WO2015186442A1 - 磁石励磁回転電機システム - Google Patents

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WO2015186442A1
WO2015186442A1 PCT/JP2015/061931 JP2015061931W WO2015186442A1 WO 2015186442 A1 WO2015186442 A1 WO 2015186442A1 JP 2015061931 W JP2015061931 W JP 2015061931W WO 2015186442 A1 WO2015186442 A1 WO 2015186442A1
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rotors
displacement
circumferential direction
gear
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市山義和
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市山義和
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    • H02K1/274—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets
    • H02K1/2753—Inner rotors the magnetisation axis of the magnets being perpendicular to the rotor axis the rotor consisting of two or more circumferentially positioned magnets the rotor consisting of magnets or groups of magnets arranged with alternating polarity
    • H02K1/276—Magnets embedded in the magnetic core, e.g. interior permanent magnets [IPM]
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    • H02K1/06—Details of the magnetic circuit characterised by the shape, form or construction
    • H02K1/22—Rotating parts of the magnetic circuit
    • H02K1/28—Means for mounting or fastening rotating magnetic parts on to, or to, the rotor structures

Definitions

  • the present invention relates to a rotating electrical machine system including a generator and a motor having permanent magnets.
  • Rotating electrical machine devices in which permanent magnets are embedded in a magnetic body near the rotor surface are widely used because of the possibility of field weakening by phase control of drive current.
  • the IPM cannot be expected to further expand the rotational speed range due to the incomplete field weakening.
  • a proposal is made to displace one of the two magnet-excited rotors with respect to the other to control the phase of the magnetic flux interlinking with the armature coil (US Pat. No. 3,713,015; 155262, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-165426, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-154699, and the like, and can realize a wide rotation speed range.
  • an object of the present invention is to provide an induced voltage control method, a rotational force control method, and a rotating electrical machine system that are energy efficient in a wide rotational speed range in a rotating electrical machine apparatus that can control the induced voltage due to some rotor displacement. It is to provide.
  • three rotors having the same number of magnetic salient poles are arranged in the axial direction, at least the rotors at both ends are excited by permanent magnets, and one rotor is fixedly rotated.
  • the rotor is fixed to the rotating shaft, and the other two rotors are configured as displacement rotors that can be displaced in the circumferential direction with respect to the fixed rotor.
  • a rotor position control means is arranged, and when the induced voltage is larger than a predetermined value, the rotor position control means displaces each of the intermediate rotors so that the rotors at both ends are relatively displaced in opposite circumferential directions.
  • the rotor position control means reduces the amount of displacement to increase the induced voltage, and the rotational force is optimally controlled. .
  • the magnetic salient pole indicates a section magnetized by a permanent magnet or a magnetic section made magnetically convex by a non-magnetic body including a gap at the periphery of the rotor facing the armature.
  • the number of magnetic salient poles is determined by the number of sections in which adjacent sections are magnetized in opposite polarities.
  • the intermediate rotor having the above configuration. That is, the polarity of the drive current is switched based on the relative positional relationship between the armature coil and the intermediate rotor, and the rotor is driven to rotate. Accordingly, there are few restrictions on the intermediate rotor, and a magnetic pole configuration having reluctance torque, magnet torque, or both in the intermediate rotor can be employed.
  • the intermediate rotor can have a magnetic pole structure that can obtain a rotational force by reluctance torque
  • the both-end rotor can have a magnetic pole structure that can obtain a rotational force by magnet torque.
  • the rotors at both ends are displaced relative to the intermediate rotor, and in a specific configuration, the rotor at one shaft end is fixed to the rotating shaft and the other two rotations are performed.
  • the rotor is displaced, or the intermediate rotor is fixed to the rotating shaft and the rotors at both ends are displaced.
  • the output to be optimized includes output torque, braking force during regenerative braking, power generation voltage, and the like.
  • the present invention further provides a rotor coupling mechanism that mechanically couples two or three rotors to simplify displacement control. That is, when one of the two displacement rotors is displaced in the circumferential direction, the rotors are mechanically coupled so that the rotors at both ends are displaced relative to the intermediate rotor in the opposite circumferential direction. Is done.
  • the following configurations are also possible. That is, three rotors having the same number of magnetic salient poles are arranged in the axial direction, one rotor is fixed to the rotating shaft as a fixed rotor, and the other two rotors are rotated as displacement rotors.
  • the shaft and the fixed rotor are displaced in opposite circumferential directions.
  • the displacement rotor has a magnet excitation structure, and when the induced voltage is greater than a predetermined value, the respective displacements that cause relative displacement in the opposite circumferential directions are increased to reduce the induced voltage. When it is small, the amount of displacement is reduced to increase the induced voltage, and the rotational force is optimally controlled.
  • the rotor position control means is configured to restrain the displacement rotor on the rotation shaft or to control the displacement, and there are various means. For example, there are a planetary gear mechanism, a clutch mechanism, a mechanism using an oblique groove on the rotation shaft, a hydraulic control mechanism, etc., and the displacement control of the two rotors can be controlled independently or further with a rotor coupling mechanism between the rotors Can be used simultaneously. Further, as a configuration for performing the displacement of the rotor, a configuration based on an actuator output or a configuration using a rotational driving force can be used.
  • a rotating electrical machine system to be controlled which can adopt an optimum magnetic pole configuration for each rotor, and provides a rotating electrical machine system having a wide rotational speed range.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view along A-A ′ of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1. It is the top view which looked at the 1st rotor of the rotary electric machine apparatus shown by FIG. 1 from the 2nd rotor side.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the relative displacement directions of the first and third rotors with respect to the second rotor in the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1. In the rotating electrical machine apparatus shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a figure which shows the relative displacement direction of a 1st, 3rd rotor with respect to a 2nd rotor as a model, and shows the top view seen from the rotating shaft direction . It is a perspective view for demonstrating a rotor coupling
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view along the line B-B ′ of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a view for showing a stopper that regulates a displacement amount of a first rotor in the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 8A shows a plan view of the first sun gear 1f viewed from the second sun gear 1g side, and FIG.
  • FIG. 8B shows a plan view of the second sun gear 1g viewed from the first sun gear 1f side.
  • the relationship between the rotational torque of the rotary electric machine apparatus shown by FIG. 1, a drive current, etc. and a rotational speed is shown.
  • FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example in which the arrangement of rotors is changed in the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along the line C-C ′ of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 12.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing the relative displacement directions of the first and third rotors with respect to the second rotor in the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 12. It is the top view which looked at the rotor position control means of the rotary electric machine apparatus shown by FIG. 12 from the 1st rotor side. 12 shows an enlarged rotor position control means of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 12, and shows a state in which the rotational force is transmitted through the clutch plate. 12 shows an enlarged rotor position control means of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 12, and shows a state in which no rotational force is transmitted through the clutch plate.
  • FIG. 13 is a perspective view schematically showing an example in which the magnetic pole portion of the rotor is changed in the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 12.
  • Embodiment 1 of a rotating electrical machine apparatus will be described with reference to FIGS.
  • Three rotors face the armature as a first rotor, a second rotor, and a third rotor, and the first and second rotors use a planetary gear mechanism in the circumferential direction with respect to the third rotor. Is displaced.
  • a 1st rotor and a 3rd rotor are magnet excitation, and the 2nd rotor is comprised so that rotational force may be acquired with a reluctance torque.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a rotating electrical machine apparatus having an inner rotor structure.
  • a rotating shaft 11 is rotatably supported by a housing 12 via a bearing 13.
  • the first rotor 14 and the second rotor 15 are held to be displaceable on the rotating shaft 11 via bearings, and the third rotor 16 is fixed to the rotating shaft 11.
  • the region where the first rotor 14 and the second rotor 15 are displaced is forward of the normal rotation direction with respect to the third rotor 16.
  • the ratio of the axial lengths of the first rotor 14, the second rotor 15, and the third rotor 16 is set to 1: 2: 1.
  • Reference numerals 19, 17, and 18 denote an armature coil, an armature core, and a spacer made of a nonmagnetic insulating material, respectively.
  • the thickness of the spacer 18 is set smaller than the interval between adjacent rotors.
  • Number 1a is a side gear fixed to the side surface of the first rotor 14
  • Number 1b is a side gear fixed to the side surface of the third rotor 16
  • Number 1c is a coupling gear meshing with the side gear 1a
  • Number 1e is a coupling gear support shaft
  • Reference numeral 1d denotes a coupling gear fixed to the coupling gear support shaft 1e.
  • the coupling gear support shaft 1 e is rotatably supported by the second rotor 14.
  • Reference numeral 1f denotes a first sun gear fixed to the rotary shaft 11
  • reference numeral 1k denotes a first ring gear fixed to the housing 12
  • reference numeral 1p denotes a first planetary gear that meshes with the first sun gear 1f and the first ring gear 1k.
  • the first planetary gear 1p is rotatably supported by the planetary gear shaft 1r, and the first planetary gear mechanism is constituted by these gears.
  • Reference numeral 1g is a second sun gear fixed to the first rotor 14
  • reference numeral 1m is a second ring gear rotatably supported by the housing 12
  • reference numeral 1q is a second gear meshing with the second sun gear 1g and the second ring gear 1m.
  • Each of the planetary gears is shown, and the second planetary gear 1q is rotatably supported by the planetary gear shaft 1r, and a second planetary gear mechanism is constituted by these gears.
  • Reference numeral 1s denotes a worm gear, which is configured to mesh with a gear carved on the side surface of the second ring gear 1m. Further, the worm gear 1s is connected to be rotatable by an actuator (not shown).
  • the first sun gear 1f and the second sun gear 1g, the first ring gear 1k and the second ring gear 1m, the first planetary gear 1p and the second planetary gear 1q have the same specifications, and the two planetary gear mechanisms described above.
  • the worm gear 1s and the actuator (not shown) constitute rotor position control means.
  • FIG. 2 is a sectional view taken along the line A-A ′ of the armature of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1 and the second rotor 15.
  • the armature core 17 is formed by laminating silicon steel plates, and 48 armature coils 19 are arranged. Forty-eight armature coils 19 are arranged, and U-phase, V-phase, and W-phase coils are U +, U +, V-, V-, W +, W +, U-, U-, V +, V +, W-, W. It is repeatedly arranged in the circumferential direction in the order of-.
  • the + and ⁇ following U, V and W indicate the polarity of the current.
  • the second rotor 15 includes a second rotor support 25 and a magnetic pole portion disposed on the outer periphery thereof.
  • the magnetic pole part is formed by laminating silicon steel plates 21 having convex arc slits on the inside, and a non-magnetic material 22 is inserted into the slit to constitute a flux barrier.
  • the magnetic resistance along the outer periphery of the second rotor 15 is periodically increased and decreased by the flux barrier, and eight magnetic salient poles (8 poles) are arranged.
  • the second rotor support 25 is made of nonmagnetic stainless steel and is held on the rotary shaft 11 so as to be displaceable. Three sets of coupling gear 1 d and coupling gear 23 that mesh with each other are arranged in the second rotor support 25.
  • the coupling gear support shaft 24 that rotates together with the coupling gear 23 is rotatably supported by the second rotor support 25 in the same manner as the coupling gear support shaft 1e.
  • FIG. 3 is a plan view of the first rotor 14 as viewed from the second rotor 15 side.
  • the magnetic pole portion is composed of a rotor core 32, a permanent magnet 31, and a non-magnetic material 34, on which silicon steel plates are laminated. It has 8 magnetic salient poles (8 poles) whose polarities are alternately reversed in the circumferential direction.
  • An arrow 33 indicates the magnetization direction of the permanent magnet 31.
  • a side gear 1a is disposed on the first rotor support 35, and a gear 36 that meshes with the coupling gear 1c is carved on the inner peripheral surface of the side gear 1a.
  • the side gear 1b disposed on the side surface of the third rotor 16 shown in FIG. 1 has the same shape as the side gear 1a.
  • the magnetic pole configuration of the third rotor 16 is the same as that of the first rotor 14.
  • FIG. 4 is a perspective view schematically showing the relative displacement direction of the first rotor 14 and the third rotor 16 with respect to the second rotor 15. Arrows 42 and 43 indicate directions in which the first rotor 14 and the third rotor 16 are relatively displaced with respect to the second rotor 15, respectively.
  • An arrow 41 indicates the rotation direction of the entire rotor.
  • the second rotor 15 is configured such that the inductance of the armature coil 19 periodically changes with rotation by an arc-shaped slit disposed in the magnetic body, and a rotational force is obtained by reluctance torque.
  • FIG. 5 shows a plan view of the rotor shown in FIG. 4 viewed from the rotating shaft 11 side.
  • Numbers 51 and 52 indicate positions where the positions on the first rotor 14 and the third rotor 16 at the reference position 53 are displaced, and numbers 54 and 55 indicate the first rotor 14 with respect to the second rotor 15.
  • the amount of displacement of the third rotor 16 is shown respectively. Since the displacement amounts 54 and 55 are equal, the combined position of the positions 51 and 52 is the same as the reference position 53 and exists at the same circumferential position on the second rotor 15. Therefore, the polarity of the drive current is switched based on the relative position between the armature coil 19 and the second rotor 15.
  • the drive current polarity is switched at the timing when the armature coil 19 faces the reference position 53 (the combined position of the positions 51 and 52), and the first rotor 14, the second rotor 15, and the third rotor 16 Arranged for maximum torque.
  • the displacement amounts 54 and 55 are larger than zero, the rotors at both ends are equivalent to being driven to rotate with respect to the second rotor 15 by the driving current of the leading phase or the lagging phase, respectively.
  • reluctance torques having opposite polarities appear on the rotors at both ends, causing torque fluctuations of the rotor.
  • the rotors at both ends have a magnetic pole structure that can obtain a magnet torque and a reluctance torque. Therefore, the positions 51 and 52 are about 20 in electrical angle from the magnetic pole centers of the first rotor 14 and the third rotor 16, respectively. It is in the advanced position.
  • the displacement amounts 54 and 55 are greater than zero, the combined position of the magnetic pole center of the first rotor 14 and the magnetic pole center of the third rotor 16 is the second reference position, and the armature coil 19 faces the second reference position.
  • the second reference position corresponds to a position delayed about 20 degrees in electrical angle from the reference position 53.
  • FIG. 6 is a perspective view schematically showing the rotor coupling mechanism in which some members are shown in FIGS.
  • the coupling gear support shaft 1e and the coupling gear support shaft 24 are rotatably supported by the second rotor 15, and coupling gears 1c and 1d are fixed to the coupling gear support shaft 1e.
  • Coupling gears 23 and 61 are fixed to each other.
  • the coupling gear 1d and the coupling gear 23 are arranged so as to mesh with each other.
  • the coupling gear 1c meshes with the gear 36 carved on the inner peripheral surface of the side gear 1a
  • the coupling gear 61 meshes with the gear carved on the inner peripheral surface of the side gear 1b.
  • the rotor coupling mechanism includes coupling gears 1c, 1d, 23, 61, coupling gear support shafts 1e, 24, etc., and three sets of coupling gears arranged in the circumferential direction are coupled to the side gear 1a and the side gear 1b. ing. Since the coupling gear 1d and the coupling gear 23 rotate in opposite directions, if one of the first rotor 14 and the third rotor 16 is displaced in the circumferential direction with respect to the second rotor 15, the other is reversed. Displace in the circumferential direction.
  • the third rotor 16 is fixed to the rotary shaft 11, and the first rotor 14 and the second rotor 15 are configured to be displaceable in the same circumferential direction with respect to the third rotor 16. Accordingly, the ratio of the circumferential interval between the third rotor 16 and the second rotor 15 and the circumferential interval between the third rotor 16 and the first rotor 14 is always maintained at 1: 2.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ of the rotating electrical machine apparatus shown in FIG. 1 and shows the second planetary gear mechanism coupled to the first rotor 14.
  • the second sun gear 1g is fixed to a first rotor 14 (not shown), and the three second planetary gears 1q are arranged in the circumferential direction and mesh with the second sun gear 1g and the second ring gear 1m.
  • the planetary gear shaft 1r of the second planetary gear 1q is supported by the planetary gear carrier 1t.
  • the second ring gear 1m can be displaced with respect to the housing 12, and can be rotated by an actuator (not shown).
  • the first planetary gear mechanism disposed on the rotating shaft 11 has the same configuration as the second planetary gear mechanism except that the first ring gear 1k is fixed to the housing 12, and the description thereof is omitted.
  • the arrow number 71 indicates the rotation direction of the second sun gear 1g
  • the arrow number 72 indicates the rotation direction of the second planetary gear 1q
  • the arrow number 73 indicates the rotation direction of the planetary gear shaft 1r.
  • the second rotor 15 Since the second rotor 15 is also coupled to the first rotor 14 and the third rotor 16 by the rotor coupling mechanism, the second rotor 15 rotates at the same rotational speed.
  • the rotation of the planetary gear carrier 1t can be taken out as a reduced output of the rotary shaft 11.
  • the planetary gear shaft 1r is difficult to change the rotation speed in the direction of the arrow 73, so The rotational speed of the Lee gear 1q is decreased, and the rotational speed of the second sun gear 1g is decreased. Accordingly, the first rotor 14 is displaced relative to the third rotor 16 in the direction opposite to the arrow 71 (the direction opposite to the rotation direction of the rotor).
  • the first rotor 14 When the second ring gear 1m is rotated in the direction opposite to the rotor by an external actuator, the first rotor 14 is in the same direction as the arrow 71 with respect to the third rotor 16 (the same direction as the rotation direction of the rotor). Is relatively displaced. Since the second rotor 15 is also coupled to the first rotor 14 and the third rotor 16 by the rotor coupling mechanism, the second rotor 15 is always displaced so as to be positioned in the middle in the circumferential direction of both.
  • FIG. 8A and 8B show a stopper structure for restricting the circumferential displacement of the first rotor 14 relative to the third rotor 16.
  • FIG. 8A is a plan view of the first sun gear 1f viewed from the second sun gear 1g side
  • FIG. 8B is a plan view of the second sun gear 1g viewed from the first sun gear 1f side.
  • Reference numeral 81 denotes a recess provided on the side surface of the first sun gear 1f
  • the stopper is configured such that a pin 82 disposed on the side surface of the first rotor support 35 is fitted into the recess 81.
  • Reference numeral 41 indicates the direction of rotation of the rotary shaft 11.
  • the pin 82 is disposed on the side surface of the first rotor support 35.
  • the pin 82 is shown in FIG. 8A in order to clarify the relationship with the recess 81.
  • the pin 82 exists at the end portion in the recess 81, and the pin 82 is set so as to be able to move in the rotation direction 41 by 45 degrees in mechanical angle (180 degrees in electrical angle) in the recess 81. . That is, the first rotor 14 can be displaced relative to the third rotor 16 by an electrical angle of 180 degrees in the rotational direction.
  • FIG. 9 shows the relationship between rotational torque, drive current, etc. and rotational speed.
  • the horizontal axis 94 indicates the rotational speed
  • numbers 91, 92, and 93 indicate the rotational torque, the drive current, and the circumferential interval between the rotors at both ends, respectively.
  • the circumferential interval 93 of the rotors at both ends is set to 0 degree in electrical angle
  • the maximum drive current 92 is applied
  • the maximum rotational torque 91 is obtained.
  • the circumferential interval 93 of the rotors at both ends is increased to suppress the induced voltage and ensure the margin of the power supply voltage. Is done.
  • the rotational torque 91 decreases in inverse proportion to the circumferential interval 93 of the rotors at both ends.
  • the first rotor 14 and the third rotor 16 are each displaced from 0 to 90 degrees in electrical angle with respect to the second rotor 14, and the circumferential interval between the first rotor 14 and the third rotor 16 is maximum. The value is 180 degrees.
  • the magnetic poles of the first rotor 14 and the magnetic poles of the third rotor 16 facing in the axial direction are opposite to each other. However, since the second rotor 14 exists in the middle, displacement control is not difficult due to magnetic coupling. .
  • the first rotor 14 and the second rotor 15 are displaced with respect to the third rotor 16 to control the induced voltage amplitude.
  • the considerable mass of the rotor and the magnetic force between the remaining rotors even if reduced by the present invention are factors that hinder the rapid displacement of the first rotor 14 and the second rotor 15.
  • the present invention also provides a solution to this problem, and the first ring 14 and the second rotor 15 can be quickly displaced by displacing the second ring gear 1m with a small output actuator.
  • the second ring gear 1m receives a displacement pressure in the direction opposite to the arrow 71. Therefore, displacing the second ring gear 1m in the direction opposite to the arrow 71 is equivalent to loosening the force that restrains the second ring gear 1m to the housing 12 and the force that restrains the first rotor 14 to the rotating shaft 11. is there. Further, displacing the second ring gear 1m in the direction of the arrow 71 while the rotor is decelerating by regenerative braking restrains the second ring gear 1m to the housing 12 and the first rotor 14 to the rotating shaft 11. It is equivalent to loosening the force. In this way, the force that acts on the rotor from the armature can be used for displacement of the rotor by loosening the force that restrains the first rotor 14 on the rotating shaft 11.
  • the present invention proposes a control method for appropriately distributing the rotational driving force acting on the displacement rotor (the first rotor 14 and the second rotor 15) to the displacement force of the displacement rotor and the rotational driving force of the rotating shaft 11,
  • the displacement rotor is displaced while continuously rotating the rotation shaft 11.
  • the rotational speed for rotating the second ring gear 1m in the direction opposite to the arrow 71 is controlled to control the force for restraining the first rotor 14 to the rotary shaft 11.
  • FIG. 10 is a block diagram of a rotating electrical machine system that performs induced voltage control.
  • Reference numeral 101 indicates a rotating electrical machine apparatus
  • numerals 102 and 103 indicate input and output of the rotating electrical machine apparatus 101, respectively.
  • Reference numerals 104 and 105 denote a control device and a drive circuit, respectively.
  • Reference numeral 106 denotes an actuator for controlling the rotor position control means, and reference numeral 107 denotes a rotor position signal. If the rotating electrical machine apparatus 101 is used as a generator, the input 102 is a rotational force and the output 103 is generated power. If the rotating electrical machine apparatus 101 is used as an electric motor, the input 102 is a driving current supplied from the driving circuit 105 to the armature coil 19, and the output 103 is a rotational torque and a rotational speed.
  • the rotational driving force is optimally controlled by performing induced voltage control using the rotational driving force.
  • the control device 104 displaces the first rotor 14 and the second rotor 15 in the rotational direction with respect to the third rotor 16, and the circumferential direction between the respective rotors.
  • the induced voltage is decreased by increasing the interval, and the margin of the power supply voltage with respect to the induced voltage is increased so that it can be driven at high speed.
  • the controller 104 increases the rotation speed of the output 103 while the induced voltage appearing in the armature coil 19 has a predetermined value.
  • the rotation speed at which the second ring gear 1m is rotated in the direction opposite to the arrow 71 (the direction opposite to the rotation direction of the rotor) is controlled by the actuator 106 so that the first rotor 14 and the second rotor 15 are The tri-rotor 16 is displaced in the rotational direction.
  • the controller 104 stops the displacement control of the first rotor 14 and the second rotor 15 at a position where the circumferential interval between the first rotor 14 and the third rotor 16 reaches 180 degrees in electrical angle. In this state, the rotor is rotationally driven by the reluctance torque of the second rotor 15.
  • the control device 104 resumes the displacement control of the displacement rotor when the rotational speed becomes lower than a predetermined rotational speed.
  • the induced voltage becomes smaller than a predetermined value
  • the first rotor 14 and the second rotor 15 are rotated third.
  • the induced voltage is increased by displacing the rotor 16 in the direction opposite to the rotational direction, and the torque for driving the rotor is increased. That is, while the rotor is decelerated by regenerative braking, the control device 104 continues to decrease the rotation speed of the output 103 and causes the actuator 106 to move the second ring gear 1m in the direction of the arrow 71 (rotation) so that the induced voltage remains at a predetermined value.
  • the first rotor 14 and the second rotor 15 are displaced with respect to the third rotor 16 in the direction opposite to the rotational direction.
  • the circumferential interval between the first rotor 14 and the third rotor 16 was changed from 0 to 180 degrees in electrical angle.
  • the upper limit of the displacement is set to be less than 180 degrees so that the induced voltage to the armature coil 19 remains, the position of the rotor can be estimated from the induced voltage and the drive current switching timing can be obtained.
  • the displacement range of the displacement rotor is appropriately set according to the configuration of the rotation control system.
  • the first rotor 14 and the second rotor 15 are displaced in the circumferential direction by using an actuator that rotates the second ring gear 1m and a force that rotates the rotor. Since the first rotor 14 and the second rotor 15 are displaced in the circumferential direction using a part of the rotational driving force, the actuator has a small size and a small output. Furthermore, the control system can be configured by replacing the worm gear 1s and the actuator with the clutch / brake system that holds the circumferential position of the second ring gear 1m.
  • the control device 104 controls the force that restrains the second ring gear 1m to the housing 12, and outputs the rotational driving force and regenerative braking force to the displacement rotor (first rotor 14, second rotor 15).
  • the power is appropriately distributed to the displacement force and the driving force of the rotating shaft 11. Any of these configurations are included in the present invention.
  • the relative displacement amounts of the first rotor 14 and the third rotor 16 with respect to the second rotor 15 are set equal.
  • a delayed phase magnetic field is applied to the first rotor 14
  • an advanced phase magnetic field is applied to the third rotor 16.
  • the permanent magnet of each rotor is magnetized and demagnetized.
  • the degree of contribution to the torque of the entire rotor from the first rotor 14 and the third rotor 16 may change depending on the amount of displacement, including the case where a rotor structure having reluctance torque is adopted.
  • the gear ratio of the gear shown in FIG. 6 can be selected and configured so that the relative displacement amounts of the first rotor 14 and the third rotor 16 with respect to the second rotor 15 are different.
  • IPM is a hybrid configuration that can use magnet torque and reluctance torque, and field weakening is performed by controlling the drive current phase.
  • IPM has many restrictions on the magnetic pole configuration for the hybrid configuration.
  • This embodiment also has a similar hybrid configuration, and a weak field is generated by displacing some of the rotors.
  • the three rotors are independent, a magnetic pole configuration optimal for magnet torque or reluctance torque can be adopted for each rotor, and the induced voltage derived from the permanent magnet can be controlled almost 100%.
  • the rotors at both ends have magnets, and the intermediate rotor does not have magnets.
  • the second rotor 15 is fixed to the rotating shaft 11 as a fixed rotor, and the first rotor 14 and the third rotor 16 are rotatably supported on the rotating shaft 11 as displacement rotors.
  • the rotor coupling mechanism mechanically couples the first rotor 14, the third rotor 16, and the rotating shaft 11, and either the first rotor 14 or the third rotor 16 is rotated by the rotor coupling mechanism.
  • the gear structure is limited to only the first rotor 14 and the third rotor 16 side. I can do it.
  • Embodiment 2 of the rotating electrical machine apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
  • Three magnet-excited rotors face the armature as the first rotor, second rotor, and third rotor, and the first and second rotors have rotational force and regenerative control against the third rotor. It is displaced in the circumferential direction using power.
  • the first rotor and the third rotor are configured so that reluctance torque does not appear, and the second rotor is configured so that the reluctance torque can be used.
  • FIG. 12 is a longitudinal sectional view of an embodiment in which the present invention is applied to a rotating electrical machine apparatus having an inner rotor structure, and a rotating shaft 11 is rotatably supported by a housing 121 via a bearing 13.
  • the first rotor 122 and the second rotor 123 are movably held on the rotary shaft 11 via bearings, and the third rotor 124 is fixed to the rotary shaft 11.
  • the region in which the displacement of the first rotor 122 and the second rotor 123 is controlled is a region in front of the normal rotation direction with respect to the third rotor 124.
  • Reference numeral 19 denotes an armature coil
  • reference numeral 17 denotes an armature core
  • reference numeral 18 denotes a nonmagnetic insulating material spacer.
  • Reference numeral 125 denotes a coupling gear
  • reference numeral 126 denotes a coupling gear support shaft, which are rotatably held by the second rotor 123.
  • the coupling gear support shaft 126 is in the radial direction, and in this embodiment, three combinations of the coupling gear 125 and the coupling gear support shaft 126 are arranged in the circumferential direction.
  • Reference numerals 127 and 128 are side gears arranged on the side surfaces of the first rotor 122 and the third rotor 124, respectively.
  • the side gears 127 and 128 are arranged so that the gears are engraved in the circumferential direction and mesh with the coupling gear 125, respectively. ing.
  • the coupling gear 125, the coupling gear support shaft 126, the side gear 127, and the side gear 128 constitute a rotor coupling mechanism, and the side gear 127 and the side gear 128 rotate in opposite directions to each other, so that the first rotation with respect to the second rotor 123 is performed. If either one of the child 122 or the third rotor 124 is displaced in the circumferential direction, the other is displaced in the opposite circumferential direction.
  • Reference numeral 129 is a clutch plate fixed to the side of the first rotor 122
  • reference numeral 12a is a movable clutch plate
  • reference numeral 12d is a spring
  • reference numeral 12e is a spring stopper
  • the movable clutch plate 12a is pressed against the clutch plate 129 by the spring 12d. It has been.
  • Reference numerals 12c and 12b denote arms.
  • the rotary shaft 11 and the arm 12c, the arm 12c and the arm 12b, and the arm 12b and the movable clutch plate 12a are connected by a rotatable joint, respectively.
  • the movable clutch plates 12a are arranged in groups and can be displaced in a direction parallel to the rotary shaft 11 and rotate together with the rotary shaft 11.
  • Reference numeral 12g denotes an exciting coil that circulates around the rotating shaft 11
  • reference numeral 12f denotes an exciting core that has a C-shaped section and circulates around the rotating shaft 11
  • the exciting core 12f is fixed to the housing 121.
  • At least the magnetic material is used for the movable clutch plate 12a member on the excitation core 12f side, and the clutch plate 129, movable clutch plate 12a, arm 12c, arm 12b, spring 12d, spring stopper 12e, excitation core 12f, excitation coil 12g, etc.
  • Rotor position control means is configured.
  • the second rotor 123 includes a second rotor support 134 and a magnetic pole portion disposed on the outer periphery thereof.
  • a permanent magnet is embedded in the magnetic body so that magnet torque and reluctance torque can be obtained. That is, the permanent magnet 131 is inserted into the slot of the rotor core 132 on which the silicon steel plates are laminated.
  • Reference numeral 133 indicates the magnetization direction of the permanent magnet 131, and eight magnetic salient poles (8 poles) whose polarities are alternately reversed in the circumferential direction are arranged.
  • the second rotor support 134 is made of nonmagnetic stainless steel and is held on the rotary shaft 11 so as to be displaceable. Three sets of coupling gears 125 and coupling gear support shafts 126 are arranged in the second rotor support 134.
  • FIG. 14 is a plan view of the first rotor 122 as viewed from the second rotor 123 side.
  • the magnetic pole part is composed of a rotor core 142, a permanent magnet 141, and a non-magnetic material 144, which are laminated with silicon steel plates.
  • the three permanent magnets 141 constitute one magnetic salient pole, and have eight magnetic salient poles (8 poles) whose polarities are alternately reversed in the circumferential direction.
  • An arrow 143 indicates the magnetization direction of the permanent magnet 141.
  • the permanent magnet 141 is embedded on the side farther than the armature in the rotor core 142, and the nonmagnetic material 144 is inserted in a radial slit provided in the rotor core 142 closer to the armature than the permanent magnet 141. .
  • the permanent magnet 141 and the non-magnetic material 144 are arranged at equal intervals in the circumferential direction, the inductance of the armature coil 19 accompanying the rotation of the first rotor 122 is substantially constant, and the first rotor 122 generates reluctance torque. It is structured to be difficult.
  • a side gear 127 is disposed on the first rotor support 145. As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 12, a side gear 128 having the same shape as the side gear 127 is arranged on the side of the third rotor 124, and the magnetic pole configuration of the third rotor 124 is the same as the magnetic pole configuration of the first rotor 122. It is.
  • the third rotor 124 is fixed to the rotating shaft 11, and the first rotor 122 and the second rotor 123 are displaced in the rotational direction with respect to the third rotor 124 as displacement rotors. . If the second rotor 123 in the middle is considered as a reference, the first rotor 122 and the third rotor 124 are displaced relative to each other in the circumferential direction opposite to the second rotor 123 to the armature coil 19. The induced voltage amplitude is controlled. FIG.
  • FIG. 15 is a perspective view schematically showing a state in which the first rotor 122 and the third rotor 124 are relatively displaced with respect to the second rotor 123 in opposite circumferential directions as indicated by arrows 152 and 153. It is.
  • An arrow 151 indicates the rotation direction of the entire rotor.
  • the drive current polarity can be switched based on the relative position between the electric coil 19 and the magnetic salient pole of the second rotor 123, so that the first rotor 122 and the third rotor 124 advance relative to the second rotor 123, respectively.
  • This is equivalent to rotational driving with a phase or delayed phase driving current. Therefore, reluctance torques having opposite polarities may appear on the rotors at both ends and cause torque fluctuations of the rotor.
  • the reluctance torque-free magnetic pole structure is adopted for the rotors at both ends. There are few.
  • the configuration of the rotor of this example was described with reference to FIGS.
  • the second rotor 123 which is an intermediate rotor, can use a magnet torque and a reluctance torque. Since the axial lengths of the first rotor 122 and the third rotor 124 at both ends are equal and the relative displacement amounts with respect to the second rotor 123 are equal, each contribution to the induced voltage amplitude induced in the armature coil 19 is equal. Therefore, since the circumferential position of the combined magnetic poles of the rotors at both ends can be set to the magnetic pole position of the second rotor 123, the polarity of the drive current can be switched based on the relative position of the armature coil 19 and the second rotor 123.
  • the torque generated by the second rotor 123 becomes maximum at a position where the phase of the drive current is advanced (for example, about 20 degrees in electrical angle).
  • the position at which the torques of the first rotor 122, the second rotor 123, and the third rotor 124 are simultaneously maximized is set as the reference position of the displacement rotor.
  • an induced voltage from the second rotor 123, the first rotor 122, and the third rotor 124 to the armature coil 19 are proportional to Sin ⁇ t, Sin ( ⁇ t + 2 ⁇ ), and Sin ( ⁇ t-2 ⁇ ), respectively. If the ratio that the first rotor 122, the second rotor 123, and the third rotor 124 contribute to the induced voltage amplitude is q: p: q, the induced voltage is (4 * q * Cos ⁇ * Cos ⁇ + p-2 * q). * Represented as Sin ⁇ t.
  • the maximum amplitude is normalized to 1.0 and induced.
  • the voltage amplitude is expressed as 1.2 * Cos ⁇ * Cos ⁇ 0.2.
  • the induced voltage amplitude is proportional to 1.2 * Cos ⁇ * Cos ⁇ 0.2.
  • the range of the displacement 2 ⁇ is until the polarity of the induced voltage is reversed, and the range of the displacement 2 ⁇ is from zero to about 132 degrees. Therefore, the displacement range of the second rotor 123 with respect to the third rotor 124 is from zero to about 132 degrees, and the displacement range of the first rotor 122 is from zero to about 264 degrees. Since the circumferential interval between axially adjacent rotors is up to 132 degrees, magnetic coupling is unlikely to occur.
  • FIG. 16 is a plan view of the rotor position control means viewed from the first rotor 122 side, and the configuration of the rotor position control means will be further described.
  • the movable clutch plate 12 a has a structure that circulates around the rotating shaft 11, and number 161 indicates a sliding surface of the movable clutch plate 12 a that contacts the clutch plate 129. A rotational force is transmitted between the sliding surface 161 of the movable clutch plate 12a and the clutch plate 129.
  • the movable clutch plate 12a is supported on the rotary shaft 11 by three arm assemblies.
  • Joint portions 162 and 163 are disposed at both ends of the arm 12c.
  • the joint portion 162 is configured to be rotatable about a pin 165 fixed to the rotating shaft 11, and the joint portion 163 is configured to be rotatable about a pin 166 fixed to the arm 12b.
  • the joint portion 164 disposed on the arm 12b is configured to be rotatable about a pin 167 fixed to the movable clutch plate 12a.
  • the movable clutch plate 12a is supported on the rotating shaft 11 by the three sets of arms composed of the arm 12c, the arm 12b, the joint portion 162, the joint portion 163, the joint portion 164, and the like.
  • the joint part 164 is configured to be rotatable within the plane of the longitudinal sectional view shown in FIG. Therefore, the movable clutch plate 12 a can be displaced in the direction parallel to the rotation shaft 11 and rotates together with the rotation shaft 11.
  • FIG. 17 is an enlarged vertical cross-sectional view of the rotor position control means shown in FIG. 12.
  • the movable clutch plate 12a is pressed against the clutch plate 129 by a spring 12d, and the gap between the clutch plate 129 and the movable clutch plate 12a.
  • the state where rotational torque is transmitted is shown in FIG. In this state, the first rotor 122, the second rotor 123, and the third rotor 114 rotate together with the rotating shaft 11.
  • FIG. 18 shows a state in which the movable clutch plate 12a is separated from the clutch plate 129 in FIG.
  • an exciting current is applied to the exciting coil 12g
  • an exciting magnetic flux 181 is induced in the exciting core 12f
  • the movable clutch plate 12a is attracted toward the exciting core 12f
  • the movable clutch plate 12a is separated from the clutch plate 129.
  • FIG. 18 shows this state, in which the third rotor 124 rotates together with the rotating shaft 11, but the coupling between the first rotor 122 and the rotating shaft 11 is released, and the first rotor 122 moves relative to the rotating shaft 11. It will be ready to rotate freely.
  • the magnitude of the exciting current is controlled, and the movable clutch plate 12a and the clutch plate 129 are slid with each other as an intermediate state between FIGS. 17 and 18, and transmitted between the movable clutch plate 12a and the clutch plate 129.
  • a part of the rotational driving force or the regenerative braking force is distributed as the displacement force of the first rotor 122 and the second rotor 123.
  • the first rotor 122 and the second rotor 123 are displaced by a rotational driving force or a regenerative braking force.
  • the first rotor 122, the second rotor 123, and the third rotor 124 are coupled to each other by a rotor coupling mechanism. Therefore, the second rotor 123 is always displaced so as to be positioned in the middle in the circumferential direction between the first rotor 122 and the third rotor 124.
  • FIG. 10 shows a block diagram of a rotating electrical machine system that performs induced voltage control, which has already been described in the first embodiment.
  • the number 106 is read as an excitation circuit that supplies an excitation current to the excitation coil 12g. .
  • the rotational driving force is optimally controlled by performing induced voltage control, and the rotational driving force and regenerative braking force are used for the induced voltage control.
  • the control device 104 displaces the first rotor 122 and the second rotor 123 in the rotational direction with respect to the third rotor 124, and rotates adjacently.
  • the induced voltage is reduced by increasing the circumferential interval between the elements, and the margin of the power supply voltage with respect to the induced voltage is increased so that it can be driven at a higher speed.
  • the control device 104 continues to increase the rotation speed of the output 103 and the induced voltage appearing in the armature coil 19 is a predetermined value.
  • the exciting current is controlled by the exciting coil 12g by the exciting circuit 106 so as to become a value, and the force pressing the movable clutch plate 12a against the clutch plate 129 is controlled, and the first rotor 122 and the second rotor 123 are connected to the third rotor 124. Is displaced in the rotational direction.
  • the control device 104 displaces the first rotor 122 and the second rotor 123 with respect to the third rotor 124 in the direction opposite to the rotation direction.
  • the induced voltage is increased to increase the torque for driving the rotor. That is, while the rotor is decelerated by regenerative braking, the controller 104 continues to decrease the rotation speed of the output 103 and the excitation circuit 106 excites the excitation coil 12g by the excitation circuit 106 so that the induced voltage appearing in the armature coil 19 becomes a predetermined value.
  • the current is controlled to control the force pressing the movable clutch plate 12a against the clutch plate 129, and the first rotor 122 and the second rotor 123 are displaced relative to the third rotor 124 in the direction opposite to the rotation direction.
  • the optimum conditions for the rotational force control differ depending on the magnetic pole configuration and rotor combination.
  • the drive conditions including the drive current amplitude, the relative displacement of the rotors at both ends, and the drive current switching timing are determined in consideration of the rotational torque and energy efficiency according to the rotational state.
  • the driving conditions are stored in advance in the control device 104 as a data map, and the rotor is driven to rotate while referring to the data map.
  • the first rotor 122 and the second rotor 123 are displaced by the rotational driving force or the regenerative braking force, but the regenerative braking force is not sufficient at a low rotational speed, and even if the rotation stops.
  • the displacement rotor may not return to the reference position.
  • the control device 104 restrains the rotating shaft 11 from being difficult to rotate, and supplies a driving current from the driving circuit 105 to the armature coil 19 so that the first rotor 122 and the second rotor 123 are driven to rotate in the reference position direction.
  • the exciting current is controlled by the exciting coil 12g by the exciting circuit 106 to loosen the force pressing the movable clutch plate 12a against the clutch plate 129, and the first rotor 122 and the second rotor 123 are returned to the reference position. .
  • the control device 104 controls the pressing force of the movable clutch plate 12 a to slide the movable clutch plate 12 a and the clutch plate 129, so that the rotational driving force or the regenerative braking force is applied to the first rotor 122. And the displacement force of the second rotor 123 is distributed.
  • the following method is also possible by modifying this embodiment.
  • the movable clutch plate 12a and the clutch plate 129 are configured to have a concavo-convex shape that fits each other, and the control device 104 alternately repeats the states of FIG. 17 and FIG. The displacement force of the second rotor 123 is controlled.
  • FIG. 19 is a perspective view schematically showing a state in which the first rotor 192, the second rotor 193, and the third rotor 194 having a surface magnet configuration are arranged.
  • the magnetic pole portion of each rotor is composed of a rotor core 196 and a permanent magnet 195.
  • Reference numeral 197 represents a cylindrical outer shell for preventing the permanent magnet 195 from scattering, and is composed of nonmagnetic stainless steel. This configuration can obtain a large starting torque.
  • a magnetic field having a leading phase and a lagging phase is applied to the rotors at both ends, and the magnet is demagnetized or magnetized.
  • energy is consumed and energy efficiency may be reduced. It is desirable to use a permanent magnet having a sufficient thickness or a permanent magnet having a sufficiently large coercive force for the rotors at both ends.
  • the rotating electrical machine system of the present invention has been described by the embodiments. These examples show examples of realizing the gist and purpose of the present invention, and do not limit the scope of the present invention.
  • the rotating electrical machine apparatus of the present invention can be naturally configured by changing the combination of the magnetic pole configuration of the rotor, the configuration of the armature, the rotor position control means, etc. in the above embodiment.
  • a rotating electrical machine system that can easily suppress the induced voltage and has a wide rotational speed range is provided, and high energy efficiency is expected. Furthermore, rotation speed control including induced voltage control is continuously performed, and the rotating electrical machine apparatus can be used as a drive source for an air conditioner, a vehicle, and the like.

Landscapes

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Abstract

　電機子に対向する回転子を同じ数の磁気的突極を有する３つの回転子で構成し，両端の回転子を磁石励磁構成とし，一つの回転子に対して他の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位されて回転力が最適に制御される回転電機システムである。中間の回転子にリラクタンストルク，マグネットトルク，或いは双方を共に有する磁極構成を採用可能であって回転子単位で最適な磁極構成を採用出来，広い回転速度範囲を有する回転電機システムが提供される。

Description

磁石励磁回転電機システム
　本発明は，永久磁石を持つ発電機，電動機を含む回転電機システムに関する。
　永久磁石を回転子表面近傍の磁性体内に埋め込んだ回転電機装置（ＩＰＭ）は駆動電流の位相制御による弱め界磁が可能との理由で普及している。しかしながら，ＩＰＭは，不完全な弱め界磁の故に更なる回転速度範囲拡大は望めない。弱め界磁の他の方法として，２分割された磁石励磁回転子の一方を他方に対して変位させ，電機子コイルと鎖交する磁束の位相を制御する提案（米国特許３７１３０１５，特開平１０－１５５２６２，特開２００２－１６５４２６，特開２０１０－１５４６９９等）があり，広い回転速度範囲を実現できる。
　しかし，回転子間の磁気結合が大になる課題が存在し（特開２０１０－１５４６９９），回転子を３分割して磁気結合力の低減を図るが，変位制御に拘わる構造及び手順を複雑にし且つ回転速度範囲を狭くする結果を招いている。更に，高速回転領域で弱め界磁を行う結果としてトルクは減少しても大きな駆動電流を維持する必要があり，駆動電流由来の渦電流損が増加する。これは磁石励磁回転電機装置に於ける弱め界磁共通の課題でもある。
米国特許３７１３０１５号公報 特開平１０－１５５２６２号公報 特開２００２－１６５４２６号公報 特開２０１０－１５４６９９号公報
　したがって，本発明の目的は，一部の回転子変位による誘起電圧制御可能な回転電機装置に於いて，広い回転速度域でエネルギー効率の良い誘起電圧制御方法，回転力制御方法，回転電機システムを提供する事である。
　本発明による回転電機システムに於いて，同じ数の磁気的突極を有する３個の回転子が軸方向に並べられ，少なくとも両端の回転子は永久磁石で励磁され，一つの回転子が固定回転子として回転軸に固定され，他の二つの回転子が変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成される。更に回転子位置制御手段が配置され，誘起電圧が所定の値より大の時に回転子位置制御手段は中間の回転子に対して両端の回転子を互いに逆の周方向に相対変位させるそれぞれの変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，誘起電圧が所定の値より小の時に回転子位置制御手段は前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，回転力が最適に制御される。
　磁気的突極は，電機子と対向する回転子の周縁部に於いて，永久磁石により磁化された区分，或いは空隙を含む非磁性体により磁気的に凸極形状とされた磁性体区分を示し，磁石励磁構造の場合は隣接する区分が互いに逆極性に磁化された区分の数を以て磁気的突極の数とされる。
　上記構成の中間回転子に種々の磁極構成が採用可能である。すなわち，電機子コイルと中間の回転子との相対位置関係を基準に駆動電流の極性が切替えられて回転子が回転駆動される。したがって，中間の回転子への制約は少なく，中間の回転子にリラクタンストルク，マグネットトルク，或いは双方を共に有する磁極構成を採用可能である。特に中間回転子はリラクタンストルクにより回転力を得られる磁極構造とし，両端回転子はマグネットトルクにより回転力を得られる磁極構造とする事が出来る。
　上記構成は両端の回転子が中間回転子に対して相対的に変位されるのであって，具体化される構成では，一方の軸端の回転子が回転軸に固定されて他の２つの回転子が変位させられる，或いは中間の回転子が回転軸に固定されて両端の回転子が変位させられる。最適化の対象である出力とは，出力トルク，回生制動時の制動力，発電電圧等である。
　本発明は更に二つ或いは三つの回転子を機械的に結合して変位制御をシンプルにする回転子結合機構を提供する。すなわち，二つの変位回転子の何れか一つを周方向に変位させると，両端の回転子が中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位されるよう回転子が機械的に結合される。
　また，更に以下の構成も可能である。すなわち，同じ数の磁気的突極を有する３個の回転子が軸方向に配置され，一つの回転子が固定回転子として回転軸に固定され，他の二つの回転子が変位回転子として回転軸及び固定回転子に対して互いに逆の周方向に変位される。変位回転子は磁石励磁構造とし，誘起電圧が所定の値より大の時に互いに逆の周方向に相対変位させるそれぞれの変位量を大にされて誘起電圧を減少され，誘起電圧が所定の値より小の時に前記変位量を小にされて誘起電圧を増大され，回転力が最適に制御される。
　回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に拘束，或いは変位制御をするよう構成され，種々の手段がある。例えば，遊星ギア機構，クラッチ機構，回転軸に斜交する溝を用いる機構，油圧制御機構等があり，二つの回転子の変位制御をそれぞれ独立に，或いは更に回転子間に回転子結合機構を用いて同時に実行する事が可能である。更に回転子の変位を実施する構成として専らアクチュエータ出力による構成，回転駆動力を利用する構成が可能である。
　同じ数の磁気的突極を有する３個の回転子が軸方向に配置され，一つの回転子に対して他の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位されて回転力が最適に制御される回転電機システムであって回転子単位で最適な磁極構成を採用出来，広い回転速度範囲を有する回転電機システムが提供される。
第一の実施例による回転電機装置の縦断面図である。 図１に示された回転電機装置のＡ－Ａ’に沿う断面図を示す。 図１に示された回転電機装置の第一回転子を第二回転子側から見た平面図である。 図１に示された回転電機装置に於いて，第二回転子に対して第一，第三回転子の相対変位方向をモデル的に示す斜視図である。 図１に示された回転電機装置に於いて，第二回転子に対して第一，第三回転子の相対変位方向をモデル的に示す図であり，回転軸方向方見た平面図を示す。 回転子結合機構を説明する為の斜視図である。 図１に示された回転電機装置のＢ－Ｂ’に沿う断面図を示す。 図１に示された回転電機装置に於いて，第一回転子の変位量を規制するストッパーを示す為の図である。図８（ａ）は第一サンギア１ｆを第二サンギア１ｇ側から見た平面図を，図８（ｂ）は第二サンギア１ｇを第一サンギア１ｆ側から見た平面図をそれぞれ示す。 図１に示された回転電機装置の回転トルク，駆動電流等と回転速度との関係を示す。 誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図である。 図１に示された回転電機装置に於いて，回転子の配列を変更した例をモデル的に示す斜視図である。 第二の実施例による回転電機装置の縦断面図である。 図１２に示された回転電機装置のＣ－Ｃ’に沿う断面図を示す。 図１２に示された回転電機装置の第一回転子を第二回転子側から見た平面図である。 図１２に示された回転電機装置に於いて，第二回転子に対して第一，第三回転子の相対変位方向をモデル的に示す斜視図である。 図１２に示された回転電機装置の回転子位置制御手段を第一回転子側から見た平面図である。 図１２に示された回転電機装置の拡大された回転子位置制御手段を示し，クラッチ板を介して回転力が伝達されている状態を示す。 図１２に示された回転電機装置の拡大された回転子位置制御手段を示し，クラッチ板を介して回転力が伝達されていない状態を示す。 図１２に示された回転電機装置に於いて，回転子の磁極部を変更した例をモデル的に示す斜視図である。
　以下に本発明による回転電機システムについて，その実施例及び原理作用等を図面を参照しながら説明する。
　本発明による回転電機装置の実施例１が図１から図１０を用いて説明される。３個の回転子が第一回転子，第二回転子，第三回転子として電機子に対向し，第三回転子に対して第一，第二回転子が遊星ギア機構を用いて周方向に変位される。第一回転子，第三回転子は磁石励磁であり，第二回転子はリラクタンストルクによって回転力を得るよう構成されている。
　図１はインナーロータ構造の回転電機装置に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１２に回転可能に支持されている。第一回転子１４，第二回転子１５はベアリングを介して回転軸１１に変位可能に保持され，第三回転子１６は回転軸１１に固定されている。第一回転子１４，第二回転子１５が変位される領域は，第三回転子１６に対して常用の回転方向前方である。第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６の軸長の比率は１：２：１に設定されている。番号１９，１７，１８は電機子コイル，電機子コア，非磁性絶縁素材よりなるスペーサをそれぞれ示す。スペーサ１８の厚みは隣接回転子間の間隔より小に設定されている。
　番号１ａは第一回転子１４側面に固定されたサイドギア，番号１ｂは第三回転子１６側面に固定されたサイドギア，番号１ｃはサイドギア１ａと噛み合うカップリングギア，番号１ｅはカップリングギア支持軸，番号１ｄはカップリングギア支持軸１eに固定されたカップリングギアをそれぞれ示す。カップリングギア支持軸１ｅは第二回転子１４に回転可能に支持されている。サイドギア１ｂと噛み合うカップリングギア，カップリングギア１ｄと噛み合うカップリングギア及びそれらの支持軸は図１に図示されていないが，回転子結合機構が上記のサイドギア，カップリングギア等から構成され，後に説明される。
　番号１ｆは回転軸１１に固定された第一サンギア，番号１ｋはハウジング１２に固定された第一リングギア，番号１ｐは第一サンギア１ｆ及び第一リングギア１ｋと噛み合う第一プラネタリーギアをそれぞれ示し，第一プラネタリーギア１ｐはプラネタリーギア軸１ｒに回転可能に支持され，これらのギアにより第一遊星ギア機構が構成されている。番号１ｇは第一回転子１４に固定された第二サンギア，番号１ｍはハウジング１２に回転可能に支持された第二リングギア，番号１ｑは第二サンギア１ｇ及び第二リングギア１ｍと噛み合う第二プラネタリーギアをそれぞれ示し，第二プラネタリーギア１ｑはプラネタリーギア軸１ｒに回転可能に支持され，これらのギアにより第二遊星ギア機構が構成されている。
　３組の第一プラネタリーギア１ｐ，第二プラネタリーギア１ｑ，プラネタリーギア軸１ｒが周方向に配置され，プラネタリーギア軸１ｒがプラネタリーギアキャリヤ１ｔに支持されている。番号１ｓはウオームギアを示し，第二リングギア１ｍ側面に刻まれたギアと噛み合うよう構成されている。更にウオームギア１ｓは図示されていないアクチュエータにより回転駆動可能に接続されている。第一サンギア１ｆと第二サンギア１ｇ，第一リングギア１ｋと第二リングギア１ｍ，第一プラネタリーギア１ｐと第二プラネタリーギア１ｑそれぞれ同じ仕様のギアであり，上記二組の遊星ギア機構及びウオームギア１ｓ，図示されていないアクチュエータは回転子位置制御手段を構成している。
　図２は図１に示された回転電機装置の電機子及び第二回転子１５のＡ－Ａ’に沿う断面図を示す。電機子コア１７はケイ素鋼板を積層して構成され，４８個の電機子コイル１９が配置されている。４８個の電機子コイル１９が配置され，Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のコイルがＵ＋，Ｕ＋，Ｖ－，Ｖ－，Ｗ＋，Ｗ＋，Ｕ－，Ｕ－，Ｖ＋，Ｖ＋，Ｗ－，Ｗ－の順に周方向に繰り返して配置されている。Ｕ，Ｖ，Ｗに続く＋，－は電流の極性を示す。
　第二回転子１５は第二回転子サポート２５，その外周に配置された磁極部とで構成されている。磁極部は内側に凸の弧状スリットを有するケイ素鋼板２１が積層されて構成され，スリット内に非磁性体２２が挿入されてフラックスバリアが構成されている。第二回転子１５の外周に沿う磁気抵抗がフラックスバリアにより周期的に大，小とされ，８個の磁気的突極（８ポール）が配置されている。
　第二回転子サポート２５は非磁性のステンレススチールで構成され，回転軸１１に変位可能に保持されている。３組の互いに噛み合うカップリングギア１ｄ，カップリングギア２３が第二回転子サポート２５内に配置されている。カップリングギア２３と共に回転するカップリングギア支持軸２４はカップリングギア支持軸１ｅと同様に第二回転子サポート２５に回転可能に支持されている。
　図３は第一回転子１４を第二回転子１５側から見た平面図である。磁極部はケイ素鋼板が積層された回転子コア３２，永久磁石３１と，非磁性体３４とより構成されている。周方向に交互に極性が反転した８個の磁気的突極（８ポール）を有している。矢印３３は永久磁石３１の磁化方向を示す。第一回転子サポート３５にサイドギア１ａが配置され，サイドギア１ａ内周面にはカップリングギア１ｃと噛み合うギア３６が刻まれている。図１に示される第三回転子１６側面に配置されているサイドギア１ｂはサイドギア１ａと同じ形状である。第三回転子１６の磁極構成も第一回転子１４と同じである。
　本実施例に於いて，第三回転子１６は回転軸１１に固定され，第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６に対して回転方向に変位される。しかし，中間の第二回転子１５を基準に考えれば，第一回転子１４及び第三回転子１６は第二回転子１５に対して互いに逆の周方向に相対変位させられ，電機子コイル１９への誘起電圧が制御される。図４は第二回転子１５に対して第一回転子１４，第三回転子１６の相対変位方向をモデル的に示す斜視図である。矢印４２，４３はそれぞれ第一回転子１４，第三回転子１６が第二回転子１５に対して相対変位される方向を示す。矢印４１は回転子全体の回転方向を示す。第二回転子１５は磁性体中に配置された弧状スリットによって回転と共に電機子コイル１９のインダクタンスが周期的に変化するよう構成され，リラクタンストルクによって回転力が得られる。
　図５は図４に示された回転子を回転軸１１側から見た平面図を示す。番号５１，５２は基準位置５３に有った第一回転子１４，第三回転子１６上の位置が変位された位置を示し，番号５４，５５は第二回転子１５に対する第一回転子１４，第三回転子１６の変位量をそれぞれ示す。変位量５４，５５は等しいので位置５１，５２の合成位置は基準位置５３と同じであり，第二回転子１５上の同じ周方向位置に存在する。したがって，駆動電流の極性は電機子コイル１９と第二回転子１５間の相対位置を基準に切り替えられる。
　駆動電流極性は電機子コイル１９が基準位置５３（位置５１，５２の合成位置）に対向するタイミングで切り替えられるとして，第一回転子１４，第二回転子１５，第三回転子１６はそれぞれのトルクが最大になるよう配置される。しかし，変位量５４，５５がゼロより大になると，両端の回転子は第二回転子１５に対してそれぞれ進み位相或いは遅れ位相の駆動電流により回転駆動される事と等価である。両端の回転子には互いに逆極性のリラクタンストルクが現れて回転子のトルク変動を引き起こす可能性がある。
　本実施例で両端の回転子はマグネットトルク及びリラクタンストルクが得られる磁極構造であるので上記の位置５１，５２はそれぞれ第一回転子１４，第三回転子１６の磁極中心より電気角で約２０度進んだ位置にある。変位量５４，５５がゼロより大では，第一回転子１４の磁極中心と第三回転子１６の磁極中心の合成位置を第二基準位置とし，第二基準位置に電機子コイル１９が対向するタイミングに駆動電流極性の切り替えタイミングが変更されると，上記逆極性のリラクタンストルクは相殺され，トルク変動は抑圧される。第二基準位置は基準位置５３より電気角で約２０度遅れた位置に相当する。
　図６は図１，２，３に一部の部材が示された回転子結合機構が斜視図でモデル的に示されている。カップリングギア支持軸１ｅ及びカップリングギア支持軸２４は第二回転子１５に回転可能に支持され，カップリングギア支持軸１ｅにはカップリングギア１ｃ，１ｄが固定され，カップリングギア支持軸２４にはカップリングギア２３，６１が固定されている。カップリングギア１ｄ，カップリングギア２３は互いに噛み合うよう配置されている。カップリングギア１ｃはサイドギア１ａ内周面に刻まれたギア３６と噛み合い，カップリングギア６１はサイドギア１ｂ内周面に刻まれたギアと噛み合う。
　回転子結合機構はカップリングギア１ｃ，１ｄ，２３，６１，カップリングギア支持軸１ｅ，２４等で構成され，周方向に３組配置されたカップリングギア群がサイドギア１ａとサイドギア１ｂと結合されている。カップリングギア１ｄ，カップリングギア２３は互いに逆方向に回転するので第一回転子１４，第三回転子１６の何れか一方が第二回転子１５に対して周方向に変位すれば他方は逆の周方向に変位する。本実施例では第三回転子１６が回転軸１１に固定され，第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６に対して同じ周方向に変位可能に構成されている。したがって，第三回転子１６と第二回転子１５間の周方向間隔，第三回転子１６と第一回転子１４間の周方向間隔の比率は常に１：２に保たれる。
　図７は図１に示された回転電機装置のＢ－Ｂ’に沿う断面図であり，第一回転子１４と結合されている第二遊星ギア機構が示されている。第二サンギア１ｇは図示されていない第一回転子１４に固定され，３個の第二プラネタリーギア１ｑは周方向に配置され，第二サンギア１ｇ及び第二リングギア１ｍと噛み合っている。更に第二プラネタリーギア１ｑのプラネタリーギア軸１ｒはプラネタリーギアキャリヤ１ｔに支持されている。第二リングギア１ｍはハウジング１２に対しては変位可能であり，更に図示していないアクチュエータにより回転可能に構成されている。回転軸１１に配置された第一遊星ギア機構は第一リングギア１ｋがハウジング１２に固定されている事を除いて第二遊星ギア機構と同じ構成であり，説明は省略される。
　番号７１の矢印は第二サンギア１ｇの回転方向を示し，番号７２の矢印は第二プラネタリーギア１ｑの回転方向を示し，番号７３の矢印はプラネタリーギア軸１ｒの回転方向を示す。第二リングギア１ｍが静止している状態で，第二サンギア１ｇが矢印７１の方向に回転すると，第二プラネタリーギア１ｑは矢印７２の方向に回転し，プラネタリーギア軸１ｒ及びプラネタリーギアキャリヤ１ｔは矢印７３の方向に回転される。第一遊星ギア機構と第二遊星ギア機構とは同じ構成であり，プラネタリーギア軸１ｒを共有しているので第一回転子１４，回転軸１１，第三回転子１６は同じ回転速度で回転する。第二回転子１５も回転子結合機構により第一回転子１４，第三回転子１６と結合されているので同じ回転速度で回転する。プラネタリーギアキャリヤ１ｔの回転は回転軸１１の減速された出力として取り出される事が可能である。
　第二リングギア１ｍが回転子の回転方向（矢印７１と同じ方向）に外部のアクチュエータにより回転させられると，プラネタリーギア軸１ｒは矢印７３の方向への回転速度を変更し難いので第二プラネタリーギア１ｑの回転速度が遅くなり，第二サンギア１ｇの回転速度が遅くなる。したがって第一回転子１４が第三回転子１６に対して矢印７１と逆方向（回転子の回転方向とは逆方向）に相対的に変位させられる。第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより回転子とは逆方向に回転させられると第一回転子１４が第三回転子１６に対して矢印７１と同じ方向（回転子の回転方向と同じ方向）に相対的に変位させられる。第二回転子１５も回転子結合機構により第一回転子１４，第三回転子１６と結合されているので常に両者の周方向の中間に位置するよう変位させられる。
　図８（ａ），８（ｂ）は第三回転子１６に対する第一回転子１４の周方向変位を規制する為のストッパー構造を示す。図８（ａ）は第一サンギア１ｆを第二サンギア１ｇ側から見た平面図，図８（ｂ）は第二サンギア１ｇを第一サンギア１ｆ側から見た平面図である。番号８１は第一サンギア１ｆ側面に設けられた凹部を示し，ストッパーはこの凹部８１に第一回転子サポート３５側面に配置されたピン８２が勘合するよう構成されている。番号４１は回転軸１１の回転方向を示している。ピン８２は第一回転子サポート３５側面に配置されるが，ピン８２は凹部８１との関係を明確にする為に図８（ａ）内に示されている。図８（ａ）でピン８２は凹部８１内の端部に存在し，ピン８２は凹部８１内を機械角で４５度（電気角で１８０度）だけ回転方向４１に移動できるよう設定されている。すなわち，第一回転子１４が第三回転子１６に対して回転方向に電気角で１８０度相対変位可能である。
　図１から図８までを用いて本実施例の回転電機装置の構成が説明された。第一回転子１４，第三回転子１６が第二回転子１５に対して互いに逆の周方向に変位すると，電機子コイル１９には互いに位相の異なる誘起電圧が現れ，合成された誘起電圧振幅は変位量に反比例する。３個の回転子を互いに結合する回転子結合機構が採用され，遊星ギア機構を用いて第一回転子１４を変位する事で第一回転子１４，第三回転子１６が第二回転子１５に対して互いに逆の周方向に変位される。
　図９は回転トルク，駆動電流等と回転速度との関係を示す。同図に於いて，横軸９４は回転速度を示し，番号９１，９２，９３は回転トルク，駆動電流，両端回転子の周方向間隔をそれぞれ示す。起動時は両端回転子の周方向間隔９３を電気角で０度として，最大の駆動電流９２が加えられ，最大の回転トルク９１が得られる。回転速度が増大し，電機子コイル１９に現れる誘起電圧に対して電源電圧の余裕が少なくなると，両端回転子の周方向間隔９３が大にされて誘起電圧が抑圧され，電源電圧の余裕が確保される。回転トルク９１は両端回転子の周方向間隔９３に反比例して小になる。
　更に回転速度が大になって両端回転子の周方向間隔９３が１８０度に達すると，回転子の変位制御は停止され，第一回転子１４，第三回転子１６内の永久磁石からの誘起電圧はほぼ完全に相殺される。この段階で回転子全体の回転力は第二回転子１４のリラクタンストルクによって得られる。電機子コイル１９の端子電圧に対する電源電圧の余裕は駆動電流９２を減じて確保される。
　第一回転子１４，第三回転子１６は第二回転子１４に対してそれぞれ電気角で０から９０度まで変位され，第一回転子１４，第三回転子１６間の周方向間隔の最大値は１８０度である。第一回転子１４の磁極と軸方向に向き合う第三回転子１６の磁極は互いに逆極性であるが，中間に第二回転子１４が存在するので磁気結合により変位制御が困難になる事はない。
　本実施例に於いて，第一回転子１４，第二回転子１５が第三回転子１６に対して変位されて誘起電圧振幅が制御される。しかしながら，回転子の少なからぬ質量，本発明で軽減されたとしても残存する回転子間の磁気力等は第一回転子１４，第二回転子１５の速やか変位を阻害する要因である。本発明はこの課題への解決策も提供し，小出力のアクチュエータにより第二リングギア１ｍを変位させ，迅速に第一回転子１４，第二回転子１５を変位させる事が出来る。
　すなわち，回転子の増速中に第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより矢印７１と逆方向に回転させられると，第二リングギア１ｍを介したアクチュエータの出力に回転駆動力が加算され，第一回転子１４は速く回転して回転方向へ相対的に変位する。更に回生制動中に第二リングギア１ｍが外部のアクチュエータにより矢印７１と同じ方向に回転させられると，第一回転子１４はアクチュエータの出力に回生制動力が加算されて回転が遅くなり，回転方向と逆方向へに相対的に変位する。このように本発明によれば，前記アクチュエータに小型・小出力タイプを採用出来る。
　回転子の増速中に第二リングギア１ｍが矢印７１と逆方向への変位圧力を受ける。したがって，第二リングギア１ｍを矢印７１と逆方向に変位させる事は第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力，第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩める事と等価である。また，回生制動により回転子の減速中に第二リングギア１ｍを矢印７１方向に変位させる事は第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力，第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩める事と等価である。このように第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力を緩めて電機子から回転子に働く力を回転子の変位に利用出来る。
　本発明は変位回転子（第一回転子１４，第二回転子１５）に働く回転駆動力を変位回転子の変位力，回転軸１１の回転駆動力に適切に配分する制御方法を提案し，回転軸１１を継続的に回転駆動させながら変位回転子を変位させる。本実施例では，回転子の増速中に第二リングギア１ｍを矢印７１と逆方向に回転させる回転速度を制御して第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力が制御される。第二リングギア１ｍの回転速度が大になると，第一回転子１４を回転軸１１に拘束する力が弱められて変位回転子への変位力が大にされ，第二リングギア１ｍの回転速度が小になると，前記拘束力が強められて変位回転子への変位力が小にされる。回生制動力を変位回転子への変位力に利用する場合，第二リングギア１ｍを回転させる方向が逆になる以外は上記と同様である。
　本実施例は回転駆動力を利用して誘起電圧を制御し，出力を最適化するシステムであり，回転電機システムとしての制御が更に説明される。図１０は誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図を示している。番号１０１は回転電機装置を示し，番号１０２，１０３はそれぞれ回転電機装置１０１の入力，出力を示す。番号１０４，１０５はそれぞれ制御装置，駆動回路を示す。番号１０６は回転子位置制御手段を制御するアクチュエータを示し，番号１０７は回転子の位置信号を示す。回転電機装置１０１が発電機として用いられるのであれば，入力１０２は回転力であり，出力１０３は発電電力となる。回転電機装置１０１が電動機として用いられるのであれば，入力１０２は駆動回路１０５から電機子コイル１９に供給される駆動電流であり，出力１０３は回転トルク，回転速度となる。
　回転電機装置が電動機として用いられる場合に於いて，回転駆動力を利用して誘起電圧制御を行って回転駆動力が最適に制御される。制御装置１０４は誘起電圧が所定の値より大となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させ，それぞれの回転子間の周方向間隔を大にして誘起電圧を減少させ，更に高速回転で駆動できるよう誘起電圧に対する電源電圧の余裕を大にさせる。
　すなわち，駆動回路１０５から駆動電流を電機子コイル１９に供給して回転子を増速中に，制御装置１０４は出力１０３の回転速度を増大させながら電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値に留まるようアクチュエータ１０６により第二リングギア１ｍを矢印７１と逆方向（回転子の回転方向とは逆方向）に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向に変位させる。第一回転子１４，第三回転子１６間の周方向間隔が電気角で１８０度に達した位置で制御装置１０４は第一回転子１４，第二回転子１５の変位制御を停止させる。この状態で回転子は第二回転子１５のリラクタンストルクで回転駆動される。
　制御装置１０４は予め定めた回転速度より低くなったら変位回転子の変位制御を再開し，誘起電圧が所定の値より小となった時には第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向とは逆方向に変位させて誘起電圧を増大させ，回転子を駆動するトルクを大にさせる。すなわち，回生制動により回転子を減速中に，制御装置１０４は出力１０３の回転速度減少を継続させると共に誘起電圧が所定の値に留まるようアクチュエータ１０６により第二リングギア１ｍを矢印７１の方向（回転子の回転方向）に回転させる回転速度を制御し，第一回転子１４，第二回転子１５を第三回転子１６に対して回転方向と逆方向に変位させる。
　本実施例では，第一回転子１４，第三回転子１６間の周方向間隔を電気角で０から１８０度まで変化させた。しかし，電機子コイル１９への誘起電圧が残るよう変位量の上限を１８０度未満に設定すると，誘起電圧から回転子の位置を推定出来，駆動電流切替のタイミングを得る事が出来る。回転制御システムの構成に応じて変位回転子の変位範囲を適切に設定する。
　本実施例では第二リングギア１ｍを回転駆動するアクチュエータ及び回転子を回転させる力を用いて第一回転子１４，第二回転子１５が周方向に変位される。回転駆動力の一部を利用して第一回転子１４，第二回転子１５が周方向に変位されるのでアクチュエータは小型・小出力である。更にウオームギア１ｓとアクチュエータを第二リングギア１ｍの周方向位置を保持するクラッチ，ブレーキシステムに替えて制御システムを構成出来る。制御装置１０４は第二リングギア１ｍをハウジング１２に拘束する力を制御し，変位回転子（第一回転子１４，第二回転子１５）への回転駆動力，回生制動力を変位回転子を変位させる力，回転軸１１を駆動する力に適切に配分する。これら何れの構成も本発明に含まれる。
　本実施例では第一回転子１４，第三回転子１６の第二回転子１５に対する相対変位量は等しく設定される。しかし，第一回転子１４には遅れ位相の磁界が加えられ，第三回転子１６には進み位相の磁界が加えられる。その結果としてそれぞれの回転子の永久磁石は増磁，減磁される。また，リラクタンストルクを持つ回転子構造を採用した場合も含め，第一回転子１４，第三回転子１６から回転子全体のトルクに対する寄与度合いが変位量によって変化する可能性もある。その場合には第一回転子１４，第三回転子１６の第二回転子１５に対する相対変位量が異なるよう図６に示すギアのギア比を選んで構成する事が出来る。
　ＩＰＭはマグネットトルクとリラクタンストルクを利用出来るハイブリッド構成であり，駆動電流位相を制御して弱め界磁が行われる。ただ，ＩＰＭではハイブリッド構成とする為の磁極構成に制約が多い。本実施例も同様のハイブリッド構成であり，一部の回転子を変位させて弱め界磁が行われる。本実施例で３個の回転子は独立であり，マグネットトルク或いはリラクタンストルクに最適な磁極構成を回転子毎に採用出来，永久磁石由来の誘起電圧はほぼ１００％制御可能である。
　本実施例に於いて，両端の回転子は磁石を有し，中間の回転子は磁石を有しないが，図１１に斜視図で示すように第二回転子１５と第三回転子１６とを入れ替える構成も可能である。同図に於いて，第二回転子１５が固定回転子として回転軸１１に固定され，第一回転子１４及び第三回転子１６が変位回転子として回転軸１１に回動可能に支持される。回転子結合機構は第一回転子１４と第三回転子１６と回転軸１１とを機械的に結合し，回転子結合機構により第一回転子１４と第三回転子１６の何れか一方が回転軸１１に対して周方向に変位されると，他方は逆の周方向に変位される。磁気的な結合を回避する為に第一回転子１４と第三回転子１６との間隔を大にする必要があるが，ギア構造を第一回転子１４と第三回転子１６側のみに限定出来る。
　本発明による回転電機装置の実施例２が図１２から図１８を用いて説明される。磁石励磁の３個の回転子が第一回転子，第二回転子，第三回転子として電機子に対向し，第三回転子に対して第一，第二回転子が回転力，回生制動力を利用して周方向に変位される。第一回転子，第三回転子はリラクタンストルクが現れないよう構成され，第二回転子はリラクタンストルクを利用出来るよう構成されている。
　図１２はインナーロータ構造の回転電機装置に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，回転軸１１がベアリング１３を介してハウジング１２１に回転可能に支持されている。第一回転子１２２，第二回転子１２３はベアリングを介して回転軸１１に変位可能に保持され，第三回転子１２４は回転軸１１に固定されている。第一回転子１２２，第二回転子１２３が変位制御される領域は，第三回転子１２４に対して常用の回転方向前方の領域である。番号１９は電機子コイル，番号１７は電機子コア，番号１８は非磁性絶縁素材のスペーサを示す。
　番号１２５はカップリングギア，番号１２６はカップリングギア支持軸を示し，それらは第二回転子１２３に回転可能に保持されている。カップリングギア支持軸１２６は径方向であり，本実施例ではカップリングギア１２５，カップリングギア支持軸１２６の組み合わせが周方向に３個配置されている。番号１２７，１２８はそれぞれ第一回転子１２２，第三回転子１２４側面に配置されたサイドギアであり，サイドギア１２７，１２８は周方向にギアが刻まれてそれぞれがカップリングギア１２５と噛み合うよう配置されている。カップリングギア１２５，カップリングギア支持軸１２６，サイドギア１２７，サイドギア１２８で回転子結合機構が構成され，サイドギア１２７，サイドギア１２８は互いに逆方向に回転するので第二回転子１２３に対して第一回転子１２２，第三回転子１２４の何れか一方が周方向に変位すれば他方は逆の周方向に変位する。
　番号１２９は第一回転子１２２側面に固定されたクラッチ板，番号１２ａは可動クラッチ板，番号１２ｄはスプリング，番号１２ｅはスプリングストッパーをそれぞれ示し，可動クラッチ板１２ａがスプリング１２ｄによりクラッチ板１２９に押しつけられている。更に番号１２ｃ，１２ｂはアームを示し，回転軸１１とアーム１２ｃ，アーム１２ｃとアーム１２ｂ，アーム１２ｂと可動クラッチ板１２ａとはそれぞれ回動可能なジョイントで接続され，このアーム組立が周方向に３組配置され，可動クラッチ板１２ａが回転軸１１と平行方向に変位可能であると共に回転軸１１と共に回転する。
　番号１２ｇは回転軸１１を周回する励磁コイル，番号１２ｆは断面がＣ字状で回転軸１１を周回する励磁コアを示し，励磁コア１２ｆはハウジング１２１に固定されている。励磁コア１２ｆ側の可動クラッチ板１２ａ部材には少なくとも磁性材料が用いられ，クラッチ板１２９，可動クラッチ板１２ａ，アーム１２ｃ，アーム１２ｂ，スプリング１２ｄ，スプリングストッパー１２ｅ，励磁コア１２ｆ，励磁コイル１２ｇ等により回転子位置制御手段が構成されている。
　図１３は図１２に示された回転電機装置のＣ－Ｃ’に沿う断面図であり，電機子及び第二回転子１２３の断面を示す。電機子は実施例１と同じ構成であり，同一の部材には同じ番号が付され，繰り返しての説明は省略される。第二回転子１２３は第二回転子サポート１３４，その外周に配置された磁極部とで構成されている。磁極部はマグネットトルクとリラクタンストルクが得られるよう永久磁石が磁性体中に埋め込まれている。すなわち，ケイ素鋼板が積層された回転子コア１３２のスロットに永久磁石１３１が挿入されている。番号１３３は永久磁石１３１の磁化方向を示し，周方向に交互に極性が反転した８個の磁気的突極（８ポール）が配置されている。
　第二回転子サポート１３４は非磁性のステンレススチールで構成されて回転軸１１に変位可能に保持されている。３組のカップリングギア１２５，カップリングギア支持軸１２６が第二回転子サポート１３４内に配置されている。
　図１４は第一回転子１２２を第二回転子１２３側から見た平面図である。磁極部はケイ素鋼板が積層された回転子コア１４２，永久磁石１４１と，非磁性体１４４とより構成されている。３個の永久磁石１４１で一つの磁気的突極が構成され，周方向に交互に極性が反転した８個の磁気的突極（８ポール）を有している。矢印１４３は永久磁石１４１の磁化方向を示す。永久磁石１４１は回転子コア１４２内の電機子より遠い側に埋め込まれ，非磁性体１４４は永久磁石１４１より電機子に近い回転子コア１４２中に設けられた径方向スリット内に挿入されている。永久磁石１４１，非磁性体１４４は周方向に等間隔に配置され，第一回転子１２２の回転に伴う電機子コイル１９のインダクタンスはほぼ一定であり，第一回転子１２２はリラクタンストルクが発生し難いよう構成されている。
　第一回転子サポート１４５にサイドギア１２７が配置されている。図１２に縦断面図が示されるように第三回転子１２４側面にはサイドギア１２７と同じ形状のサイドギア１２８が配置され，第三回転子１２４の磁極構成は第一回転子１２２の磁極構成と同じである。
　本実施例に於いて，第三回転子１２４は回転軸１１に固定され，第一回転子１２２，第二回転子１２３が変位回転子として第三回転子１２４に対して回転方向に変位される。中間にある第二回転子１２３を基準に考えれば，第一回転子１２２，第三回転子１２４は第二回転子１２３に対して互いに逆の周方向に相対変位させられ，電機子コイル１９への誘起電圧振幅が制御される。図１５は第一回転子１２２と第三回転子１２４が矢印１５２，１５３で示されるように第二回転子１２３に対して互いに逆の周方向に相対変位させられる状態をモデル的に示す斜視図である。矢印１５１は回転子全体の回転方向を示す。
　駆動電流極性は電機コイル１９と第二回転子１２３の磁気的突極との相対位置を基準に切り替えられるので第一回転子１２２及び第三回転子１２４は第二回転子１２３に対してそれぞれ進み位相或いは遅れ位相の駆動電流により回転駆動される事と等価である。したがって，両端の回転子には互いに逆極性のリラクタンストルクが現れて回転子のトルク変動を引き起こす可能性があるが，本実施例では両端回転子にリラクタンストルクフリーの磁極構造を採用したのでその懸念は少ない。
　図１２から図１５までを用いて本実施例の回転子の構成が説明された。中間の回転子である第二回転子１２３はマグネットトルクとリラクタンストルクとが利用可能である。両端の第一回転子１２２，第三回転子１２４の軸長は等しく，第二回転子１２３に対するそれぞれの相対変位量は等しいので電機子コイル１９に誘起される誘起電圧振幅へそれぞれの寄与度は等しい。したがって，両端の回転子の合成磁極の周方向位置は第二回転子１２３の磁極位置に設定出来るので駆動電流の極性は電機子コイル１９と第二回転子１２３の相対位置を基準に切り替えられる。第二回転子１２３の発生トルクは駆動電流の位相を進めた位置（例えば電気角で２０度程度）で最大になる。第一回転子１２２，第二回転子１２３，第三回転子１２４それぞれのトルクが同時に最大になる位置が変位回転子の基準位置として設定される。
　ωを角周波数，ｔを時間，隣接回転子間の周方向間隔を電気角２θとすると，第二回転子１２３，第一回転子１２２，第三回転子１２４から電機子コイル１９への誘起電圧はそれぞれＳｉｎωｔ，Ｓｉｎ（ωｔ＋２θ），Ｓｉｎ（ωｔ－２θ）に比例する。第一回転子１２２，第二回転子１２３，第三回転子１２４が誘起電圧振幅に寄与する比をｑ：ｐ：ｑとすると，誘起電圧は（４＊ｑ＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ＋ｐ－２＊ｑ）＊Ｓｉｎωｔと表される。本実施例で第一回転子１２２，第二回転子１２３，第三回転子１２４が誘起電圧振幅に寄与する比を３：４：３とすると，最大振幅が１．０に正規化されて誘起電圧振幅は１．２＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ－０．２と表される。
　上記説明のように誘起電圧振幅は１．２＊Ｃｏｓθ＊Ｃｏｓθ－０．２に比例する。変位量２θの範囲は誘起電圧の極性が逆転するまでであり，変位量２θの範囲はゼロから約１３２度である。したがって，第三回転子１２４に対して第二回転子１２３の変位範囲はゼロから約１３２度まで，第一回転子１２２の変位範囲はゼロから約２６４度までである。軸方向に隣接する回転子間の周方向間隔は１３２度迄であるので磁気的な結合は生じ難い。
　図１６は回転子位置制御手段を第一回転子１２２側から見た平面図であり，回転子位置制御手段の構成が更に説明される。可動クラッチ板１２ａは回転軸１１を周回する構造であり，番号１６１はクラッチ板１２９と接する可動クラッチ板１２ａの摺動面を示す。可動クラッチ板１２ａの摺動面１６１とクラッチ板１２９との間で回転力が伝達される。
　図１６に示されるように可動クラッチ板１２ａは３組のアーム組立で回転軸１１に支持されている。アーム１２ｃの両端にはジョイント部１６２，１６３が配置されている。ジョイント部１６２は回転軸１１に固定されたピン１６５を中心に回動可能に構成され，ジョイント部１６３はアーム１２ｂに固定されたピン１６６を中心に回動可能に構成されている。更にアーム１２ｂに配置されたジョイント部１６４は可動クラッチ板１２ａに固定されたピン１６７を中心に回動可能に構成されている。
　このようにアーム１２ｃ，アーム１２ｂ，ジョイント部１６２，ジョイント部１６３，ジョイント部１６４等で構成された３組のアーム組立で可動クラッチ板１２ａは回転軸１１に支持され，ジョイント部１６２，ジョイント部１６３，ジョイント部１６４は図１２に示された縦断面図の面内で回動可能に構成されている。したがって，可動クラッチ板１２ａは回転軸１１と平行方向に変位可能であると共に回転軸１１と共に回転する。
　回転子位置制御手段の動作が図１７，図１８を用いて説明される。図１７は図１２に示された回転子位置制御手段が拡大された縦断面図であり，クラッチ板１２９に可動クラッチ板１２ａがスプリング１２ｄにより押しつけられ，クラッチ板１２９と可動クラッチ板１２ａとの間で回転トルクが伝達されている状態が図示されている。この状態では第一回転子１２２，第二回転子１２３，第三回転子１１４が回転軸１１と共に回転する。
　図１８は図１７に於いて，可動クラッチ板１２ａがクラッチ板１２９から離間させられた状態を示す。励磁コイル１２ｇに励磁電流が加えられると，励磁コア１２ｆには励磁磁束１８１が誘起され，可動クラッチ板１２ａが励磁コア１２ｆ側に引きつけられ，可動クラッチ板１２ａがクラッチ板１２９から引き離される。図１８はこの状態を示し，第三回転子１２４が回転軸１１と共に回転するが，第一回転子１２２と回転軸１１との結合は解除され，第一回転子１２２は回転軸１１に対してフリーに回転できる状態となる。
　図１８に示される状態に於いて，電機子コイル１９から回転子に回転駆動力が与えられると，第三回転子１２４は回転軸１１及び回転負荷と共に加速され，第一回転子１２２及び第二回転子１２３は第三回転子１２４及び回転負荷より慣性モーメントが小さいので更に容易に加速されて第三回転子１２４に対して回転方向に変位させられる。回転子を減速させるように逆方向の回転駆動力が加えられた場合，或いは回生制動が掛けられた場合には第一回転子１２２及び第二回転子１２３は第三回転子１２４に対して回転方向とは逆方向に変位させられる。
　励磁コイル１２ｇに流される励磁電流を大にすればスプリング１２ｄに抗する力は大になり，励磁電流を小にすればスプリング１２ｄに抗する力は小になる。本実施例では励磁電流の大きさを制御し，図１７と図１８の中間状態として可動クラッチ板１２ａとクラッチ板１２９とを互いに摺動させ，可動クラッチ板１２ａとクラッチ板１２９との間で伝達される回転駆動力或いは回生制動力の一部を第一回転子１２２及び第二回転子１２３の変位力として配分させる。
　第一回転子１２２及び第二回転子１２３が回転駆動力或いは回生制動力により変位させられるが，第一回転子１２２，第二回転子１２３，第三回転子１２４は回転子結合機構により互いに結合されているので常に第二回転子１２３は第一回転子１２２，第三回転子１２４間の周方向の中間に位置するよう変位させられる。
　図１２から図１８に示された回転電機装置に於いて，第一回転子１２２，第二回転子１２３を第三回転子１２４に対して変位できることが説明された。本実施例は誘起電圧を制御して出力を最適化するシステムであり，図１０を参照して回転電機システムとしての制御が更に説明される。図１０は誘起電圧制御を行う回転電機システムのブロック図を示し，実施例１に於いて既に説明されているが，本実施例で番号１０６は励磁コイル１２ｇに励磁電流を供給する励磁回路と読み替える。
　回転電機装置が電動機として用いられる場合に於いて，誘起電圧制御を行って回転駆動力が最適に制御されるが，その誘起電圧制御に回転駆動力，回生制動力が利用される。電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値より大となった時に制御装置１０４は第一回転子１２２，第二回転子１２３を第三回転子１２４に対して回転方向に変位させ，隣接回転子間の周方向間隔を大にして誘起電圧を減少させ，更なる高速回転で駆動できるよう誘起電圧に対する電源電圧の余裕を大にさせる。
　すなわち，駆動回路１０５から駆動電流を電機子コイル１９に供給して回転子を増速中に，制御装置１０４は出力１０３の回転速度増大を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるよう励磁回路１０６により励磁コイル１２ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１２９に可動クラッチ板１２ａを押しつける力を制御し，第一回転子１２２，第二回転子１２３を第三回転子１２４に対して回転方向に変位させる。
　電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値より小となった時に制御装置１０４は第一回転子１２２，第二回転子１２３を第三回転子１２４に対して回転方向とは逆方向に変位させて誘起電圧を増大させ，回転子を駆動するトルクを大にさせる。すなわち，回生制動により回転子を減速中に，出力１０３の回転速度減少を継続させると共に電機子コイル１９に現れる誘起電圧が所定の値になるよう制御装置１０４は励磁回路１０６により励磁コイル１２ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１２９に可動クラッチ板１２ａを押しつける力を制御し，第一回転子１２２，第二回転子１２３を第三回転子１２４に対して回転方向と逆方向に変位させる。
　上記回転力制御は具体化された磁極構成，回転子の組み合わせにより最適条件が異なる。駆動電流振幅，両端回転子の相対変位，更に駆動電流の切替タイミング等を含む駆動条件は，回転状態に応じ，回転トルク，エネルギー効率を勘案して決定される。駆動条件は予めデータマップとして制御装置１０４に記憶され，データマップを参照しながら回転子が回転駆動される。
　本実施例に於いて，第一回転子１２２及び第二回転子１２３が回転駆動力或いは回生制動力により変位させられるが，低回転速度では回生制動力が十分ではなく，回転が停止しても変位回転子が基準位置に戻らない可能性がある。その場合に制御装置１０４は回転軸１１を回転し難いよう拘束し，第一回転子１２２及び第二回転子１２３が基準位置方向に回転駆動するよう駆動回路１０５から電機子コイル１９に駆動電流を供給させ，同時に励磁回路１０６により励磁コイル１２ｇに励磁電流を制御させてクラッチ板１２９に可動クラッチ板１２ａを押しつける力を緩めさせ，第一回転子１２２，第二回転子１２３を基準位置に戻させる。
　本実施例に於いて，制御装置１０４が可動クラッチ板１２ａの押しつけ力を制御して可動クラッチ板１２ａとクラッチ板１２９とを互いに摺動させ，回転駆動力或いは回生制動力を第一回転子１２２及び第二回転子１２３の変位力に配分させる。本実施例を変形して以下の方法も可能である。可動クラッチ板１２ａ，クラッチ板１２９を互いに勘合する凹凸形状で構成し，制御装置１０４が図１７と図１８の状態を交互に繰り返させ，それぞれの持続時間比率を制御して第一回転子１２２及び第二回転子１２３の変位力を制御する。
　本実施例は３個の磁石励磁回転子で構成されている。更に図１９に示されるように磁極構成を表面磁石構成に変える事が出来る。図１９は更に表面磁石構成の第一回転子１９２，第二回転子１９３，第三回転子１９４が配列されている状態をモデル的に示す斜視図である。各回転子の磁極部は回転子コア１９６，永久磁石１９５で構成され，番号１９７は永久磁石１９５の飛散を防ぐ為の円筒状外皮を示し，非磁性のステンレススチールで構成されている。この構成は大きな起動トルクを得る事が出来る。
　実施例１，２で示されたように両端の回転子にそれぞれ進み位相，遅れ位相の磁界が加えられ，磁石は減磁或いは増磁される。その過程でエネルギーが消費され，エネルギー効率が低下する可能性がある。両端の回転子には十分な厚みを有する永久磁石或いは抗磁力が十分に大の永久磁石を採用する事が望ましい。
　以上，本発明の回転電機システムは実施例により説明された。これらの実施例は本発明の趣旨，目的を実現する例を示したのであって本発明の範囲を限定するわけでは無い。例えば，上記実施例に於ける回転子の磁極構成，電機子の構成，回転子位置制御手段等の組み合わせを変えて本発明の回転電機装置を当然に構成できる。
　本発明によれば，誘起電圧の抑圧が容易で広い回転速度範囲の回転電機システムが提供され，高いエネルギー効率が期待される。更に誘起電圧制御を含む回転速度制御が連続的に行われ，回転電機装置は空調機，車両等の駆動源として利用可能である。

Claims (12)

  1. ハウジングと，
    　　複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転軸と共に回転可能に構成された回転電機装置であって，
    　　前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向すると共に少なくとも両端の回転子は磁石励磁され，３個の回転子の一つが固定回転子として回転軸に固定され，他の二つの回転子が変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成され，
    　　更に回転子位置制御手段を有し，
    　　誘起電圧が所定の値より大の時に回転子位置制御手段は両端の回転子を中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位させるそれぞれの変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，
    　　誘起電圧が所定の値より小の時に回転子位置制御手段は前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，
    　　回転力が最適に制御される事を特徴とする回転電機システム
  2. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，
    　　両端の回転子それぞれからの誘起電圧振幅が等しくなるよう構成され，
    　　電機子コイルと中間の回転子との周方向相対位置を基準に駆動電流の極性を切替て回転子が回転駆動される事を特徴とする回転電機システム
  3. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，
    　　両端の回転子は周方向に沿う磁気抵抗が均一であり，両端回転子の回転に起因する電機子コイルのインダクタンスが一定であるよう構成されている事を特徴とする回転電機システム
  4. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，
    　　中間の回転子は周方向に沿う磁気抵抗が周期的に変り，中間回転子の回転に起因する電機子コイルのインダクタンスが周期的に変るよう構成されている事を特徴とする回転電機システム
  5. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，
    　　変位回転子の何れか一方が周方向に変位されると，両端の回転子が中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位されるよう３個の回転子が機械的に結合される事を特徴とする回転電機システム
  6. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，
    　　回転子位置制御手段は，回転子結合機構，第一遊星ギア機構，第二遊星ギア機構を有し，
    　　回転子結合機構は回転軸を周回し且つ両端の回転子に固定されたサイドギア，中間の回転子に回転可能に配置された１以上のギアより成るカップリングギアを有し，カップリングギアに両端の回転子それぞれのサイドギアが噛み合うよう構成され，
    　　第一遊星ギア機構は，回転軸に固定された第一サンギア，ハウジングに固定された第一リングギア，第一サンギア及び第一リングギアに噛み合う第一プラネタリーギア，プラネタリーギア支持軸を有して構成され，
    　　第二遊星ギア機構は，二つの変位回転子の何れかに固定された第二サンギア，ハウジングに回動可能に配置された第二リングギア，第二サンギア及び第二リングギアに噛み合う第二プラネタリーギア，第一遊星ギア機構と共有するプラネタリーギア支持軸を有して構成され，
    　　第二リングギアが周方向に変位され，中間の回転子に対する両端の回転子それぞれの相対的変位量が変更される事を特徴とする回転電機システム
  7. 請求項６記載の回転電機システムに於いて，
    　　一方の軸端側回転子が固定回転子として回転軸に固定され，他方の軸端側回転子及び中間の回転子が変位回転子として固定回転子に対して周方向の同じ方向に変位可能に構成され，
    　　回転子位置制御手段に第二リングギアを周方向に変位させるアクチュエータが配置され，
    　　回転子を増速中に回転子位置制御手段は第二サンギアを第一サンギアより速く回転させる方向にアクチュエータを介して第二リングギアを周方向に変位させ，回転駆動力を利用して変位回転子の変位量が増大され，
    　　回転子を回生制動により減速中に回転子位置制御手段は第二サンギアを第一サンギアより遅く回転させる方向にアクチュエータを介して第二リングギアを周方向に変位させ，回生制動力を利用して変位回転子の変位量が減少される事を特徴とする回転電機システム
  8. ハウジングと，
    　　複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転軸と共に回転可能に構成された回転電機装置であって，
    　　前記回転子は磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて電機子に対向され，３個の回転子の一つが固定回転子として回転軸に固定され，他の二つの回転子が変位回転子として回転軸に対して互いに逆の周方向に変位可能に構成され，
    　　変位回転子は磁石励磁され，
    　　更に回転子位置制御手段を有し，
    　　誘起電圧が所定の値より大の時に回転子位置制御手段は変位回転子を回転軸に対して互いに逆の周方向に相対変位させるそれぞれの変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，
    　　誘起電圧が所定の値より小の時に回転子位置制御手段は前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，
    　　回転力が最適に制御される事を特徴とする回転電機システム
  9. 複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の誘起電圧制御方法であって，
    　　前記回転子を磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて構成し，
    　　少なくとも両端の回転子を磁石励磁構造とし，
    　　一つの回転子を固定回転子として回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成し，
    　　両端の回転子それぞれに回転軸を周回するサイドギアを配置し，
    　　中間の回転子に回転可能に配置された１以上のギアより成るカップリングギアを配置し，
    　　中間の回転子に対して両端の回転子が互いに逆の周方向に変位するようカップリングギアにそれぞれのサイドギアを噛み合せ，
    　　前記変位回転子の一つの回転子を固定回転子に対して周方向に変位させる量を変えて両端の回転子を中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位させ，
    　　誘起電圧を制御する事を特徴とする誘起電圧制御方法
  10. 複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の誘起電圧制御方法であって，
    　　前記回転子を磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて構成し，
    　　少なくとも両端の回転子を磁石励磁構造とし，
    　　軸端の一つの回転子を固定回転子として回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成し，
    　　二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，
    　　前記変位回転子を回転軸に拘束する手段を有し，
    　　電機子から回転子に回転力が作用している時に変位回転子を回転軸に拘束する力を緩め，変位回転子を固定回転子に対して変位させて誘起電圧を変更する事を特徴とする誘起電圧制御方法
  11. 複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の誘起電圧制御方法であって，
    　　前記回転子を磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて構成し，
    　　少なくとも両端の回転子を磁石励磁構造とし，
    　　軸端の一つの回転子を固定回転子として回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成し，
    　　二つの変位回転子の何れを周方向に変位させても中間回転子に対して軸端の二つの回転子が互いに逆の周方向に相対変位するよう３個の回転子を機械的に結合し，
    　　第一サンギアを固定回転子に固定し，
    　　第一リングギアをハウジングに固定し，
    　　第一プラネタリーギアを第一サンギア及び第一リングギアに噛み合せ，
    　　第二サンギアを２つの変位回転子の何れかに固定し，
    　　第二リングギアをアクチュエータにより回動可能に配置し，
    　　第二プラネタリーギアを第二サンギア及び第二リングギアに噛み合せ，
    　　第一プラネタリーギア及び第二プラネタリーギアが共に回転するようプラネタリーギア支持軸を共有し，
    　　回転子を増速中に回転速度増大を継続させると共に変位回転子を固定回転子に対して回転方向に変位させるようアクチュエータにより回転子の回転方向と逆方向に回転させる第二リングギアの回転速度を制御して誘起電圧を減少させ，
    　　回転子を回生制動により減速中に回転速度減少を継続させると共に変位回転子を固定回転子に対して回転方向と逆方向に変位させるようアクチュエータにより回転子の回転方向に回転させる第二リングギアの回転速度を制御して誘起電圧を増大させる事を特徴とする誘起電圧制御方法
  12. 複数の電機子コイルが周方向に配置された電機子と，
    　　複数の磁気的突極が周方向に配置された回転子とを有し，
    　　回転子は電機子と半径方向に対向し且つ回転可能に構成された回転電機装置の回転力制御方法であって，
    　　前記回転子を磁気的突極の数が等しい３個の回転子を軸方向に並べて構成し，
    　　一つの回転子を固定回転子として回転軸に固定し，他の二つの回転子を変位回転子として固定回転子に対して周方向に変位可能に構成し，
    　　両端回転子の磁極部を磁石励磁構造とし，
    　　回転子周縁部を周方向に沿う磁気抵抗を周期的に変えて，リラクタンストルクが現れ，回転力がリラクタンストルクによって得られるよう中間回転子を構成し，
    　　誘起電圧が所定の値より大の時に両端の回転子を中間の回転子に対して互いに逆の周方向に相対変位させるそれぞれの変位量を大にさせて誘起電圧を減少させ，
    　　誘起電圧が所定の値より小の時に前記変位量を小にさせて誘起電圧を増大させ，
    　　回転力を最適に制御する事を特徴とする回転力制御方法
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