(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持され且つ周方向に隔置状態で配置された永久磁石部材を持つロータ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固定され且つ巻線が巻き上げられる櫛部間にスロット部を備えたステータ，該ステータと前記ロータとの間で前記ステータに対して相対揺動可能に配置された磁束を調整して電圧を制御する磁束制御リング，及び該磁束制御リングを前記ステータに対して周方向に相対揺動させるアクチュエータを有し，
前記磁束制御リングは周方向に隔置して前記ステータの前記スロット部の幅より小さい幅を有する透磁性体と該透磁性体間に配置された非透磁性体とを周方向に交互に積層して全体としてリング状に形成され，
前記透磁性体の外面が半径方向に対して斜めに角度を持った第１斜面にそれぞれ形成され，前記ステータの前記櫛部の内面が前記透磁性体の前記第１斜面に対応する合口となる第２斜面にそれぞれ形成され，前記磁束制御リングの前記ステータに対する前記周方向の相対揺動に対応して前記第１斜面と前記第２斜面との前記合口が密着状態からクリアランス量が連続的に且つ直線的に変化し，
前記ロータの回転速度に応じて前記アクチュエータの作動を制御するコントローラは，前記磁束制御リングの前記ステータに対する周方向の相対揺動によって前記第１斜面と前記第２斜面との前記合口の前記クリアランス量を制御して前記櫛部を通る磁束を制御することから成る磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機。
【請求項２】
前記磁束制御リングの前記透磁性体の周方向の幅は前記ステータの前記櫛部の周方向の幅と同一又は少なくとも８０％程度に形成され，前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面とが形成された周方向領域の前記櫛部間は前記磁束制御リングの揺動のため空隙に形成されていることから成る請求項１に記載の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機。
【請求項３】
前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口の傾斜角度は，前記ステータの半径方向に対して３０°〜６０°の角度範囲に設定されていることから成る請求項１又は２に記載の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機。
【請求項４】
前記コントローラは，前記ロータの低速時には前記アクチュエータを作動して前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口を密着状態にする制御を行い，前記ロータの高速時には前記アクチュエータを作動して前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口の前記クリアランス量を増大させる制御を行うことから成る請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機。
【請求項５】
前記コントローラは，前記ロータの前記ステータに対する回転速度と前記ステータの前記櫛部を流れる磁束との積が一定になるように，前記アクチュエータによって前記磁束制御リングを揺動させて予め決められた所定の一定の電圧を発電させる制御を行うことから成る請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸に取り付けられた永久磁石板材から成るロータと該ロータの外周に配置されたステータとから成る磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年，永久磁石の性能が向上するに従って永久磁石を発電・電動機の回転子即ちロータとして使用される機会が増加してきた。また，永久磁石をロータとした発電・電動機は，高い発電効率又は電動効率が得られることと，簡単な構造で構成できるということから，最近，工業用機器に多く使用されるようになった。そこで，発電・電動機についてコンパクト化したり，高性能化，高出力化する技術の開発が盛んになり，それに伴って構成部品の多様化が必要となっている。
【０００３】
従来，特開平７−２３６２６０号公報に開示された高出力交流発電・電動機は，回転速度に応じて磁束密度を制御して発電量を適正に制御するものであり，ロータとステータとの間に制御リングを相対回転可能に配置し，制御リングに接離可能な透磁性体を設けたものである。
【０００４】
ところで，永久磁石式発電・電動機では，永久磁石の磁力が変化しないので，発電電圧を変更したり，電動機のトルクを抑制することが困難である。発電機では，回転数が増加するのに伴って発電電圧が比例的に増加する。その理由は，発電機の電圧は，周波数，磁束及び巻線数の積によって決まるため，ロータの回転数が変動関数であり，その他は定数であるため，回転数の増加と共に，電圧が上昇することになる。これを式で示すと次の通りである。
Ｕ＝４．４４×ｆ×φ×Ｗ×ＫＷ1 
但し，ｆ：周波数，φ：磁束力，Ｗ：巻線数，ＫＷ1 ：巻線係数
上記の式に示したように，永久磁石式発電・電動機では，発電機運転する時に，電圧を一定に保つためには，単独ではできず，発電した電力の電流を分断する複雑なスイッチングレギュレータ等の装置が必要になる。また，永久磁石式発電・電動機を電動機運転する時には，回転数の上昇と共に逆起電力が作用し，この電力に逆らって投入する電力の電圧が高くなるので，電動機の特性を失わせることになる。即ち，巻線に発電電流が流れるため，この電流に逆らって高電圧の電流を流さなければ，電動機として動作できない。この時，磁束密度が小さくなっていれば，逆起電力が小さいので，余り大きな電圧をかけずに電動機を回転させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のとおり，永久磁石式発電・電動機では，磁束制御システムの成否がその発展のために極めて有効な効力を生じる。特に，今後発展が予測される電気自動車のように，回転速度が変動するものについては，電動機の効率，トルク向上と回転速度の増加にため，上記の磁束密度の増加が極めて有力な性能向上に繋がる。上記の内容を満足させるためには，永久磁石の磁路に抵抗を置き，磁力を小さくさせることが有力であるが，通常の方法では，この磁力制御が不可能である。磁力を減少させるためには，磁路に空気層を設けることが最も効果的である。
【０００６】
本発明者は，上記の問題を解決するために，円磁束制御リングにチャンファ部を設けたものを開発し，先に特願２００１−７５４３８号として出願した。該永久磁石式発電・電動機では，円筒部材を断面四角形状の透磁部材と該透磁部材間に配置された非透磁部材とが交互に積層されて全体として円筒状に形成し，透磁部材の両角部にチャンファ部を形成し，ステータの櫛部の両角部にチャンファ部を形成し，両チャンファ部間に予め決められた所定量のクリアランスを形成するように構成した。櫛部の形状は，長方形であり，角部にチャンファ部を形成しているため，円筒部材が微小回転し始めた時に，櫛部と透磁部材との合口部が重ねっている期間が長いため，両者間のクリアランス量はほとんど変わらず，磁束制御ができない状態である。
【０００７】
また，発電・電動機は，その構造について，その外形形状ができるだけ小さくコンパクトに構成されることが，自動車等の限られたスペース内に搭載される場合には，要望されている。発電・電動機について，スペース占有率から考慮すると，巻線が占める割合が多い。特に，発電・電動機における巻線は，ステータのスロット部に巻き上げられているが，ステータにおけるスロット部は内側に開口しているので，スロット部の内側から巻線を秩序良く巻き上げることは至難の技であり，種々に工夫されているのが現状である。例えば，内側に開口しているスロット部に巻線を苦労して順次巻き上げたとしても，巻線のスロット部への占積率が５０％以下になる。そこで，巻線を予め巻回して束にしておき，巻線束をステータのスロット部に嵌合させてステータの櫛部に巻き上げた状態にしているが，このような方法では，巻線のスロット部への占積率は８０％程度に増加するが，ステータの両端からは巻線の線がはみ出し，ステータの軸方向の長さが増加する原因となる。しかも，端部にはみ出して増加した巻線は，銅損の増加をもたらし，はみ出した巻線の端部のためにネット等のカバーをしなければならず，不具合が発生することになる。
【０００８】
上記のようなステータを作製する問題を解決するため，従来の発電・電動機では，ステータの櫛部を構成する部材を横に並べておき，線材をステータコアの櫛溝に巻き上げた後に，ステータ部材を円筒状に成形する方法が知られているが，該方法ではステータのコア材を分割したり，コア材に楔状の切り込みを入れたりして成形する加工上の問題が発生する。また，発電・電動機では，各ステータの櫛部に跨がって巻線を重複させて巻き上げる集中巻き又は分布巻き法によって正弦波を作ることが行われるが，上記の横並べ方式の発電機では，接続部が存在するので，集中巻き以外の分布巻きでは該接続部で重ね合わせることができないので，分巻きが全くできない状態である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，磁束制御リングの揺動移動に伴って櫛部と磁束制御リングの透磁性体との間の合口部のクリアランス量が直ちに連続的に変化してステータを通る磁束を連続的に制御できるように構成し，また，ステータに巻き込まれる巻線をスロット部に効率良く巻き上げできるようにステータの構造を根本的に変更したものであり，ステータのスロット部を外開き形状に形成し，巻線をステータの外周側から容易に巻き上げることを可能にし，巻線を櫛部間のスロット部へ分布巻き及び／又は集中巻きで巻き上げることを容易にした磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機を提供することである。
【００１０】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持され且つ周方向に隔置状態で配置された永久磁石部材を持つロータ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固定され且つ巻線が巻き上げられる櫛部間にスロット部を備えたステータ，該ステータと前記ロータとの間で前記ステータに対して相対揺動可能に配置された磁束を調整して電圧を制御する磁束制御リング，及び該磁束制御リングを前記ステータに対して周方向に相対揺動させるアクチュエータを有し，前記磁束制御リングは周方向に隔置して前記ステータの前記スロット部の幅より小さい幅を有する透磁性体と該透磁性体間に配置された非透磁性体とを周方向に交互に積層して全体としてリング状に形成され，前記透磁性体の外面が半径方向に対して斜めに角度を持った第１斜面にそれぞれ形成され，前記ステータの前記櫛部の内面が前記透磁性体の前記第１斜面に対応する合口となる第２斜面にそれぞれ形成され，前記磁束制御リングの前記ステータに対する前記周方向の相対揺動に対応して前記第１斜面と前記第２斜面との前記合口が密着状態からクリアランス量が連続的に且つ直線的に変化し，前記ロータの回転速度に応じて前記アクチュエータの作動を制御するコントローラは，前記磁束制御リングの前記ステータに対する周方向の相対揺動によって前記第１斜面と前記第２斜面との前記合口の前記クリアランス量を制御して前記櫛部を通る磁束を制御することから成る磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機に関する。
【００１１】
この永久磁石式発電・電動機では，前記磁束制御リングの前記透磁性体の周方向の幅は前記ステータの前記櫛部の周方向の幅と同一又は少なくとも８０％程度に形成され，前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面とが形成された周方向領域の前記櫛部間は前記磁束制御リングの揺動のため空隙に形成されている。
【００１２】
また，この永久磁石式発電・電動機では，前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口の傾斜角度は，前記ステータの半径方向に対して３０°〜６０°の角度範囲に設定されている。
【００１３】
前記コントローラは，前記ロータの低速時には前記アクチュエータを作動して前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口を密着状態にする制御を行い，前記ロータの高速時には前記アクチュエータを作動して前記透磁性体の前記第１斜面と前記櫛部の前記第２斜面との前記合口の前記クリアランス量を増大させる制御を行う。
【００１４】
前記コントローラは，前記ロータの前記ステータに対する回転速度と前記ステータの前記櫛部を流れる磁束との積が一定になるように，前記アクチュエータによって前記磁束制御リングを揺動させて予め決められた所定の一定の電圧を発電させる制御を行う。
【００１５】
この永久磁石式発電・電動機は，上記のように構成されているので，コントローラが磁束制御リングの第１斜面と櫛部の第２斜面との合口のクリアランス量を制御して前記櫛部を通る磁束を制御し，予め決められた所定の一定の電圧を発電させることができ，特に，斜面同志のクリアランス量の制御であるので，磁束制御リングが揺動移動を始めた時点より直ちに合口のクリアランス量が接触状態から連続的に且つ直線的に増加し，ステータを流れる磁束を連続的に且つ直線的に制御することができ，正確で且つ適正な電圧制御を可能にすることができる。
【００１６】
また，磁束制御リングによって磁束制御を効率的に行うために，磁束制御リングの櫛部の幅を小さく，磁束抵抗が小さい方が良いので，磁束制御リングを比透磁率の大きいパーマロイ材の薄板で形成する場合には効果的である。因みに，ＰＢパーマロイ（４７Ｎｉ−Ｆｅ）の比透磁率は，３％ケイ素鋼の７０００であるのに対して５００００であり，ＰＣパーマロイ（７９Ｎｉ−４Ｍｏ−Ｆｅ）は５０００００と極端に大きい。従って，櫛部を形成しているステータコアを形成するケイ素鋼板に対し，ＰＢパーマロイは７．１倍であり，ＰＣパーマロイは７１倍程の透磁性を持っているので，その分だけ櫛部に比較して磁束制御リングの透磁性体の幅を小さく形成することができ，漏れ磁束等の効果を考慮すると，ステータコアの櫛部の幅の８０％程度で十分に対応することができる。この場合に，永久磁石から発生する磁力を有効にキャッチして該磁力をステータの櫛部に流すためには，ロータ側の磁束制御リングの透磁性体の幅を大きくすることが必要であり，そのために透磁性体のロータ側部分を周方向に拡げる形状に形成することが好ましい。
【００１７】
このような状態で永久磁石式発電・電動機のロータが回転している時，低速では発電量が不足するので，合口を密接状態にして磁束の流れを抑制せず，また，高速では合口のクリアランス量を大きくし，ステータの磁束通過量を抑制して発電量を少なくする。上記のように，磁束制御リングの移動で磁束を制御することによって，発電電圧は，Ｕ＝４．４４×ｆ×φ×Ｗ×ＫＷ1 から考慮して，磁束と回転速度との積を一定値にする制御をすれば，常に予め決められた一定の発電電圧を得ることができる。因みに，空気の透磁率は４π×１０-7，鉄材の比透磁率は６０００倍であるので，磁路での抵抗を増加させるためには，空気隙間の大きさを増加させることが有効である。
【００１８】
従来の発電・電動機では，電力をパワートランジスタによりスイッチングするため，オン・オフ時に，発生する急激な電流増加であるリプルが発生し，このリプルの抑制が極めて困難であり，装置自体が大型になり，高コストになっていたが，この発明による永久磁石式発電・電動機は，上記のように磁束制御リングの揺動移動で磁束を制御するので，小型でシンプルに構成することができ，製造コストを低減することができる。
【００１９】
また，この永久磁石式発電・電動機は，ステータが外開き形状に形成され，櫛部を互いに連結するブリッジ部が櫛部の内側から引っ込んだ位置に設けられており，櫛部間のスロット部への巻線の巻き上げが容易になると共に，櫛部の内側先端部に容易にチャンファ部を形成することができ，チャンファ部による磁束制御を容易に行うことができる。また，櫛部の外側にリング状継鉄を嵌め込んでステータを形成するには，櫛部間のスロット部に巻線を外側から巻き上げ，巻線の隙間に樹脂，アルミニウム等の非磁性材を埋め込み，櫛部とスロット部に充填された非磁性材との外周面を研削し，内周面が円形のリング状継鉄を圧入してステータを完成させることができる。従って，巻線は，隣接する櫛部間のスロット部，リング状継鉄及びブリッジ部によって囲まれた領域に配置され，ステータの内側へはみ出すことがなく，収まりが良好になる。
【００２０】
この永久磁石式発電・電動機は，アクチュエータで磁束制御リングを移動制御するものであって，従来のような電気的な制御方法を用いていないので，出力損失，発熱現象，及び高調波高電圧による電波障害が発生せず，磁束制御を効率的に行なうことができる。また，磁束制御リングを構成する透磁性体にチャンファ部を設けることによって磁束制御リングとステータの櫛部とのクリアランスを０．０５〜０．１ｍｍ程度にまで小さくすることができ，また，磁束制御リングとロータとの間のクリアランスを０．５〜１ｍｍ程度にまで小さくすることができるので，磁路損失を大幅に小さくすることができる。また，磁束制御リングとロータとのクリアランス量も最小にすることができるので，同様に効率をアップすることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機の実施例を説明する。図１はこの発明による磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機の一実施例を示す概略断面図，図２は図１の永久磁石式発電・電動機におけるステータの櫛部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す断面図，図３は図１の永久磁石式発電・電動機におけるステータのスロット部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す断面図，図４は図２に示すステータの櫛部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す拡大断面図，及び図５は図３に示すステータのスロット部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す拡大断面図である。
【００２２】
この発明による磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機は，例えば，自動車等の車両に搭載されたエンジンに設けた発電・電動機，コージェネレーションシステムのエンジンに組み込まれた発電・電動機，ハイブリット自動車のエンジン等の出力軸に取り付けられた発電・電動機，排気ガスエネルギを回収するターボチャージャに組み込まれた発電・電動機，或いはエネルギ回収装置に設けた発電機等の各種の発電・電動機に適用して好ましいものであり，その他に誘導機や直流機のステータにも適用して好ましいものである。
【００２３】
この実施例の永久磁石式発電・電動機は，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収容するハウジング１，ハウジング１に一対の軸受１３を介して回転可能にそれぞれ支持されている回転軸２，回転軸２に固定されている永久磁石部材５から成るロータ３，ロータ３の外周から隔置してハウジング１に固定されているステータ４，及びステータ４の内周側にステータ４に対して相対揺動可能に取り付けられた磁束制御リング７，及び磁束制御リング７をロータ３の回転速度に応じてステータ４に対して相対移動させるアクチュエータ２５から構成されている。ハウジング１は，図１では，両側の一対のハウジング本体３０と両ハウジング本体３０を連結する中間部のボルト３１とから構成されている。また，回転軸２には，例えば，回転軸２の一端部に入力となるベルトプーリ４５が固定され，ベルトプーリ４５にエンジンの出力軸に取り付けたベルトが掛けられている。また，回転軸２の他端部には，ロータ３やステータ４で発生する熱を放熱するため冷却ファン４６が取り付けられている。ハウジング１，ロータ３の透磁部材６には，冷却風の流れる通風孔４７，２８が形成されている。
【００２４】
ステータ４は，積層された薄板のステータコア１５のスロット部１１に巻線１４が巻き付けられている。ステータ４は，櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する外開き型の櫛部１０と，櫛部１０間のスロット部１１が形成され且つハウジング１に固定されたステータコア１５，及びステータコア１５のスロット部１１を通って櫛部１０に巻き上げられた巻線１４から構成されている。ステータコア１５におけるスロット部１１と櫛部１０との内周側には，磁束制御リング７が接触状態に且つステータ４に対して相対移動可能に配置されている。磁束制御リング７は，ハウジング１に軸受を介して回転又は揺動自在に取り付けてもよく，又は，軸受を使用することなく，ステータコア１５に回転自在に接触状態に嵌合させることによってステータコア１５に相対回転可能に取り付けることもできる。
【００２５】
ロータ３は，回転軸２の外周に配置された冷却用の通風孔２８を備えた透磁部材６，透磁部材６の外周面に配置された永久磁石部材５，及び永久磁石部材５の外周面に固定された非磁性の補強部材１６を備えている。永久磁石部材５は，周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片２０と，隣接する永久磁石片２０間に介在された非磁性部材２１とから構成されている。また，透磁部材６は，例えば，透磁材と非磁性材が周方向に交互に配置されて円筒状に形成されている。ロータ３の一端には，回転軸２に設けられたねじ３２に押さえ板３４を介して固定ナット３３が螺入され，他端には回転軸２に固定された押さえ板３５とスペーサ２９が設けられ，固定ナット３３で締め付けることによってロータ３が回転軸２の所定位置に固定されている。磁束制御リング７とロータ３との間には，隙間２２が形成されている。
【００２６】
この永久磁石式発電・電動機は，ステータ４とロータ３との間でステータ４に対して相対揺動可能に配置された磁束密度を調整して電圧を制御する磁束制御リング７及び磁束制御リング７をステータ４に対して相対揺動させるアクチュエータ２５を有し，ステータ４は，半径方向に延び且つ周方向に所定の間隔に配置してスロット部１１を形成する外開き型の櫛部１０，櫛部１０のロータ側先端部８を突出させて櫛部１０を互いに接続するブリッジ部９，隣接する先端部８間に形成された空隙部１２，ブリッジ部９の外周側で櫛部１０間のスロット部１１に巻き上げられた巻線１４，及び櫛部１０と巻線１４との外周面に圧入されたリング状継鉄１７から構成されている。
【００２７】
この永久磁石式発電・電動機では，磁束制御リング７は，周方向に隔置して配置され且つステータ４の櫛部１０間のスロット部１１の幅より小さい幅を有する断面四角形状の透磁性体１８と，透磁性体１８間に配置された非透磁性体１９とを周方向に交互に積層して全体としてリング状に形成され，特に，透磁性体１８は外周面となる外面が半径方向に対して斜めに角度を持った斜面４２（第１斜面）にそれぞれ形成され，ステータ４の櫛部１０は内周面となる内面が透磁性体１８の斜面４２に合口４４となる斜面４３（第２斜面）にそれぞれ形成されていることを特徴とする。また，周方向領域の櫛部１０の先端部８の間には，空隙部１２が形成され，透磁性体１８の斜面４２と櫛部１０の斜面４３とは，空隙部１２に位置し，空隙部１２で透磁性体１８の斜面４２が揺動する。透磁性体１８の斜面４２と櫛部１０の斜面４３との合口４４の傾斜角度は，半径方向に対して３０°〜６０°の角度範囲に設定されている。
【００２８】
コントローラは，磁束制御リング７のステータ４に対する相対揺動によって，斜面４２と斜面４３との合口４４のクリアランス量を制御するように構成されている。コントローラの指令によって磁束制御リング７がステータ４に対して相対揺動すると，透磁性体１８の斜面４２と櫛部１０の斜面４３との合口４４の密着状態は，合口４４のクリアランス量Ｌが連続的に変化する。
【００２９】
また，磁束制御リング７の透磁性体１８の周方向の幅Ｔは，ステータ４の櫛部１０の周方向の幅Ｈと同一，又は少なくとも８０％程度に形成されている。透磁性体１８は比透磁率の優れたＮｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系パーマロイ合金から成る磁性合金板材を積層して形成され，非透磁性体１９は樹脂又はアルミニウム合金の非透磁性材で形成されている。特に，透磁性体１８はＰＢパーマロイ（４７Ｎｉ−Ｆｅ）及び／又はＰＣパーマロイ（７９Ｎｉ−４Ｍｏ−Ｆｅ）で作製されている。或いは，この永久磁石式発電・電動機では，ステータ４の櫛部１０の周方向の幅Ｈは，磁束制御リング７の透磁性体１８の周方向の幅の１．２〜１．５倍に設定されている。磁束制御リング７の透磁性体１８は，ロータ側の内側部が周方向に幅広になる張り出し部２７に形成されている。
【００３０】
この永久磁石式発電・電動機では，コントローラは，ロータ３の低速時には，アクチュエータ２５を作動してロッド２６を介して透磁性体１８の斜面４２と櫛部１０の斜面４３との合口４４を密着状態にする制御を行い，また，ロータ３が高速に成るに従ってアクチュエータ２５を作動してロッド２６を介して透磁性体１８の斜面４２と櫛部１０の斜面４３との合口４４のクリアランス量Ｌを増大させる制御を行うものである。また，コントローラは，ロータ３のステータ４に対する回転速度，即ち，周波数ｆとステータ４の櫛部１０を流れる磁束φとの積（＝ｆ×φ）が一定になるように，アクチュエータ２５によって磁束制御リング７を揺動させて予め決められた所定の一定の電圧を発電させる制御を行う。
【００３１】
この永久磁石式発電・電動機では，櫛部１０に対するブリッジ部９の内周面３６の位置は，磁束制御リング１８の先端部８の斜面４２が形成された長さだけ半径方向外側に引き込んだ位置に設定され，隣接する櫛部１０の先端部８間とブリッジ部９の内側面３６とによって磁束が容易に通過しない空隙部１２に形成されている。また，ブリッジ部９の断面幅Ｓは，ステータ４の櫛部１０の断面幅Ｈの１／３以下の値に設定され，櫛部１０間での磁束の通過を絞る形状に形成されている。更に，ブリッジ部９は，スロット部１１に巻き上げられた巻線１４がロータ３側にはみ出すのを防止すると共に，図示していないが，磁束が飽和するように一部が絞られた形状に形成されている。
【００３２】
この永久磁石式発電・電動機では，ステータ４のステータコア１５は，外周側に開口部４１を形成するように外開き型に形成された櫛部１０，櫛部１０の外周に圧入されたリング状継鉄１７，及び櫛部１０を連結するブリッジ部９から構成されている。従って，ステータコア１５にリング状継鉄１７を圧入する前に，巻線１４を櫛部１０間に巻き上げ，次いで継鉄１７を櫛部１０の外周面３８に圧入すれば，ステータコア１５に，例えば，三相電流を発生させる複数系統電圧を発生させる巻線１４を集中巻き及び／又は分布巻きに巻き上げることが容易になる。ステータコア１５の櫛部１０間のスロット部１１に跨がって巻き上げられた巻線１４をアルミニウムや樹脂材等の非磁性材３９で固定し，その外周面３８を円形に切削加工し，また，継鉄１７の内周面４０を予め決められた内径に切削加工し，次いで，継鉄１７を櫛部１０と非磁性材３９との外周面３８に圧入すれば，ステータ４が完成する。また，非磁性材３９は，巻線１４の発熱によって溶損しない耐熱性材料で構成されている。
【００３３】
ステータ４は，櫛部１０を所定の間隔で隔置してブリッジ部９で帯状に接続し，ブリッジ部９を円形に曲げてブリッジ部９の端部同志を接合して円形状のステータコア片を形成し，ステータコア片を軸方向に積層してステータコア１５が形成される。次いで，ステータコア１５に巻線１４を巻き上げ，次いで，ステータコア１５にリング状継鉄１７を圧入して形成されている。
【００３４】
また，ステータ４を構成する櫛部１０の円形状配列の形状は，直線状の板材を帯状に切断し，帯状板材を櫛部１０とブリッジ部９を残して櫛部１０間のスロット部１１と空隙部１２とを切除し，ブリッジ部９を円形状に曲げて成形してブリッジ部９の端部同志を接合して形成されている。
【００３５】
ステータ４を作製する一実施例は，ステータコア１５を構成するブリッジ部９で櫛部１０を連結した円形外開き型櫛部材と，磁路円筒体となるリング状継鉄１７とをそれぞれ作製する。外開き型の櫛部１０は，ブリッジ部９の周方向に隔置して径方向に延びるように配列した櫛部１０を一体に成形することで作製される。外開き型櫛部１０は，隣接する櫛部１０間が外側に開放した開口部となるスロット部１１が形成されているので，巻線１４は予め決められた所定の櫛部１０間に跨がってスロット部１１の外周側の開口部４１を通じてスロット部１１に容易に巻き上げることができる。例えば，巻線１４を巻き上げるには，まず，円形外開き型櫛部材の櫛部１０間のスロット部１１の径方向内方から櫛部１０に巻線１４を集中巻き及び／又は分布巻きで順次巻き上げ，次いで，スロット部１１の外方へと櫛部１０に巻線１４を集中巻き又は分布巻きで順次巻き上げる。
【００３６】
次に，円形外開き型櫛部材の櫛部１０間のスロット部１１に巻線１４を巻き上げた後に，スロット部１１に非磁性材３９を充填し，巻線１４を非磁性材３９でそれぞれ固定する。次いで，櫛部１０と非磁性材３９との外周面３８を切削加工し，所定の外径に仕上げ加工する。外周面３８を切削加工した円形外開き型櫛部材に，磁路通路を構成する継鉄１７を圧入して両者を溶接等によって互いに固定する。この場合に，継鉄１７は，櫛部１０の外周先端面に，図示していないが，透磁性の優れた軟質の円筒材を介在して密着圧入することができる。そこで，円形外開き型櫛部材の内周面を所定の内径の中空孔になり，しかも櫛部１０の先端部８間に空隙部１２が形成されるように切削加工し，ステータ４を完成する。円形外開き型櫛部材は，櫛部１０をブリッジ部９が互いに連繋し，安定した形状を維持できる。円形外開き型櫛部材と継鉄１７から成るステータコア１５は，磁力線を良く通し，櫛部１０を接続するブリッジ部９が薄肉部に形成されているので，磁力が飽和するので，ブリッジ部９が存在しても何ら支障とならない。
【００３７】
この永久磁石式発電・電動機では，ロータ３は，例えば，回転軸２，回転軸２上に配置された透磁部材６，透磁部材６上にリング状に複数個隔置して配置された円弧状の永久磁石片２０と永久磁石片２０間に配置され且つ永久磁石片２０を互いに接着させる接着用樹脂材等の非磁性材２１とから成る永久磁石片２０，及び永久磁石片２０に巻回された内面に接着剤が塗布された非磁性の耐熱合金から成る補強部材１６から構成されている。また，非磁性材２１は，巻線１４の発熱によって溶損しない耐熱性材料で構成されている。
【００３８】
【発明の効果】
この発明による磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機は，上記のように構成されているので，磁束制御リングをステータに対して相対揺動させれば，櫛部の先端部と磁束制御リングの透磁性体との合口のクリアランス量が直ちに連続的に直線的に変化させることができ，ステータの櫛部を通る磁束を確実に制御することができ，例えば，予め決められた一定の電圧を発電させる制御が極めて容易に且つ正確に制御することができる。
【００３９】
また，この永久磁石式発電・電動機は，継鉄を櫛部材に圧入するのに先立って，櫛部間のスロット部に外側の開口部から巻線を容易に集中巻き及び／又は分布巻きで巻き上げることができ，生産効率を大幅に向上させることができ，信頼性に富んだステータを形成することができ，特に，櫛部が外開きであって櫛部がブリッジ部で接続されているが，櫛部の内側先端部が内方へ露出しているので，櫛部の先端部にチャンファ部を形成でき，磁束制御を確実に行うことができる。また，外開きのステータコアであるので，集中巻き及び／又は分布巻きが容易にでき，複数の巻線グループに巻き上げることが容易であり，磁力線出力が階段状にずれた状態に形成することができ，極めて効率的に容易に巻線をスロット部へ巻き上げることができる。
【００４０】
この永久磁石式発電・電動機は，櫛部が外開き形状でありながら，櫛部の内側先端部にチャンファ部を容易に形成することができ，櫛部と磁束制御リングの透磁性体との間に適正な磁路空隙を形成することができ，ロータの回転速度に応答して磁束制御リングを揺動移動させることによって従来のようなサイリスタやトランジスタを用いることなく，適正な電圧制御が確実に簡単に達成でき，例えば，ロータの回転数に影響されることなく，例えば，１００Ｖの予め決められた一定電圧を発電させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による磁束制御装置を備えた永久磁石式発電・電動機の一実施例を示す概略断面図である。
【図２】  図１の永久磁石式発電・電動機におけるステータの櫛部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す図１のＩ−Ｉ断面の断面図である。
【図３】  図１の永久磁石式発電・電動機におけるステータのスロット部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す図１のＩ−Ｉ断面の断面図である。
【図４】  図２に示すステータの櫛部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す拡大断面図である。
【図５】  図３に示すステータのスロット部と磁束制御リングの透磁性体とが整合した状態を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
１    ハウジング
２    回転軸
３    ロータ
４    ステータ
５    永久磁石部材
６    透磁部材
７    磁束制御リング
８    先端部
９    ブリッジ部
１０  櫛部
１１  スロット部
１２  空隙部
１４  巻線
１５  ステータコア
１７  リング状継鉄
１８  透磁性体
１９  非透磁性体
２５  アクチュエータ
３６  ブリッジ部の内周面
３８  櫛部と非磁性材との外周面
３９  スロット部を埋める非磁性材
４０  継鉄の内周面
４１  櫛部間の開口部
４２  透磁性体の斜面（第１斜面）
４３  櫛部の斜面（第２斜面）
４４  合口
Ｈ    櫛部の幅
Ｌ    合口間のクリアランス量
Ｓ    ブリッジ部の幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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