及在磁性體齒74上卷繞的電樞線圈76。在電樞的磁性體齒74前端，在鄰接的磁性體齒74前端部之間配置有在徑方向上短的可飽和磁性體耦合部8a。在用模具對硅鋼板進行沖壓而層疊磁性體齒74以及可飽和磁性體耦合部8a，并卷繞了電樞線圈76之后，與由壓粉鐵芯構成的圓筒狀磁軛75組合而成為電樞?？娠柡痛判泽w耦合部8a使鄰接的磁性體齒74彼此機械地連結而而使磁性體齒74的支撐強度提高，抑制磁性體齒74的不需要的振動?？娠柡痛判泽w耦合部8a的徑方向的長度被設定得較短而成為易于磁性地飽和的形狀，所以通過電樞線圈76發(fā)生的磁通或者來自永久磁鐵的磁通容易地飽和，在該情況下電樞線圈76發(fā)生的磁通以及磁通的短路成為微量。如果對電樞線圈76供給了電流，則隨著時間經過，可飽和磁性體耦合部8a磁性地飽和而向周邊泄漏磁通,但磁飽和的可飽和磁性體耦合部8a中出現(xiàn)的實效的磁空隙的邊界并未清除，所以泄漏的磁通的分布變緩，可飽和磁性體耦合部8a在該點中使對磁性體齒74施加的カ的時間變化也變緩而對振動抑制作出貢獻。在本實施例中，控制磁鐵88、89也構成為磁化難易度不同的磁鐵要素的并聯(lián)連接，圖13示出配置于磁性體突極81的控制磁鐵88的縱剖面圖?？刂拼盆F88由磁化方向長度不同的磁鐵要素131、132、133構成，磁鐵要素131、132、133按照該順序反復在軸方向上排列，通過磁性體并聯(lián)地連接。如果通過電樞線圈76、勵磁線圈78提供了磁場，則將磁鐵要素131、132、133上下夾住的磁性體之間的磁勢差(磁動勢)大致均勻，在各磁鐵要素內施加相當于將磁勢差除以長度而得到的值的磁場強度，該磁場強度超過了抗磁力的磁鐵要素的磁化變更。因此,短的磁鐵要素易于被磁化,長的磁鐵要素不易被磁化?？刂拼盆F89也是相同的結構且磁化方向與控制磁鐵88相逆。圖9、10、11、12是將圖8所示的電樞以及轉子的一部分放大而示出的剖面圖，使用這些圖來說明磁通的流動。在這些圖中，將U相、V相、W相的電樞線圈分別設為電樞線圈91、92、93而在周方向上反復配置了電樞線圈76。另外，在本實施例中，控制磁鐵88、89分別由3個磁鐵要素構成，3個磁鐵要素能夠分別取不同的磁化方向。在圖9、10中將在數(shù)量上多的磁鐵要素的磁化方向表示為控制磁鐵88、89各自的磁化方向。在圖9中，虛線94代表地表示來自磁鐵板84、85、86、87的磁通，虛線95代表地表示來自控制磁鐵88、89的磁通。在該圖中，磁性體突極81、82通過寬度窄的磁性體相互連結，但寬度窄的磁性體易于磁性地飽和，所以能夠磁性地忽略。磁鐵板84、85和控制磁鐵88使磁性體突極81磁化為S極，磁鐵板86、87和控制磁鐵89使磁性體突極82磁化為N極的情況是增大與電樞線圈交鏈的磁通量的狀態(tài)。將控制磁鐵88的磁化方向作為內徑方向的狀態(tài)相當于如圖13 (a)、(b)所示，2個以上的磁鐵要素的磁化方向是內徑方向的狀態(tài)，在控制磁鐵88中，內徑方向的磁化相當于第一磁化、外徑方向的磁化相當于第二磁化。在控制磁鐵89中，外徑方向的磁化相當于第一磁化、內徑方向的磁化相當于第二磁化。
圖10是從圖9所示的狀態(tài)反轉了控制磁鐵88、89的磁化方向的狀態(tài)?？刂拼盆F88、89和磁鐵板85、86構成閉合磁路，控制磁鐵88、89和磁鐵板84、87構成閉合磁路，而向電樞側流動的磁通量減少。虛線101代表地表示構成閉合磁路的磁通，圖10的情況相當于弱激磁的狀態(tài)。通過磁鐵板84、85、86、87、控制磁鐵88、89的飽和磁通密度、磁極面積等，設定在該狀態(tài)下向電樞側流動的磁通量。將控制磁鐵88的磁化方向作為外徑方向的各磁鐵要素的磁化狀態(tài)相當于如圖13 (c)、(d)所示，2個以上的磁鐵要素的磁化方向是外徑方向的狀態(tài)。在本實施例中，變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)來控制與電樞線圈交鏈的磁通量。以下，說明控制控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)的結構以及動作原理。如圖7所示，相當于勵磁磁路部件的外殼72使電樞的圓筒狀磁軛75和圓筒狀磁芯79磁性地耦合，勵磁線圈78配置成在由外殼72、圓筒狀磁芯79、表面磁極部77、磁性體齒74、圓筒狀磁軛75構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通。配置于轉子兩端的勵磁線圈78是完全相同的結構，勵磁線圈78都針對表面磁極部77在相同的方向上進行勵磁。該結構用于在軸長長的旋轉電機裝置中均等地供給充分的量的勵磁磁通，在軸長短的旋轉電機裝置的情況下僅一方的勵磁線圈78就充分。勵磁線圈78是對電樞、轉子一并地進行勵磁的結構，使用圖11、圖12、圖13來說明控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)變更。圖11是用于說明將控制磁鐵88向弱激磁側進行磁化變更的原理的圖，控制磁鐵88、89分別代表地表示具有內徑方向的磁化的磁鐵要素、具有外徑方向的磁化的磁鐵要素。將控制磁鐵88向弱激磁側變更是指，以從圖13 (a)、(b)、(c)分別變更為圖13 (b)、(c)、(d)的狀態(tài)的方式，在構成控制磁鐵88的磁鐵要素中，增加具有外徑方向的磁化的磁鐵要素的數(shù)量，通過勵磁線圈78、電樞線圈91、92、93供給在控制磁鐵88內在外徑方向上流動的磁通,而將控制磁鐵88向弱激磁側磁化變更。勵磁線圈78將在磁性體突極81、82內在外徑方向上流動的勵磁磁通ー并地供給給轉子。虛線113所示的勵磁磁通在控制磁鐵88、磁性體突極81內流動，虛線114所示的勵磁磁通在控制磁鐵89、磁性體突極82內流動。在配置有電樞線圈91的磁性體齒與磁性體突極81對向時，以在磁性體突極81內在與勵磁磁通113相同的方向上使磁通流動的方式，對電樞線圈91供給電流，對在與磁性體突極82對向的磁性體齒上卷繞的電樞線圈92、93，以在磁性體突極82內與勵磁磁通114逆向地流動磁通的方式，供給電流。將由電樞線圈91、92、93發(fā)生的磁通代表地表示為虛線
111、112,磁通112表示包括永久磁鐵85、86的小的磁路中流動的磁通、磁通111表示包括控制磁鐵88、89的大的磁路中流動的磁通。在磁性體突極81內磁通111、112流動的方向與勵磁磁通113流動的方向相同，在磁性體突極82內磁通111、112流動的方向與勵磁磁通114流動的方向相逆。如果對電樞線圈91、92、93供給了在磁性體突極82內勵磁磁通114和磁通111、112抵消的程度的電流,則控制磁鐵89中流動的磁通成為大致零，磁通集中到控制磁鐵88，控制磁鐵88的磁化反轉。在對轉子進行旋轉驅動時，從電樞線圈對轉子施加磁通111、112。磁通111流動的磁路比磁通112流動的磁路長，所以磁通112的量比磁通111的量大。但是，磁通112流動的方向與永久磁鐵85、86的磁化方向相逆，但由于在永久磁鐵85、86中，由抗磁力大的釹磁鐵構成，所以它們的磁化不會受到影響。另外，表示控制磁鐵88、89的磁化難易度的抗磁力與磁化方向長度之積被設定為僅通過磁通111不會變更磁化狀態(tài)的程度，所以控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)被穩(wěn)定地維持。這樣，來自勵磁線圈78、電樞線圈91、92、93的磁通集中到控制磁鐵88，構成控制磁鐵88的磁鐵要素的磁化變更。參照圖13，進ー步說明各磁鐵要素的磁化狀態(tài)與電樞線圈的交鏈磁通量的關系。將磁鐵要素131、132、133按照該順序在軸方向反復排列而構成控制磁鐵88。如果將磁鐵要素131、132、133的長度相當?shù)膹拇盆F板84、85向電樞側流動的磁通量作為基準而設為1.0，而將從各磁鐵要素向電樞側流動的磁通量設為0.25，則在圖13 (a)的情況下，經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量相當于I. 75。在圖13 (a)中減少向電樞側流動的磁通量的情況下，以僅使磁化方向長度最小的磁鐵要素133的磁化方向反轉的方式，對電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78供給電流。其結果是圖13 (b)所示的狀態(tài)，來自磁鐵要素132、133的磁通相互抵消而來自控制磁鐵88的磁通量成為0. 25，經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量成為I. 25。進而，在圖13 (b)中減少向電樞側流動的磁通量的情況下，對電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78供給僅使磁鐵要素132的磁化方向反轉，而對磁鐵要素131的磁化狀態(tài)不造成影響那樣的電流。其結果是圖13 (c)所示的狀態(tài)，來自控制磁鐵88的磁通與來自磁鐵板84,85的磁通部分性地抵消，經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量成為0. 75。進而，在圖13 (C)中減少向電樞側流動的磁通量的情況下，以使磁化方向長度最長的磁鐵要素131的磁化方向反轉的方式，對電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78供給電流。其結果是圖13 (d)所示的狀態(tài)，經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量成為0. 25。圖12用于說明將控制磁鐵88向強激磁側磁化變更的原理的圖，控制磁鐵88、89分別代表地表示控制磁鐵88內的具有外徑方向的磁化的磁鐵要素、控制磁鐵89內的具有內徑方向的磁化的磁鐵要素。將控制磁鐵88向強激磁側磁化變更是指，在構成控制磁鐵88的磁鐵要素中，增加具有內徑方向的磁化的磁鐵要素的數(shù)量，通過勵磁線圈78、電樞線圈91、92、93供給在控制磁鐵88內在內徑方向上流動的磁通。將控制磁鐵88從弱激磁狀態(tài)向強激磁磁化變更的過程比較困難。即，來自電樞線圈的磁通在磁性體突極之間配置的磁鐵板中短路,而難以使磁通集中到控制磁鐵88。在本發(fā)明中，來自勵磁線圈的勵磁磁通和來自電樞線圈的磁通重疊，使磁鐵板磁性地飽和，從而磁通集中到控制磁鐵88。勵磁線圈78將與控制磁鐵88的磁化方向逆向地流動的勵磁磁通ー并供給給轉子。虛線123所示的勵磁磁通在磁性體突極81、控制磁鐵88內流動、虛線125所示的勵磁、磁通在控制磁鐵89、磁性體突極82內流動。以在配置有電樞線圈91的磁性體齒與磁性體突極81對向了時在磁性體突極81內在與勵磁磁通123相同的方向流動磁通的方式對電樞線圈91供給電流，對在與磁性體突極82對向的磁性體齒上卷繞的電樞線圈92、93以在磁性體突極82內與勵磁磁通125逆向地流動磁通的方式供給電流。由電樞線圈91、92、93發(fā)生的磁通代表地表示為虛線121、122,磁通122表示包括永久磁鐵85、86的小的磁路中流動的磁通、磁通121表示包括控制磁鐵88、89的大的磁路中流動的磁通。在磁性體突極81內，磁通121、122流動的方向與勵磁磁通123流動的方向相同，在磁性體突極82內，磁通121、122流動的方向與勵磁磁通125流動的方向相逆。另外,勵磁磁通123流動的方向和控制磁鐵88的磁化方向相逆，所以勵磁磁通123的一部分如虛線124所示，經由永久磁鐵85、86、控制磁鐵89而流動。如果對電樞線圈91、92、93供給在磁性體突極82內勵磁磁通125和磁通121、122抵消的程度的電流，則勵磁磁通125成為大致零，但勵磁磁通124變大。在該狀態(tài)下不對控制磁鐵88供給充分的磁通，控制磁鐵88的磁化不反轉。如果進ー步增大對電樞線圈91、92、93供給的電流，通過磁通122使永久磁鐵85、86磁性地飽和，則由勵磁線圈78和電樞線圈91、92、93發(fā)生的磁通集中到控制磁鐵88，控制磁鐵88的磁化反轉。由勵磁線圈78發(fā)生的勵磁磁通123和由電樞線圈91、92、93發(fā)生的磁通121、122都在控制磁鐵88內在相同的方向上流動而變更磁鐵要素的磁化。以下，參照圖13，進ー步說明各磁鐵要素的磁化狀態(tài)與電樞線圈的交鏈磁通量的關系。在控制磁鐵88的磁化如圖13 (d)所示的狀態(tài)下，與電樞線圈的交鏈磁通量最少，經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量是0. 25。為了增加與電樞線圈的交鏈磁通量，供給在控制磁鐵88內在內徑方向上流動的磁通而增加具有內徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)。供給僅使磁化方向長度最短的磁鐵要素133在內徑方向上反轉的大小的電流，雖然未圖示其結果，但經由磁性體突極81向電樞側流動的磁通量成為0. 75。在進ー步増加與電樞線圈的交鏈磁通量的情況下，將使磁鐵要素132的磁化方向反轉，且不對磁鐵要素131的磁化造成影響那樣的大小的電流供給給勵磁線圈78、電樞線圈91、92、93，磁鐵要素132的磁化方向成為內徑方向。雖然未圖示該狀態(tài)，但經由磁性體突極81而向電樞側流動的磁通量成為I. 25。在進ー步増加與電樞線圈的交鏈磁通量的情況下，將使磁化方向長度最長的磁鐵要素131的磁化方向反轉的大小的電流供給給勵磁線圈78、電樞線圈91、92、93而使磁鐵要素131的磁化方向成為內徑方向。該狀態(tài)是圖13(a)，經由磁性體突極81向電樞側流動的磁通量成為1.75。在上述步驟中，不對控制磁鐵89供給充分的磁通，構成控制磁鐵89的磁鐵要素的磁化不變更?？刂拼盆F89的結構與控制磁鐵88相同，但各磁鐵要素的磁化的方向相逆。通過與上述控制磁鐵88的磁化狀態(tài)變更相同的步驟，變更控制磁鐵89的磁化狀態(tài)。
在圖9至圖12中，為了易于理解，用不同的線代表地表示來自磁鐵板、控制磁鐵、電樞線圈、勵磁線圈各個的磁通。只要在磁性體內沒有產生磁性的飽和，則磁通不重疊。這些圖是為了易于理解而模型地圖示的圖。
在本實施例中，在軸方向上排列了磁化方向長度不同的磁鐵要素，所以與電樞線圈交鏈的磁通量在軸方向上變動，逆電動勢、輸出轉矩也在軸方向上變動。但是，來自控制磁鐵的磁通存在在軸方向上分散而平均化的傾向，逆電動勢即使在軸方向上變動也在電樞線圈內平均化。輸出轉矩在軸方向上變動，而有可能引起振動，但能夠通過減小各磁鐵要素磁鐵的排列周期來消除。在本實施例中，通過磁化方向長度不同的磁鐵要素的并聯(lián)連接而構成了控制磁鐵，但還能夠將磁化方向長度連續(xù)變化的結構、將抗磁力不同的磁鐵要素并聯(lián)連接的結構作為控制磁鐵。另外，當然還能夠代替將各磁鐵要素在軸方向上排列而在各磁性體突極內在周方向上排列。進而另外，通過使控制磁鐵88、控制磁鐵89各自的最小磁化方向長度成為不同的值，還能夠利用勵磁線圈78進行電樞中流動的磁通量的微調整。即，永久磁鐵的飽和磁通量恒定，永久磁鐵的磁導率接近空隙，所以在永久磁鐵的厚度大的情況下，能夠針對來自外 部的磁通，使永久磁鐵成為雙向的磁通的隔離部件。在將控制磁鐵88的最小磁化方向長度設定為小于控制磁鐵89的情況下，由勵磁線圈78發(fā)生的磁通從控制磁鐵89大部分通過控制磁鐵88而流動，通過對勵磁線圈78供給不變更控制磁鐵88、控制磁鐵89的磁化狀態(tài)的程度的磁通調整電流，能夠失效地調整與電樞線圈76交鏈的磁通量。這樣變更對勵磁線圈78以及電樞線圈91、92、93供給的電流，變更與控制磁鐵88、89中的第一磁化、第二磁化分別對應的磁鐵要素數(shù)來控制電樞中流動的磁通量。將電樞中流動的磁通量與電流的關系在設計階段設定為映射數(shù)據(jù)。但是，在旋轉電機的量產階段，有時還存在部件的尺寸的偏差、磁特性的偏差，而難以精密地控制電樞中流動的磁通量。在這樣的情況下，在組裝了旋轉電機之后，針對旋轉電機分別檢查上述關系，修正上述映射數(shù)據(jù)。進而，在磁性體易于受到溫度所致的影響、且還擔心經時變化所致的影響的情況下，還能夠在旋轉電機的運轉中監(jiān)視磁化電流與作為其結果的控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)的關系來學習地取得修正上述映射數(shù)據(jù)的信息。雖然難以直接掌握電樞中流動的磁通量，但參照電樞線圈76中出現(xiàn)的感應電壓來推測電樞中流動的磁通量。例如，電樞線圈76中出現(xiàn)的感應電壓的振幅和與電樞線圈76交鏈的磁通量以及旋轉速度大致成比例。以作為以增加控制磁鐵88、89內的第一磁化的磁鐵要素數(shù)的方式對勵磁線圈78以及電樞線圈91、92、93施加電流的結果，在感應電壓的振幅的變化量小于目標值的情況下，増大同一條件下的電流的振幅，在感應電壓的振幅的變化量大于目標值的情況下，減小同一條件下的電流的振幅的方式，修正與為了變更磁化變更而供給的電流相關的參數(shù)。以上，使用圖7至圖13示出第二實施例的結構，說明了為了與電樞線圈交鏈的磁通量變更而進行控制磁鐵的磁化變更的原理。本實施例所示的旋轉電機裝置作為能夠進行激磁控制的電動機或者發(fā)電機動作，但與激磁控制相關以外的結構與以往的旋轉電機裝置相同，作為電動機或者發(fā)電機的動作的說明省略。本實施例是控制電樞中流動的磁通量而使輸出最佳化的系統(tǒng)，說明作為電動機系統(tǒng)的控制。在將旋轉電機用作電動機的情況下，進行磁通量控制而將旋轉カ控制為最佳。在旋轉速度大于規(guī)定的值，而減小與電樞線圈交鏈的磁通量吋，以在控制磁鐵88中減小具有內徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵88的磁化狀態(tài)，以在控制磁鐵89中減少具有外徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵89的磁化狀態(tài)。在旋轉速度小于規(guī)定的值，而增大與電樞線圈交鏈的磁通量時，以在控制磁鐵88中減少具有外徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵88的磁化狀態(tài)，以在控制磁鐵89中減少具有內徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵89的磁化狀態(tài)。說明在將旋轉電機用作發(fā)電機的情況下，以進行磁通量控制而使發(fā)電電壓成為規(guī)定的電壓的方式控制的恒定電壓發(fā)電系統(tǒng)。在發(fā)電電壓大于規(guī)定的值，而減小與電樞線圈交鏈的磁通量吋，以在控制磁鐵88中減少具有內徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵88的磁化狀態(tài)，以在控制磁鐵89中減小具有外徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線 圈78而變更控制磁鐵89的磁化狀態(tài)。在發(fā)電電壓小于規(guī)定的值，而增大與電樞線圈交鏈的磁通量時，以在控制磁鐵88中減小具有外徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵88的磁化狀態(tài)，以在控制磁鐵89中減少具有內徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，使電流流過電樞線圈91、92、93、勵磁線圈78而變更控制磁鐵89的磁化狀態(tài)。實施例3使用圖14說明本發(fā)明的第三實施例的旋轉電機系統(tǒng)。第三實施例是在第二實施例的旋轉電機系統(tǒng)中，分別獨立地監(jiān)視各磁性體突極內的控制磁鐵的磁化狀態(tài)，來控制所有控制磁鐵的磁化狀態(tài)的旋轉電機系統(tǒng)。在第二實施例中，通過對勵磁線圈78、電樞線圈76供給的電流，不可逆地變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)，來變更與電樞線圈76交鏈的磁通量。在該情況下，在第二實施例中，為了得知控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)是否被正確地變更，能夠監(jiān)視電樞線圈76中出現(xiàn)的感應電壓的振幅變化，來修正磁化狀態(tài)變更的條件。但是，控制磁鐵88、89配置于各個磁性體突極內，而各個的磁特性微妙地不同，控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)有可能針對每個磁性體突極而不同。難以通過監(jiān)視在各磁性體齒上卷繞的電樞線圈76串聯(lián)地連接的電樞線圈整體中出現(xiàn)的感應電壓來檢測各個控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)，難以正確地控制磁化狀態(tài)。本實施例是能夠解決上述缺點的系統(tǒng)，能夠檢測各個磁性體突極內的控制磁鐵的磁化狀態(tài)來修正磁化狀態(tài)變更的條件。即，本實施例具有一個電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的監(jiān)視單元，與轉子的旋轉一起依次檢測各個磁性體突極內的控制磁鐵的磁化狀態(tài)。在控制磁鐵的磁化狀態(tài)變更與目標不同的情況下，在該控制磁鐵的磁化變更吋，以U相、V相、W相為單位而修正對電樞線圈供給的電流。圖14示出在本實施例中用于控制磁鐵的磁化狀態(tài)變更的控制框圖，使用圖14來說明控制磁鐵的磁化狀態(tài)控制的步驟。編號141表示圖7所示的第二實施例的旋轉電機，編號142表示控制部，編號143、144、145表示分別驅動電樞線圈91、92、93的電路，編號147表不對勵磁線圈78供給電流的電路,編號148表不轉子的位置傳感器,編號146表不用于檢測屬于電樞線圈91的一個電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的電壓檢測器。在本實施例中，控制磁鐵88的磁化狀態(tài)被變更為弱激磁側(增加具有外徑方向的磁化的磁鐵要素數(shù))，以下，參照圖11，進ー步說明步驟的概略。勵磁線圈78將在磁性體突極81、82內在外徑方向上流動的勵磁磁通113、114 一井供給給轉子。根據(jù)位置傳感器148的輸出，在配置有電樞線圈91的磁性體齒與磁性體突極81對向了時，以在磁性體突極81內在與勵磁磁通113相同的方向上使磁通流動的方式，對電樞線圈91供給電流，對在與磁性體突極82對向的磁性體齒上卷繞的電 樞線圈92、93以在磁性體突極82內與勵磁磁通114逆向地流動磁通的方式，供給電流。從驅動電路143、144、145，對電樞線圈91、92、93分別供給上述電流，控制磁鐵88的磁化狀態(tài)變更。接下來，控制磁鐵89的磁化也通過同樣的步驟變更。在控制磁鐵的磁化狀態(tài)變更之后，電壓檢測器146檢測與轉子的旋轉一起流入到磁性體齒74的磁通量所引起的感應電壓的瞬時振幅，與轉子的位置傳感器148的輸出一井地確認各個控制磁鐵的磁化狀態(tài)?？刂撇?42根據(jù)其結果，在感應電壓的振幅的變化量小于目標值的情況下，增大為了變更控制磁鐵的磁化狀態(tài)而對電樞線圈施加的電流的振幅，在上述電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的振幅的變化量大于目標值的情況下，減小為了變更控制磁鐵的磁化狀態(tài)而對電樞線圈施加的電流的振幅。通過參照圖14說明的上述控制步驟，控制成控制磁鐵的磁化狀態(tài)在全周變得均勻。為了磁化變更，從驅動電路143、144、145，以相單位，對電樞線圈供給了電流，但還能夠僅對ー個電樞線圈施加用于磁化狀態(tài)變更的電流來更細致地控制。另外，還能夠變更對勵磁線圈78供給的電流量，能夠根據(jù)旋轉電機的規(guī)格進行各種修正。實施例4使用圖15至圖20，說明本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)的第四實施例。第四實施例是在軸方向上排列ニ個轉子，并經由徑向間隙而與電樞對向的旋轉電機，勵磁線圈配置于ニ個轉子之間。圖15示出在徑向間隙構造的旋轉電機中應用了本發(fā)明的實施例的縱剖面圖，旋轉軸151經由軸承153可轉動地支撐于外殼152。電樞具有固定于外殼152的從圓筒狀磁軛155在徑方向上延伸的磁性體齒154、和在磁性體齒154上卷繞的電樞線圈156。第一轉子具有表面磁極部158、控制磁鐵159,第二轉子具有表面磁極部15a、控制磁鐵15b, ニ個轉子將圓筒狀磁芯157作為共用的部件而固定到旋轉軸151。圓筒狀磁芯157是各個轉子的圓筒狀磁芯和勵磁磁路部件被一體化的構造，以在軸方向上易于使磁通流動的方式由壓粉鐵芯構成。勵磁線圈15c配置成在相當于ニ個轉子之間的表面磁極部158、15a之間環(huán)繞圓筒狀磁芯157，在由圓筒狀磁芯157、控制磁鐵159、表面磁極部158、磁性體齒154、圓筒狀磁軛155、磁性體齒154、表面磁極部15a、控制磁鐵15b構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通。對勵磁線圈15c,經由刷15e、滑環(huán)15d供給電流。圖16示出圖15的沿著C 一 C’的電樞以及轉子的剖面圖，為了說明相互的關系，對構成部分的一部分附加了編號。表面磁極部158是圓筒狀磁性體基板通過銅板以及永久磁鐵在周方向上被劃分的結構。用編號161、162代表地表示鄰接的磁性體突極，在周方向上交替排列了第一磁性體突極161、第二磁性體突極162。進而,用編號163、164代表地表不鄰接的永久磁鐵，具有周方向磁化地在周方向上交替排列了永久磁鐵163、164。以使第一磁性體突極161、第二磁性體突極162在相互不同的方向上磁化的方式，相互反轉地配置了鄰接的永久磁鐵163、164的磁化方向。圖15所示的控制磁鐵159被識別為在第一磁性體突極161的內周側配置的控制磁鐵165、在第二磁性體突極162的內周側配置的控制磁鐵166。控制磁鐵165、166都配置于遠離磁性體齒154的位置,控制磁鐵165、166內、永久磁鐵163、164內的箭頭表不磁化方向。編號167表不配置于永久磁鐵163、164各自的兩側的銅板,編號168代表地表不在永久磁鐵端、控制磁鐵端配置的非磁性體。在銅板167與永久磁鐵163、164各個之間，以存在磁性體的磁路的方式，設置間隔，銅板167的厚度被設定為雖然磁阻變大但磁通能夠通過的程度、約0. 5毫米。電樞線圈156生成的交流磁通在銅板167中產生渦電流，對永久磁鐵163、164施加的磁場強度被 抑制，來自永久磁鐵163、164的直流性的磁通經由銅板167與永久磁鐵163、164之間的磁路或者經由銅板167而流動。電樞線圈生成的磁通隨著遠離電樞表面而擴散，磁場強度變小。在轉子的驅動時，主要從鄰接的磁性體齒154之間泄漏的磁通被施加到轉子，控制磁鐵配置于磁性體突極的內部，所以對控制磁鐵施加的磁場強度也被抑制。配置控制磁鐵的磁性體突極內部的位置是在轉子的驅動時電樞線圈生成的磁通不會對控制磁鐵的磁化狀態(tài)產生不可逆的影響的位置。電樞包括固定于外殼152的圓筒狀磁軛155、從圓筒狀磁軛155在徑方向上延伸的磁性體齒154、以及在磁性體齒154上卷繞的電樞線圈156。在鄰接的磁性體齒154前端部之間配置了在電樞的磁性體齒154前端在徑方向上短的可飽和磁性體耦合部169。在用模具對硅鋼板進行沖壓而層疊磁性體齒154以及可飽和磁性體耦合部169，并卷繞了電樞線圈156之后，與由壓粉鐵芯構成的圓筒狀磁軛155組合而成為電樞。圖16示出與第一轉子相當?shù)谋砻娲艠O部158的磁極結構。圖17示出轉子整體的立體圖，說明與第二轉子相當?shù)谋砻娲艠O部15a的磁極結構,說明表面磁極部158、15a的相互的關系。表面磁極部15a的結構與表面磁極部158完全相同，通過銅板167以及具有周方向磁化的永久磁鐵173、174而在周方向上劃分了圓筒狀磁性體基板,在周方向上交替配置了磁化為相互異極的第一磁性體突極171、第二磁性體突極172。進而，圖15所示的控制磁鐵15b作為控制磁鐵175、176而分別配置于第一磁性體突極171、第二磁性體突極172的內周側。第一磁性體突極161通過永久磁鐵163、164被磁化為S極，第一磁性體突極171通過永久磁鐵173、174被磁化為S極，第一磁性體突極161、第一磁性體突極171在軸方向上排列。圖18 (a)、(b)是將圖16所示的電樞以及轉子的一部分放大而示出的剖面圖，使用這些圖來說明磁通的流動。在這些圖中，將U相、V相、W相的電樞線圈分別作為電樞線圈181、182、183而在周方向上反復配置了電樞線圈156。在圖18 Ca)中，虛線184代表地表示來自永久磁鐵163、164的磁通，虛線185代表地表示來自控制磁鐵165、166的磁通。在該圖中，磁性體突極161、162通過寬度窄的磁性體相互連結，但寬度窄的磁性體易于磁性地飽和，所以能夠磁性地忽略。如該圖所示，永久磁鐵163、164和控制磁鐵165、166使第一磁性體突極161磁化為S極，使第二磁性體突極162磁化為N極。圖18 (b)是從圖18 (a)所示的狀態(tài)控制磁鐵165、166的磁化方向反轉了的狀態(tài)?？刂拼盆F165、166和永久磁鐵163、164構成閉合磁路而向電樞側流動的磁通量減少。虛線186代表地表示構成閉合磁路的磁通，圖18 (b)的情況相當于弱激磁的狀態(tài)。通過永久磁鐵163、164、控制磁鐵165、166的飽和磁通密度、磁極面積等，設定在該狀態(tài)下向電樞側流動的磁通量。如圖18 (a)、(b)所示，在控制磁鐵166的磁化方向設為外徑方向、將控制磁鐵165的磁化方向設為內徑方向的情況是增大與電樞線圈交鏈的磁通量的狀態(tài)，在控制磁鐵166中外徑方向的磁化相當于第一磁化，在控制磁鐵165中內徑方向的磁化相當于第一磁化。在本實施例中，永久磁鐵163、164、173、174由磁化狀態(tài)不易變更的釹磁鐵構成， 控制磁鐵165、166、175、176由相比于永久磁鐵163、164、173、174磁化變更容易的鋁鎳鈷磁鐵構成，變更控制磁鐵165、166、175、176的磁化狀態(tài)而控制與電樞線圈交鏈的磁通量。以下，說明控制控制磁鐵165、166、175、176的磁化狀態(tài)的結構以及動作原理。如圖15所示，勵磁線圈15c配置成在表面磁極部158、15a之間環(huán)繞旋轉軸151,在由圓筒狀磁芯157、控制磁鐵159、表面磁極部158、磁性體齒154、圓筒狀磁軛155、磁性體齒154、表面磁極部15a、控制磁鐵15b構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通。參照圖19、20，說明選擇性地控制控制磁鐵165、166、175、176的磁化狀態(tài)的步驟。圖19示出將控制磁鐵165的磁化方向變更為外徑方向、將控制磁鐵176的磁化方向變更為內徑方向的情況。以使勵磁磁通在控制磁鐵165內在外徑方向上流動、在控制磁鐵176內在內徑方向上流動的方式，對勵磁線圈15c預先供給勵磁電流。編號191、編號192、編號193、編號194分別表不在第一磁性體突極161內、第二磁性體突極162內、第一磁性體突極171內、第二磁性體突極172內流動的勵磁磁通的方向。進而，以使由電樞線圈發(fā)生的磁通在控制磁鐵165內在外徑方向上流動、在控制磁鐵176內在內徑方向上流動的方式，對電樞線圈供給電流。在圖18 Ca)中，以在第一磁性體突極161內在外徑方向上使磁通195流動的方式,對與第一磁性體突極161對向的電樞線圈182、183供給電流。進而，以在第二磁性體突極162內在內徑方向上使磁通197流動的方式，對與第二磁性體突極162對向的電樞線圈181供給電流。磁通195和磁通196分別在第一磁性體突極161、171內在相同的方向上流動，磁通197和磁通198分別在第二磁性體突極162、172內在相同的方向上流動。由電樞線圈發(fā)生的磁通195和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通191在第一磁性體突極161內在相同的方向上流動，由電樞線圈發(fā)生的磁通198和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通194在第二磁性體突極172內在相同的方向上流動。磁通197和勵磁磁通192在第二磁性體突極162內相互逆向地流動，磁通196和勵磁磁通193在第一磁性體突極171內相互逆向地流動。因此，在第二磁性體突極162內以及第一磁性體突極171內未流動充分的磁通，所以控制磁鐵166、175的磁化狀態(tài)不受到影響。在第一磁性體突極161內以及第ニ磁性體突極172內，流動充分的磁通，控制磁鐵165的磁化方向被變更為外徑方向，控制磁鐵176的磁化方向被變更為內徑方向。圖20示出將控制磁鐵166的磁化方向變更為內徑方向、將控制磁鐵175的磁化方向變更為外徑方向的情況。對勵磁線圈15c供給的電流的極性與圖19的情況相逆，編號201、202、203、204分別表示磁性體突極161、162、171、172內流動的勵磁磁通的方向。因此，電樞線圈發(fā)生的磁通和勵磁磁通在第二磁性體突極162內在相互相同的方向上流動，在第一磁性體突極171內在相互相同的方向上流動。于是，控制磁鐵166的磁化方向被變更為內徑方向，控制磁鐵175的磁化方向被變更為外徑方向。這樣，按照上述步驟，圖18 Ca)所示的控制磁鐵165、166、175、176的磁化狀態(tài)被變更為圖18 (b)所示的狀態(tài)、或者相逆地從圖18 (b)所示的狀態(tài)變更為圖18 (a)所示的狀態(tài)。相伴于此，控制與電樞線圈156 (181、182、183)交鏈的磁通量。在第一、第二實施例中，在控制磁鐵的磁化方向從弱激磁狀態(tài)被變更為強激磁狀 態(tài)時,勵磁線圈以及電樞線圈發(fā)生的磁通在永久磁鐵中也流動,而不易使磁通集中到控制磁鐵。在本實施例中，在永久磁鐵163、164、173、174的磁極附近,配置有銅板167,所以電樞線圈156 (181、182、183)生成的脈沖狀磁通產生渦電流而難以通過銅板167，集中到控制磁鐵165、166、175、176。因此，在控制磁鐵165、166、175、176的磁化變更時，能夠減小對勵磁線圈以及電樞線圈供給的電流。以上，使用圖15至圖20，示出本實施例的結構，以使磁通集中到為了控制磁鐵的磁化變更而選擇出的控制磁鐵的步驟為中心而進行了說明。本實施例所示的旋轉電機裝置作為能夠進行激磁控制的電動機或者發(fā)電機動作，但與激磁控制相關以外的結構與以往的旋轉電機裝置相同，作為電動機或者發(fā)電機的動作的說明省略。在本實施例中，在永久磁鐵163、164、173、174的磁極附近配置銅板167而減小在控制磁鐵165、166、175、176的磁化變更時必要的對勵磁線圈以及電樞線圈供給的電流。銅板167還能夠使在轉子的旋轉驅動時電樞線圈生成的交流磁通不易通過，而減少對永久磁鐵163、164、173、174施加的磁場強度。因此，在本實施例中，在永久磁鐵163、164、173、174中使用了釹磁鐵，但能夠適合地設定銅板167的厚度、銅板167與永久磁鐵163、164、173、174之間的磁路寬而在永久磁鐵163、164、173、174中使用希土類以外的低抗磁力磁鐵原材料。實施例5使用圖21至圖25來說明本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)的第五實施例。在第五實施例中，在軸方向上排列ニ個轉子，并隔著徑向間隙而與電樞對向，主要通過磁阻轉矩來旋轉驅動。起動轉矩改善，再生制動時的控制改善。圖21示出在徑向間隙構造的旋轉電機中應用了本發(fā)明的實施例的縱剖面圖，旋轉軸151經由軸承153可轉動地支撐于外殼152。電樞具有固定于外殼152的從圓筒狀磁軛155在徑方向上延伸的磁性體齒154、和在磁性體齒154上卷繞的電樞線圈156。第一轉子具有表面磁極部211、第二轉子具有表面磁極部212，ニ個轉子將圓筒狀磁芯216作為共用的部件而固定于旋轉軸151。各個表面磁極部僅在周方向上相鄰的磁性體突極的一方具有磁鐵，圖21示出永久磁鐵213、控制磁鐵214。在軸方向上交替配置了永久磁鐵213、控制磁鐵214。圓筒狀磁芯216是各個轉子的圓筒狀磁芯和勵磁磁路部件被一體化的構造，以在軸方向上易于使磁通流動的方式由壓粉鐵芯構成。勵磁線圈215以環(huán)繞旋轉軸151的方式固定于電樞側，在包括圓筒狀磁芯216、表面磁極部211、磁性體齒154、圓筒狀磁軛155、磁性體齒154、表面磁極部212的磁路中發(fā)生勵磁磁通。圖22示出圖21的沿著D — D’的電樞以及轉子的剖面圖，為了易于說明相互的關系，對構成部分的一部分附加了編號。表面磁極部211由在表面在周方向上交替具有凸部和凹部的磁性體構成。作為第一磁性體突極221、第二磁性體突極222，在周方向上，交替配置了鄰接的凸部。編號223表示凹部。在第二磁性體突極222的遠離電樞的內部配置了永久磁鐵213、控制磁鐵214 (在圖22中未圖示)，第一磁性體突極221、第二磁性體突極222在相互不同的方向上磁化。編號224表不配置于永久磁鐵213端的非磁性體,永久磁鐵213內的箭頭表示磁化方向。在凹部223中轉子的表面中的磁阻大，磁阻轉矩大。電樞的結構與圖16所示的第四實施例相同，所以再次的說明省略。圖22示出與第一轉子相當?shù)谋砻娲艠O部211的磁極結構。圖23示出轉子整體的立體圖，說明與第二轉子相當?shù)谋砻娲艠O部212的磁極結構，說明表面磁極部211、212的相互的關系。表面磁極部212的結構與表面磁極部211大致相同，由在周方向上具有凸部和凹部的磁性體構成。用編號231、232代表地表示鄰接的磁性體突極，在周方向上交替配置有第一磁性體突極231、第二磁性體突極232。在遠離電樞的第一磁性體突極231的內部配置有永久磁鐵233 (在圖23中未圖示)、控制磁鐵234，第一磁性體突極231、第二磁性體突極232被磁化為相互不同的方向。勵磁線圈215以環(huán)繞旋轉軸151的方式固定于電樞側，但在該圖中，以易于理解表面磁極部211、212與勵磁線圈215的位置關系的方式,在表面磁極部211、212之間示出勵磁線圈215。表面磁極部211與表面磁極部212的相異點是永久磁鐵以及控制磁鐵的位置。第一磁性體突極221通過永久磁鐵213、控制磁鐵214被磁化為S極，第一磁性體突極231通過永久磁鐵233、控制磁鐵234被磁化為S極，作為相同種類的極性的第一磁性體突極221、第一磁性體突極231在軸方向上排列。本實施例是使在周方向上鄰接的磁性體突極的一方中配置的永久磁鐵以及控制磁鐵的厚度成為零的極端的結構例，能夠通過勵磁線圈215調整與電樞線圈156交鏈的磁通量。即，磁鐵的飽和磁通量恒定，磁鐵的磁導率接近空隙，所以能夠使磁性地飽和了的磁鐵針對雙向的磁通成為隔離部件。在從勵磁線圈215供給了勵磁磁通的情況下，第一磁性體突極221以及第二磁性體突極232經由圓筒狀磁芯216直接連接，所以勵磁磁通易于經由第一磁性體突極221以及第二磁性體突極232而向電樞側流動。編號235、236表示經由第一磁性體突極221以及第二磁性體突極232而向電樞側流動的各個勵磁磁通的方向，通過對勵磁線圈215供給的電流的方向，控制勵磁磁通235、236的方向。圖24 (a)、(b)是將圖22所示的電樞以及轉子的一部分放大而示出的剖面圖，使用這些圖來說明磁通的流動。在這些圖中，將U相、V相、W相的電樞線圈分別作為電樞線圈181、182、183而在周方向上反復配置了電樞線圈156。在圖24 (a)中，虛線241代表地表示來自永久磁鐵213、控制磁鐵214 (在圖24中未圖示)的磁通。圖24 (b)是從圖24 Ca)所示的狀態(tài)控制磁鐵214 (在圖24中未圖示)的磁化方向反轉了的狀態(tài)。來自永久磁鐵213的磁通242在軸方向上流動而和在圖24中未示出的控制磁鐵214構成閉合磁路來減少向電樞側流動的磁通量。圖24 (b)的情況相當于弱激磁的狀態(tài)。通過永久磁鐵213、控制磁鐵214的飽和磁通密度、磁極面積等，設定在該狀態(tài)下向電樞側流動的磁通量。
雖然未圖示第二表面磁極部中的永久磁鐵233與控制磁鐵234的關系，但在如圖24 (a)、(b)、圖23所示，將控制磁鐵214的磁化方向設為外徑方向、將控制磁鐵234的磁化方向設為內徑方向的情況下，増大與電樞線圈交鏈的磁通量。在控制磁鐵214中外徑方向的磁化相當于第一磁化，在控制磁鐵234中內徑方向的磁化相當于第一磁化。在本實施例中，永久磁鐵213、233由磁化狀態(tài)不易變更的釹磁鐵構成，控制磁鐵214,234由易于從永久磁鐵213、233變更磁化狀態(tài)的鋁鎳鈷磁鐵構成。于是，通過勵磁線圈215以及電樞線圈156變更控制磁鐵214、234的磁化狀態(tài)而控制與電樞線圈交鏈的磁通量。以下，說明對控制磁鐵214、234的磁化狀態(tài)進行控制的結構以及動作原理。如圖21所示，勵磁線圈215配置成在電樞側的軸方向上間環(huán)繞旋轉軸151,在由圓筒狀磁芯216、(控制磁鐵214 )、表面磁極部211、磁性體齒154、圓筒狀磁軛155、磁性體齒154、表面磁極部212、(控制磁鐵234)構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通。
參照圖25，說明變更控制磁鐵214、234的磁化狀態(tài)的步驟。圖25示出將控制磁鐵214的磁化方向變更為內徑方向，將控制磁鐵234的磁化方向變更為外徑方向的情況。以使勵磁磁通在控制磁鐵234內在外徑方向上流動、在控制磁鐵214內在內徑方向上流動的方式，對勵磁線圈215預先供給勵磁電流。編號251、編號252、編號253、編號254分別表示在第一磁性體突極221內、第二磁性體突極222內、第一磁性體突極231內、第二磁性體突極232內流動的勵磁磁通的方向。進而，以使由電樞線圈發(fā)生的磁通在控制磁鐵234內在外徑方向上、在控制磁鐵214內在內徑方向上流動的方式，對電樞線圈供給電流。在圖24 Ca)中，以在第二磁性體突極222內在內徑方向上使磁通257流動的方式，對與第二磁性體突極222對向的電樞線圈181供給電流。以在第一磁性體突極221內在外徑方向上使磁通255流動的方式，對與第一磁性體突極221對向的電樞線圈182、183供給電流。磁通256在第一磁性體突極231內在與磁通255相同的方向上流動、磁通258在第二磁性體突極232內在與磁通257相同的方向上流動。由電樞線圈發(fā)生的磁通256和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通253在第一磁性體突極231內在相同的方向上流動、由電樞線圈發(fā)生的磁通257和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通252在第二磁性體突極222內在相同的方向上流動。由電樞線圈發(fā)生的磁通255和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通251在第一磁性體突極221內相互逆向地流動、由電樞線圈發(fā)生的磁通258和由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通254在第二磁性體突極232內相互逆向地流動。因此，在第一磁性體突極231內以及第二磁性體突極222內，充分的磁通流動，控制磁鐵234的磁化方向變更為外徑方向，控制磁鐵214的磁化方向變更為內徑方向。這樣，按照上述步驟，圖24 (a)所示的強激磁狀態(tài)變更為圖24 (b)所示的弱激磁狀態(tài)、或者相逆地從圖24 (b)所示的狀態(tài)變更為圖24 (a)所示的狀態(tài)。相伴于此，控制與電樞線圈156 (181、182、183)交鏈的磁通量。在圖24 (b)所示的弱激磁狀態(tài)變更為圖24(a)所示的強激磁狀態(tài)的情況下，用于變更控制磁鐵的磁化狀態(tài)的磁通有可能向永久磁鐵側流動。在該情況下，以使永久磁鐵磁性地飽和，而對控制磁鐵供給充分的磁通的方式，充分増大對電樞線圈以及勵磁線圈供給的電流。進而，能夠在永久磁鐵的磁極附近配置導體板，使脈沖狀磁通不易在永久磁鐵中流動，而使控制磁鐵的磁化狀態(tài)變更變得容易。本實施例示出專門利用磁阻轉矩來旋轉驅動的旋轉電機系統(tǒng)。通常如圖24 (b)所示，電樞中流動的磁通量最小，轉子被旋轉驅動。但是，僅在磁阻轉矩的狀態(tài)下，起動轉矩小，所以使控制磁鐵214、234成為圖24 (a)所示的磁化狀態(tài)來增大電樞中流動的磁通量，進而通過勵磁線圈215發(fā)生圖23所示的勵磁磁通235、236來増大起動轉矩。進而，在再 生制動時，使永久磁鐵213、控制磁鐵214成為圖24 Ca)所示的磁化狀態(tài)，控制對勵磁線圈215供給的電流來控制再生制動力，直至低速高效地回收能量。在以往方法中，反復磁能的蓄積、能量回收的步驟，而能夠實現(xiàn)能量回收，但通過本實施例能夠更高效地進行能量回收。實施例6根據(jù)圖26，說明本發(fā)明的第六實施例的旋轉電機系統(tǒng)。第六實施例是將第二實施例的旋轉電機系統(tǒng)作為輪轂馬達嵌入到前輪，并與前輪驅動的引擎組合的混合動カ汽車系統(tǒng)。在該圖中，前輪驅動的引擎262經由變速器263、驅動軸269而與嵌入到前輪的旋轉電機261結合，通過引擎262和旋轉電機261驅動混合動カ汽車?？刂蒲b置264接收來自上位控制裝置的指令26b，經由驅動電路265將旋轉電機261作為電動機進行驅動，控制經由磁通量控制電路266而流入電樞的磁通量。進而，控制裝置264是接收來自上位控制裝置的指令26b，經由整流電路267對電樞線圈76的引出線26c中出現(xiàn)的發(fā)電電カ進行整流，而對電池268進行充電的結構。在僅通過旋轉電機261驅動混合動カ汽車時，在變速器263中將引擎262切離，而減輕旋轉電機261的負載。當需要在低旋轉速度域中強化旋轉電機261的磁鐵轉矩的情況下，以增加控制磁鐵88、89內的第一磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，對勵磁線圈78、電樞線圈76施加電流，來變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)，而增大電樞中流動的磁通量。在高旋轉速度域中設為弱激磁的情況下，以增加控制磁鐵88、89內的第二磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，對勵磁線圈78、電樞線圈76施加電流，來變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)，而減小電樞中流動的磁通量。在僅通過引擎262的旋轉カ驅動混合動カ汽車時，以使控制磁鐵88、89內的第二磁化的磁鐵要素數(shù)成為最大的方式，對勵磁線圈78、電樞線圈76供給電流，而使電樞中流動的磁通量成為最小。在該狀態(tài)下從轉子泄漏的磁通量成為最小，所以即使通過引擎262使轉子旋轉，渦電流損失也少。在通過旋轉電機261以及引擎262驅動混合動カ汽車時，在變速器263中，使引擎262結合到驅動軸269，通過兩者驅動混合動カ汽車。在引擎262的驅動カ中存在余力，能夠將旋轉電機261作為發(fā)電機而使電池268充電。將電樞線圈76的引出線26c中出現(xiàn)的發(fā)電電カ經由整流電路267變換為直流，而使電池268充電。在該情況下，控制裝置264在發(fā)電電壓大于對電池268進行充電的最佳的電壓的情況下，以增加控制磁鐵88、89內的第二磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，對勵磁線圈78、電樞線圈76施加電流，來變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài)，而減小電樞中流動的磁通量。在發(fā)電電壓小于對電池268進行充電的最佳的電壓的情況下，以增加控制磁鐵88、89內的第一磁化的磁鐵要素數(shù)的方式，對勵磁線圈78、電樞線圈76施加電流，來變更控制磁鐵88、89的磁化狀態(tài),而增大電樞中流動的磁通量。在對電池268充電的情況下，通過使旋轉電機系統(tǒng)成為恒定電壓發(fā)電機，不需要變換發(fā)電電壓的轉換器。另外，進而即使在電池268由電壓的種類不同的多種電池構成的情況下，也能夠通過附加切換電路將各個電池控制為最佳的發(fā)電電壓來排除昂貴的轉換器。另外，還能夠在對電池268充電時與磁通量控制一起控制充電電流來進行驅動負載和發(fā)電負載的分配控制。本實施例還作為混合動カ汽車的制動時的能量回收系統(tǒng)有效地發(fā)揮功能。如果根據(jù)制動踏板的動作，通過指令26b接收到再生制動的指示，則控制裝置264經由磁通量控制電路266以增加第一磁化的磁鐵要素數(shù)的方式對勵磁線圈78、電樞線圈76供給電流來増加第一磁化的磁鐵要素數(shù)而增大電樞中流動的磁通量,通過發(fā)電電カ對電池268充電。由于與電樞線圈76交鏈的磁通量増加，所以所取出的電カ大，能夠臨時積蓄到電氣雙重層電容器等蓄電系統(tǒng)而確保制動カ并改善能量回收。以往，無法低速地回收充分的能量，但在本實施例中，能夠自由地控制與電樞線圈76交鏈的磁通量，所以即使在低速下也能夠再生能量，能夠確保制動力。旋轉電機261是用作驅動用電動機的結構，所以能夠作為再生制動用的發(fā)電機發(fā)生充分的制動力。本實施例是用作混合動カ汽車的發(fā)電機兼電動機的旋轉電機系統(tǒng)，但當然還能夠 作為電車中的旋轉電機系統(tǒng)。在該情況下，在上述實施例中去除混合動カ汽車的引擎262、變速器263、驅動軸269，而僅通過本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)來驅動電車，構成制動時的能量回收系統(tǒng)。以上，舉出實施例而說明了本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)。這些實施例示出實現(xiàn)本發(fā)明的要_、目的的例子，而并未限定本發(fā)明的范圍。例如，在上述說明中，以徑向間隙構造的旋轉電機裝置為實施例而進行了說明，但當然還能夠是大致圓盤狀的電樞和轉子在軸方向上對向的軸向間隙結構的旋轉電機裝置、進而轉子、電樞以及轉子按照該順序在軸方向上對向的構造等旋轉電機裝置。進而，當然能夠分別組合上述實施例中的轉子的磁極結構、電樞的結構、勵磁部的結構等來構成實現(xiàn)本發(fā)明的要g的旋轉電機裝置。產業(yè)上的可利用性應用了本發(fā)明的旋轉電機系統(tǒng)能夠與以往的旋轉電機同樣地利用磁鐵轉矩以及磁阻轉矩，進而能夠改善發(fā)電功能、并且控制該發(fā)電功能。應用于移動體的發(fā)電機兼電動機系統(tǒng)，除了作為驅動用電動機，能夠期待以往以上的旋轉速度范圍內的使用和低電流/大轉矩輸出以外，還能夠實現(xiàn)制動時的能量回收來改善綜合的能量消耗量。
權利要求
1.ー種旋轉電機系統(tǒng)，轉子具有在與電樞的對向面中在周方向上配置的ー個以上的磁性體突極，通過在磁性體突極內和/或鄰接的磁性體突極之間配置的永久磁鐵，在周方向上鄰接的磁性體突極被磁化為相互異極，電樞在與轉子的對向面中在周方向上配置ー個以上的磁性體齒和在磁性體齒上卷繞的電樞線圈，電樞和轉子隔著微小縫隙相互對向并且能夠相對旋轉，所述旋轉電機系統(tǒng)的特征在于 在周方向上鄰接的所述磁性體突極的至少一方中，在遠離與電樞的對向面的磁性體突極內部配置控制磁鐵，還具有勵磁磁路部件、和勵磁線圈，勵磁線圈配置成在包括勵磁磁路部件、電樞以及轉子的磁路中一并地發(fā)生勵磁磁通，以僅通過由電樞線圈發(fā)生的磁通不會變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)的方式，設定磁化方向長度和抗磁力之積，由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通以及由電樞線圈發(fā)生的磁通在相同的方向上流動的所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)不可逆地變更，以使旋轉電機裝置的輸出成為最佳化的方式，根據(jù)所述輸出變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)，控制與電樞線圈交鏈的磁通量。
2.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于所述勵磁磁路部件的兩端與電樞和轉子隔著微小縫隙交替排列的電樞/轉子群的兩端中配置的轉子或者電樞分別磁性地耦合，勵磁線圈配置成在包括勵磁磁路部件、電樞、以及轉子的磁路中一井地發(fā)生磁通。
3.根據(jù)權利要求2所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于電樞和轉子隔著微小縫隙交替排列的電樞/轉子群的端中配置的轉子的磁性體突極配置于磁性體基板，所述磁性體基板與勵磁磁路部件的一端磁性地I禹合。
4.根據(jù)權利要求2所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在干電樞和轉子隔著微小縫隙交替排列的電樞/轉子群的端中配置的電樞的電樞線圈以及磁性體齒配置于磁軛，所述磁軛與勵磁磁路部件的一端磁性地I禹合。
5.根據(jù)權利要求2所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在干電樞、轉子、電樞隔著微小縫隙按照該順序排列，轉子具有通過非磁性體和/或永久磁鐵將磁性體在周方向上劃分而形成的多個磁性體突極，在周方向上鄰接的磁性體突極被磁化為相互不同的方向，控制磁鐵配置于所述ニ個面的大致中間。
6.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于ニ個轉子即第一轉子以及第ニ轉子配置成在軸方向上排列并與電樞在徑方向上對向，磁化為相同的極性的第一轉子的磁性體突極和第二轉子的磁性體突極在軸方向上排列，在第一轉子以及第ニ轉子中配置圓筒狀磁芯，控制磁鐵配置于在周方向上鄰接的至少一方的磁性體突極內部，所述勵磁磁路部件配置成使第一轉子的圓筒狀磁芯和第二轉子的圓筒狀磁芯磁性地耦合，所述勵磁線圈在由電樞、第一轉子、勵磁磁路部件、以及第二轉子構成的磁路中發(fā)生勵磁磁通。
7.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于控制磁鐵是通過磁性體并聯(lián)連接磁化方向長度與抗磁力之積相互不同的磁鐵要素而構成的，所述磁鐵要素具有磁化方向相互相逆的第一磁化、第二磁化中的某ー個磁化，具有第一磁化的磁鐵要素使磁性體突極磁化為與永久磁鐵使磁性體突極磁化的極性相同的極性。
8.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于在控制磁鐵內與應反轉的磁化逆向地流動的勵磁磁通通過勵磁線圈一井地供給給轉子，通過與包括具有應反轉的磁化的控制磁鐵的磁性體突極對向的電樞線圈發(fā)生與所述磁化方向逆向的磁通，變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)。
9.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于在控制磁鐵內與應反轉的磁化逆向地流動的勵磁磁通通過勵磁線圈一井地供給給轉子，以在包括具有應反轉的磁化的控制磁鐵的磁性體突極內發(fā)生與所述磁化方向逆向的磁通，并且在與所述磁性體突極鄰接的磁性體突極中發(fā)生與所述磁化方向相同的方向的磁通的方式，對電樞線圈供給電流，而變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)。
10.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于在控制磁鐵內與應反轉的磁化逆向地流動的勵磁磁通通過勵磁線圈一井地供給給轉子，以在與包括具有應反轉的磁化的 控制磁鐵的磁性體突極對向的磁性體齒中發(fā)生與所述磁化方向逆向的磁通，并且在與和所述磁性體突極鄰接的磁性體突極對向的磁性體齒中發(fā)生與所述磁化方向相同的方向的磁通的方式，對電樞線圈供給電流，而變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)。
11.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于在所述永久磁鐵的至少一方的磁極與磁性體突極之間配置有非磁性導體。
12.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于在磁性體的ニ個側面配置永久磁鐵而構成的集合磁鐵配置于磁性體突極之間，以使勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通不易通過所述磁性體的方式,在所述磁性體中配置非磁性體。
13.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于磁化方向厚度相對大的控制磁鐵和磁化方向厚度相對小的控制磁鐵在周方向上交替配置，將磁通調整電流供給給勵磁線圈，調整與電樞線圈交鏈的磁通量。
14.根據(jù)權利要求I所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于配置至少ー個電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的監(jiān)視單元，監(jiān)視與轉子的旋轉一起而與所述電樞線圈交鏈的磁通所引起的感應電壓，在控制磁鐵的磁化狀態(tài)的變更之后各控制磁鐵的磁化所引起的所述電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的振幅的變化量小于目標值的情況下，增大為了變更控制磁鐵的磁化狀態(tài)而對勵磁線圈以及電樞線圈施加的電流的振幅，在各控制磁鐵的磁化所引起的所述電樞線圈中出現(xiàn)的感應電壓的振幅的變化量大于目標值的情況下，減小為了變更控制磁鐵的磁化狀態(tài)而對勵磁線圈以及電樞線圈施加的電流的振幅。
15.根據(jù)權利要求f14中的任意一項所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于還包括 控制裝置， 該旋轉電機系統(tǒng)將旋轉力作為輸入，將發(fā)電電力作為輸出，并且， 將使磁性體突極磁化為與在磁性體突極周邊配置的永久磁鐵使磁性體突極磁化的極性相同的極性的磁鐵要素作為第一磁化，在電樞線圈中感應的發(fā)電電壓大于規(guī)定的值時，控制裝置以減少第一磁化的磁極面積的方式，對勵磁線圈以及電樞線圈供給電流來減小電樞中流動的磁通量，在電樞線圈中感應的發(fā)電電壓小于規(guī)定的值時，控制裝置以增大第一磁化的磁極面積的方式，對勵磁線圈以及電樞線圈供給電流來增大電樞中流動的磁通量，將發(fā)電電壓控制為規(guī)定的值。
16.根據(jù)權利要求f14中的任意一項所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于還包括 控制裝置， 該旋轉電機系統(tǒng)將向電樞線圈的供給電流作為輸入，將旋轉力作為輸出，并且， 將使磁性體突極磁化為與在磁性體突極周邊配置的永久磁鐵使磁性體突極磁化的極性相同的極性的磁鐵要素作為第一磁化，在旋轉速度大于規(guī)定的值而減少電樞中流動的磁通量時，控制裝置以減少第一磁化的磁極面積的方式，對勵磁線圈以及電樞線圈供給電流來減小電樞中流動的磁通量，在旋轉速度小于規(guī)定的值而增大電樞中流動的磁通量時，控制裝置以增加第一磁化的磁極面積的方式，對勵磁線圈以及電樞線圈供給電流來増大電樞中流動的磁通量，將旋轉カ控制為最佳。
17.根據(jù)權利要求f14中的任意一項所述的旋轉電機系統(tǒng)，其特征在于還包括 控制裝置， 該旋轉電機系統(tǒng)將向電樞線圈的供給電流作為輸入，將旋轉力作為輸出，并且， 將使磁性體突極磁化為與在磁性體突極周邊配置的永久磁鐵使磁性體突極磁化的極性相同的極性的磁鐵要素作為第一磁化，在減少旋轉速度的情況下，控制裝置對電樞線圈連接電池，并且以增大控制磁鐵內的第一磁化的磁極面積的方式，對勵磁線圈以及電樞線圈供給電流來増大電樞中流動的磁通量，取出旋轉能量而作為發(fā)電電力。
18.ー種旋轉電機裝置的磁通量控制方法，在該旋轉電機裝置中，轉子具有在與電樞的對向面中在周方向上配置的ー個以上的磁性體突極，通過在磁性體突極內和/或鄰接的磁性體突極之間配置的永久磁鐵，在周方向上鄰接的磁性體突極被磁化為相互異極，電樞在與轉子的對向面中在周方向上具有ー個以上的電樞線圈，電樞和轉子隔著微小縫隙相互對向并且能夠相對地旋轉，所述磁通量控制方法的特征在于 在周方向上鄰接的所述磁性體突極的至少一方中，配置能夠進行磁化變更的控制磁鐵,還配置以在包括電樞和轉子的磁路中一并地發(fā)生勵磁磁通的方式環(huán)繞軸的勵磁線圈，以僅通過由電樞線圈發(fā)生的磁通不會變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)的方式，設定磁化方向長度與抗磁力之積，僅不可逆地變更由勵磁線圈發(fā)生的勵磁磁通以及由電樞線圈發(fā)生的磁通在相同的方向上流動的所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)，變更所述控制磁鐵的磁化狀態(tài)，控制與電樞線圈交鏈的磁通量。
全文摘要
一種旋轉電機系統(tǒng)，一個以上的電樞和轉子對向，在轉子表面在周方向上交替具有被磁化為相互異極的磁性體突極，并且在磁性體突極內具有控制磁鐵，還具有對轉子的磁極一并地進行勵磁的勵磁線圈，根據(jù)旋轉電機的輸出，不可逆地變更由勵磁線圈以及電樞線圈發(fā)生的磁通在相同的方向上流動的控制磁鐵的磁化狀態(tài)，控制與電樞線圈交鏈的磁通量。應用于移動體的發(fā)電機兼電動機系統(tǒng)，除了作為驅動用電動機，能夠期待以往以上的旋轉速度范圍內的使用和低電流/大轉矩輸出以外，還能夠實現(xiàn)制動時的能量回收來改善綜合的能量消耗量。
文檔編號H02K21/04GK102648570SQ20108005506
公開日2012年8月22日 申請日期2010年10月8日 優(yōu)先權日2009年10月13日
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