(57)【要約】【課題】  回転子の回転速度に応じて界磁用磁石の磁束を減じ、高回転運転領域でも高効率で作動する回転電機を提供できるようにする。【解決手段】  シャフト５４に対し固定された界磁用磁石５８と、界磁用磁石５８に対する回転方向の相対位置で界磁用磁石５８に対する磁路抵抗が変化する形状の回転子鉄心５２と、回転子鉄心５２の界磁用磁石５８に対する回転方向の相対位置を規制するガバナ機構（５２ａ，ｂ、５３ｂ、５５、５７）とを設けた。【選択図】図１３
2006262600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁用磁石が設置された回転電機の回転子において、
前記回転子は、回転方向に順次異なった極性の界磁用磁石を配置した界磁用磁石可動部をシャフトの軸方向に複数備え、前記複数の界磁用磁石可動部が、機械的外力に応じて回転方向の位置を変えることを特徴とする回転子。
【請求項２】
押力供給機構を前記シャフトに備えることを特徴とする請求項１記載の回転子。
【請求項３】
前記機械的外力として油圧およびプッシュロッドを用いることを特徴とする請求項１または２記載の回転子。
【請求項４】
巻線を有する中空の固定子と、該固定子の中空部に配置された請求項１〜３のいずれか１項記載の回転子とを備えた回転電機において、
機械的外力に応じて前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変えることで、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が変化することを特徴とする回転電機。
【請求項５】
前記回転子に、前記油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力に応じて、シャフトの軸方向に移動する部材と、同部材がシャフトの軸方向に移動する力を前記界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える力に変換する斜面を、各々の界磁用磁石可動部のシャフトとの嵌合部に設けたことを特徴とする請求項４記載の回転電機。
【請求項６】
前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力は、回転子のシャフトの一端の軸内を経て作用することを特徴とする請求項４記載の回転電機。
【請求項７】
前記複数の軸方向に隣合う界磁用磁石可動部が相対的に回転方向の位置を変えることにより、揃っていた磁極をずらすか、または界磁用磁石の内側の磁路を通りにくくすることにより、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を減ずることを特徴とする請求項４記載の回転電機。
【請求項８】
界磁用磁石が設置された回転電機の回転子において、
前記回転子は、シャフトに対し固定された界磁用磁石と、界磁用磁石に対する回転方向の相対位置で界磁用磁石に対する磁路抵抗が変化する形状の回転子鉄心と、該回転子鉄心の界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を規制するガバナ機構とを設けたことを特徴する回転子。
【請求項９】
前記回転子において、
前記回転子鉄心は、回転子の回転速度の増大に伴い、界磁用磁石に対する磁路抵抗を増大するように界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変え、回転子の回転速度の低下に伴い、界磁用磁石に対する磁路抵抗を減少するように界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変えることを特徴とする請求項８記載の回転子。
【請求項１０】
前記回転子において、
前記ガバナ機構は、界磁用磁石に対して回転方向の位置を変える回転子鉄心に、遠心錘に作用する遠心力を回転方向の力に変換する斜面溝を設けたことを特徴とする請求項８記載の回転子。
【請求項１１】
巻線を有する固定子と、請求項８記載の回転子を備えた回転電機において、
前記回転子鉄心が界磁用磁石に対して回転方向の相対位置を変えることで、界磁用磁石に対する磁路抵抗を変化させ、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が変化することを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁用磁石が設置された回転子およびこれを備えた回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の、界磁用磁石が設置された回転子を有する回転電機は、一般的に界磁用磁石が回転子に固定されている。このような回転電機の誘起電圧は、界磁磁束と回転子の回転速度に比例するため、回転速度に対する誘起電圧の関係は図８の直線ａｂで示したような特性となる。そのため、仮に電源の電圧が電圧ｃで制限される電動機を例とすれば、この電動機の最高回転速度は回転速度ｄで制限される狭い運転域となる。
そこで、界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる電動機が考案された。（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１５５２６２号公報（第８頁、図１）
【０００３】
図１４は特許文献１記載の磁石式ブラシレス電動機の一態様を示す主要部の分解斜視図で、（Ａ）は磁極ずれが無い状態、（Ｂ）は磁極ずれ状態をそれぞれ示している。
特許文献１記載の磁石式ブラシレス電動機は、従来のものに比べて３倍近い回転数まで高いトルクで変換効率よく使用できるようにするもので、複数の固定子磁極１１１と界磁用巻線１１２を有する固定子１０１、回転軸１２１と界磁用磁石１０３を有する回転子１０２、及び界磁用磁石１０３の磁極の固定子１０１に対する位置を検出してその位置に応じて界磁用巻線１１２に電流を供給する制御回路を有し、界磁用磁石１１３が回転軸１０２に固定され、回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第１の界磁用磁石１３１とこの第１の界磁用磁石１３１に対して回動可能で回転方向に順次異なった極性の磁極が並んでいる第２の界磁用磁石１３２からなり、第１界磁用磁石１３１と第２界磁用磁石１３２の合成した磁極の第１の界磁用磁石に対する位相を回転子の回転に伴い変化させるものである
すなわち、図１４において、回転子１０２に設置された第１の界磁用磁石１３１と第２の界磁用磁石１３２は、回転速度の低い時には（Ａ）に示されているように同じ極性の磁極が並び、回転速度の高い時には（Ｂ）に示されているように同じ極性の磁極がずれる構造となっている。
この技術によれば回転子の回転速度が高い時に界磁用磁石の磁束が相殺することで誘起電圧を下げ、その分高速運転領域を広げることが可能となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、従来の界磁用磁石が回転子に固定されている回転電機も、特許文献１に示した界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる電動機も、ある回転速度において界磁磁束を任意に変化させることはできない。そのため例えば、電動機状態と発電機状態が繰返されるような運転状況において、回転電機の誘起電圧を電源電圧に対し適切な大きさに調整できない。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転子の回転速度に拘わりなく、運転状況に応じて任意に界磁磁束を変化させることができる回転電機を提供することを第１の目的とする。
また、特許文献１に示した従来の界磁磁束を回転子の回転速度に応じて変化させる電動機では、界磁用磁石の磁束を減じることなく固定子の巻線に鎖交する磁束を相殺させたため、高速運転領域を広げることは可能になるが、特に固定子に発生する鉄損の低減がなされていない。そのため回転子の回転速度が高くなるほど鉄損の増加で効率は低下し、また電動機が高温となり定格出力は低下する。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、回転子の回転速度に応じて界磁用磁石の磁束を減じ、高回転運転領域でも高効率で作動する回転電機を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記第１の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、回転電機の回転子に関するもので、回転方向に順次異なった極性の界磁用磁石を配置した界磁用磁石可動部をシャフトの軸方向に複数備え、前記複数の界磁用磁石可動部が、機械的外力に応じて回転方向の位置を変えることを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の回転子において、押力供給機構を前記シャフトに備えることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の回転子において、前記機械的外力として油圧およびプッシュロッドを用いることを特徴とするものである。
請求項４記載の発明は、回転電機に関するもので、巻線を有する中空の固定子と、該固定子の中空部に配置された請求項１〜３のいずれか１項記載の回転子と、を備えてなる回転電機において、機械的外力に応じて前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変えることで、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が変化することを特徴とするものである。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の回転電機において、前記回転子に、前記油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力に応じて、シャフトの軸方向に移動する部材と、該部材がシャフトの軸方向に移動する力を前記界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える力に変換する斜面を、各々の界磁用磁石可動部のシャフトとの嵌合部に設けたことを特徴とするものである。
請求項６記載の発明は、請求項４記載の回転電機において、前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力は、回転子のシャフトの一端の軸内を経て作用することを特徴とするものである。
請求項７記載の発明は、請求項４記載の回転電機において、前記複数の軸方向に隣合う界磁用磁石可動部が相対的に回転方向の位置を変えることにより、揃っていた磁極をずらすか、または界磁用磁石の内側の磁路を通りにくくすることにより、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を減ずることを特徴とするものである。
【０００６】
また、上記第２の目的を達成するため、請求項８記載の発明は、回転電機の回転子に関するもので、前記回転子が、シャフトに対し固定された界磁用磁石と、界磁用磁石に対する回転方向の相対位置で界磁用磁石に対する磁路抵抗が変化する形状の回転子鉄心と、該回転子鉄心の界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を規制するガバナ機構とを設けたことを特徴とするものである。
請求項９記載の発明は、請求項８記載の回転子において、前記回転子鉄心が、回転子の回転速度の増大に伴い、界磁用磁石に対する磁路抵抗を増大するように界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変え、回転子の回転速度の低下に伴い、界磁用磁石に対する磁路抵抗を減少するように界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変えることを特徴とするものである。
請求項１０記載の発明は、請求項８記載の回転子において、前記ガバナ機構が、界磁用磁石に対して回転方向の位置を変える回転子鉄心に、遠心錘に作用する遠心力を回転方向の力に変換する斜面溝を設けたことを特徴とするものである。
請求項１１記載の発明は、請求項８記載の回転子において、前記回転子鉄心が界磁用磁石に対して回転方向の相対位置を変えることで、界磁用磁石に対する磁路抵抗を変化させ、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が変化することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の回転子によると、機械的外力に応じて前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変えることで、回転子の回転速度に拘わりなく、運転状況に応じて任意に界磁磁束を変化させる回転子を得ることができる。
また、請求項２記載の回転子によると、前記回転子において、押力供給機構をシャフトに備えることで、界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える押力を回転子外部より得られる。
また、請求項３記載の回転子によると、その機械的外力として油圧およびプッシュロッドによって複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変えるので、回転子の回転速度に拘わりなく、運転状況に応じて任意にかつ簡単に界磁磁束を変化させる回転子を得ることができる。
また、請求項４記載の回転電機の発明によると、油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力に応じて前記複数の界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変えるため、回転子の回転速度に拘わりなく、運転状況に応じて任意に固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を変化させることができる。
また、請求項５記載の発明によると、前記油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力に応じてシャフトの軸方向に移動する部材の軸方向に移動する力を、前記界磁用磁石可動部が回転方向の位置を変える力に変換する斜面を、各々の界磁用磁石可動部のシャフトとの嵌合部に設けたため、前記界磁用磁石可動部の広範囲な相対的作動角が容易に得られる。
また、請求項６記載の発明によると、前記複数の界磁用磁石可動部の回転方向の位置を変える油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力は、回転子のシャフトの一端の軸内を経て作用するため、回転子と外部の相対回転を、油圧の場合は言うに及ばず、プッシュロッド押力等の機械的外力の場合も容易に遮断し得る。
また、請求項７記載の発明によると、前記複数の軸方向に隣合う界磁用磁石可動部が相対的に回転方向の位置を変えることにより、揃っていた磁極をずらすか、または界磁用磁石の内側の磁路を通りにくくすることにより、巻線に鎖交する界磁磁束を減ずるため、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を広範囲に制御することができる。そのため電動機においては電源の電圧に制限を受けることなく回転子を低回転から高回転まで任意な特性で駆動することができる。また、発電機においては回転子の回転速度に拘わらず、誘起電圧を所望の値に調整することができる。
【０００８】
さらに、請求項８記載の回転子によると、前記ガバナ機構で前記回転子鉄心の界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を規制することができ、界磁用磁石に対する磁路抵抗を変えることができる。
また、請求項９記載の回転子によると、回転子の回転速度の増減に伴い、界磁用磁石に対する磁路抵抗を増減することができ、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を増減することができる。
また、請求項１０記載の回転子によると、遠心錘に作用する遠心力を回転方向の力に変換することができ、前記回転子鉄心が界磁用磁石に対して回転方向の位置を変えることができる。
また、請求項１１記載の回転電機の発明によると、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束を変えることができ、高回転運転領域でも高効率で作動する回転電機を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明について図を参照して詳細に説明する。
〈実施の形態１〉
〈実施例１〉
図１は、本発明の実施の形態１に係る回転子およびこれを備えた回転電機の第１実施例であり、機械的外力として油圧を用いた場合の回転電機の軸方向断面図である。
図において、第１の界磁用磁石可動部１と第２の界磁用磁石可動部２は、各々回転方向に順次異なった極性の界磁磁石を配置した部材であり、シャフト４に対し軸方向には回転子鉄心３により規制され取付けられている。油圧の低い時は、戻しバネ６の作用で、ピストン５で保持された第１のピン７ａと第２のピン７ｂは、２つのスリーブの斜面溝１０ａの各々の右端にある。シャフトの軸方向に移動する部材であるピストンと第１のピンと第２のピンを油圧を高めて左へ移動させると、図３に示すように、スリーブの斜面溝１０ａは軸方向に対して斜めの溝となっているため、第１の界磁用磁石可動部１は矢印のように時計回りに回転する。一方、第２の界磁用磁石可動部２はそのスリーブの斜面溝が、軸方向に対して逆の角度を設けているため、反時計回りに回転する。
図４は、以上の作動により、界磁用磁石の磁極がずれて界磁が弱められる様子を示したものである。（Ｘ１）が初期状態であり界磁用磁石の磁極が揃っているのに対し、（Ｘ２）では、油圧による作用で該磁極が相対的にずれて界磁磁束が相殺し、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束は減じる。
図５の（Ｙ１）と（Ｙ２）は、各々第１の界磁用磁石可動部と第２の界磁用磁石可動部の初期状態と作動中の断面を示すものである。（Ｙ１）においては、シャフトに固定されている回転子鉄心の継鉄部３ａの厚い部分が界磁用磁石の間に位置するため、界磁用磁石の磁束が通り易く、多くの界磁磁束が固定子の巻線と鎖交する。
該磁石可動部が回転子鉄心に対して回転した状態では、（Ｙ２）に示すように、回転子鉄心の継鉄部３ａの厚い部分が界磁用磁石の間に位置しなくなるため磁束が通りにくく、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束は減じる。特にこの場合、固定子に達する界磁磁束の磁束密度が全体的に小さくなるため、固定子で発生する鉄損が低減する。
図１および図２においてピン７ａ、７ｂの回りにはグリスを充填し、ピン等の潤滑と防錆を果たしている。Ｏリング１３、１４、キャップ１６は、そのグリスの飛散を防ぐ目的で設けている。Ｏリング１５は、戻しバネの方向へのオイルの洩れを防ぐために設けている。
第１の界磁用磁石可動部１と第２の界磁用磁石可動部２は、界磁用磁石８、リベット９、スリーブ１０、リングプレート１１、積層鉄心１２よりなる。
図２に示すように、積層鉄心には界磁用磁石とリベットを挿入すべき孔を設けている。積層鉄心に界磁用磁石を挿入し、それをスリーブとリングプレートで挟み、スリーブ側からリベットを挿入しリング側でリベットを加締め、図３に示した第１の界磁用磁石可動部となる。
第２の界磁用磁石可動部も同じ構成である。
ここで用いられる油圧は、図示しないオイルポンプとバルブ操作により適切な圧力に調整され、油圧菅等を用いて回転電機のシャフト部に導かれる。
【００１０】
〈実施例２〉
図６は、本発明の回転子およびこれを備えた回転電機の第２実施例であり、機械的外力としてプッシュロッド押力を用いた場合の回転電機の軸方向断面図である。
図において、プッシュロッド１８は戻しバネ６に勝る機械的押力でシャフトの軸方向に移動する部材であるピストン５と第１のピン７aと第２のピン７ｂを左へ移動させる働きを持つ。スチールボール１７はシャフト４とプッシュロッド１８の相対回転を遮断し、焼き付きを防ぐために用いる。
その他の部品の働きは、図１で示した油圧の場合と同様である。
また、プッシュロッドへの押力は図示しない送りねじ等を用いた軸動アクチュエータにより供給される。
図７は、本発明を電気自動車用回転電機として用いた場合の界磁磁束の制御例を示すものであり、この回転電機の回転速度に対する誘起電圧特性を示すものである。
直線ａｊは、初期状態における特性を示しており、界磁磁束が強く、低い回転速度でも比較的高い誘起電圧が発生する。この回転速度の範囲では通電電流に対して発生するトルクの比も最大の状態である。またこの状態は、従来の車においては変速ギヤの１速で走っている状態に近い。
一方、ｃは、車載バッテリの端子電圧を示したものであり、これ以下の範囲でしか電動機状態としては運転し得ない。そのため、これ以上回転速度を上げるためには、バッテリの端子電圧よりやや低い電圧のｈ点に達したあたりで適度に界磁磁束を弱めて行き、誘起電圧を常にｃ以下に保つ必要がある。これは従来の車に置いては、無断変速機で変速しながら加速する状態に類似している。
つまり本発明の界磁磁束を制御する回転電機を用いると、従来の変速機を用いないでも従来の車と同様な速度範囲の動力が得られる。回転速度ｆは、最大回転速度であり、同時に車の最高速度に対応する。
【００１１】
ところで、回転速度ｇの状態で加速状態から減速状態に移行しても、誘起電圧ｅはバッテリ端子電圧ｃを下回るため、このままでは回生制動を行うことが出来ない。しかし例えばブレーキペダルと連動した機械的外力で、本発明の回転電機の磁束を強める界磁磁束の制御を行ない誘起電圧をｂ程度に上げることを行えば、回転電機は電動機状態から発電機状態となり、ブレーキと連動した回生制動を行うことができる。
つまり、強いブレーキ操作時にはより強めの界磁磁束への制御で誘起電圧を高め、発電機からバッテリへの回生電流を増やし、より強力な制動力を得ることができる。
また、電動機状態においてアクセルペダルと連動した弱め界磁制御を行い、誘起電圧ｄをｃに対してより低くすることにより、回転電機の負荷電流を増やし、アクセルペダルに連動した加速力を得ることもできる。
この作用は、四角形ｊｋｍｈの領域内において矢印に示すような誘起電圧の制御が車の加減速に対応して自動的に行われる。そのため、従来の昇降圧制御やＰＷＭ制御を用いずに、安価な駆動回路のまま、所望の駆動力や回生制動力を得られる。
以上の実施例では、回転方向に順次異なった極性の界磁用磁石を配置した界磁用磁石可動部をシャフトの軸方向に２個備えた例を説明したが、3個以上の該界磁用磁石可動部を備える場合もある。
本発明の実施の形態１が特許文献１と異なる部分は、ガバナではなく油圧やプッシュロッド押力等の機械的外力を用いたため、回転子の回転速度に拘わりなく、運転状況に応じて任意に界磁磁束を変化させ得ることである。
【００１２】
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。
〈実施の形態２〉
図９は、第２の実施の形態に係る回転子およびこれを備えた回転電機の軸方向断面図である。また、図１０は、本発明の回転子およびこれを備えた回転電機の径方向断面図である。
図において、第１の回転子鉄心５２と第２の回転子鉄心５３は、シャフト５４に回転可能に嵌合し、遠心錘のピン５５によって位置規制されている。戻しバネ５６は、遠心錘のピン５５をシャフト側に引き戻すよう取付けられている。界磁用磁石５８は、積層鉄心６２に保持され、積層鉄心６２は第１のプレート６０と第２のプレート６１にリベット５９で固定されている。第１のプレート６０と第２のプレート６１は、シャフト５４の両側から圧入固定されている。遠心錘５７は、第１の回転子鉄心５２と第１のプレート６０の間に、また第２の回転子鉄心５３と第２のプレート６１の間にそれぞれ４個ずつ、径方向に移動可能に装着されていて、第１のプレートの遠心錘ガイド部６０ａに、図１１に示す遠心錘の段差７ｃをはめ込むことで、回転方向に対しては規制されている。遠心錘のピン５５は、遠心錘５７に装着され、第１の回転子鉄心の斜面溝５２ｂと第２の回転子鉄心の斜面溝５３ｂを貫通して、取りつけられている。第１の回転子鉄心５２は界磁用磁石５８の内周にあり、図１２の第１の回転子鉄心の継鉄部５２ａに示すように、円周方向に断続的な形状となっている。
４１は固定子、４２は回転子の回転位置検出部であり、４３は固定子の巻線である。
【００１３】
図１３は、本発明の回転子の磁束可変の原理説明図であり、回転子に設けられたガバナ機構の作動により、界磁用磁石に対する磁路抵抗が変化する仕組みを説明するものである。
（Ｙ１）は回転子の回転速度が低い状態での第１の回転子鉄心部での径方向断面図を示している。ただし、遠心錘５７は便宜上破線で示している。この状態では、遠心錘５７は図１１に示す戻しバネ５６の作用で、遠心錘のピン５５を介してシャフト側に引き戻されている。第１の回転子鉄心５２は、第１の回転子鉄心の斜面溝５２ｂに貫通した遠心錘のピン５５により界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を規制され、また、第１の回転子鉄心の継鉄部５２ａが隣合う界磁用磁石の磁束を最大限通り易くすることで、界磁用磁石に対する磁路抵抗が最小となる状態となっている。また、回転電機においては、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が最大の状態となっている。
回転子の回転速度が大きくなると、遠心錘５７に作用する遠心力が戻しバネ５６の力を上回り、遠心錘５７は回転子の外周に向かって移動する。第１の回転子鉄心５２は、該斜面溝５２ｂを介した遠心錘のピン５５の作用により、図において右回転に界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変化させる。第２の回転子鉄心の斜面溝は５３ｂに示すように第１の回転子鉄心の斜面溝５２ｂと対称形状をしているため、図において左回転に界磁用磁石に対する回転方向の相対位置を変化させる。これは、本発明の回転電機が正逆駆動の方向に拘わらず同じ特性とする配慮である。
（Ｙ２）は回転子の回転速度が高い状態での第１の回転子鉄心部での径方向断面図を示している。この状態では、遠心錘５７は回転子の最も外周側に位置し、第１の回転子鉄心５２は、第１の回転子鉄心の継鉄部５２ａが隣合う界磁用磁石の磁束を最も通りにくくすることで、界磁用磁石に対する磁路抵抗が最小となる状態となっている。また、回転電機においては、固定子の巻線に鎖交する界磁磁束が最小の状態となっている。
【００１４】
図１２は、シャフトと固定子鉄心のみの斜視図である。第１の固定子鉄心５２と第２の固定子鉄心５３は同じ部品を背中合わせに用い、シャフトと隙間嵌めで嵌合する。
図１１はガバナ機構構成部品説明図である。
説明のため、遠心錘５７のみ回転子に装着しない状態を示している。本ガバナ機構はエレベータ用電動機等、回転子の回転速度が比較的低い回転電機に供することを想定し、回転電機の固定子内周の限られたスペース内で遠心力を最大限利用できる構成とした。例えば、ガバナ機構の代表的な例として遠心錘の片側をピボット支持するものがあるが、その例では遠心錘質量に作用する遠心力の半分弱を可変の作用として利用できない。本ガバナ機構では、遠心錘５７と遠心錘のピン５５と戻しバネ５６の質量に作用する遠心力の全てを、可動部が作動する作用として利用できる。
図において、第１の回転子鉄心の斜面溝５２ｂを貫通するように遠心錘のピン５５は装着される。戻しバネ５６を遠心錘の戻しバネ装着孔５７ａに装着し、遠心錘のピン５５が遠心錘のピン貫通孔５７ａと嵌合するように、戻しバネ５６と遠心錘５７は遠心錘のピン５５に装着される。装着時、摩擦係数軽減と防錆のため、グリスを充填してもよい。その場合、積層鉄心６２は樹脂含浸等シール処理が必要ととなる。遠心錘５７の材質は比重とコスト等を鑑み決定するが、本実施例では亜鉛合金を用いている。
【００１５】
図８は、この回転電機の回転速度に対する誘起電圧特性例を示すものである。
この回転電機を電動機として説明すれば、直線ａｂは回転子の回転速度が低い状態における特性を示しており、界磁磁束が最大で低い回転速度でも高い誘起電圧を発生し、通電電流に対して発生するトルクも最大の状態である。回転子の回転速度が上がり誘起電圧が電源電圧より高い状態では、この電動機を駆動し得ないために、そうなる以前に遠心錘が移動し始めるように遠心錘の質量と戻しバネの荷重を設定する。これらの調整で、図中に示す作動の開始点ｂは、厳密に調整し得る。
次に図９に示す第１と第２の回転子鉄心の斜面溝の斜面の形状と戻しバネの伸びに対する荷重特性を調整することで、図８に示す直線ｂｅの特性は厳密に調整し得る。例えば、この図に示すように遠心錘の作動開始点回転数ｄから、最大回転速度ｆにいたるまで誘起電圧を、電源電圧ｃに近い概一定の値に調整し、磁束密度を最大限有効に利用しながら電動機を相当な高回転まで、低鉄損で駆動することができる。
同様にこの回転電機を発電機として図８を説明すれば、直線ａｂは回転子の回転速度が低い状態における特性を示しており、界磁磁束が最大で低い回転速度でも高い誘起電圧を発生する。回転子の回転速度が高い時には、前記の調整により直線ｂｅのように、該回転数に拘わりなく一定の誘起電圧に調整できる。このことは、風力発電機や、エンジン発電機にような回転速度が大きく変動する場合でも、一定の発電電圧を得る方法として、非常に効果的である。
第２の実施の形態が特許文献１記載の発明と異なる部分は、固定子の巻線に鎖交する磁束を相殺させるのではなく、固定子への磁束を減じることにより、特に固定子に発生する鉄損の低減がなされ、高回転運転領域でも高効率で作動する回転電機が得られるようになることである。
【００１６】
以上のように、第１の実施の形態に係る発明を産業用サーボモータに利用することによって、電源の電圧に制限を受けることなく回転子を低回転から高回転まで任意な特性で駆動することができ、作業性が向上する。
また、電気自動車用回転電機として利用することにより、変速機構が不要となるばかりでなく、加速力や回生制動を容易に調整し得るようになる。
さらに、第２の実施の形態に係る発明を産業用電動機に利用することによって、従来と同じサイズのまま、従来よりも高回転まで高効率で駆動することができるようになり、作業性が向上する。
また、本発明を風力や車両用発電機として利用することによって、回転速度に依存せず所望の一定の電圧を発電することができるので、電圧調整装置が不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る実施例１を示す回転電機の軸方向断面図である。
【図２】本発明の第１実施例を示す回転電機の径方向断面図である。
【図３】界磁磁石可動部の回転動作を説明する斜視図である。
【図４】界磁磁束の制御原理を説明する斜視図である。
【図５】回転子鉄心の継鉄部の説明図である。
【図６】本発明の第２実施例を示す回転電機の軸方向断面図である。
【図７】誘起電圧の回転速度特性図である。
【図８】回転速度に対する誘起電圧を示す特性図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る回転子およびこれを備えた回転電機の軸方向断面図である。
【図１０】本発明の回転子およびこれを備えた回転電機の径方向断面図である。
【図１１】ガバナ機構構成部品説明図である。
【図１２】シャフトと固定子鉄心のみの斜視図である。
【図１３】本発明の回転子の磁束可変の原理説明図である。
【図１４】特許文献１記載の発明の図１の引用図である。
【符号の説明】
【００１８】
Ａ      回転子
Ｂ      固定子
１      第１の界磁用磁石可動部
２      第２の界磁用磁石可動部
３      回転子鉄心
３ａ    回転子鉄心の継鉄部
４      シャフト
４ａ    シャフトの溝
５      ピストン
６      戻しバネ
７ａ    第１のピン
７ｂ    第２のピン
８      界磁用磁石
９      リベット
１０    スリーブ
１０ａ  スリーブの斜面溝
１１    リングプレート
１２    積層鉄心
１３    Ｏリング
１４    Ｏリング
１５    Ｏリング
１６    キャップ
１７    スチールボール
１６    プッシュロッド
４１    固定子
４２    回転位置検出部
４３    固定子の巻線
５１    回転子
５２    第１の回転子鉄心
５２ａ  第１の回転子鉄心の継鉄部
５２ｂ  第１の回転子鉄心の斜面溝
５３    第２の回転子鉄心
５３ａ  第２の回転子鉄心の継鉄部
５３ｂ  第２の回転子鉄心の斜面溝
５４    シャフト
５５    遠心錘のピン
５６    戻しバネ
５７    遠心錘
５８    界磁用磁石
５９    リベット
６０    第１のプレート
６０ａ  第１のプレートの遠心錘ガイド部
６１    第２のプレート
６２    積層鉄心
【図１】
2006262600.tif 000003
【図２】
2006262600.tif 000004
【図３】
2006262600.tif 000005
【図４】
2006262600.tif 000006
【図５】
2006262600.tif 000007
【図６】
2006262600.tif 000008
【図７】
2006262600.tif 000009
【図８】
2006262600.tif 000010
【図９】
2006262600.tif 000011
【図１０】
2006262600.tif 000012
【図１１】
2006262600.tif 000013
【図１２】
2006262600.tif 000014
【図１３】
2006262600.tif 000015
【図１４】
2006262600.tif 000016