JP4735772B1 - 磁石励磁回転電機システム - Google Patents

Abstract

【課題】希土類以外の低抗磁力磁石を使用出来，磁束量制御可能な回転電機システムを実現する。
【解決手段】永久磁石２３からの直流的な磁束を通過させながら電機子コイル１６からの交流磁束の磁界強度を減じる交流フラックスバリア２４を永久磁石２３の磁極近傍に有する回転電機であって，永久磁石２３に加えられる交流磁界強度を減じられ，希土類以外の低抗磁力磁石を使用出来る。更に，磁化変更可能な制御磁石を電機子から離れた磁性体突極内部に有し，電機子コイル１６からのパルス状励磁磁束によりその磁化状態を変更して磁束量可変の回転電機装置を実現する。交流フラックスバリア２４は非磁性導体層と磁性体層とが交互に積層されて構成され，磁性体層に永久磁石２３が接するよう配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は，永久磁石界磁を持つ発電機，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）は広い回転速度範囲での駆動が可能であり，普及している。しかしながら，回転子表面近傍に配置された永久磁石は電機子コイルからの磁束に常に曝されて抗磁力が大の希土類磁石を必須とするが，希土類磁石は地域的に遍在するので希土類磁石以外の磁石による磁石励磁回転電機装置が求められている。

一方，ＩＰＭは永久磁石励磁である為の性能限界があり，更に制御性の改善，高速回転性能の改善等を指向して回転電機の運転中に永久磁石の磁化状態を不可逆的に変更する提案がある。特開２００６−２８０１９５，特開２００８−０４８５１４，特開２００８−１２５２０１等はそれらの例であり，回転子表面近傍の磁極を高低の抗磁力を持つ永久磁石で構成し，電機子コイルの作る磁界により低抗磁力磁石の磁化を変更しようとしている。しかしながら，電機子コイルの作る強い磁界に常に曝される位置への低抗磁力磁石の配置は前記低抗磁力磁石の磁化状態を不安定とし，システムの安定性には重大な懸念が残る。

特開２００６−２８０１９５号公報 特開２００８−０４８５１４号公報 特開２００８−１２５２０１号公報

したがって，本発明が解決しようとする課題は，希土類磁石以外の低抗磁力磁石を使用出来る回転電機システム，更にリラクタンストルクを利用しながら低回転速度域でのトルクを強化出来る回転電機システム及び磁束量制御方法を提供する事である。

請求項１の発明は，回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極に接するよう配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて一以上の電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，前記交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層が前記永久磁石の磁極面に接するよう配置されている事を特徴とする。

回転子内で永久磁石からの磁束は直流的に流れ，電機子コイルからの磁束は交流的に流れる。交流フラックスバリアはこれらの磁束の特徴を利用して電機子コイルから永久磁石に至る交流磁界の強度を減じ，永久磁石からの磁束を磁性体突極に通過させる。すなわち，交流フラックスバリアは磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成され，交流磁束は非磁性導体層内に渦電流を誘起して通過し難い。しかし，非磁性導電体層の孔部に磁性体が配置されて直流的な磁束に対する磁気抵抗は実効的に小である。孔部は貫通孔或いは有底孔で構成する。したがって，非磁性導体層に誘起される渦電流により流れる方向が変えられた一部の交流磁束は磁性体層に誘導されて無用な渦電流を生じることなく永久磁石から逸れ，非磁性導体層を越えて流れる直流磁束も磁性体層に沿って流れるよう誘導される。当然に各非磁性導体層同士は電気的に絶縁されている。

永久磁石の磁極に導体を配置した場合，電機子コイルからの交流磁束は導体内に渦電流を誘起して流れ難いが，導体は磁気的な空隙と等価であるので永久磁石からの磁束も流れ難く，永久磁石に大きな減磁界が加わる。交流フラックスバリアはこの課題を解消している。交流フラックスバリアに於いて，各導体層の厚みは小さくできるので各導体層に於いて交流磁束に対する磁気抵抗，直流磁束に対する磁気抵抗はそれぞれ小さく設定され，各磁性体層に誘導された交流磁束が永久磁石から逸れて流れる事で永久磁石に加えられる交流磁界強度が抑えられる。永久磁石の磁極面には常に磁路となる磁性体層が接するので永久磁石に作用する減磁界は抑制される。本発明により電機子からの交流磁界強度が減じられ，また永久磁石への減磁界は抑えられるので永久磁石には抗磁力が小の磁石素材を採用できる。

請求項２の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，非磁性導体層は導電性を有する磁性体板の積層により構成される磁性体突極から電気的に絶縁されている事を特徴とする。導電性を有する磁性体板の積層により構成される磁性体突極と非磁性導体層とは電気的に絶縁されて導電性磁性体板及び非磁性導体層を含む経路に循環電流が流れないよう構成される。導電性を有する磁性体板には硅素鋼板，パーマロイ等があり，電気的に絶縁する手段は導体層からの放熱を兼ねて熱伝導性に優れるセラミック層及び熱伝導性に優れる充填剤を利用できる。

請求項３の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子表面近傍の磁性体突極間には非磁性導体が少なくとも配置され，前記永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置されている事を特徴とする。回転子は表面近傍の磁性体突極間に非磁性導体を少なくとも有し，周方向の交流的な磁気抵抗変化が大に構成されてリラクタンストルクを利用できる回転電機装置であって，低速時のトルクを改善するために隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化する永久磁石を有する。永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置されるので電機子コイルからの磁界強度は小さく，更に交流フラックスバリアにより永久磁石に加えられる交流磁界は抑制される。

請求項４の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，前記永久磁石と交流フラックスバリアとが周方向に隣接する磁性体突極間に配置されている事を特徴とする。回転子は表面近傍の磁性体突極間に永久磁石と交流フラックスバリアを有する構造である。電機子コイルから永久磁石に至る交流磁界強度は交流フラックスバリアにより抑制され，また回転子表面に沿って交流的な磁気抵抗が交流フラックスバリアによって大とされ，リラクタンストルクを利用できる回転電機装置である。

請求項５の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子表面近傍の磁性体突極は空隙を含む非磁性体領域によって周方向に磁気的に区分され，前記永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置されている事を特徴とする。回転子は表面近傍の磁性体突極間に空隙を含む非磁性体領域を有し，周方向の磁気抵抗変化が大に構成されてリラクタンストルクを利用できる回転電機装置である。永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置されるので電機子コイルからの磁束は分散して磁界強度は弱められ，更に交流フラックスバリアにより永久磁石に加えられる交流磁界強度は抑制される。

請求項６の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，回転子を構成する磁性体基板の一部と前記磁性体突極とが回転子の表面近傍に周方向に交互に配置され，前記磁性体突極は前記永久磁石及び非磁性体により前記磁性体基板から磁気的に区分されている事を特徴とする。前記磁性体突極は少なくとも永久磁石を含む部材によりにより周囲の磁性体から磁気的に区分される構造であって，回転子を構成する磁性体基板の表面近傍に周方向に略周期的に埋め込まれている事を特徴とする。すなわち，磁性体突極は一様な磁性体基板中に配置された島状の磁極であって，磁性体突極間に位置する磁性体基板の一部を介して電機子コイルの作る磁束通過を可能にしてリラクタンストルクを発生させる。周囲の磁性体基板から磁性体突極を磁気的に区分する部材は永久磁石に加えて非磁性体，非磁性導体等が用いられる。

請求項７の発明は，請求項１記載の回転電機システムに於いて，電機子コイルは回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置された一以上の磁性体歯に巻回され，更に制御磁石が前記永久磁石と磁気的に並列接続され，且つ回転子に於いて電機子との対向面から離れた側に配置され，前記磁性体突極に対向する磁性体歯を少なくとも含む二つの磁性体歯内に互いに逆方向の磁束を発生させるよう磁性体歯に巻回されている電機子コイルそれぞれにパルス状電流を供給して前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする。

回転子は低速時のトルクを改善するために隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化する永久磁石及び制御磁石を有する。永久磁石の磁極近傍には交流フラックスバリアが配置され，永久磁石に電機子コイルから加えられる交流磁界強度が制限されるよう構成される。制御磁石が配置される位置は，電機子と対向する表面近傍から離れ，通常の回転駆動時に主として隣接する磁性体歯間からの漏れ磁界が減衰して制御磁石に不可逆的な磁化変化を生じさせないような位置である。制御磁石と永久磁石とは磁気的に並列接続され，制御磁石の磁化を変更する事により永久磁石からの磁束を制御磁石で短絡，或いは永久磁石からの磁束に制御磁石からの磁束を加算して電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される。最適化の対象とする出力とは，電動機の場合には回転駆動力，回生制動時の制動力及び回収エネルギー量，発電機の場合には発電電圧等である。

回転子を駆動する際には磁性体突極及び回転子表面に沿って磁束が流れるよう主として隣接する磁性体歯間からの漏れ磁束が回転子に加えられる。制御磁石の磁化状態を変更する際には磁性体突極内部まで励磁磁束が流れるよう少なくとも磁性体突極と対向する磁性体歯を含む二つの磁性体歯に巻回された電機子コイルそれぞれにパルス状電流が供給される。前記二つの磁性体歯は隣接する磁性体歯に限定される事無く，磁化変更しようとする制御磁石にパルス状励磁磁束を流すに適切な磁性体歯であって，制御磁石の磁化方向，磁性体突極と磁性体歯との位置関係により選択される。電機子コイルと回転子との位置に応じて電機子コイルに供給する電流を制御して回転子が駆動され，制御磁石の磁化状態が変更される。

永久磁石と制御磁石とは磁気的に並列に接続されるが，永久磁石の磁極近傍には交流フラックスバリアが配置されて交流磁束が流れ難いよう構成されるので電機子コイルからの磁束は制御磁石に集中されるよう構成される。永久磁石と制御磁石とは抗磁力と磁化方向厚みとがほぼ等しい条件においても磁化変更の容易さに差を設けられて制御磁石のみの磁化を変更できる。また，永久磁石，制御磁石共に希土類磁石以外の抗磁力が小さい磁石素材で構成できる。

請求項８の発明は，請求項７記載の回転電機システムに於いて，制御磁石は磁性体間に配置された磁化方向長さと抗磁力の積が異なる磁石要素を有し，前記磁性体により前記磁石要素を互いに並列接続して構成される事を特徴とする。制御磁石は磁化容易さの異なる一以上の磁石要素が並列に接続される構成，或いは磁化容易さ，すなわち，磁化方向長さと抗磁力の積が連続的に変わる磁石で構成される。制御磁石内に於いて異なる磁化容易さの分布態様は一つの磁極断面内に限定されることなく，電機子コイルと鎖交する磁束量全体として反映されるよう回転子全体に配分されればよい。電機子コイルによる起磁力（磁気ポテンシャル差）はほぼ均等に制御磁石を構成する磁石要素に加えられ，起磁力を磁化方向長さで除した値が各磁石要素に加わる磁界強度となるので磁化方向長さと抗磁力の積の小さな磁石要素が磁化されやすく，電機子コイルに加えられる電流により並列接続された磁石要素の磁化状態は選択的に制御される。

請求項９の発明は，請求項７記載の回転電機システムに於いて，制御磁石の磁化状態を変更する際にパルス状電流が供給される電機子コイル以外の電機子コイルは電機子コイル単位或いは電機子コイルの属するグループ単位でそれぞれ短絡される事を特徴とする。磁性体突極に対向して互いに逆方向のパルス状電流が供給される電機子コイルが巻回された磁性体歯近傍に非通電電機子コイルが巻回された磁性体歯が存在する場合にはその磁性体歯を介してパルス状磁束が短絡する可能性がある。前記非通電の電機子コイル両端を短絡させてパルス状磁束が短絡的に流れ難い構成とする。

請求項１０の発明は，請求項７記載の回転電機システムに於いて，互いに並列に接続されている制御磁石及び永久磁石の対に於いて制御磁石から流れる磁束量が永久磁石から流れる磁束量以上に設定された制御磁石及び永久磁石対を有し，制御磁石の磁化変更により電機子側に通過して流れる磁束量がほぼゼロとなる磁性体突極及び或いは電機子側に通過して流れる磁束の方向が逆転する磁性体突極が配置され，制御磁石の磁化を変更して電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数が変更される事を特徴とする。

高速回転では電機子コイルに供給する電流の切り替え周波数は高くなる。本発明は制御磁石及び永久磁石からの磁束が互いに加算されて電機子に流れる状態と，制御磁石及び永久磁石からの磁束が互いに相殺されて電機子側に流れる磁束量がほぼゼロになる状態とを制御磁石の磁化変更により切り替え可能に構成された磁性体突極を少なくとも有し，制御磁石の磁化を変更して電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数が変更可能に構成される。更に前記二つの状態と共に磁化方向が逆転された制御磁石からの磁束量が永久磁石からの磁束量を凌駕して電機子側に流れる磁束の方向が逆転される状態をも含めて電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を変更自在に構成する。これにより高速回転に於いても電機子コイルに供給する電流の周波数は抑えられて回転駆動を容易に出来る。

請求項１１の発明は，回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて一以上の電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁性体突極励磁方法であって，磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアと，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層に磁極面が接する永久磁石との組み合わせを各磁性体突極近傍に有し，電機子コイルから永久磁石に加えられる交流磁界の強度を交流フラックスバリアにより抑制しながら永久磁石からの磁束は交流フラックスバリアを通過させ，隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化する事を特徴とする磁性体突極励磁方法である。

交流フラックスバリアに於いて，交流磁束は非磁性導体層に渦電流を誘起して流れの方向を変えられ，一部は磁性体層に誘導される。非磁性導体層の長さを永久磁石部分と同程度とすると，磁性体層に誘導された交流磁束及び直流磁束が速やかに磁性体及び空隙を含む空間に開放される。更に各非磁性導体層の厚みは小に設定すると，渦電流による発熱を抑えながら磁性体層に誘導される磁束量が大とされ，直流磁束に対する非磁性導体層での磁気抵抗を小になる。また，永久磁石の磁極面には常に磁路となる磁性体層が存在するので永久磁石に作用する減磁界は抑制される。したがって，本発明により電機子からの交流磁界強度が減じられ，また永久磁石により磁性体突極を支障なく磁化できる。

請求項１２の発明は，回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置した一以上の磁性体歯及び磁性体歯に巻回された電機子コイルを有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁束量制御方法であって，制御磁石を有し，電機子との対向面から離れた部分で且つ前記永久磁石と磁気的に並列接続するよう前記制御磁石を配置し，更に磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層を前記永久磁石の磁極面に接するよう交流フラックスバリアを配置し，磁性体突極に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイルにパルス状電流を供給して前記磁性体突極に接している制御磁石の磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する磁束量制御方法である。

請求項１３の発明は，回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置した一以上の磁性体歯及び磁性体歯に巻回された電機子コイルを有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁極数制御方法であって，制御磁石を有し，電機子との対向面から離れた部分で且つ前記永久磁石と磁気的に並列接続するよう前記制御磁石を配置し，互いに並列に接続されている制御磁石及び永久磁石の対に於いて制御磁石から流れる磁束量が永久磁石から流れる磁束量以上に設定された制御磁石及び永久磁石対を有し，制御磁石の磁化変更により電機子側に通過して流れる磁束量がほぼゼロとなる磁性体突極及び或いは電機子側に通過して流れる磁束の方向が逆転する磁性体突極を配置し，更に磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層を前記永久磁石の磁極面に接するよう交流フラックスバリアを配置し，磁性体突極に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイルにパルス状電流を供給して前記磁性体突極に接している制御磁石の磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を制御する磁極数制御方法である。

回転電機装置には一以上の円筒状電機子と回転子が径方向に空隙を介して対向する構造，一以上の略円盤状電機子と回転子が軸方向に空隙を介して対向する構造，一以上の電機子と回転子とが円錐面形状の対向面を有する構造等が存在する。本発明は上記何れの構造の回転電機システムにも適用される。さらに，回転電機は電機子コイルへの電流を入力として回転力を出力とすれば電動機であり，回転力を入力として電機子コイルから電流を出力すれば発電機である。電動機或いは発電機に於いて最適の磁極構成は存在するが，可逆的であり，上記の請求項に規定する回転電機システム及び磁束量制御方法は電動機，発電機の何れにも適用される。

本発明によれば，隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化する永久磁石には交流フラックスバリアが配置されて電機子コイルから永久磁石に加えられる交流磁界強度を減じ，低抗磁力磁石の使用を可能にする。また，電機子との対向面から離れた磁性体突極の内部に制御磁石を有し，電機子コイルにパルス状の磁束を発生させて制御磁石の磁化状態を変更する。これにより，低速度域では磁石トルクを強化して発生トルクを大にし，高速度域では永久磁石及び制御磁石からの磁束を相殺させてリラクタンスモータとして機能する。更に本発明では，回転子の磁極構成により永久磁石，制御磁石へのパルス状磁束の流れ易さを変え，制御磁石の磁化状態を変更するので両磁石を構成する自由度は大きく，例えば同一の磁石素材によって永久磁石及び制御磁石を構成できる。

第一の実施例による回転電機の縦断面図である。 図１に示された回転電機のＡ−Ａ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 図２の拡大された断面の一部で磁性体突極間の永久磁石及び交流フラックスバリアを示す。 第二の実施例による回転電機の縦断面図である。 図４に示された回転電機のＢ−Ｂ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 図５の拡大された断面の一部で磁性体突極近傍を示す。 第三の実施例による回転電機の縦断面図である。 図７に示された回転電機のＣ−Ｃ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 図８の拡大された断面の一部で磁性体突極近傍を示す。 第四の実施例による回転電機の縦断面図である。 図１０に示された回転電機のＤ−Ｄ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 （ａ）は回転子の拡大された断面の一部で通常界磁に於ける磁束の流れを，（ｂ）は回転子の拡大された断面の一部で弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。 電機子，回転子の拡大された断面の一部で制御磁石の磁化変更時に電機子コイルから加えられる磁束の流れを示す。 制御磁石の構成及び各種磁化状態を示す縦断面図である。 第五の実施例による回転電機の縦断面図である。 図１５に示された回転電機のＥ−Ｅ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 図１５に示された回転電機のＦ−Ｆ’に沿う電機子及び回転子の断面図である。 図１５に示された回転電機の回転子の拡大された縦断面図であり，弱め界磁の磁束の流れを示す。 （ａ）は回転子の拡大された断面の一部で通常界磁に於ける磁束の流れを，（ｂ）は回転子の拡大された断面の一部で弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。 回転子，電機子の拡大された断面図及び制御磁石の磁化を変更する磁束の流れを示す。 回転子，電機子の拡大された断面図及び制御磁石の磁化を変更する磁束の流れを示す。 回転子，電機子の拡大された断面図及び制御磁石の磁化を変更する磁束の流れを示す。 第六の実施例による回転電機の電機子及び回転子の断面図である。 制御磁石の構成を示す縦断面図である。 回転子の断面図及び通常界磁に於ける磁束の流れを示す。 回転子の断面図及び弱め界磁に於ける磁束の流れを示す。 回転子の断面図及び低減された磁極数に於ける磁束の流れを示す。 第七の実施例による回転電機システムのブロック図である。

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システムの第一実施例を図１から図３を用いて説明する。第一実施例は，希土類磁石以外の磁石を採用可能な磁石励磁回転電機である。図１はラジアルギャップ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に回動可能に支持されている。電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，磁性体歯１４と，電機子コイル１６とを有する。回転子は表面磁極部１７，回転子支持体１８を有して回転軸１１と共に回転する。番号１９は回転子両端に配置された放熱板であり，熱伝導の良いアルミニウムで構成され，表面磁極部１７内の非磁性導体層と熱伝導性の良い絶縁体を介して連結されて放熱を容易にしている。

図２は図１のＡ−Ａ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部１７は一様な磁性体中に２つの交流フラックスバリア２４及び永久磁石２３が周方向に略周期的に埋め込まれて磁性体突極が形成され，隣接する磁性体突極は磁性体突極２１，磁性体突極２２として識別されている。永久磁石２３は隣接する磁性体突極２１，２２を互いに異極に磁化するよう周方向に隣接する永久磁石２３同士の磁化方向は互いに逆に設定されている。永久磁石２３に付された矢印は磁化方向を示す。交流フラックスバリア２４（以下ではＡＦＢ２４と略称する）の構成及び機能は図３を参照して説明される。磁性体突極２１，磁性体突極２２は幅の狭い可飽和磁性体部で連結された構成として所定の型でケイ素鋼板を打ち抜き，積層して構成され，ケイ素鋼板に設けられたスロットに永久磁石２３，ＡＦＢ２４のブロック部分が挿入される。

図２に示されるように電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５と，円筒状磁気ヨーク１５から径方向に延び，周方向に磁気空隙を有する複数の磁性体歯１４と，磁性体歯１４に巻回された電機子コイル１６とから構成されている。本実施例では回転子の８極に対して１２個の電機子コイルが配置され，３相に結線されている。

本実施例のＡＦＢ２４を永久磁石２３近傍に配置する目的は，永久磁石２３からの磁束を支障なく通過させながら電機子コイル１６から永久磁石２３に加えられる磁界の強度を減少させる事である。回転子内では永久磁石からの磁束は直流的に流れ，電機子コイルからの磁束はパルス状で交流成分を多く含む。ＡＦＢ２４はこれらの磁束の特徴を利用して直流磁束を通過させながら交流磁束の磁界強度を減じている。電機子コイルから永久磁石２３に加えられる磁界強度を減ずる事により，従来希土類磁石を使用していた位置に抗磁力が小の希土類以外の磁石採用を可能とする。或いは従来構造より薄い希土類磁石の採用を可能にして省希土類磁石を可能にする。またＡＦＢ２４は回転子表面に沿う交流的な磁気抵抗変化を大にしてリラクタンストルクを大にしている。

図３は回転子の磁性体突極間近傍に於ける断面図の一部を拡大し，ＡＦＢ２４の構成及び動作原理を説明する為の図である。永久磁石２３は径方向の磁化を有し，それぞれの磁極面近傍にはＡＦＢ２４が配置されている。ＡＦＢ２４は５層の非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５と磁性体層３７，３８，３９，３ａ，３ｂとがそれぞれ交互に積層されて構成され，永久磁石２３の磁極面には磁性体層３７が接し，磁性体突極側には非磁性導体層３５が配置されている。番号３６は非磁性導体層３１に設けられた貫通孔を示し，内部に圧粉鉄心が配置されている。

０．２ミリメートルの厚さを持つ銅の薄板である非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５と１ミリメートルの厚さを持つ圧粉鉄心である磁性体層３８，３９，３ａ，３ｂは一体としてブロック状に構成され，ケイ素鋼板に設けられたスロットに挿入される。磁性体層３７はケイ素鋼板の一部である。番号３ｃは永久磁石２３端に配置された非磁性体を示す。図示されていないが，非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５表面は熱伝導性の良い絶縁体層として薄いセラミック層で被覆され，放熱板１９と非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５とは熱伝導性の良い絶縁体，例えばセラミックを介して連結されている。非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５それぞれも互いに電気的に絶縁されている。これらの絶縁体層及び絶縁体は磁性体突極を構成するケイ素鋼板と非磁性導体層とが閉じた電流回路を形成しないよう配置されている。

非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５は磁気的には空隙と等価であり，磁束の通過に際して若干の抵抗となるが，０．２ミリメートル程度の厚さの銅板で構成されているので磁気抵抗は小さく，更に非磁性導体層３１は内部に圧粉鉄心が配置された複数の貫通孔を有しているので直流的な磁束に対する磁気抵抗は小さく，永久磁石２３からの磁束は容易に非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５を越え，磁気抵抗の小さい磁性体層３７，３８，３９，３ａ，３ｂに沿って流れる。更にＡＢＦ２４は永久磁石２３とほぼ同程度の長さであるのでＡＢＦ２４の外側を通過して磁性体突極に至る磁束も存在できる。したがって，永久磁石２３からの磁束は容易に磁性体突極及び電機子を介して流れ，永久磁石２３に過大な減磁界が作用する事はない。

回転子が無い状態で電機子からの交流磁束は隣接する磁性体歯１４をブリッジするよう弧状に流れようとする。回転子の表面近傍の磁性体突極２１，２２間にはＡＢＦ２４が埋め込まれているのでＡＢＦ２４内の非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５には交流磁束の時間変化を妨げる方向の渦電流が誘起され，交流磁束は各非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５を避け，回り込むように流れる。したがって，電機子からの交流磁束は各非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５で誘起される渦電流により流れる方向が変えられる。方向を変えられた交流磁束の一部は非磁性導体層を越えて流れ，一部は磁性体層３７，３８，３９，３ａ，３ｂに沿って回転子外に導かれ，永久磁石２３にまで到達して通過する磁束量は減少される。ＡＢＦ２４は回転子の表面に沿って交流磁束に対する磁気抵抗を大にすると共に全体として回転子表面に沿う磁束を多くするので回転子を周方向に吸引するリラクタンストルクは大になる。

交流磁束の流れを阻止するには導体ブロックをＡＢＦ２４の位置に配置しても同様の効果を得られるが，その場合に厚みが大の導体ブロックは永久磁石２３からの磁束も流れ難くして永久磁石には過大な自己減磁界が作用する事になる。本実施例によれば，永久磁石２３からの直流的な磁束の流れを妨げることなく，電機子コイル１６から永久磁石２３に至る交流磁界の強度を抑制出来るので抗磁力の小さな希土類以外の永久磁石素材，或いは比較的厚みが小の希土類磁石素材を採用する事が出来る。

以上はシンプルなモデルによる説明である。実際に非磁性導体層３１，３２，３３，３４，３５に作用する磁束は粗密分布を有して磁束の流れもシンプルではないが，本発明の趣旨を十分に理解できる。ＡＢＦ２４及び永久磁石２３近傍の磁界分布は，ＡＢＦ２４を構成する各非磁性導体層，各磁性体層の形状，厚み，導電率，透磁率，層数，更に電機子コイル１６が発生する磁界の周波数成分等の各種パラメータに依存し，前記各パラメータは回転電機装置の仕様により設定される。

本実施例ではＡＦＢ２４内の非磁性導体層に誘起される渦電流により永久磁石２３に加わる磁界強度を抑制している。中高速領域に於いて，回転子を駆動させるために電機子コイル１６が加える磁界は必然的にパルス状或いは交流磁界であって上記条件を容易に満たす事が出来る。しかし，起動時及び低速時においてはＡＦＢ２４内の非磁性導体層に十分な大きさの渦電流を誘起できず，永久磁石２３に過大な磁界強度が加わる可能性がある。そのような懸念のある場合には，起動時及び低速時に於ける駆動電流として所定時間間隔の連続パルス電流を電機子コイル１６に加える事で解決される。ＡＦＢ２４内の非磁性導体層により電機子コイル１６のインダクタンスは小となるので短い時間間隔でのパルス状電流は容易に流せる。

従来の回転電機に於いて，電機子に対向する回転子表面には容易に非可逆減磁を生じないネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）の配置が望ましいが，本実施例では上記説明のように通常の回転駆動時に電機子コイルから永久磁石２３に加えられる磁界強度は減じられる。ネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）では不可逆的な磁化変更に必要な磁界強度が２４００ｋＡ／ｍ（キロアンペア／メートル）程度であり，アルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）では不可逆的な磁化変更に必要な磁界強度は２４０ｋＡ／ｍ程度である。本実施例に於いて永久磁石２３はアルニコ磁石で構成されている。

以上，図１から図３を用いて第一実施例の構成を示し，交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を用いて電機子コイル１６から永久磁石２３に加えられる交流磁界の強度を抑制しながら永久磁石２３から電機子コイル１６と鎖交する磁束量を確保出来る回転電機装置をＡＦＢの作用原理を中心に説明した。本実施例に示した回転電機装置は電動機或いは発電機として動作するが，新規なＡＦＢを含む磁極構成以外は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

また，本実施例に於いて，永久磁石からの磁束量は一定であるが，従来の回転電機装置と同様に駆動電流の位相を進ませて弱め界磁とする事が出来る。すなわち，磁性体突極と電機子コイル１６との位置に応じた電流を電機子コイル１６に流し，自己インダクタンスにより逆起電力を発生させ，電機子コイル１６に現れる総合的な誘起電圧を抑制して高速回転域でも回転駆動力を得る事が出来る。これは従来の回転電機装置と同様に負のｄ軸（磁性体突極に於いて径方向）電流を供給する事による弱め界磁制御と同じであり，物理的に永久磁石２３の磁化を弱める事にならないが，電機子コイル１６に現れる誘起電圧を減ずる結果は同じである。このように本実施例に示した回転電機装置は従来の回転電機装置と同様に弱め界磁可能な電動機或いは発電機として使用できる。

本発明による回転電機システムの第二実施例を図４，５，６を用いて説明する。第二実施例は，希土類磁石以外の磁石採用が可能な磁石励磁回転電機システムである。図４はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，第一実施例とは回転子の磁極構造が異なり，異なる点に集中して説明する。番号４１は回転子の表面磁極部を示している。

図５は図４のＢ−Ｂ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部４１は少なくとも永久磁石を含む部材により磁性体基板から磁気的に区分された磁性体突極が回転子を構成する磁性体基板の表面近傍に周方向にほぼ等間隔で配置されている。すなわち，磁性体突極は一様な磁性体基板５９中に配置された島状の磁極であって，磁性体突極間を介する磁路に電機子コイルの作る磁束通過を可能にしてリラクタンストルクを発生出来る。

隣接する磁性体突極は磁性体突極５１，磁性体突極５２として識別され，磁性体突極５１に接する永久磁石５４，５５，磁性体突極５２に接する永久磁石５６，５７は隣接する磁性体突極５１，５２を互いに異極に磁化するよう永久磁石５４，５５，５６，５７の磁化方向が設定されている。永久磁石５４，５５，５６，５７に付された矢印は磁化方向を示す。磁性体突極５１，５２間の中間磁性体突極５３は磁性体基板５９の一部である。永久磁石５４，５５，５６，５７の近傍にはそれぞれ銅板５８が配置され，その具体的な構造は図６を用いて説明される。

図６は更に磁性体突極５１近傍の拡大された断面図を示し，磁性体突極５１の構成を説明する。同図に示されるように磁性体突極５１は永久磁石５４，５５，更にそれぞれの永久磁石に磁性体層６１を介して配置された厚さ１ミリメートルの銅板５８により磁性体基板５９から磁気的に区分されるよう構成されている。銅板５８には直径１ミリメートルの貫通孔６２が設けられ，内部には圧粉鉄心が配置されている。貫通孔６２は底部の厚みが微小な有底の孔としてもよく，その場合は組み立てに際して圧粉鉄心の脱落を避ける事が出来る。銅板５８及び磁性体層６１は本実施例に於いて交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を構成している。番号６３，６４は永久磁石５４，５５端に配置された非磁性体部分を示し，永久磁石５４，５５が磁気的に短絡され難いよう配置されている。磁性体基板５９をケイ素鋼板とし，所定の型でケイ素鋼板を打ち抜いて積層し，ケイ素鋼板に設けられたスロットに永久磁石５４，５５，銅板５８が挿入されて構成される。

すなわち，磁性体突極５１は永久磁石５４，５５，非磁性導体である銅板５８によって磁性体基板５９から磁気的に区分され，銅板５８を含むＡＦＢにより電機子コイルが発生する交流磁束が通過し難いよう構成されている。磁性体突極５２も磁性体突極５１と同じ構成であり，磁性体突極５１が近傍に配置された永久磁石５４，５５によってＮ極に磁化され，磁性体突極５２が近傍に配置された永久磁石５６，５７によってＳ極に磁化されるよう構成されている点が異なる。

磁性体層６１は磁性体基板５９の一部であり，銅板５８及び磁性体層６１は層数，形状は異なるが，第一実施例に於ける交流フラックスバリアに相当する。圧粉鉄心の飽和磁束密度は永久磁石５４，５５の残留磁束密度の２倍程度であるので銅板５８に設ける貫通孔６２の断面積の総和を銅板５８の面積の約半分程度に設定する。電機子コイル１６から加えられる交流磁束は銅板５８に誘起される渦電流により妨げられ，銅板５８を回り込むよう流れる。更に磁性体層６１の厚みは約１ミリメートルとして永久磁石５４或いは５５からの磁束により磁性体層６１がほぼ磁気的に飽和される程度に設定し，銅板５８を回り込むよう流れる交流磁束が磁性体層６１を介して永久磁石５４，５５を流れ難いよう構成されている。本実施例による交流フラックスバリアは銅板５８の厚みを１ミリメートルと十分に大にして電機子コイル１６からの交流磁界の強度を十分に抑制させ，また永久磁石からの磁束が磁性体突極，磁性体層６１，貫通孔６２を介して電機子側に支障なく流れるよう構成されている。

本実施例に於いて，銅板５８に誘起される渦電流は実効的に回転子表面の周方向に沿う交流磁気抵抗を増大させてリラクタンストルクを大にし，また永久磁石５４，５５，５６，５７は磁石トルクの利用を可能にする。永久磁石５４，５５，５６，５７は銅板５８を含むＡＦＢにより交流磁束の流れは抑制されるので電機子コイル１６からの磁束が永久磁石５４，５５，５６，５７の磁化に及ぼす影響は抑制される。従って，永久磁石５４，５５，５６，５７には比較的低抗磁力の希土類磁石以外の永久磁石素材採用が可能である。更にまた，磁性体突極５１，５２は磁性体基板５９から磁気的に区分された島状の突極であって，磁性体突極５１，５２間には中間磁性体突極５３が配置され，中間磁性体突極５３を介して電機子コイル１６が発生する磁束が流れる事が出来る。すなわち，本実施例では電機子コイル１６が発生する磁束が中間磁性体５３及び回転子内部の磁性体基板５９を介して流れてリラクタンストルクを発生出来る。

以上，図４，５，６を用いて第二実施例の構成を示し，交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を用いて電機子コイル１６から永久磁石５４，５５，５６，５７に加えられる交流磁界の強度を抑制しながら永久磁石５４，５５，５６，５７から電機子コイル１６と鎖交する磁束量を確保出来る回転電機装置を説明した。本実施例に示した回転電機装置は電動機或いは発電機として動作するが，新規な回転子構成以外は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例に於いて，銅板５８に設けられた貫通孔６２の直径を約１ミリメートルに設定したが，貫通孔６２の直径の設定には柔軟性がある。しかし，貫通孔６２の直径をあまりに大きく設定すると，貫通孔６２を介して交流磁束が滲み出す可能性がある。交流磁束の滲み出しを考慮して貫通孔６２の直径は銅板５８及び磁性体層６１の厚みの和より小とし，交流磁束の波長より小とする。また，本実施例では交流フラックスバリアを永久磁石に関して磁性体突極の反対側に配置したが，磁性体突極側に配置する事も可能であり，永久磁石の二つの磁極面に接するよう配置する事も可能である。

本実施例で用いられた交流フラックスバリア（ＡＦＢ）は一種の低域通過フィルタであって低周波数の磁束を通過させ，高周波数の磁束の通過を困難にする。この目的に最も適合する構成は導電性の磁性体ブロック，例えば軟鉄ブロックを銅板５８の位置に配置する事である。しかし，導電性の磁性体ブロックは高周波数の磁束の遮断特性は優れているが，電気抵抗が大で渦電流損に伴う発熱が過大である。更に高周波数の磁束の遮断特性が急峻であって周方向の交流磁気抵抗の制御も容易ではない。本実施例では上記理由で銅板５８を採用してＡＦＢを構成したが，導電性に優れ，透磁率の均一な導電性磁性体を採用してＡＦＢを構成する事も出来る。

本発明による回転電機システムの第三実施例を図７，８，９を用いて説明する。第三実施例は，希土類磁石以外の磁石採用が可能な磁石励磁回転電機システムである。図７はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，第一実施例とは回転子の磁極構造が異なり，異なる点に集中して説明する。番号７１は回転子の表面磁極部を，番号７２は永久磁石を，番号７３は銅板をそれぞれ示している。永久磁石７２に付された矢印は磁化方向を示す。

図８は図７のＣ−Ｃ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部７１は周方向に交互に凸部と凹部とを表面に有する磁性体で構成されている。隣接する凸部は磁性体突極８１，８２として周方向に交互に配置されている。番号８３は凹部を示す。磁性体突極８１の電機子から離れた側には銅板７３，永久磁石７２がそれぞれの間に磁性体層８４を挟むよう配置され，磁性体突極８１，８２が互いに異なる方向に磁化されている。銅板７３及び磁性体層８４は交流フラックスバリアを構成し，磁性体層８４は圧粉鉄心より構成されて銅板７３，磁性体層８４，永久磁石７２は一体のブロックとして構成されている。磁性体突極８１，８２は幅の狭い可飽和磁性体部で連結された構成として所定の型でケイ素鋼板を打ち抜き，積層して構成され，ケイ素鋼板に設けられたスロットに銅板７３，磁性体層８４，永久磁石７２のブロックが挿入される。永久磁石７２内の矢印は磁化方向を示している。凹部８３では回転子の表面に於ける磁気抵抗が大であり，リラクタンストルクが大にされる。電機子は図２に示された第一実施例の電機子と同じであるので再度の説明は省略する。

図９は更に磁性体突極８１近傍の拡大された断面図を示し，交流フラックスバリアの構成を説明する。本実施例に於いて，銅板７３及び磁性体層８４は交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を構成している。銅板７３は厚さ１ミリメートルとし，直径１ミリメートルの貫通孔９１が設けられ，貫通孔９１内部には圧粉鉄心が配置されている。圧粉鉄心の飽和磁束密度は永久磁石７２の残留磁束密度の２倍程度であるので銅板７３に設けられた貫通孔９１の断面積の総和を銅板７３の面積の約半分程度に設定されている。電機子コイル１６から加えられる交流磁束は銅板７３に誘起される渦電流により銅板７３を回り込むよう流れる。更に磁性体層８４の厚みは約１ミリメートルとして永久磁石７２からの磁束により磁性体層８４がほぼ磁気的に飽和される程度に設定し，銅板７３を回り込むよう流れる交流磁束が永久磁石７２を流れ難いよう構成されている。本実施例による交流フラックスバリアは銅板７３の厚みは１ミリメートルと十分に大にして電機子コイル１６からの交流磁界の強度を十分に抑制させ，また永久磁石７２からの磁束が磁性体層８４，貫通孔９１，磁性体突極８１を介して電機子側に支障なく流れるよう構成されている。番号９２は永久磁石７２端に配置された非磁性体を示す。

本実施例に於いて，磁性体突極間の凹部８３は回転子表面の周方向に沿う磁気抵抗を増大させてリラクタンストルクを大にし，また永久磁石７２は磁石トルクの利用を可能にする。永久磁石７２は磁性体突極８１，８２の延長部それぞれに配置されるので電機子コイル１６から遠く離れ，更に永久磁石７２の外周側に配置された交流フラックスバリアにより交流磁界の強度は抑制されるので電機子コイル１６からの磁束が永久磁石７２の磁化に及ぼす影響は抑制される。従って，永久磁石７２には比較的低抗磁力の希土類磁石以外の永久磁石素材採用が可能である。

以上，図７，８，９を用いて第三実施例の構成を示し，交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を用いて電機子コイル１６から永久磁石７２に加えられる交流磁界の強度を抑制しながら永久磁石７２から電機子コイル１６と鎖交する磁束量を確保出来る回転電機装置を説明した。本実施例に示した回転電機装置は電動機或いは発電機として動作するが，新規な回転子構成以外は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本発明による回転電機システムの第四実施例を図１０から図１４を用いて説明する。第四実施例は，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御可能な磁石励磁回転電機システムである。第一実施例から第三実施例の回転電機はセグメント構造のリラクタンスモータに於いて，低速トルクを強化する為に永久磁石を埋め込んだ構造として理解できる。しかしながら，回転速度が大になると，永久磁石からの磁束により逆起電力が大となり，高速回転は制限される事になった。本実施例では更に制御磁石を有し，制御磁石の磁化を変更する事により高速回転領域で電機子コイルと鎖交する磁束量を減じて高速回転限界を拡大する。図１０はラジアルギャップ構造の回転電機に本発明を適用した実施例の縦断面図を示し，第二実施例とは回転子の磁極構造が異なり，異なる点に集中して説明する。番号１０１は回転子の表面磁極部を，番号１０２は制御磁石をそれぞれ示している。

図１１は図１０のＤ−Ｄ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部１０１は少なくとも永久磁石を含む部材により周囲の磁性体から磁気的に区分された磁性体突極が回転子の表面近傍に周方向にほぼ等間隔で配置されるよう構成されている。すなわち，磁性体突極は一様な磁性体基板１１ｂ中に配置された島状の磁極であって，磁性体突極間を介する磁路に電機子コイルからの作る磁束を通過させてリラクタンストルクを発生出来る。

隣接する磁性体突極は磁性体突極１１１，磁性体突極１１２として識別され，磁性体突極１１１に接する永久磁石１１４，１１５，磁性体突極１１２に接する永久磁石１１６，１１７は隣接する磁性体突極１１１，１１２を互いに異極に磁化するよう永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７の磁化方向が設定されている。磁性体突極１１１，１１２間の中間磁性体突極１１３は磁性体基板１１ｂの一部である。永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７の近傍にはそれぞれ銅板１１８が配置され，更に磁性体突極１１１に接する制御磁石１１９，磁性体突極１１２に接する制御磁石１１ａが配置されている。永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７，制御磁石１１９，１１ａに付された矢印は磁化方向を示す。磁性体突極１１１，１１２の更に詳しい構造は図１２を用いて説明される。

図１２（ａ），（ｂ）は磁性体突極１１１，１１２近傍の拡大された断面図を示し，磁性体突極１１１，１１２の構成及び通常，弱め界磁に於ける磁束の流れを説明する。同図に示されるように磁性体突極１１１は永久磁石１１４，１１５，更に永久磁石１１４，１１５に磁性体層１２１を介して配置された厚さ１ミリメートルの銅板１１８，制御磁石１１９により磁性体基板１１ｂから磁気的に区分されるよう構成されている。銅板１１８には直径１ミリメートルの貫通孔１２２が設けられ，内部には圧粉鉄心が配置されている。銅板１１８及び磁性体層１２１は本実施例に於いて交流フラックスバリア（ＡＦＢ）を構成している。磁性体突極１１２も同様に構成されている。磁性体基板１１ｂをケイ素鋼板とし，所定の型でケイ素鋼板を打ち抜いて積層し，ケイ素鋼板に設けられたスロットに永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７，制御磁石１１９，１１ａ，銅板１１８が挿入されて構成される。永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７，制御磁石１１９，１１ａ内の矢印はそれぞれの磁化方向を示す。

磁性体層１２１は磁性体基板１１ｂの一部であり，銅板１１８及び磁性体層１２１は第二実施例に於ける交流フラックスバリアと同じである。圧粉鉄心の飽和磁束密度は永久磁石１１４，１１５の残留磁束密度の２倍程度であるので銅板１１８に設ける貫通孔１２２の断面積の総和を銅板１１８の面積の約半分程度に設定する。電機子コイル１６から加えられる交流磁束は銅板１１８に誘起される渦電流により妨げられ，銅板１１８を回り込むよう流れる。更に磁性体層１２１の厚みは約１ミリメートルとして永久磁石１１４或いは１１５からの磁束により磁性体層１２１がほぼ磁気的に飽和される程度に設定し，銅板１１８を回り込むよう流れる交流磁束が永久磁石１１４，１１５を流れ難いよう構成されている。本実施例による交流フラックスバリアは銅板１１８の厚みは１ミリメートルと十分に大にして電機子コイル１６からの交流磁界の強度を十分に抑制させ，また永久磁石からの磁束が磁性体突極を介して電機子側に支障なく流れるよう構成されている。

図１２（ａ）は通常界磁，図１２（ｂ）は弱め界磁の状態を示す。図１２（ａ）に於いて，点線１２３は永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７からの磁束を代表して示し，点線１２４は制御磁石１１９，１１ａからの磁束を代表して示している。同図に示されるように永久磁石１１４，１１５と制御磁石１１９とが磁性体突極１１１をＮ極に磁化し，永久磁石１１６，１１７と制御磁石１１ａとが磁性体突極１１２をＳ極に磁化する場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態である。制御磁石１１９の磁化方向が外径方向である場合，制御磁石１１ａの磁化方向が内径方向である場合が通常界磁に相当する。

図１２（ｂ）は図１２（ａ）に示す状態から制御磁石１１９，１１ａの磁化方向が反転された状態である。制御磁石１１９と永久磁石１１４，１１５は閉磁路を構成し，制御磁石１１ａと永久磁石１１６，１１７は閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号１２５は閉磁路を構成している磁束を代表して示し，図１２（ｂ）の場合が弱め界磁の状態に相当する。この状態で電機子側に流れる磁束量は制御磁石１１９，１１ａ，永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７の飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。図１２（ｂ）に示されるように制御磁石１１９の磁化方向が内径方向である場合，制御磁石１１ａの磁化方向が外径方向である場合が弱め界磁に相当する。

図１３は図１１に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，この図を用いて制御磁石の磁化変更に際して電機子コイルから加えられる励磁磁束の流れを説明する。同図に於いて，磁性体突極１１１，１１２と対向する磁性体歯及びそれに巻回されている電機子コイルを識別する為に磁性体歯に番号１３１，１３２，１３３が付され，電機子コイルには番号１３４，１３５，１３６が付されている。図１１に示したように本実施例では回転子の８極に対して１２個の電機子コイルが配置されて３相に結線されている。電機子コイル１３４，１３５，１３６はそれぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相の電機子コイルに相当し，電機子コイル１６を各相毎に識別する為に番号が付されている。

図１４は磁化方向の厚みが異なる磁石要素１４１，１４２が軸方向に繰り返し配置されている制御磁石１１９の縦断面の一部を拡大して示した図であり，同図により磁石要素１４１，１４２の関係及び通常，弱め界磁状態を説明する。番号１４３は圧粉鉄心を示し，番号１４４は磁石要素１４１，１４２間の磁気的な結合を減じる為に配置された非磁性体を示す。磁石要素１４１は磁性体突極１１１と接し，磁石要素１４２は圧粉鉄心１４３を介して磁性体突極１１１と接している。圧粉鉄心１４３は比抵抗が大であるのでパルス状磁束が容易に通過できる。

電機子コイル１６により磁性体突極１１１，中間磁性体突極１１３間に磁界が加えられると，磁石要素１４１，１４２を挟んでいる磁性体突極１１１と磁性体基板１１ｂ間の磁気ポテンシャル差（起磁力）はほぼ一様として磁石要素１４１，１４２内では磁気ポテンシャル差を長さで除した値に相当する磁界強度が加えられ，その磁界強度が抗磁力を越えた磁石要素の磁化が変更される。したがって，厚みの小さい磁石要素１４２が磁化されやすく，厚みの大きい磁石要素１４１は磁化され難い。磁石要素１４１，１４２の磁化状態を変更する際に電機子コイル１６にはパルス状の電流が供給され，誘起されたパルス状磁束は銅板１１８を含む交流フラックスバリアを通り難くて永久磁石１１４，１１５に加わる磁界強度は弱く，永久磁石１１４，１１５の磁化状態は変更されない。

磁石要素１４１，１４２の磁極面積は等しく設定され，永久磁石１１４，１１５の磁極面積の和と残留磁束密度との積は磁石要素１４１，１４２の磁極面積の和と残留磁束密度との積に等しく設定されている。図１４（ａ）に於いて磁石要素１４１，１４２の磁化方向は上方向（外径方向）であり，電機子コイル１６と鎖交する磁束量が最大となる。この状態を基準として電機子コイル１６と鎖交する磁束量を１．０とする。図１４（ｂ），（ｄ）の状態では磁石要素１４１，１４２の磁化方向が互いに逆であって磁石要素１４１，１４２は閉磁路を構成するので電機子コイル１６と鎖交する磁束は永久磁石１１４，１１５に起因する磁束のみであって０．５に相当する。図１４（ｃ）では磁石要素１４１，１４２の磁化方向が下方向（内径方向）であって永久磁石１１４，１１５と磁石要素１４１，１４２とは閉磁路を構成するので電機子コイル１６と鎖交する磁束量は最小で０．０となる。

磁石要素１４１，１４２の磁化状態を弱め界磁方向に変更するには磁性体突極１１１を介して制御磁石１１９の磁化方向と逆方向に流れるパルス状磁束１３７，１３８が流れるよう電機子コイル１３４と電機子コイル１３５，１３６とに互いに逆方向のパルス状電流を供給する。パルス状の磁束１３７は銅板１１８では渦電流が誘起されて流れ難く，制御磁石１１９（磁石要素１４１，１４２）に集中されて磁化状態が変更される。パルス状磁束１３８は制御磁石１１９及び隣接する制御磁石１１ａを介して流れるが，磁路が長く，制御磁石１１９と制御磁石１１ａが直列に含まれるのでその磁束量は少なく，制御磁石１１ａの磁化を変更するに至らない。

図１４（ａ）の状態から電機子側に流れる磁束量を減ずる為には最も磁化方向厚みの小さい磁石要素１４２の磁化方向を反転させると共に磁石要素１４１の磁化に影響しないよう電機子コイル１３４，１３５，１３６に供給するパルス状電流を設定してパルス状磁束１３７を発生させる。その結果が図１４（ｂ）であり，磁石要素１４１，１４２からの磁束は互いに相殺されて磁性体突極１４１，１４２を介して電機子コイルと鎖交する磁束量は０．５となる。

更に図１４（ｂ）の状態から電機子側に流れる磁束量を減ずる為には二番目に磁化方向厚みの小さい磁石要素１４１の磁化方向を反転させるよう電機子コイル１３４，１３５，１３６に供給するパルス状電流を設定してパルス状磁束１３７を発生させる。その結果が図１４（ｃ）であり，磁石要素１４１，１４２が供給する磁束は永久磁石１１４，１１５からの磁束と相殺されるので磁性体突極１４１，１４２を介して電機子コイルと鎖交する磁束量はほぼ０．０となる。

磁石要素１４１，１４２の磁化状態を強め界磁方向に変更するには磁性体突極１１１を介して制御磁石１１９の磁化方向と逆方向に流れるパルス状磁束１３７，１３８が流れるよう電機子コイル１３４と電機子コイル１３５，１３６とに互いに逆方向のパルス状電流を供給する。パルス状の磁束１３７は銅板１１８では渦電流が誘起されて流れ難く，制御磁石１１９（磁石要素１４１，１４２）に集中されて磁化状態が変更される。パルス状磁束１３８は制御磁石１１９及び隣接する制御磁石１１ａを介して流れるが，磁束量は少なく，制御磁石１１ａの磁化を変更するに至らない。

電機子コイルとの鎖交磁束量が最も少ない場合は磁石要素１４１，１４２の磁化状態が図１４（ｃ）に示される状態であり，磁性体突極１４１，１４２を介して電機子コイルと鎖交する磁束量はほぼ０．０である。この状態から電機子コイルとの鎖交磁束量を増やすには磁石要素１４１，１４２に於いて上方向の磁化を増やす事である。磁化方向厚みが最も小さい磁石要素１４２の磁化方向を反転させて磁石要素１４１の磁化方向に影響しない大きさのパルス状電流を１３４，１３５，１３６に供給して磁石要素１４２の磁化方向を上方向とする。この状態が図１４（ｄ）であり，磁性体突極１４１，１４２を介して電機子コイルと鎖交する磁束量は０．５となる。

更に電機子コイルとの鎖交磁束量を増やすには磁化方向厚みが２番目に小さい磁石要素１４１の磁化方向を上方向に変える大きさのパルス状電流を電機子コイル１３４，１３５，１３６に供給して磁石要素１４１の磁化方向を上方向とする。この状態が図１４（ａ）であり，磁性体突極１４１，１４２を介して電機子コイルと鎖交する磁束量は１．０となる。

上記の過程は制御磁石１１９の磁化状態を変更する為の説明であり，制御磁石１１ａの磁化状態は変更されない。制御磁石１１ａの磁化変更は制御磁石１１９の磁化変更に引き続いて磁性体突極１１２と磁性体歯１３１が対向した時に制御磁石１１９の磁化変更と同じステップにより変更する。

本実施例では磁化方向厚みの異なる磁石要素を軸方向に並べて制御磁石を構成したので電機子コイルと鎖交する磁束量は軸方向に異なり，逆起電圧，出力トルクも軸方向に異なる事になる。しかし，各磁石要素からの磁束は軸方向に分散して平均化される傾向にあり，軸方向に鎖交磁束量の変動が残って逆起電圧が軸方向に変動しても電機子コイル内で平均化される。出力トルクが軸方向に変動し，振動を引き起こす可能性はあるが，各磁石要素の配列周期を小さくする事で解消される。

本実施例では磁化方向厚みの異なる磁石要素を軸方向に並べ，並列接続して制御磁石を構成したが，制御磁石の磁化方向長さが連続的に変わる構成，磁化方向長さを一定として抗磁力の異なる磁石要素を並列接続する構成も可能であり，構造はシンプルになる。また，各磁石要素を軸方向に並べる替わりに磁性体突極と接する範囲で周方向に並べる事も勿論可能である。

本実施例では，磁石要素１４１，１４２の磁化状態を不可逆的に変えて電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する。従来の回転電機に於いて，電機子に対向する回転子表面には容易に非可逆減磁を生じないネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）の配置が望ましいが，上記説明のように通常の回転子駆動時に磁石要素１４１，１４２には電機子コイルが誘起する磁束は到達し難いので磁化変更容易な磁石素材を使用する事が出来る。ネオジウム磁石（ＮｄＦｅＢ）では着磁に必要な磁界強度が２４００ｋＡ／ｍ（キロアンペア／メートル）程度であり，アルニコ磁石（ＡｌＮｉＣｏ）の着磁に必要な磁界強度は２４０ｋＡ／ｍ程度である。本実施例に於いて磁石要素１４１，１４２はアルニコ磁石で構成されている。また永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７を流れる交流磁束は銅板１１８を含む交流フラックスバリアにより抑制され，更に銅板１１８と永久磁石１１４，１１５，１１６，１１７との間に磁性体層１２１が存在して自己減磁界は抑制されている。

回転子の回転駆動，制御磁石の磁化変更に際して電機子コイルに供給される電流は回転子の磁性体突極と電機子コイルとの位置関係に応じて制御される。回転子の回転駆動時に制御磁石の磁化状態を更に安定的に保持するよう制御磁石の抗磁力，磁化方向厚みを大に設定する構成は可能である。その場合には制御磁石の磁化変更に先立って電源電圧より高い電圧をコンデンサーに充電し，選択された電機子コイルに放電させ，大振幅のパルス状電流を供給する。

このように回転子の位置に応じて電機子コイル１６に供給する電流を変え，制御磁石内の磁石要素の磁化方向を変えて電機子を流れる磁束量は制御される。電機子を流れる磁束量と電流との関係は設計段階でマップデータとして設定する。しかし，回転電機の量産段階では部材の寸法のバラツキ，磁気特性のバラツキも存在して電機子を流れる磁束量の精密な制御が困難になる場合がある。そのような場合には回転電機を組み立て後に回転電機個々に前記関係を検査し，前記マップデータを修正する。

さらに磁性体は温度による影響を受けやすく，経時変化による影響も懸念される場合には回転電機の運転中に磁化変更の為の電流とその結果である制御磁石の磁化状態との関係を監視して前記マップデータを修正する情報を学習的に取得する事も出来る。電機子を流れる磁束量を直接に把握する事は難しいが，電機子コイル１６に現れる誘起電圧を参照して電機子を流れる磁束量を推定する。

例えば，電機子コイル１６に現れる誘起電圧の振幅は電機子コイル１６と鎖交する磁束量及び回転速度にほぼ比例する。制御磁石内の磁石要素の磁化を変更するよう電機子コイルに電流を加えた結果として誘起電圧の振幅の変化量が目標値より小の場合は同一条件に於ける電流の振幅を大に，誘起電圧の振幅の変化量が目標値より大の場合は同一条件に於ける電流の振幅を小にするよう磁化変更の為に供給する電流に係わるパラメータを修正する。

以上，図１０から図１４を用いて第四実施例の構成を示し，電機子と鎖交する磁束量変更の為に制御磁石の磁化変更の原理を説明した。本実施例に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例は電機子を流れる磁束量を制御して出力を最適化するシステムであり，電動機システムとしての制御を説明する。回転電機が電動機として用いられる場合において，磁束量制御を行って回転力を最適に制御する。回転子内に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，制御装置は回転速度が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には制御磁石に於いて第一磁化を持つ磁石要素数を減じるよう駆動制御回路を介して電機子コイルにパルス状電流を供給して制御磁石の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を小とする。制御装置は回転速度が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には制御磁石に於いて第一磁化を持つ磁石要素数を増すよう駆動制御回路を介して電機子コイルにパルス状電流を供給して制御磁石の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を大とする。

回転電機が発電機として用いられる場合において，磁束量制御を行って発電電圧を所定範囲の電圧となるよう制御する定電圧発電システムを説明する。回転子内に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，制御装置は発電電圧が所定の値より大となり電機子に流れる磁束量を小とする時には制御磁石に於いて第一磁化を持つ磁石要素数を減じるよう駆動制御回路を介して電機子コイルにパルス状電流を供給して制御磁石の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を小とする。制御装置は発電電圧が所定の値より小となり電機子に流れる磁束量を大とする時には制御磁石に於いて第一磁化を持つ磁石要素数を増すよう駆動制御回路を介して電機子コイルにパルス状電流を供給して制御磁石の磁化状態を変えて電機子を流れる磁束量を大とする。

本発明による回転電機システムの第五実施例を図１５から図２２を用いて説明する。第五実施例は，磁性体突極延長部内に永久磁石及び制御磁石が軸方向に交互に並んで配置された回転電機装置である。図１５はラジアルギャップ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，第四実施例とは電機子構成，回転子の磁極構造が異なり，相違点に集中して説明する。電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５５と，磁性体歯１５４と，電機子コイル１５６とを有している。回転子は表面磁極部１５７を有し，番号１５８は永久磁石を，番号１５９は制御磁石を，番号１５ａは銅板を，番号１５ｂは圧粉鉄心をそれぞれ示している。同図に於いて永久磁石１５８，制御磁石１５９が軸方向に交互に繰り返し配置されているが，両者は一様な棒状永久磁石であって，その外周に軸方向に交互に配置された銅板１５ａ，圧粉鉄心１５ｂによって実効的に永久磁石１５８，制御磁石１５９として機能するよう構成されている。永久磁石１５８，制御磁石１５９に付された矢印は磁化方向を示す。

図１６は図１５のＥ−Ｅ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。表面磁極部１５７は磁性体突極と非磁性体とが周方向に交互に配置された構成であって，非磁性体は更に非磁性体１６３及びその両側に配置された銅板１６４，１６５で構成され，隣接する磁性体突極は番号１６１，１６２として識別されている。回転子の内周部分に於いて，磁性体突極１６１，１６２の延長部それぞれには銅板１５ａ及び永久磁石１５８が配置され，磁性体突極１６１，１６２は互いに異極に磁化されるよう周方向に隣接する永久磁石１５８の磁化方向は互いに逆に設定されている。永久磁石１５８に付された矢印は磁化方向を示す。図１７は図１５のＦ−Ｆ’に沿う電機子及び回転子の断面図を示している。図１７と図１６とはほぼ同じ構成を示すが，図１６に於いて銅板１５ａ及び永久磁石１５８が配置されている位置に圧粉鉄心１５ｂ，制御磁石１５９がそれぞれ配置されている点が異なる。制御磁石１５９に付された矢印は磁化方向を示す。

本実施例では磁性体突極間に銅板１６４，１６５と非磁性体１６３を配置し，銅板１６４，１６５の厚みと非磁性体１６３の周方向厚みとを調整して回転子表面に沿う交流磁気抵抗を制御出来る。非磁性体１６３には熱伝導に優れるセラミックを採用して放熱板１９と接続し，銅板１６４，１６５に誘起される渦電流に伴う熱を放散させる。

永久磁石１５８の外周側に配置された銅板１５ａは永久磁石１５８の磁極との間に磁路となる磁性体を挟むよう構成されている。更に銅板１５ａには貫通孔が設けられ，貫通孔１５ａには磁性体が配置されている。すなわち，銅板１５ａ，銅板１５ａと永久磁石１５８間の磁性体は第三実施例に於いて説明した交流フラックスバリアと同じ趣旨である。

図１６，１７に示されるように電機子はハウジング１２に固定された円筒状磁気ヨーク１５５と，円筒状磁気ヨーク１５５から径方向に延び，周方向に磁気空隙を有する複数の磁性体歯１５４と，磁性体歯１５４に巻回された電機子コイル１５６とから構成されている。本実施例では回転子の８極に対して２４個の電機子コイルが配置され，３相に結線されている。

図１５から図１７に於いて，同一の磁性体突極延長部に配置された制御磁石１５９と永久磁石１５８とは磁化方向が同じであって，電機子コイル１５６と鎖交する磁束量は大とされる。同一の磁性体突極延長部に配置された制御磁石１５９と永久磁石１５８の磁化方向が互いに逆の場合が弱め界磁であって，図１８に示される。図１８は図１５に示された回転子の縦断面を拡大して示し，更に弱め界磁の場合の磁束の流れを示している。制御磁石１５９の磁化方向が図１５，１６，１７の場合から反転されると，永久磁石１５８からの磁束と制御磁石１５９からの磁束とは互いに閉磁路を構成する。番号１８１は閉磁路を構成して流れる磁束を代表して示している。本実施例に於いては，永久磁石１５８の総磁極面積は制御磁石１５９の総磁極面積より大に設定され，若干量の磁束が電機子コイルと鎖交する構成である。磁性体突極１６１，１６２の殆どの部分に永久磁石１５８，制御磁石１５９からの磁束は流れないのでリラクタンストルクを利用して回転子を回転駆動する。

更に図１９（ａ），（ｂ）は図１６に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，図１９（ａ）は通常界磁を，図１９（ｂ）は弱め界磁の状態を示し，それぞれに於いて磁束の流れが説明される。これらの図に於いて，番号１９１は永久磁石１５８と銅板１５ａとの間の磁性体層を，番号１９２は銅板１５ａに設けられた貫通孔を示している。貫通孔１９２は直径１ミリメートルで圧粉鉄心が配置され，銅板１５ａ及び磁性体層１９１の厚みはそれぞれ１ミリメートルである。

図１９（ａ）に於いて，点線１９３は永久磁石１５８からの磁束を代表して示す。同図に於いて，磁性体突極１６１，１６２は幅の狭い磁性体で互いに連結されているが，幅の狭い磁性体は容易に磁気的に飽和するので磁気的には無視できる。同図に示されるように永久磁石１５８が磁性体突極１６１をＮ極に磁化し，磁性体突極１６２をＳ極に磁化し，制御磁石１５９の磁化方向が永久磁石１５８と同じ方向である場合が電機子コイルと鎖交する磁束量を大とする状態である。

図１９（ｂ）は制御磁石１５９の磁化方向が永久磁石１５８と逆方向である場合に於ける磁束の流れを示す。制御磁石１５９と永久磁石１５８とは図１８に示されるように閉磁路を構成して電機子側に流れる磁束量が減少される。番号１９４は閉磁路を構成して流れる磁束を代表して示し，永久磁石１５８からの磁束１９４は図１８に示されるように軸方向に流れて制御磁石１５９と閉磁路を構成する。この状態で電機子側に流れる磁束量は制御磁石１５９，永久磁石１５８の飽和磁束密度，磁極面積等によって設定される。

図２０，２１，２２は図１６に示された電機子及び回転子の一部を拡大して示した断面図であり，これらの図を用いて制御磁石１５９の磁化変更に際して電機子コイルから加えられる磁束の流れを説明する。これらの図に於いて，磁性体突極と対向する磁性体歯及びそれに巻回されている電機子コイル，制御磁石を識別する為に磁性体突極には番号２０１，２０２，２０３が，電機子コイルには番号２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２０ａ，２０ｂ，２０ｃが，制御磁石には番号２０ｄ，２０ｅ，２０ｆがそれぞれ付されている。

図２０に於いて，磁性体突極２０１に対向する電機子コイル２０４，２０５，２０６と，磁性体突極２０２に対向する電機子コイル２０７，２０８，２０９とに互いに逆方向のパルス状電流を供給し，パルス状磁束を磁性体突極２０１，制御磁石２０ｄ，制御磁石２０ｅ，磁性体突極２０２の方向に流して制御磁石２０ｄ，制御磁石２０ｅの磁化方向を同時に反転させる事が出来る。圧粉鉄心１５ｂは電気抵抗が大であるのでパルス状磁束は支障無く通過する。そのパルス状磁束が銅板１５ａ及び永久磁石１５８内を流れる磁路も存在するが，銅板１５ａはパルス状の磁束を通し難いので永久磁石１５８を流れる磁束は少ない。しかし，この磁路内に制御磁石２０ｄ，制御磁石２０ｅが直列に接続されているので電機子コイル２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９に供給する電流振幅を大にする必要がある。本実施例では制御磁石の磁化変更を小さな電流振幅で行う方法を採用し，図２０，２１，２２を用いてそのステップを説明する。

第一ステップとして図２０に示すように，磁性体突極２０１に対向する電機子コイル２０５と，磁性体突極２０３に対向する電機子コイル２０ｂとに互いに逆方向のパルス状電流を供給し，パルス状の磁束２０ｇを磁性体突極２０１，制御磁石２０ｄ，制御磁石２０ｆ，磁性体突極２０３の方向に流して制御磁石２０ｄの磁化方向を反転させる。制御磁石２０ｆの磁化方向と磁束２０ｇの方向は同じであるので殆どの起磁力は制御磁石２０ｄの両端に加えられ，小さな電流振幅で制御磁石２０ｄの磁化は変更される。パルス状磁束２０ｇは銅板１５８を通過し難いので制御磁石２０ｄ，２０ｆを通る上記の磁路内に集中される。

電機子コイル２０５，２０ｂにパルス状電流を供給してパルス状磁束２０ｇを発生させると，パルス状磁束２０ｇは通電されていない電機子コイルが巻回された磁性体歯を介して短絡的に環流し，十分なパルス状磁束２０ｇが制御磁石２０ｄ，２０ｆに流れない可能性がある。本実施例では電機子コイル２０５，２０ｂにパルス状電流を供給する際に通電されない電機子コイルを短絡させるよう構成される。回転電機の運転中に電機子コイルを短絡させる事は回転への影響が大であるので電機子コイル２０５，２０ｂへのパルス状電流供給と同期させて上記電機子コイルの短絡を短時間に限定する。

第二ステップは図２１に示すように，磁性体突極２０１に対向する電機子コイル２０５と，磁性体突極２０２に対向する電機子コイル２０８とに互いに逆方向のパルス状電流を供給し，パルス状の磁束２１１を磁性体突極２０１，制御磁石２０ｄ，制御磁石２０ｅ，磁性体突極２０２の方向に流して制御磁石２０ｅの磁化方向を反転させる。制御磁石２０ｄの磁化方向と磁束２１１の方向は同じであるので殆どの起磁力は制御磁石２０ｅの両端に加えられ，制御磁石２０ｅの磁化は小さな電流振幅で変更される。

第三ステップは図２２に示すように，磁性体突極２０２に対向する電機子コイル２０８と，磁性体突極２０３に対向する電機子コイル２０ｂとに互いに逆方向のパルス状電流を供給し，パルス状の磁束２２１を磁性体突極２０３，制御磁石２０ｆ，制御磁石２０ｅ，磁性体突極２０２の方向に流して制御磁石２０ｆの磁化方向を反転させる。制御磁石２０ｅの磁化方向と磁束２２１の方向は同じであるので殆どの起磁力は制御磁石２０ｆの両端に加えられ，制御磁石２０ｆの磁化は小さな電流振幅で変更される。

以上，図１５から図２２を用いて第五実施例の構成を示し，制御磁石の磁化変更の為に選択された制御磁石に磁束を集中させるステップを中心に説明した。本実施例に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機として動作するが，界磁制御に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例では永久磁石１５８，制御磁石１５９は連続する棒状磁石を用いたので抗磁力と磁化方向厚さとの積で示される磁化容易さは同じであり，棒状磁石の磁極面に配置した銅板１５ａ，圧粉鉄心１５ｂによりパルス状磁束を局部的に通過し難く構成して磁化変更が困難な永久磁石１５８，磁化変更が容易な制御磁石１５９としている。更に抗磁力を軸方向に連続的に変えた磁石，磁石の磁極面に配置された磁性体の導電率を連続的に変える構成等も可能であり，回転電機装置の仕様に応じて選択する事が出来る。

また，本実施例で磁性体突極間に両側面に銅板を有する非磁性体が配置されたが，銅板を非磁性体の一方の側面のみに配置する構成も可能である。すなわち，図１６に於いて，回転子は時計回りの一方向に回転する事が多い回転電機装置の場合，回転電機装置の駆動方法に応じて銅板１６４或いは銅板１６５のみとする構成が可能である。

本発明による回転電機システムの第六実施例を図２３から図２７を用いて説明する。第六実施例は，回転子に於いて，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を変更し，高速回転での駆動を容易にする回転電機システムである。第六実施例は第四実施例とほぼ同じ構造で，磁性体突極周辺の永久磁石及び制御磁石のパラメータを変えて構成される。以下に第四実施例と異なる点に集中して説明する。

第六実施例による回転電機の縦断面図は図１０に示された第四実施例の回転電機と同じである。図２３は第六実施例に於ける回転電機の電機子及び回転子の断面図を示し，相互の関係を説明する為に構成部分の一部に番号を付している。回転子は永久磁石を含む部材により磁性体基板１１ｂから磁気的に区分された磁性体突極が回転子の表面近傍に周方向にほぼ等間隔で配置されている。

番号２３１，２３２，２３３で識別される磁性体突極が回転子表面近傍に周方向に磁性体突極２３１，磁性体突極２３２，磁性体突極２３３，磁性体突極２３２の順で繰り返し配置されている。磁性体突極２３１に接する永久磁石２３４，２３５，磁性体突極２３２に接する永久磁石２３６，２３７，磁性体突極２３３に接する永久磁石２３８，２３９は隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化するようそれぞれの磁化方向が設定されている。磁性体突極間の中間磁性体突極１１３は磁性体基板１１ｂの一部である。永久磁石２３４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９の近傍にはそれぞれ銅板１１８が配置され，更に磁性体突極２３１に接する制御磁石２３ａ，磁性体突極２３２に接する制御磁石２３ｂ，磁性体突極２３３に接する制御磁石２３ｃが配置されている。永久磁石２３４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９，制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃに付された矢印は磁化方向を示す。銅板１１８の構成は第四実施例に説明されているので再度の説明は省略する。

図２３に示された回転子表面の磁性体突極は周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。永久磁石２３４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９，制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃにより磁性体突極２３１及び磁性体突極２３３はＮ極に磁化され，磁性体突極２３２はＳ極に磁化されている。本実施例では制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの磁化状態を変更して磁性体突極２３２の磁化状態はほぼゼロに，磁性体突極２３３はＳ極に磁化されるよう制御し，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を変更する。制御磁石の磁化状態を変更するステップは第四実施例と同じであるが，各磁性体突極に接する永久磁石と制御磁石の磁極面の面積比が第四実施例と異なり，制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの構成及び永久磁石との関係は図２４を用いて説明される。

図２４（ａ）は磁性体突極２３１と接する制御磁石２３ａ，図２４（ｂ）は磁性体突極２３２と接する制御磁石２３ｂ，図２４（ｃ）は磁性体突極２３３と接する制御磁石２３ｃそれぞれの一区分の縦断面を示し，制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃはこれら一区分が軸方向に繰り返し配置されている。図２４（ａ）に於いて，番号２４７は非磁性体を，番号２４１は第二磁石要素を，番号２４６は圧粉鉄心をそれぞれ示している。図２４（ｂ）に於いて，番号２４８は非磁性体を，番号２４２は第一磁石要素を，番号２４３は第二磁石要素をそれぞれ示している。図２４（ｃ）に於いて，番号２４９は非磁性体を，番号２４４は第一磁石要素を，番号２４５は第二磁石要素をそれぞれ示している。

図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される第一磁石要素，第二磁石要素はアルニコ磁石で構成され，第二磁石要素の厚みは第一磁石要素の厚みより小に設定されているので第二磁石要素は第一磁石要素より磁化変更され易い。第一磁石要素，第二磁石要素から磁性体突極を介して電機子側に流れる磁束量はそれぞれの軸方向長さに比例する。磁性体突極に接する永久磁石から電機子側に流れる磁束量と第一磁石要素，第二磁石要素から磁性体突極を介して電機子側に流れる磁束量との関係は両者の磁極面積の比と残留磁束密度で決まる。

図２４（ａ）に於いて，永久磁石２３４，２３５から電機子側に流れる磁束量と第二磁石要素２４１から電機子側に流れる磁束量との比は非磁性体２４７の長さと第二磁石要素２４１の長さとの比となるよう示されている。同様に図２４（ｂ）に於いて，永久磁石２３６，２３７から電機子側に流れる磁束量，第一磁石要素２４２から電機子側に流れる磁束量，第二磁石要素２４３から電機子側に流れる磁束量の比は非磁性体２４８の長さ，第一磁石要素２４２の長さ，第二磁石要素２４３の長さの比で表されている。図２４（ｃ）に於いて，永久磁石２３８，２３９から電機子側に流れる磁束量，第一磁石要素２４４から電機子側に流れる磁束量，第二磁石要素２４５から電機子側に流れる磁束量の比は非磁性体２４９の長さと第一磁石要素２４４の長さ，第二磁石要素２４５の長さの比で表されている。

図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）に於いて，非磁性体，第一磁石要素，第二磁石要素の長さの比を（非磁性体／第一磁石要素／第二磁石要素）で表すと，図２４（ａ）では（０．７５／０．０／０．２５）であり，図２４（ｂ）では（−０．５／−０．２５／−０．２５）であり，図２４（ｃ）では（０．２５／０．５／０．２５）である。符号は磁化方向を表し，永久磁石及び制御磁石が接している磁性体突極をＮ極に磁化する場合をプラスに，Ｓ極に磁化する場合をマイナスとしている。非磁性体の項の符号は永久磁石の磁化方向を表している。

図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞれ示される制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの磁化状態を変えて回転子表面に於いて磁束が電機子側に漏れる磁極数が変更される。以下では更に図２５，２６，２７を参照して制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの磁化状態と磁極数との関係を説明する。制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの磁化状態が図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される状態が電機子側に流れる磁束量を最大にする場合であり，磁性体突極２３１／磁性体突極２３２／磁性体突極２３３を介して電機子側に流れる磁束量の比は＋１．０／−１．０／＋１．０である。プラスマイナスの符号は磁束の流れる方向を示している。この状態は図２５に示され，番号２５１は永久磁石２３４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９から電機子側に流れる磁束を，番号２５２は制御磁石２３ａ,２３ｂ，２３ｃから電機子側に流れる磁束をそれぞれ代表して示している。

図２４（ａ），（ｂ），（ｃ）に示される制御磁石２３ａ，２３ｂ，２３ｃの磁化状態からそれぞれの第二磁石要素２４１，２４３，２４５の磁化が反転されると，制御磁石２３ａでは（０．７５／０．０／−０．２５）であり，制御磁石２３ｂでは（−０．５／−０．２５／０．２５）であり，制御磁石２３ｃでは（０．２５／０．５／−０．２５）である。その結果，磁性体突極２３１／磁性体突極２３２／磁性体突極２３３を介して電機子側に流れる磁束量の比は＋０．５／−０．５／＋０．５となる。この状態は図２６に示され，番号２６１は永久磁石２３４，２３５，２３６，２３７，２３８，２３９，制御磁石２３ａ,２３ｂ，２３ｃから電機子側に流れる磁束を代表して示している。図２５より界磁が弱められた状態である。

図２６の状態から更に第一磁石要素２４２，２４４の磁化方向を反転させると，制御磁石２３ａでは（０．７５／０．０／−０．２５）であり，制御磁石２３ｂでは（−０．５／０．２５／０．２５）であり，制御磁石２３ｃでは（０．２５／−０．５／−０．２５）である。その結果，磁性体突極２３１／磁性体突極２３２／磁性体突極２３３を介して電機子側に流れる磁束量の比は＋０．５／０．０／−０．５となる。この状態は図２７に示され，磁性体突極２３２を介して電機子側に流れる磁束量はほぼゼロとなり，磁性体突極２３３を介して電機子側に流れる磁束の方向は逆方向となり，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数は４対から２対に減少される。番号２７１は磁性体突極２３１，２３３を介して電機子側に漏れる磁束を代表して示している。

以上，図２３から図２７を用いて第六実施例の構成を示し，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数変更の為の磁極構成及び変更の原理を説明した。制御磁石の磁化変更は第四実施例の場合と同じであり，再度の説明は省略する。本実施例に示した回転電機装置は界磁制御可能な電動機或いは発電機としても動作し，界磁制御，磁極数変更に関係する以外の構成は従来の回転電機装置と同じであり，電動機或いは発電機としての動作の説明は省略する。

本実施例では回転子には８個の磁性体突極を有して電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を４対から２対に減少させる例を説明した。これにより高速回転に於いて回転駆動の為に電機子コイルに供給する電流の周波数を低減して回転駆動が容易にされる。更に永久磁石と制御磁石の磁極構成を変えて磁極数の低減度合いを変える事も可能である。例えば，永久磁石，第一磁石要素，第二磁石要素からの磁束量を（＊＊／＊＊／＊＊）で表し，（０．７５／０．０／０．２５），（−０．５／−０．２５／−０．２５），（０．５／０．２５／０．２５），（−０．７５／０．０／−０．２５）それぞれの状態に設定された永久磁石，第一磁石要素，第二磁石要素の組み合わせを有する磁性体突極が周方向に順次並ぶよう構成すると，回転子の磁極はＮ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，Ｎ極，Ｓ極，，，がＮ極，０，０，Ｓ極，０，０，，，として電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を１／３に減じる事が出来る。

本発明の第七実施例である回転電機システムを図２８により説明する。第七実施例は第四実施例の回転電機システムをハイブリッドカーの発電機兼電動機システムとして用いた回転電機システムである。

同図に於いて，番号２８１は第四実施例で示した回転電機を示し，回転電機２８１はハイブリッドカーのエンジン２８２と回転力を伝達するよう結合された回転軸２８９を持ち，回転軸２８９の回転力はトランスミッション２８３を介して駆動軸２８ａに伝えられる。制御装置２８４は上位制御装置からの指令２８ｂを受け，駆動回路２８５を介して回転電機２８１を電動機として駆動し，磁束量制御回路２８６を介して電機子に流入する磁束量を制御する。更に制御装置２８４は上位制御装置からの指令２８ｂを受け，電機子コイル１６の引き出し線２８ｃに現れる発電電力を整流回路２８７を介して整流し，バッテリー２８８を充電する構成としている。制御装置２８４は指令２８ｂの指示により駆動回路２８５を介して回転電機２８１を電動機として駆動し，エンジン２８２の回転をアシスト或いは単独で回転軸２８９を回転駆動させ，トランスミッション２８３，駆動軸２８ａを介してハイブリッドカーの駆動力に寄与する。

回転子内に配置された永久磁石が磁性体突極を磁化する極性と同じ極性に磁性体突極を磁化する制御磁石内の磁石要素を第一磁化とし，低回転速度域で磁石トルクを強化する必要がある場合は第一磁化の磁石要素数を増す方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給して電機子を流れる磁束量を大とする。高回転速度域で弱め界磁とする場合には第一磁化の磁石要素数を減じる方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給して電機子を流れる磁束量を小とする。

エンジン２８２の回転力のみでハイブリッドカーを駆動する時は，指令２８ｂにより電機子を流れる磁束量を最小とするよう第一磁化の磁石要素数を減じる方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給し，空転時に於ける回転電機２８１の引きずり抵抗を最小にする。更にエンジン２８２の回転力に余裕がある場合には，指令２８ｂにより電機子コイル１６の引き出し線２８ｃに現れる発電電力を整流回路２８７を介して直流に変え，バッテリー２８８を充電させる。その場合に制御装置２８４は発電電圧がバッテリー２８８を充電する最適な電圧より大である場合は第一磁化の磁石要素数を減じる方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給して電機子を流れる磁束量を小とする。制御装置２８４は発電電圧がバッテリー２８８を充電する最適な電圧より小である場合は第一磁化の磁石要素数を増す方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給して電機子を流れる磁束量を大とする。

本実施例はまたハイブリッドカーの制動時に於けるエネルギー回収システムとしても有効に機能する。指令２８ｂを通じて回生制動の指示を受けると，制御装置２８４は磁束量制御回路２８６を介して第一磁化の磁石要素数を増す方向のパルス電流を駆動回路２８５を介して電機子コイル１６に供給して電機子を流れる磁束量を大とし，発電電力でバッテリー２８８に充電させる。電機子コイル１６と鎖交する磁束量は増えるので取り出せる電力は大きく，電気二重層コンデンサ他の蓄電システムに一時的に蓄えて制動力の確保とエネルギー回収を大にする。回転電機２８１は駆動用電動機として用いられる体格であるので回生制動用の発電機として十分な制動力を発生できる。

本実施例はハイブリッドカーの発電機兼電動機として用いた回転電機システムであるが，電気自動車に於ける回転電機システムとする事も当然に可能である。その場合には上記実施例に於いてハイブリッドカーのエンジン２８２を取り除き，本発明による回転電機システムのみで電気自動車を駆動し，制動時に於けるエネルギー回収システムを構成する。

以上，本発明の回転電機システムについて，実施例を挙げて説明した。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。例えば上記の説明に於いて電機子と回転子とが径方向に対向するラジアルギャップ構造の回転電機装置を実施例に挙げて説明したが，当然に略円盤状の電機子と回転子とが軸方向に対向するアキシャルギャップ構成の回転電機装置，更に一以上の回転子と電機子とが軸方向或いは径方向に対向するダブルステータ，或いはダブルロータ構造の回転電機装置も可能である。また，上記実施例に於ける回転子の磁極構成，電機子の構成，制御磁石の構成等はそれぞれ組み合わせを変えて本発明の趣旨を実現する回転電機装置を構成できる事は勿論である。

Claims (13)

1. 回転子は電機子との対向面に於いて周方向に配置された一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極に接するよう配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極が互いに異極に磁化され，電機子は回転子との対向面に於いて一以上の電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とが微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成された回転電機装置であって，磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，前記交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層が前記永久磁石の磁極面に接するよう配置されてい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，非磁性導体層は導電性を有する磁性体板の積層により構成される磁性体突極から電気的に絶縁されてい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，回転子表面近傍の磁性体突極間には非磁性導体が少なくとも配置され，前記永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置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，前記永久磁石と交流フラックスバリアとが周方向に隣接する磁性体突極間に配置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，回転子表面近傍の磁性体突極は空隙を含む非磁性体領域によって周方向に磁気的に区分され，前記永久磁石は磁性体突極に於いて電機子との対向面から離れた側に配置されてい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，回転子を構成する磁性体基板の一部と前記磁性体突極とが回転子の表面近傍に周方向に交互に配置され，前記磁性体突極は前記永久磁石及び非磁性体により前記磁性体基板から磁気的に区分されている事を特徴とする回転電機システム
7. 請求項１記載の回転電機システムに於いて，電機子コイルは回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置された一以上の磁性体歯に巻回され，更に制御磁石が前記永久磁石と磁気的に並列接続され，且つ回転子に於いて電機子との対向面から離れた側に配置され，前記磁性体突極に対向する磁性体歯を少なくとも含む二つの磁性体歯内に互いに逆方向の磁束を発生させるよう磁性体歯に巻回されている電機子コイルそれぞれにパルス状電流を供給して前記制御磁石の磁化状態が不可逆的に変更されるよう構成され，回転電機装置の出力を最適化するよう前記出力に応じて前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量が制御される事を特徴とする回転電機システム
8. 請求項７記載の回転電機システムに於いて，制御磁石は磁性体間に配置された磁化方向長さと抗磁力の積が異なる磁石要素を有し，前記磁性体により前記磁石要素を互いに並列接続して構成される事を特徴とする回転電機システム
9. 請求項７記載の回転電機システムに於いて，制御磁石の磁化状態を変更する際にパルス状電流が供給される電機子コイル以外の電機子コイルは電機子コイル単位或いは電機子コイルの属するグループ単位でそれぞれ短絡される事を特徴とする回転電機システム
10. 請求項７記載の回転電機システムに於いて，互いに並列に接続されている制御磁石及び永久磁石の対に於いて制御磁石から流れる磁束量が永久磁石から流れる磁束量以上に設定された制御磁石及び永久磁石対を有し，制御磁石の磁化変更により電機子側に通過して流れる磁束量がほぼゼロとなる磁性体突極及び或いは電機子側に通過して流れる磁束の方向が逆転する磁性体突極が配置され，制御磁石の磁化を変更して電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数が変更される事を特徴とする回転電機システム
11. 回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて一以上の電機子コイルを周方向に有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁性体突極励磁方法であって，磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアと，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層に磁極面が接する永久磁石との組み合わせを各磁性体突極近傍に有し，電機子コイルから永久磁石に加えられる交流磁界の強度を交流フラックスバリアにより抑制しながら永久磁石からの磁束は交流フラックスバリアを通過させ，隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化する事を特徴とする磁性体突極励磁方法
12. 回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置した一以上の磁性体歯及び磁性体歯に巻回された電機子コイルを有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁束量制御方法であって，制御磁石を有し，電機子との対向面から離れた部分で且つ前記永久磁石と磁気的に並列接続するよう前記制御磁石を配置し，更に磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層を前記永久磁石の磁極面に接するよう交流フラックスバリアを配置し，磁性体突極に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイルにパルス状電流を供給して前記磁性体突極に接している制御磁石の磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子コイルと鎖交する磁束量を制御する磁束量制御方法
13. 回転子は電機子との対向面近傍に於いて周方向に一以上の磁性体突極を有し，磁性体突極内及び或いは隣接する磁性体突極間に配置された永久磁石により周方向に隣接する磁性体突極を互いに異極に磁化し，電機子は回転子との対向面近傍に於いて周方向に配置した一以上の磁性体歯及び磁性体歯に巻回された電機子コイルを有し，電機子と回転子とを微小間隙を介して互いに対向し且つ相対的に回転可能に構成した回転電機装置の磁極数制御方法であって，制御磁石を有し，電機子との対向面から離れた部分で且つ前記永久磁石と磁気的に並列接続するよう前記制御磁石を配置し，互いに並列に接続されている制御磁石及び永久磁石の対に於いて制御磁石から流れる磁束量が永久磁石から流れる磁束量以上に設定された制御磁石及び永久磁石対を有し，制御磁石の磁化変更により電機子側に通過して流れる磁束量がほぼゼロとなる磁性体突極及び或いは電機子側に通過して流れる磁束の方向が逆転する磁性体突極を配置し，更に磁性体が充填された１以上の孔部を有する非磁性導体層を含む非磁性導体層と磁性体層とを交互に積層して構成された交流フラックスバリアを有し，交流フラックスバリアの一方の最外層である磁性体層を前記永久磁石の磁極面に接するよう交流フラックスバリアを配置し，磁性体突極に対向する磁性体歯に巻回された電機子コイルにパルス状電流を供給して前記磁性体突極に接している制御磁石の磁化状態を不可逆的に変更するよう構成し，前記制御磁石の磁化状態を変え，電機子側に互いに逆方向の磁束を漏洩する磁性体突極対の数を制御する磁極数制御方法
    

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