(57)【要約】【課題】出力巻線及び制御巻き線の巻き数を大きくすることなく、インダクタンスを大きくして、垂下電流を制御できるようにする。【解決手段】永久磁石部材をロータとし、該ロータの外側に巻線が巻き上げられたステータを備える永久磁石式発電機の制御装置において、ステータ内に巻き上げられた出力巻線１０とステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイル１４１とを含む出力側巻線と、該出力側巻線と直列に接続されステータ内に巻き上げられた制御巻線１１とステータ外に配置された制御巻線側ソレノイドコイル１４２とを含む制御側巻線とを備え、前記出力側巻線と前記制御側巻線の間に配設され前記出力巻線１０に発生した電流の一部を前記制御巻線１１に流すためのスイッチ１２、及び前記出力巻線１０による発電電圧を検出するセンサ２８からの検出信号に応答して前記発電電圧を所定の電圧に制御するコントローラ１８を有することを特徴とする。【選択図】図３
2010268636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転自在に支持されたロータシャフト、前記ロータシャフトに固定され且つ外周側に複数の永久磁石部材を取り付けたロータ、及び前記ロータの外側に巻線が巻き上げられたステータから成る永久磁石式発電機の制御装置において、前記ステータ内に巻き上げられた出力巻線と前記ステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイルとを含む出力側巻線と、該出力側巻線と直列に接続され前記ステータ内に巻き上げられた制御巻線と前記ステータ外に配置された制御巻線側ソレノイドコイルとを含む制御側巻線とを備え、前記出力側巻線と前記制御側巻線の間に配設され前記出力巻線に発生した電流の一部を前記制御巻線に流すためのスイッチ、及び前記出力巻線による発電電圧を検出するセンサからの検出信号に応答して前記発電電圧を所定の電圧に制御するコントローラを有することを特徴とする永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項２】
前記出力巻線の一端は、三相交流発電機としてスター結線又はデルタ結線され、前記制御巻線側ソレノイドコイルの端部はスター状に結線されている請求項１記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項３】
前記出力側ソレノイドコイルと前記制御側ソレノイドコイルは同一の透磁性の良いコアに巻き込まれ、更に３相交流の場合、３つのコイル群が同一コアに巻かれている請求項１または２記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項４】
前記出力巻線の出力端の電圧と前記制御巻線の電圧は、出力側垂下電圧＝出力側無負荷電圧×（制御側抵抗値/系全体の抵抗値）×（出力側巻き数）／（制御側巻き数＋出力側巻き数）の関係を持ち、前記スイッチによって制御側電流を増減させることができ出力側垂下電圧から出力側無負荷電圧まで電流量に応じて制御できる請求項１から３のいずれか１つに記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御して前記電流を加減して前記発電電圧を一定電圧に制御する請求項１から４のいずれか１つに記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、前記センサによる検出信号に応答して前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御し、前記発電電圧が高いことに応答して前記電流を増し、前記発電電圧が低いことに応答して前記電流を減少させて前記所定の電圧を一定電圧に制御する請求項１から５いずれか１つに記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項７】
前記出力巻線は、複数の巻線が直列に接続されると共に複数の出力端子が設けられたものである請求項１から６いずれか１つに記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項８】
前記出力巻線は、互いに巻き数が異なる複数の巻線であり、前記複数の出力端子が互いに異なる電圧を出力するものである請求項７記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項９】
前記発電電圧の異なる２種類の前記出力端子には、出力切り替えスイッチがそれぞれ設けられ、前記コントローラは、負荷に応答して前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御して必要な電力を供給する請求項８記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項１０】
前記発電電圧の異なる２種類の三相交流の前記出力端子には整流器及び蓄電池が接続され、前記コントローラは、前記負荷の変動に応答して前記所定の電圧を一定電圧に制御する請求項８または９記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項１１】
前記出力巻線の端子に発電機側スイッチと蓄電池から接続された電動機側スイッチとを設け、前記コントローラは、前記電動機側スイッチを前記ロータの位置を検出してＯＮし、且つ前記発電機側スイッチをＯＦＦし、前記出力巻線に電流を供給することによって電動機駆動させるものである請求項８から１０のいずれか１つに記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項１２】
前記電動機能を持たせた電動機の前記蓄電池からの入力端子を巻線数の異なる端子にそれぞれ取り付け、電動側のコントローラは前記ロータの回転の増減時に応答して前記巻き数の異なる端子へ電流を流すように制御する請求項１１記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【請求項１３】
前記電動側のコントローラは、前記ロータの回転を増加させる場合には前記巻き数の小さい端子へ電流を流し、前記ロータの回転を減少させる場合には前記巻き数の大きい端子へ電流を流すように制御するものである請求項１２記載の永久磁石式発電機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハウジングに取り付けられたステータ、ステータに対して回転する永久磁石部材を備えたロータを備えた永久磁石式発電機の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電機について、省エネルギー化が要求される中で発電機の効率向上は大きな課題である。発電機の構造は、従来、回転子を電磁石とし、電流を用いて磁界を作り発電させる方式が主であった。しかし、発電機において、永久磁石を用いると、電磁石に流す電流が不要なので効率が向上することが判っていた。ところが、永久磁石を用いた発電機では、永久磁石の磁力が変化しなく、発電機の回転が変化すると電圧が大幅に変化するので、このような発電電力を用いて各種電気装置を駆動する自動車などの発電機には使えないでいた。永久磁石式発電機は、ロータに永久磁石を用いるので、構造が簡単で大きな発電電力を得ることができ、近年、それを組み込んだシステムが自動車用発電機、風力発電機等として利用されることが多くなってきた。永久磁石式発電機は、例えば、発電した電力を電動機に送る場合に、電圧が変動してもその機能が十分に発揮できるが、この電力を各種の電気機器を駆動しているバッテリの電圧に合わせる場合に、電圧変動を一定の電圧に揃える操作をしなければならない。永久磁石を用いた発電機の研究について多くの研究者たちが研究を行い、永久磁石発電機の発電電力を一旦スイッチングレギュレタを用いて一定電圧にする方式が開発されたが制御装置の巨大さ、高価格、効率の悪さ等の問題があった。即ち、永久磁石式発電機は、風力等で発電した電圧を一定にするためには、スイッチングレギュレタ等を用いて電力を切り刻む操作をしなければならないが、大電流をオン・オフするためには大型のパワートランジスタを要し、装置が大型になり、冷却ロスが大きくなり、高価になったり、また、発電電圧を一定にするために、電流を切り刻む時に、発生するサージ電流は電波障害の引き金になり、そのノイズ対策が極めて大変である。
【０００３】
また、その後、永久磁石の磁力を回転数が上がってきたときに弱める方式が盛んに研究され、いろいろと発表された。例えば、永久磁石回転電機として、大きな変換機やリアクトルが必要な無効電流調整機や機械的変位機構等を必要とせず、簡素で部品点数が少なく小型で、信頼性に優れた電機子巻線電圧が調整可能なものが知られている。該永久磁石回転電機は、電機子巻線群を有する固定子と、永久磁石による界磁極を有する回転子と、制御電流が供給され、永久磁石からの磁束の磁路形成部の磁気抵抗を変化させる制御巻線群と、制御巻線群に流れる制御電流を制御することによって、電機子巻線群に誘起される電圧を制御する制御回路とを備えている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、高効率の発電機を実現するものが提案されている。該発電機は、巻線を有する第１の物体と、鉄心と永久磁石を有する第２の物体を設け、インダクタンスは直軸に対して非対称とすることによってリラクタンス力を有効に利用し、高効率を実現したものである（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
また、従来知られている交流発電機として作動可能な電気機械として、回転子と固定子と、この固定子内に導電するように設けた少なくとも一つの巻線と、この第１の巻線とは電気的に絶縁して第１の巻線に誘導結合した二次巻線とを有し、二次巻線を第１の巻線の出力電圧と電流のうち少なくとも一方の制御に用いることができる（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
しかし、上記のような種々の方法では発電機に用いられた永久磁石の磁力を回転数の上昇に応じて弱めることは至難の業で中々実用化されないでいる。一方、ハイブリット車ではＤＣ−ＤＣコンバーターが用いられ、発電により整流された電力を必要に応じてその電力を切り刻み、昇圧、降圧により一定電圧を持つ直流に変換し、必要に応じてＡＣに変換し、モーター駆動させるシステムが実用化されたがその装置の大きさがハイブリット車の普及を妨げている。一方、エネルギー問題が益々深刻となり、現在用いられているランデル式発電機の効率５０％は許容できない事態となった。自動車用発電機のこの様な状況の下で構造が簡素で確実な制御性を持つ発電機構の出現が求められている。
【０００７】
一般に磁束制御を電気的に行うためには発電機の巻き線に種類の異なる巻き線を巻き込み、永久磁石の磁力の方向に対抗する電磁力を与えることが提案され、多くの技術者が研究を試みた。しかし、この方法だと永久磁石の磁力に対し、逆向きの磁力を加えるため、永久磁石が発生する発生電圧と相似の電流、電圧をインバーターを用いて作らなければならないがその方式は制御系の困難さが益々大きくなる。また、この方法だと別回路で作成した電磁石による磁力が永久磁石の磁力を減磁させ、ついには消滅させることになり、成功しない。また、永久磁石式発電機において、上記状態が発生するのを防止して巻線を切り換えるときにも所望の一定電圧に維持する必要がある。また、一般に、発電機において、磁束制御を電気的に行うためには、発電機の巻線に種類の異なる巻線を巻き込み、磁力の方向に対抗する電磁力を与えることが提案され、多くの技術者が研究を試みた。しかしながら、この方法だと、永久磁石に逆向きの磁力を加えるため永久磁石の磁力を消滅させることになり、発電機そのものを損傷し成功しない。
【０００８】
そこで、本発明者等は、上述の従来技術の問題を解決すべく種々研究・実験した結果、磁束制御装置を用いることなく且つ少ない電流で出力電圧を一定の範囲に維持して常に所望の電圧に制御すると共に永久磁石の磁力の減磁を生じさせない永久磁石式発電機を先に発明し解決を見た（特許文献４参照）。この発明にかかる永久磁石式発電機の制御装置は、巻き数の大きな巻線と少ない巻線とを直列に接続し、巻き数の大きな巻線を電圧制御巻線とし、出力を発生する巻線の巻き数を小さくし、その巻き数の大きい巻線の垂下特性を用いて少ない電流で出力電圧を一定に制御するものである。具体的には、ステータの巻線を、出力巻線と該出力巻線と直列に接続され出力巻線よりも巻き数が大きい制御巻線とから構成し、少なくとも出力巻線と制御巻線との間に出力端子が設けられ、出力巻線に発生した電流の一部を制御巻線に流すためのスイッチ及び出力巻線による発電電圧を検出するセンサからの検出信号に応答して発電電圧を予め設定された電圧に制御するようにスイッチのＯＮ／ＯＦＦをデューティ制御して制御巻線に流れる電流量を制御するコントローラを有するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−３２０９７２号公報
【特許文献２】特開２００３−２４５０００号公報
【特許文献３】特表２００６−５２９０７６号公報
【特許文献４】特許第４２２７１８９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明者等は、特許文献４記載の発明にかかる永久磁石式発電機の制御装置を開発・製作し、神奈川産業技術センター（神奈川県立の研究所）において実験を重ねた結果、磁束制御装置を用いることなく且つ少ない電流で出力電圧を一定の範囲に維持して常に所望の電圧に制御すると共に永久磁石の磁力の減磁を生じさせないという効果が達成されることを確認した。特に、定格電圧が例えば１４Ｖ、２４Ｖの比較的低電圧では優位な効果を奏することを確認した。
【００１１】
しかしながら、発電電圧が高くなる場合、例えば200Ｖ―ＡＣ発電機では高速での電圧が非常に高くなり、高耐圧性のスイッチング素子（ＦＥＴ）を使わざるを得ないという問題が発生した。つまり、特許文献４記載の特許発明は、ステータに巻き上げた巻線を巻き数の小さな出力巻線と巻き数の大きな制御巻線とで構成すると共に両巻線間に制御スイッチを設け、負荷の変動に応答して制御スイッチをデューティ制御し、巻線切り換え時の電圧の上昇に対応して電圧制御巻線に微小電流を流して電圧を瞬間的に降下させて一定電圧を維持し、瞬間的な電圧の上昇又は降下を抑えて常に所望の電圧に制御することを特徴とするものである。したがって、特許文献４記載の特許発明によると、巻線の巻き数を大きくすると電圧が上がり、その反面、巻き数を有る程度大きくしないとインダクタンスが大きくならず、垂下特性の電流が小さくならないという二律背反の関係にあり、発電電圧が高くなるＡＣ発電機に適用する場合には高速での電圧が非常に高くなることを回避できないものである。例えば、電圧の値は出力側電力では220Ｖ（ＡＣ）/2000ｒｐｍ、440Ｖ/4000ｒｐｍ、660Ｖ/6000ｒｐｍである。この値は実効値であるので、ピーク電圧ではその１．４倍にもなる。しかも、制御巻線の巻き数を出力巻線の４倍にすると、電圧は４倍になり、6000ｒｐｍでは2640Ｖになる。この電圧はスイッチング素子・ＦＥＴにとって非常に大きな値で一般に市販されているＦＥＴの耐圧600Ｖを遥かにオーバーしてしまう。このため、発電電圧を高くする場合には、非常に高価（現在、一般的な1000Ｖ耐圧のＦＥＴの約１００倍程度）な高耐圧性のスイッチング素子を使わざるを得ず、発電機のコストを押し上げてしまう問題が生ずる。
【００１２】
本発明は、出力巻線及び制御巻き線の巻き数を大きくすることなく、インダクタンスを大きくして、垂下電流を制御できる永久磁石式発電機の制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
そこで、本発明者等が種々研究・実験した結果、出力巻線（主巻線）及び制御巻線のそれぞれにロータの磁束と鎖交しないソレノイドコイルを加えることにより、出力巻線及び制御巻線の巻き数を制限しつつ、インダクタンスを大きくして、垂下特性の電流を小さくし得るという着想を得た。
【００１４】
本発明は、かかる着想に基づくものであり、ハウジングに回転自在に支持されたロータシャフト、前記ロータシャフトに固定され且つ外周側に複数の永久磁石部材を取り付けたロータ、及び前記ロータの外側に巻線が巻き上げられたステータから成る永久磁石式発電機の制御装置において、前記ステータ内に巻き上げられた出力巻線と前記ステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイルとを含む出力側巻線と、該出力側巻線と直列に接続され前記ステータ内に巻き上げられた制御巻線と前記ステータ外に配置された制御巻線側ソレノイドコイルとを含む制御側巻線とを備え、前記出力側巻線と前記制御側巻線の間に配設され前記出力巻線に発生した電流の一部を前記制御巻線に流すためのスイッチ、及び前記出力巻線による発電電圧を検出するセンサからの検出信号に応答して前記発電電圧を所定の電圧に制御するコントローラを有するものである。
【００１５】
ここで、前記出力巻線の一端は、三相交流発電機としてスター結線又はデルタ結線され、前記制御巻線側ソレノイドコイルの端部はスター状に結線されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記出力側ソレノイドコイルと前記制御側ソレノイドコイルは同一の透磁性の良いコアに巻き込まれ、更に３相交流の場合、３つのコイル群が同一コアに巻かれていることが好ましい。
【００１７】
また、前記出力巻線の出力端の電圧と前記制御巻線の電圧は、出力側垂下電圧＝出力側無負荷電圧×（制御側抵抗値/系全体の抵抗値）×（出力側巻き数）／（制御側巻き数＋出力側巻き数）の関係を持ち、前記スイッチによって出力側垂下電圧から出力側無負荷電圧まで電流量に応じて制御できるものであることが好ましい。
【００１８】
また、前記コントローラは、前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御して前記電流を加減して前記発電電圧を一定電圧に制御するものであることが好ましい。
【００１９】
また、前記コントローラは、前記センサによる検出信号に応答して前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御し、前記発電電圧が高いことに応答して前記電流を増し、前記発電電圧が低いことに応答して前記電流を減少させて前記所定の電圧を一定電圧に制御するものであることが好ましい。
【００２０】
さらに、前記出力巻線は、複数の巻線が直列に接続されると共に複数の出力端子が設けられたものである。
【００２１】
ここで、前記出力巻線は、互いに巻き数が異なる複数の巻線であり、前記複数の出力端子が互いに異なる電圧を出力するものであることが好ましい。
【００２２】
また、前記発電電圧の異なる２種類の前記出力端子には、出力切り替えスイッチがそれぞれ設けられ、前記コントローラは、負荷に応答して前記スイッチをＯＮ−ＯＦＦ制御して必要な電力を供給するものであることが好ましい。
【００２３】
また、前記発電電圧の異なる２種類の三相交流の前記出力端子には整流器及び蓄電池が接続され、前記コントローラは、前記負荷の変動に応答して前記所定の電圧を一定電圧に制御するものであることが好ましい。
【００２４】
また、前記出力巻線の端子に発電機側スイッチと蓄電池から接続された電動機側スイッチとを設け、前記コントローラは、前記電動機側スイッチを前記ロータの位置を検出してＯＮし、且つ前記発電機側スイッチをＯＦＦし、前記出力巻線に電流を供給することによって電動機駆動させるものであることが好ましい。
【００２５】
また、前記電動機能を持たせた電動機の前記蓄電池からの入力端子を巻線数の異なる端子にそれぞれ取り付け、電動側のコントローラは前記ロータの回転の増減時に応答して前記巻き数の異なる端子へ電流を流すように制御することが好ましい。
【００２６】
また、前記電動側のコントローラは、前記ロータの回転を増加させる場合には前記巻き数の小さい端子へ電流を流し、前記ロータの回転を減少させる場合には前記巻き数の大きい端子へ電流を流すように制御するものであることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
請求項１記載の永久磁石式発電機の制御装置によれば、上記のように、極めて簡単な構造を持つ発電機の巻線（ステータコイル）をステータ内に巻き上げられた出力巻線と制御巻線とで構成する一方、それら巻線にそれぞれステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイルと制御巻線側ソレノイドコイルとを接続して、出力巻線と出力巻線側ソレノイドコイルとで出力側巻線を、さらに出力巻線と出力巻線側ソレノイドコイルとで制御側巻線をそれぞれ構成し、それら出力側巻線と制御側巻線とを直列に繋ぎ、その全体巻き数の垂下特性を用いて少ない電流で出力電圧を一定に制御するようにしているので、出力巻線及び制御巻き線の巻き数を大きくすることなく、インダクタンスを大きくして、垂下電流を制御できる。本願発明の発電機は、従来の発電機と大幅に異なり、出力巻線で出力しているとき、垂下特性は、図２に示すように、電流が大きく、電圧が小さくなるように変化するが、出力側巻線に加わった制御側巻線の全体巻線が大きいと電圧は大きくなるが電流は極めて小さい状態で垂下する。全体巻線と少ない出力巻線では、無負荷電圧特性は非常に大きな差が有り、２つの巻線を直列に接続し、全体巻線の大きな巻き数の逆起電力による電圧制御性を利用し、この系に微少の電流を流すと、この垂下特性により出力巻線側の電圧が低下し、前記スイッチのON,OFにより電流を調節すると出力端子の電圧を一定にすることができる。
【００２８】
即ち、出力巻線の巻き数Ｎ１と電圧制御巻線の巻き数Ｎ２とすると、所定の電圧Ｖ２を得るためには、Ｖ1 ×Ｎ1 ／（Ｎ２+Ｎ１）ｆ（Ｉ）＝Ｖ2 となるように電流を制御すると常に一定電圧が得られる。ここでｆ（Ｉ）は電流が増加すると小さくなる逆比例関数である。
従って、所定電圧になるように制御巻線の電流を増減すると電圧は一定になる。下記に計算式を示す。
計算式Ｖ−Ａ特性
（１）起電力Ｅｏについて
Ｅｏ＝４．４４・Φ・ｆ・Ｗｓ  --------（１）
（２）端子電圧Ｅについて
Ｅ＝Ｅｏ−Ｅ１−Ｅ２
＝４．４４・Φ・ｆ・Ｗｓ−Ｉ1 (Ｒ１２＋(２πｆＬ１／１０００)２)１／２
−Ｉ２(Ｒ２２(２πｆ・Ｌ２／１０００)２)１／２  --------（２）
（３）制御巻線の電流
Ｉｓ＝〔４．４４・Φ・ｆ・Ｗｓ−Ｉｍ・(Ｒ1２＋(２πｆ・Ｌ1／１０００)２)１／２−Ｅ〕
／〔Ｒ２２＋(２πｆ・Ｌ２／１０００))２〕１／２  --------（３）
ただし、式中の記号は以下の通りである。
Ｅｏ:出力、制御巻線の起電電圧、Ｅ１：出力側巻線の電流Ｉ１の時の電圧、Ｅ２：制御巻線側制御側巻線に流れる電流Ｉ２の時の電圧、Ｒ1 ：出力巻線の抵抗、Φ：磁力の強さ、Ｒ２：制御巻線の抵抗値、ｆ：周波数、Ｌ：巻線のインダクタンス、Ｌ1 ：出力巻線側のインダクタンス、Ｗｓ：巻線数、Ｉ1 ：出力巻線の電流、Ｉ2 : 制御巻線の電流、Ｉｓ：所定電圧を得るための制御側巻線電流、Ｉｍ：所定電圧で出力側巻線の電流、Ｒ2：制御巻線の抵抗値、Ｌ2：制御巻線のインダクタンス。
【００２９】
ここで、巻線の電流は巻線数が大きいほど小さくなるが、その反面巻線の巻き数が大きくなるほど永久磁石による起電電圧が大きくなるので、起電電圧を制限した状態で制御電流を小さくし、電圧制御できることが望ましい。上式で出力巻線及び制御巻線の各インダクタンスL1、L2の値を大きく出来れば制御電流値Ｉｓを更に小さくできる。したがって、大電流を必要とする発電機ではステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイルと制御巻線側ソレノイドコイルとを加える効果が極めて有効である。
【００３０】
また、上式に示すように出力側巻線、制御側巻線の端子電圧は、起電電圧からそれぞれの巻線に流れた電流とインダクタンスの積を差し引いた電圧で決まるが、巻き数が大きくなるほど起電電圧は大きくなるので電圧を降下させる為には大きなインダクタンスが必要になる。そこで、起電電圧を大きくしないで電圧制御させる為には、ステータ内に巻き上げられた巻線を増加させることなく、ロータの磁束と鎖交しない位置例えばステータ外に配置された出力巻線側ソレノイドコイルと制御巻線側ソレノイドコイルとを加えることにより、インダクタンスを大きくして垂下電流を制御できるようにすることが効果的である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、この発明による永久磁石式発電機の制御装置について説明する。
【００３２】
この発明による制御装置が組み込まれた発電機は、図１に示すように、フロントハウジング３とリアハウジング５から成るハウジング３４、ハウジング３４に一対の軸受４を介して回転可能にそれぞれ支持されたロータシャフト１、ロータシャフト１に固定された永久磁石部材７から成る回転子即ちロータ３５、及びロータ３５の外周側に配置され且つハウジング３４に固定された固定子即ちステータ２から構成されている。ステータ２は、ステータコア３６とステータコア３６に巻き上げられたステータコイル８から構成されている。また、ロータシャフト１には、その一端部に、エンジン、風車等の駆動源からの駆動力が入力する入力プーリ等の入力手段（図示せず）が設けられている。この発電機は、ロータ３５を構成するロータシャフト１の両端が軸受４でハウジング３４に回転可能に支持されている。ロータ３５は、ロータシャフト１の外周に配設された透磁性部材３７、透磁性部材３７の外周面に配置された複数の永久磁石片から成る永久磁石部材７、及び永久磁石部材７の外周面に固定された非磁性材からなる円筒状スリーブ４０を備えている。ロータ３５を構成する永久磁石部材７と透磁部材３７との両端面には、端板３８がそれぞれ配置され、ナット、フランジ等の固着手段でロータシャフト１に一体に固定されている。また、リアハウジング５には、整流器１５、２１を覆ったカバー６が取り付けられ、カバー６には出力端子９が配設され、また、フロントハウジング３の外側にはソレノイドコイル１４１及び１４２が配設されている。ここで、ソレノイドコイル１４１及び１４２はステータ外に配置されているが、本明細書においてソレノイドコイルに関しステータ外に配置されたとは、ロータの磁束と鎖交しない状況に配置されていることを意味するものである。つまり、ロータの磁束と鎖交しない状況にあれば良く、その設置位置には特に限定されない。例えば、前述のロータの磁束が鎖交しないように磁気遮蔽されているのであればハウジング内に設置しても良いし、あるいはモータケーシングの外に配設しても良い。また、ステータコイル８は、ステータコア３６の櫛部間に形成されたスロット部に位置して巻き上げられ、ステータコイル８をステータコア３６に成形固定するためスロット部内に非磁性材が充填されている。
【００３３】
この発明による永久磁石式発電機の制御装置の一実施例について、図３の回路図を参照して説明する。ステータコイル８を構成する巻線１０、１１は、例えば、ステータ２のステータコア３６の櫛部に巻き上げられており、三相交流の中性点３９が一端で結線されると共に、出力コイル即ち出力巻線１０の直後に出力巻線側ソレノイドコイル１４１が接続され、ソレノイドコイル１４１の他端には制御側巻線を構成する制御コイル即ち制御巻線１１と制御巻線側ソレノイドコイル１４２とが接続されている。そしても出力巻線１０の端子は出力巻線側ソレノイド１４１の直後から引きまわされる。本実施形態の場合、出力巻線１０と出力巻線側ソレノイドコイル１４１とで構成される出力側巻線と制御巻線１１と制御巻線側ソレノイドコイル１４２とで構成される制御側巻線との間には（出力巻線１０と制御巻線１１との間には）、制御スイッチ１２が介在され、出力巻線側ソレノイド１４１の端子には出力側スイッチ１３を介して出力ライン４１が接続され、出力ライン４１は整流器１５を介して負荷１７に接続されている。負荷１７に対して、電圧検出比較器１６が設けられている。また、出力巻線１０には、回転数と極位置を検出するセンサ２８が設けられている。電圧検出比較器１６及びセンサ２８からの検出信号は、コントローラ１８に入力される。コントローラ１８は、これらに検出信号に応答して、制御スイッチ１２及び出力側スイッチ１３のＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。
【００３４】
この永久磁石式発電機の制御装置では、複数の巻線を持つ発電機の出力の利用領域を回転数と負荷により規定し、発電機の制御を限定することにより、制御装置の簡素化ができる。ロータ３５の回転と負荷１７の変動に対し、領域を指定することにより、迅速に適応される。ところが、巻線の経路に設けたスイッチにより電圧制御巻線即ち制御巻線１１の電流を制御する場合に、スイッチ１２がＯＮ−ＯＦＦされた時、電圧が大きく振れると電圧を平滑させる制御機構が複雑になる。そこで、出力巻線１０には出力巻線側ソレノイドコイル１４１を、制御巻線１１の端子側には制御側ソレノイドコイル１４２をそれぞれ配置し、その大きな無効抵抗を用いることにより電圧変動が少なくなるようにしている。そのため、出力巻線側並びに制御側ソレノイドコイル１４１、１４２を配設することは重要な技術的特徴となる。電圧の安定のため出力端にコンデンサ（図示せず）を並列に挟むことが有効である。一方、３相発電機の出力線間にコンデンサ（図示せず）を挟むことにより、電圧が上昇し、結果的に出力が増加する。従って、この使用領域ではコンデンサを通電させるように出力側スイッチ１３をＯＮさせ、高出力にさせるよう制御することも可能である。なお、出力巻線１０の一端は、三相交流発電機としてスター結線又はデルタ結線され、制御巻線側ソレノイドコイル１４２の端部はスター状に結線されると共に、出力巻線１０は単一の電圧又は複数の異なる電圧の出力端子が設けられている。
【００３５】
この永久磁石式発電機の制御装置は、制御巻線１１への電流は開閉時間を可変にできるスイッチ１２を介して電流を増減させ電圧一定の制御をするが、その先端にはソレノイドコイル１４１、１４２を用いるので、これらのソレノイドコイル１４１、１４２を同一のコア（図示省略）に巻き上げるとインダクタンスの相乗効果と周波数の大きい場合にはインダクタンスが大きくなって抵抗が大きくなり、この系に流れる電流が小さくなり、発電機の発電電圧が相当大きくなっても無効電力負荷となるので、流れる電流が小さく、銅損が少なくなる。図２に示したように、制御巻線１１の電流はＡ１電流を流すと電圧が０となるので、最大に流してもＡ１アンペアである。しかし、Ａ２アンペア流すと電圧はＶ２×Ｎ２/ Ｎ１+Ｎ２＝Ｖ１ボルトになるため、０アンペアからＡ１アンペアまで所定電圧を維持するように、デューティ制御する。制御巻線１１に、例えば磁束制御装置を付加すると、電圧制御巻線の垂下特性は極めて小電流の方に移動し、微少の電流を流すだけで電圧が降下し、一定電圧を保持できる。制御巻線１１に流れる電流は損失となるが、装置の簡易性が得られるのでメリットがある。
【００３６】
次に、図４を参照して、この発明による永久磁石式発電機の制御装置の別の実施例を説明する。この永久磁石式発電機の制御装置は、低電圧側負荷１７Ｌと高電圧側負荷２３とに対応するため、発電する電圧が異なる複数の出力端子を持つものである。この永久磁石式発電機は、出力巻線１９が例えば２種類の出力巻線１９Ｌ、１９Ｈから構成されている。低電圧側出力巻線１９Ｌは、巻き数の少ない側の接点２７から整流器１５を介して低電圧側負荷１７Ｌに接続され、電圧検出比較器１６及びバッテリ２４が接続されている。高電圧側出力巻線１９Ｈは、巻き数の多い側の接点２６から整流器２１を介して高電圧側負荷２３に接続され、電圧検出比較器２２及びバッテリ２５が接続されている。低電圧側出力巻線１９Ｌは、例えば、自動車用１２Ｖに対応する巻線である。高電圧側出力巻線１９Ｈは、例えば、自動車に搭載している電動機の電圧１００Ｖに対応する巻線であり、その巻線１９Ｈの先端に制御巻線１１が全てシリーズに結線されている。例えば、低電圧側出力巻線１９Ｌ、高電圧側出力巻線１９Ｈ及び制御巻線１１の巻線比を、１２：１００：２００とすると、発電電圧比は１２Ｖ、１００Ｖ、２００Ｖとなり、制御巻線１１の電圧を２００Ｖの一定に制御すると、出力端子の出力条件がどのように変化しようと、１２Ｖ、１００Ｖの一定の電圧が得られる。従来の巻線では２種類の巻線を並列に配置することが試みられたが、この方法では一方に多くの負荷がかかり、磁力を消費すると、他方の電圧が下がり、目標とする性能が得られなかった。この永久磁石式発電機の制御装置では、制御巻線１１の電流が０になるまで、それぞれの出力端子の電圧が所定値になるように設定できる。
【００３７】
この永久磁石式発電機の制御装置は、電圧調整スイッチ即ち制御スイッチ１２を出力巻線１９に接続された出力巻線側ソレノイドコイル１４１の後流に設定される出力端子２６と制御用巻線１１の中間に配置し、その先に制御巻線側ソレノイド１４２を結線することを特徴とした巻線構造であって、特に、制御スイッチ１２の配置は重要な構成要因である。この永久磁石式発電機の制御装置の特徴は、出力巻線１９と制御巻線１１を用いているので、発電機の発生電圧は、制御巻線１１の制御端子では６００Ｖ以上になる。制御スイッチ１２がＯＦＦの状態では、電流が０アンペアになるので、電圧は無負荷状況になり、場合によっては、１０００Ｖに達する。しかし、ロータの磁束と鎖交しない位置に配置される外置きのソレノイド１４１が加わった場合では、出力巻線１９の出力端子では１００Ｖ程度に止まり、この状態で制御スイッチ１２を断続させても大きなサージ電圧は発生しない。一般に、制御巻線１１の先端で制御スイッチ１２を断続させた場合、電圧が高いので、制御スイッチ１２の損傷、サージ電圧による火花の発生などの大きなトラブル要因となる。これに対して、この永久磁石式発電機の制御装置は、制御スイッチ１２をソレノイドコイル１４１の後流となる位置に設定された出力巻線１９の出力端子２６と制御巻線１１との中間に配置すると、制御スイッチ１２をＯＮからＯＦＦに切り替えても、制御スイッチ１２の端子で発生する電圧はソレノイドコイル１４１にて電圧が消費されて低いので、大きな損傷原因とはならない。また、制御スイッチ１２は、負荷端子に置かれた一定電圧を保持するための比較器( コンパレータ)１６、２２からの入力により、もし電圧が高くなれば、電流を大きくするように、制御スイッチ１２の開放時間を長く取り、電圧が低くなれば、開放時間を短くすることにより、端子電圧を一定に保持するように制御する。制御スイッチ１２は大きなインダクタンスを持つ制御巻線１１と出力巻線側ソレノイドコイル１４１の中間に配置されているので、制御スイッチ１２のＯＮ−ＯＦＦによる電流の断続が平均化され、あたかも電流量が変化するように作用する。図４に示すように、負荷電圧が異なる２種類の出力端子が出され、低負荷で十分な出力が出されない場合、一方の負荷が大きいと他方の負荷側の電圧が低下する。そこで、優先出力側を決め、その出力側には要求される出力を供給し、一方の出力側では発電機が供給できる能力の出力で、電圧は一定の出力をバッテリ２４、２５に供給することにより、優先電圧を低下させない制御を行う。尚、本実施形態では、制御スイッチ１２は出力巻線１９の出力端子２６と制御巻線１１との間に設けられているが、場合によっては制御巻線１１とソレノイドコイル１４２の間に設けるようにしても良い。これにより、制御スイッチ１２のＯＮ−ＯＦＦによる電流の断続が平均化され、あたかも電流量が変化するように作用する。ここで、出力端子２６と制御巻線１１との間に設けられる場合には制御スイッチ１２にかかる電圧が比較的に低くなるので耐電圧性を必要としないものを用いることができる。設定電圧が１４Ｖと低い場合、スイッチをソレノイドコイル１４２の後流にしても良いが、設定電圧を２００Ｖにするとソレノイドコイル１４１の直後にする必要がある。
【００３８】
図７に示す処理フロー図を参照して、図４に示すこの永久磁石式発電機の制御装置の作動を説明する。この永久磁石式発電機の制御装置は、二系統、例えば、１４Ｖと２００Ｖとの電圧を１つの発電機で発電させる場合であり、制御回路には、２個の整流器１５、２１と２個の負荷１７Ｌ、２３が必要である。出力巻線１９は、電圧の小さい方の出力巻線を１９Ｌとし、電圧の高い方の出力巻線を１９Ｈとする。電圧の小さい方にはスイッチ２０Ｌを接続し、電圧の高い方にはスイッチ２０Ｈを接続する。低い電圧側では出力端子９を整流器１５に接続し、負荷１７Ｌ側に電力を供給する。電圧の高い方ではスイッチ２０Ｈからの出力を整流器２１に送り、そのＤＣ電力を負荷２３に送る。負荷１７Ｌ、２３側の電圧は検出器１６、２２でそれぞれ監視する。この永久磁石式発電機の制御装置について、制御回路では複数の出力巻線の出力端子の電圧の低い方を一定電圧になるように制御巻線１１の電流を制御していれば、必然的に電圧の高い方も一定電圧に制御できる。
【００３９】
まず、出力巻線１９の低電圧側出力巻線１９Ｌと高電圧側出力巻線１９Ｈの電圧ＶＬ、ＶＨを検出し（ステップＳ１）、出力端子の出力切換スイッチ２０Ｌ、２０ＨをＯＮとし（ステップＳ２）、主力である低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬが予め設定された電圧（所定電圧Ｖ１と呼ぶ）の上限値（Ｖ１＋α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ３）、所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より大きければ、制御巻線１１に流す電流を増加させるデューティ制御し（ステップＳ４）、スイッチ１２の通電時間を増加させて垂下電流の大きい側に移動させ（図２参照）、制御巻線１１の電圧を下げさせる。そして、低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さいか否かを判断し（ステップＳ５）、小さい場合にはさらに電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ６）、下限値（Ｖ１−α）より大きければその条件を保持させる（ステップＳ７）。
【００４０】
他方、ステップＳ３で低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さいと判断されたときには、電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ８）、下限値（Ｖ１−α）より大きい場合にはその条件を保持させる（ステップＳ９）。そして、所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さければ、制御スイッチ１２の通電時間を小さくし、電圧を増加させ（ステップＳ１０）、電圧ＶＬを所定電圧Ｖ１の許容範囲に収める。次いで、電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ１１）、電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいならば、その条件を保持させる（ステップＳ１２）。電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さいときには、制御巻線１１に流れる電流Ｉが０よりも大きいか否かを判断し（ステップＳ１３）、大きい場合には更に電流を減らすデューティ制御を行ない（ステップＳ１０）、電流Ｉが０よりも小さい場合即ち主力側の電気使用量が大きくなって制御巻線１１側の電流を０にしても電圧ＶＬが所定値に回復しない場合には、スイッチ２０ＨをＯＦＦにし（ステップＳ１４）、高い電圧側の使用量を制限してその間バッテリ２５から電力を供給するようにし、低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬをチェックする。即ち、低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さいか否かを判断し（ステップＳ１５）、上限値（Ｖ１＋α）より小さければ、電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ１６）、下限値（Ｖ１−α）より大きい場合にはその条件を保持させる（ステップＳ１７）。下限値（Ｖ１−α）より小さければ、故障信号を発する（ステップＳ１８）。
【００４１】
また、ステップＳ１５で低電圧側出力巻線１９Ｌの電圧ＶＬが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より大きい場合には、制御電流Ｉを増加させるデューティ制御し（ステップＳ１９）、スイッチ１２の通電時間を増加させ、垂下電流の大きい側に移動させ（図２参照）、制御巻線１１の電圧を下げさせる。次いで、電圧ＶＬが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さいか否かを判断し（ステップＳ２０）、電圧ＶＬが上限値（Ｖ１＋α）より小さければ、さらに電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ２１）、電圧ＶＬが下限値（Ｖ１−α）より大きい場合には、その条件を保持させる（ステップＳ２２）。電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいならば、制御巻線１１に流す電流を減じる（ステップＳ２３）。次いで、電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ２４）、電圧ＶＬが下限値（Ｖ１−α）より大きければ、その条件を保持させる（ステップＳ２５）。電圧ＶＬが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さいならば、制御巻線１１に流す電流を減じるため、ステップＳ２３に戻って制御電流を減らす処理を繰り返す。一方の負荷２３への電流供給をカットしたので、低電圧側出力巻線１９Ｌの出力端子からの電流供給は正常に戻るので、低電圧側出力巻線１９Ｌの出力電圧ＶＬを許容範囲（Ｖ１±α）に入るように制御電流を加減する動作に入る。この動作の繰り返しを行う。
【００４２】
次に、図５の回路図を参照して、この発明による永久磁石式発電機の制御装置の更に別の実施例を説明する。この永久磁石式発電機の制御装置は、負荷１７の電圧が同等で巻き数の異なる第一と第二の出力巻線１９Ｌ、１９Ｈの出力端子を二系統設けた場合であり、第一出力巻線１９Ｌと制御巻線１１の巻き数比が制御巻線１１の一定電圧となるが、第二出力巻線１９Ｈと制御巻線１１では巻き数比が変わるが出力電圧は同じとなる。この場合、基準電圧が変わると出力電圧が変化するので基準電圧はあくまで負荷１７の負荷電圧として制御巻線１１の電流を替える必要がある。例えば、第一出力巻線１９Ｌの巻き数１２、第二出力巻線１９Ｈの巻き数９６、制御巻線１１の巻き数２４とし、第一出力巻線１９Ｌの電圧１２Ｖとすると、第一出力巻線１９Ｌが１２Ｖを出力しているとき、第二出力巻線１９Ｈは９６Ｖ、制御巻線１１は１２０Ｖとなるが、第二出力巻線１９Ｈで９６Ｖを得たい低速部分では負荷１７の負荷を遮断することにより第二出力巻線１９Ｈで９６Ｖを確保できる範囲で出力させるので常に出力巻き線の電圧を一定に制御ができる。この構成により、一つの負荷電圧に対して二つの出力巻線を使って極低速から高速まで出力を得ることが可能になる。
【００４３】
図８の処理フロー図を参照して、図５の回路図による永久磁石式発電機の制御装置の作動を説明する。本回路図は出力巻線１９のうち巻き数の大きい出力巻線１９Ｈと巻き数の小さい出力巻線１９Ｌに出力切換スイッチ２０Ｈ、２０Ｌをそれぞれ取り付け、スイッチ２０Ｈ、２０Ｌの後側では結線を一緒に接続し、Ｕ、Ｖ、Ｗ相のそれぞれを整流器１５に接続した。出力巻線１９Ｈの端部には制御巻線１１が接続され、その先にはソレノイドコイル１４が接続され、出力巻線１９Ｈと制御巻線１１の間にはスイッチ１２が取り付けられている。
【００４４】
起動スイッチがＯＮし、スタートが指令されると、回転速度Ｎと電圧Ｖを検出するセンサ２８の信号を得て（ステップＳ３０）、回転速度Ｎが所定の速度Ｎ１より小さいか否かを判断し（ステップＳ３１）、回転速度Ｎが所定の速度Ｎ１より小さければ、出力巻線１９のうち巻き数の大きい方の出力巻線１９Ｈを利用するため、出力切換スイッチ２０ＬをＯＦＦし、出力切換スイッチ２０ＨをＯＮさせる（ステップＳ３２）。回転速度Ｎが所定の速度Ｎ１より大きければ、出力巻線１９のうち巻き数の小さい方の出力巻線１９Ｌを利用するため、スイッチ２０ＬをＯＮし、スイッチ２０ＨをＯＦＦさせる（ステップＳ３３）。次いで、電圧検出器１６により検出した出力電圧Ｖが予め設定された電圧（所定電圧Ｖ１と呼ぶ。例えば、１４Ｖ）の上限値（Ｖ１＋α、αは許容幅を示す）より大きいか否かを判断し（ステップＳ３４）、所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より大きい時には、スイッチ１２のＯＮ時間を長くし、制御巻線１１に流れる電流を大きくし（ステップＳ３５）、制御巻線の電圧を小さくする。制御巻線１１の電圧と出力巻線の出力電圧は巻線の巻き数に比例して変化するので、制御巻線１１の電圧を変化させれば、出力巻線１９の電圧も巻き数に比例して変化する。ステップＳ３４で検出電圧Ｖが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より大きくない時には、所定電圧の下限値（Ｖ１−α）よりは大きいか否かを判断し（ステップＳ３９）、検出電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きければ、そのまま△ｔ時間保持させておく（ステップＳ４０）。他方、検出電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さければ、制御巻線１１に流れる電流を減少させて、電圧を上昇させる（ステップＳ４１）。次いで、出力電圧Ｖが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さくなったか否かを判断し（ステップＳ３６）、出力電圧Ｖが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さくならない時には、ステップＳ３５に戻り、制御巻線１１に流れる電流を大きくする処理、即ち電圧を小さくする処理を繰り返す。他方、出力電圧Ｖが所定電圧の上限値（Ｖ１＋α）より小さくなった時には、出力電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ３７）。出力電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きい場合には、そのまま△ｔ時間保持させておく（ステップＳ３８）。また、ステップＳ３７で出力電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きくない場合には、即ち電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さい場合には、制御巻線１１に流れる電流を減少させて、電圧を上昇させる（ステップＳ４１）。次いで、出力電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きいか否かを判断し（ステップＳ４２）、検出電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より大きければ、そのまま△ｔ時間保持させておく（ステップＳ４３）。反対に、検出電圧Ｖが所定電圧の下限値（Ｖ１−α）より小さければ、制御巻線１１に流れる電流を減少させて、電圧を上昇させる（ステップＳ４１）。回転数が大きくなった場合には、スイッチ２０ＬをＯＮさせ、大きな出力巻線１９のスイッチ２０ＨはＯＦＦする。
【００４５】
次に、図６の回路図を参照して、この発明による永久磁石式発電機の制御装置の他の実施例を説明する。この永久磁石式発電機の制御装置は、発電機をモータとして使用する場合であり、発電機の出力巻線１９にバッテリ３０からの電力を供給するため、電動機側のスイッチ３２、３３とコントローラ２９とを備え、ロータの永久磁石の位置を検出し、その位置より前側に永久磁石の極と異なる極を作るように設定したコミュテーターからの電流を送るようにしている。この装置は出力巻線１９のうち、巻き数の大きい方の巻線即ち第二の出力巻線１９Ｈは低速に対応するようにし、巻き数の少ない方の巻線即ち第一の出力巻線１９Ｌは高速用に用いることにより、ハイブリット装置とすることができる。即ち、この永久磁石式発電機の制御装置は、電動機側のスイッチ３２が巻線数の小さい方の出力巻線１９Ｌにライン４２Ｌで接続され、スイッチ３３が巻線数の大きい方の出力巻線１９Ｈにライン４２Ｈで接続されている。したがって、発電機を電動機として使用する場合には、発電機側の電圧制御スイッチ１２、出力切換スイッチ２０Ｌ、２０Ｈを全てＯＦＦにすると共に、例えば電動機側のスイッチ３３をＯＮ、スイッチ３２をＯＦＦにして巻き数の大きい方の出力巻線１９Ｈを始動し、回転数の低い側で使う。電流が小さくても巻き数が大きいので、トルクが大きくなる。しかし、逆起電力が働いて大きい回転ではトルクが作用しないので、この場合には電動機側のスイッチ３２をＯＮ、スイッチ３３をＯＦＦにして巻き数の小さい方の出力巻線１９側に切り替えて高速までトルクが発生するものとして、異なる出力が可能なハイブリットモータとして使う。コントローラ１８には速度センサに組み込まれた位置センサ２８からの信号に合わせて、スイッチ３２、３３を作動させる。この機能は通常コミュテーターと呼ばれる装置である。尚、図６の実施形態では、直列に接続された複数の出力巻線を切り換えて使用可能とした場合を例に挙げたが、これに特に限られるものではなく、その他の発電機構造例えば図３に示す単一の出力巻線から成る発電機にモーター用のコントローラ２９やバッテリー３０からの電流供給を可能とするスイッチ３２を設けることにより、電動機に切り換えて使用することも可能である。
【００４６】
図９の処理フロー図を参照して、図６の回路図による永久磁石式発電機の制御装置の作動を説明する。電動機作動か発電機作動かを判断し（ステップＳ５０）、電動機作動の場合には、スイッチ１２、２０Ｈ、２０ＬをＯＦＦにし（ステップＳ５１）、次いで、回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ１より低速か否かを判断し（ステップＳ５２）、回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ１より低速ならスイッチ３３をＯＮし、スイッチ３２をＯＦＦする（ステップＳ５３）。回転速度Ｎが所定の回転速度Ｎ１より高速ならスイッチ３２をＯＮし、スイッチ３３をＯＦＦする（ステップＳ５４）。このようにスイッチの作動を制御することによって通電のタイミングは位置センサーの出力によって自動的に決まる。制御装置を高度化させて、電流波形をサインカーブにしても良い。また、ステップＳ５０において、発電機作動であるならば、制御装置を発電機として作動させ（ステップＳ５５）、図８の処理フロー図の符号Ａに進んで発電機作動を行う。例えば、コミュテーターを作動させ、電動運転する時、二つの巻線として２０ターンと４０ターンを用いた場合、即ち、巻線数の小さい方の出力巻線１９Ｌを２０ターンとし、巻線数の大きい方の出力巻線１９Ｈを４０ターンとすると、回転速度Ｎ（×１００ｒｐｍ）に対する駆動トルク（Ｎ・ｍ）は、図１０のグラフに示すとおりである。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
この発明による発電機の制御装置は、例えば、自動車の発電機、風力発電機、ハイブリット、電気自動車の発電機、エレベーターのエネルギー回生発電機として使用して好ましく、発電された一定電圧の電力は、各種機器の駆動、電灯、照明等の一般消費電力として、或いは電子機器等で消費するのに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】この発明による制御装置を適用する永久磁石式発電機を示しており、（Ａ）は正面図、及び（Ｂ）は側面図である。
【図２】巻き数の異なる二つの巻線の垂下特性を示すグラフである。
【図３】この発明による永久磁石式発電機の制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図４】この発明による永久磁石式発電機の制御装置の別の実施例を示す回路図である。
【図５】この発明による永久磁石式発電機の制御装置の更に別の実施例を示す回路図である。
【図６】この発明による永久磁石式発電機の制御装置をハイブリット発電・電動機として作動できる他の実施例を示す回路図である。
【図７】図４の永久磁石式発電機の制御装置の作動を示す処理フロー図である。
【図８】図５の永久磁石式発電機の制御装置の作動を示す処理フロー図である。
【図９】図６の永久磁石式発電機の制御装置の作動を示す処理フロー図である。
【図１０】フライホイール内蔵発電機のスタータ利用の場合における巻線の巻き数について回転速度に対する駆動トルクを示すグラフである。
【符号の説明】
【００４９】
１  ロータシャフト
２  ステータ
７  永久磁石部材
８  巻線
９  出力端子
１０  出力巻線
１１  制御巻線
１２  制御スイッチ（デューティ制御）
１３  出力側スイッチ
１４１  出力巻線側ソレノイドコイル
１４２  制御巻線側ソレノイドコイル
１５、２１  整流器
１６  電圧検出比較器
１７、１７Ｌ、２３  負荷
１８  コントローラ
１９  出力巻線
１９Ｈ  高電圧側出力巻線
１９Ｌ  低電圧側出力巻線
２０、３１、３２、３３  出力側スイッチ
２０Ｈ  高電圧出力側スイッチ
２０Ｌ  低電圧出力側スイッチ
２２  高電圧側の電圧比較器
２４、２５、３０  バッテリ
２８  回転数と極位置の検出センサ
２９  電動側のコントローラ
３４  ハウジング
３５  ロータ
【図１】
2010268636.tif 000003
【図２】
2010268636.tif 000004
【図３】
2010268636.tif 000005
【図４】
2010268636.tif 000006
【図５】
2010268636.tif 000007
【図６】
2010268636.tif 000008
【図７】
2010268636.tif 000009
【図８】
2010268636.tif 000010
【図９】
2010268636.tif 000011
【図１０】
2010268636.tif 000012