(57)【要約】【課題】  この磁束制御装置は，簡単な機械的装置によって回転速度に応答してステータに流れる磁束を磁路空隙の増減で制御すると共に，高速時にステータに流れる磁束を抑制して予め決められた所定の一定電圧を常に発電することができる。【解決手段】  ステータ４の巻線１４は，櫛部１０に三相の出力用巻線１８と逆巻きの三相の磁束制御用巻線１９から構成し，磁束制御用巻線１９を出力用巻線１８に磁束制御用スイッチ２４を介して接続する。ロータ回転数と負荷とに応答して磁束制御用スイッチ２４のオン・オフ制御と磁束制御リング７の磁路空隙の制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電する。【選択図】図１
2006345591.tif 000002
【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た回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部に巻き上げた巻線を備えたステータ，前記ステータに対して移動可能に前記ロータとの間に配置された磁束制御リング，及び前記ステータを通る磁束を前記ステータと前記磁束制御リングとの間の磁路空隙の増減により磁束制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において，
前記ステータの前記巻線は，前記櫛部に一方向に巻き上げられた三相の出力用巻線と前記出力用巻線とは逆方向に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とから成り，
前記磁束制御用巻線の出力ラインは前記出力用巻線の出力ラインに磁束制御用スイッチを介して接続され，前記磁束制御用スイッチはロータ回転数と負荷とに応答して前記出力用巻線に逆磁界電流を流すためオン・オフされ，前記磁束制御機構の前記磁路空隙の増減制御と前記磁束制御用スイッチのオン・オフによる逆磁界電流制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする磁束制御装置。
【請求項２】
前記出力用巻線には中間部に結線する中間出力ラインが設けられ，前記出力ラインには全出力用スイッチが設けられ，前記中間出力ラインには前記全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチが設けられ，前記全出力用スイッチ，前記出力低減用スイッチ及び前記磁束制御用スイッチは前記ロータ回転数と前記負荷に応答してオン・オフ制御されることを特徴とする請求項１に記載の磁束制御装置。
【請求項３】
前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が部分負荷状態では，前記磁束制御用スイッチをオンして前記磁束制御リングを通じて前記ステータへの磁束の流れを抑制する前記逆磁界電流を発生させ，前記逆磁界電流は前記負荷の減少によって増大するように自動制御されることを特徴とする請求項１又は２に記載の磁束制御装置。
【請求項４】
前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が無負荷状態では，前記負荷側の抵抗が無限大になって前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に電流が流れて磁力通過を制御して発電量が減少し，次いで磁力の流れが零になって発電が停止するように自動制御されることを特徴とする請求項３に記載の磁束制御装置。  
【請求項５】
前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは，前記出力用巻線のＵ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＵ相の出力ライン，前記出力用巻線のＶ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＶ相の出力ライン，及び前記出力用巻線のＷ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＷ相の出力ラインが接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁束制御装置。
【請求項６】
前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは，磁界を作る時の遅れに対応するため，前記出力用巻線の各相の出力ラインが後続極の前記磁束制御用巻線の各相の出力ラインにそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の磁束制御装置。
【請求項７】
前記ロータの回転がＵ相，Ｗ相，次いでＶ相の順で変化する場合には，前記出力用巻線のＵ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＷ相の出力ライン，前記出力用巻線のＷ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＶ相の出力ライン，及び前記出力用巻線のＶ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＵ相の出力ラインが接続されていることを特徴とする請求項６に記載の磁束制御装置。
【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，及びステータに対して回転移動して空隙を増減して磁束を制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機における磁束制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，永久磁石式発電機では，発電した電圧を所定の一定電圧にするためには，スイッチングレギュレタ等を用いて電流を切り刻む操作をしなければならないが，大電圧及び／又は大電流をオン・オフするためには大型のパワートランジスタが必要になり，装置が大型化し，冷却損失が大きくなり，高価になったり，また，発電電圧を一定にするため電流を切り刻む時に，発生する過大な突入電流によって電波障害を起こしたり，ノイズを発生させたりするので，それらの問題を低減する対策が大変である。
【０００３】
また，永久磁石式発電機について，本発明者は自己電圧制御型のものを開発して先に特許出願した。該永久磁石式発電機は，コイルを発電機の外側に配置し，コイルでブレーキ電圧を発生させて常に一定電圧を発電させるものであり，巻線によって三相交流を発生させるそれぞれのＵ相，Ｖ相及びＷ相の端子に，巻線に発生する発電電圧を抑制させる巻き数に設定されたコイルがスイッチを介してそれぞれ接続されている。コイルの端子は電動機に接続されている。コイルは，継鉄に逆向きに巻き上げられて変圧器の一次側を構成し，変圧器の継鉄に巻き上げられたコイルは二次側を構成し，コイルが一定電圧を出力する出力端子に接続されている（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，本発明者は，永久磁石式発電・電動機として，磁束制御装置を備え，巻線として櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個の巻線群である３群の巻線群に分けられたものを開発して先に特許出願した。コントローラは，ロータの回転数に応答して筒部材のステータコアに対する位置制御と巻線群の直列及び／又は並列の結線の制御を行なうことによって予め決められた所定の電圧を得るように制御している。コントローラは，例えば，高い電圧側は，巻線群を直列に結線して高電圧を発生させ，また，低い電圧で電流の多い側は巻線群を並列に結線して低電圧で大電流を発生させ，そして，ステータコアに巻き上げられた分割型の巻線では，高電圧側は途中から引き出された巻線の線材から出力するように構成してロータの回転数の増加に従って巻線の巻数が減少するように制御する。また，三相交流を発生させる巻線は，１Ｕ，２Ｕ及び３Ｕ，１Ｖ，２Ｖ及び３Ｖ，及び１Ｗ，２Ｗ及び３Ｗが結線部においてそれぞれ直列に結線され，結線部にはラインを通じてスイッチがそれぞれ設けられている。コントローラは，ロータの回転数（ＲＰＭ）に応答して，筒部材を構成する半筒部材のステータに対する位置制御と巻線群の直列及び／又は並列の結線を，スイッチのスイッチングの制御を行なうことによって予め決められた所定の交流電圧を三相交流電源として得ることができるように制御する（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
また，本発明者は，発電機として２系統の電力発電特性を持つものを開発して先に特許出願した。該発電装置は，ステータが，ロータの外周との間に隙間を形成した内側円筒部，該内側円筒部上に円周方向に隔置してスロット部を形成するように立設した櫛部の先端部に位置する外側円筒部，予め決められたスロット部間に跨がって櫛部に分布巻き又は集中巻きされた少ない巻数の低電力用巻線と多い巻数の高電力用巻線とから構成された２系統の巻線，及び所定の低電力用巻線と高電力用巻線とに接続された端子を備えた端子線から構成され，ロータの極に対応する界磁極を中心に集中巻き又は分布巻きされた巻線は，発電される電圧を調整するため，ロータの回転の上昇に応じて複数個結線した直列結線を複数の並列結線に分割されており，巻線の端子線を結線する接続線にそれぞれ設けられスイッチがオン・オフによって発生する電力が調整されるものである（例えば，特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６４９９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４５５６号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人の発明者は，永久磁石式発電機について，上記の従来の発電機の問題を解決するため，上記特許文献１〜３に示すように，ステータとロータとの間にステータに対して相対移動する磁束制御リングを配置し，磁束制御リングをステータに対して移動させ，磁束制御リングの歯部とステータの櫛部との間の磁路空隙を増減させ，それによってステータ側への磁束の流れを制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させることを開発した。
【０００７】
しかしながら，上記の永久磁石式発電機は，例えば，自動車等の移動体では，ロータは全負荷から無負荷まで変化し，その変化に対応するには，更に改善されるべき点があることが分かった。即ち，永久磁石式発電機が高速回転で回転するエンジンに用いられる場合，その回転変動の幅は１０倍から１５倍に達する。しかも，永久磁石式発電機の発電能力は，アイドリングから７０００ｒｐｍまで非常に高いレベルを要求されるので，この間の電圧を所定の一定電圧にすることは容易ではない。従来，永久磁石の持つ磁力をロータとステータと間の空隙を設けることにより，制御していたが，限られた空隙で磁束制御を行うことには限度があった。本発明者は，この問題点を補うため，ロータの回転が大きくなった状態では，永久磁石の磁路に逆電流を流し，上記磁束制御の効果を大きくすることが電圧制御に効果的であることが分かった。
【０００８】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，ロータとステータとの間の磁路空隙を増減する磁束制御機構を設けた永久磁石式発電機において，ステータに三相の出力用巻線と巻き方向が逆に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とを巻き上げ，磁束制御用巻線には永久磁石から成るロータの磁界を遮るように逆磁界電流を発生させ，各出力ラインに設けたスイッチのオン・オフ制御によって回転数と負荷に対して予め決められた所定の一定電圧を保持することができるように構成したことを特徴とする磁束制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部に巻き上げた巻線を備えたステータ，前記ステータに対して移動可能に前記ロータとの間に配置された磁束制御リング，及び前記ステータを通る磁束を前記ステータと前記磁束制御リングとの間の磁路空隙の増減により磁束制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において，
前記ステータの前記巻線は，前記櫛部に一方向に巻き上げられた三相の出力用巻線と前記出力用巻線とは逆方向に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とから成り，前記磁束制御用巻線の出力ラインは前記出力用巻線の出力ラインに磁束制御用スイッチを介して接続され，前記磁束制御用スイッチはロータ回転数と負荷とに応答して前記出力用巻線に逆磁界電流を流すためオン・オフされ，前記磁束制御機構の前記磁路空隙の増減制御と前記磁束制御用スイッチのオン・オフによる逆磁界電流制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする磁束制御装置に関する。
【００１０】
また，この磁束制御装置は，前記出力用巻線には中間部に結線する中間出力ラインが設けられ，前記出力ラインには全出力用スイッチが設けられ，前記中間出力ラインには前記全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチが設けられ，前記全出力用スイッチ，前記出力低減用スイッチ及び前記磁束制御用スイッチは前記ロータ回転数と前記負荷に応答してオン・オフ制御されるものである。
【００１１】
また，この磁束制御装置は，前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が部分負荷状態では，前記磁束制御用スイッチをオンして前記磁束制御リングを通じて前記ステータへの磁束の流れを抑制する前記逆磁界電流を発生させ，前記逆磁界電流は前記負荷の減少によって増大するように自動制御されるものである。
【００１２】
更に，この磁束制御装置は，前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が無負荷状態では，前記負荷側の抵抗が無限大になって前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に電流が流れて磁力通過を制御して発電量が減少し，次いで磁力の流れが零になって発電が停止するように自動制御されるものである。
【００１３】
この磁束制御装置では，前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは，前記出力用巻線のＵ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＵ相の出力ライン，前記出力用巻線のＶ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＶ相の出力ライン，及び前記出力用巻線のＷ相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のＷ相の出力ラインが接続されているものである。
【００１４】
また，この磁束制御装置では，前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは，磁界を作る時の遅れに対応するため，前記出力用巻線の各相の出力ラインが後続極の前記磁束制御用巻線の各相の出力ラインにそれぞれ接続されている。具体的には，前記ロータの回転がＵ相，Ｗ相，次いでＶ相の順で変化する場合には，前記出力用巻線のＵ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＷ相の出力ライン，前記出力用巻線のＷ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＶ相の出力ライン，及び前記出力用巻線のＶ相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のＵ相の出力ラインが接続されているものである。
【発明の効果】
【００１５】
この磁束制御装置は，上記のように構成されているので，ロータ回転数が大きく，負荷が部分負荷状態になると，スイッチをオンして磁束制御用巻線に電流が流れ，出力用巻線の発電電流が負荷側に流れると同時に，枝分かれの磁束制御用巻線に電流が流れ，それによって，磁束制御用巻線には永久磁石から成るロータの磁界を遮るように逆磁界電流が発生し，ステータに永久磁石から流入しようとする磁力を遮り，磁束を減少させて発電電圧を減少し，予め決められた所定の一定電圧に保持することができ，また，無負荷では全電流が前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に流れて自動的に発電が停止するようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下，図面を参照して，この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の実施例を説明する。この磁束制御装置は，例えば，自動車等の負荷が大幅に逐次変動する移動体に搭載されたエンジンの動力で発電する発電機に適用して好ましいものである。まず，図１を参照して，この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を説明する。この発明による一実施例を説明するのに先立って，この磁束制御装置が組み込まれた永久磁石式発電機について説明する。
【００１７】
この磁束制御装置が組み込まれた永久磁石式発電機は，例えば，図４〜図７に示すように，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収容すると共に磁路の一部を構成するハウジング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を持つロータ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に対して相対回転可能にハウジング１に絶縁軸受（図示せず）を介して回転可能に取り付けられた磁束制御リング７から成る磁束制御機構，及び磁束制御リング７をロータ３の駆動状態に応じてステータ４に対して相対移動させる電磁弁又はモータ等のアクチュエータ２５から構成されている。ロータ３の一端には，押さえ板の端板３５を介して回転軸２にねじ等で固定されたストッパが位置し，他端には押さえ板の端板３４を介して回転軸２にナット３３が螺入され，ナット３３を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る。また，回転軸２は，例えば，一端側に配置された軸受１３と他端側に配置された軸受１３とによって，ハウジング１に回転自在に支持されている。
【００１８】
この永久磁石式発電機では，ステータ４は，ハウジング１に固定され，櫛部１０間にコイル即ち巻線１４（総称）を巻き上げるスロット１１を形成する櫛部１０を備えている。ロータ３は，ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２に固定され且つ周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２０を持つ永久磁石部材５を備えている。磁束制御リング７は，ステータ４とロータ３との間の隙間２２に配置され，ステータ４に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング１は，例えば，両側の一対の本体とこれらを連結する連結ボルト３１から成る。また，磁束制御リング７は，例えば，絶縁材から成る絶縁軸受（図示せず）を介してハウジング１に回転自在に支持され，ステータ４に対して回転移動可能に支持されている。ステータ４は，ステータコア１５とステータコア１５に巻き上げられた巻線１４とから構成されている。ステータコア１５は，例えば，櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１０と櫛部１０間に形成されたスロット１１から形成されている。この永久磁石式発電機では，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相電流を通電できる複数の出力用巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と磁束制御用巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成されている。
【００１９】
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と相対する突起した歯部８の角部にチャンファ部４１が設けられている。また，この永久磁石式発電機は，ステータ４における先端部のチャンファ部４２と磁束制御リング７の歯部８のチャンファ部４１との間の空隙，ステータ４の先端部と歯部８の底部との間の空隙，及び磁束制御リング７の歯部８の先端とステータ４のスロット１１との間の空隙は，磁路空隙を形成するものである。この永久磁石式発電機は，回転軸２の回転速度に応答して磁束制御リング７を移動させてステータ４との磁路空隙を増減させてステータ４を通る磁束を制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させる機能を有している。また，ロータ３は，例えば，回転軸２の外周に配置された継鉄６，継鉄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一種の保持パイプである補強部材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材２１とから構成されている。また，ロータ３の永久磁石部材５は，１２個の円弧状の永久磁石片２０を備え，永久磁石片２０は周方向に約３０°にわたって延びている。ロータ３の永久磁石部材５を構成する永久磁石片２０は，周方向に隣接する永久磁石片２０が交互に異なった磁極即ちＮ極とＳ極とが交互に配置されるように配列されている。
【００２０】
この磁束制御装置を組み込んだ永久磁石式発電機は，上記のように構成されており，永久磁石片２０の作用によって磁力を小さくすることができないので，高速時にロータ３とステータ４との隙間２２に配設された磁束制御リング７の作動して，ステータ４の櫛部１０と磁束制御リング７の歯部８との間の磁路空隙を増減することによりステータ４を通る磁束を制御するものであり，発電電圧を抑制することを図っている。しかしながら，磁束制御リング７による磁束制御量は，５０〜６０％であるので，例えば，１０００ｒｐｍで所定の電力が出力されるようにセットされると，２０００ｒｐｍまでは負荷変動，回転変動があっても自由自在に出力を得ることができる。ところが，ロータの回転が１００００ｒｐｍになると，電圧は１０倍になり，これを磁束制御リング７による磁束制御をしても５倍程度になる。そこで，この磁束制御装置は，磁束を減少させるため，出力用巻線１８と逆に巻き上げられた磁束制御用巻線１９をステータ４に配置し，磁束制御した状態で且つ高速領域でスイッチをオンさせると，部分負荷では出力側の負荷抵抗が大きくなるので，磁束制御用巻線１９側に徐々に電流が流れ，逆磁界の量が自動的に増加する。そのため，部分負荷になればなるほど磁束制御用巻線１９に電流が流れ，逆磁界が増すので，発電電圧が抑制され，予め決められた所定の一定電圧を保持できるようになる。
【００２１】
この磁束制御装置は，上記の構成において，ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２，回転軸２に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片２０を持つ永久磁石部材５を備えたロータ３，ハウジング１に固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部１０に巻き上げた巻線を備えたステータ４，ステータ４に対して移動可能にハウジング１に取り付けられてステータ４を通る磁束を磁路空隙の増減により制御する磁束制御リング７を持つ磁束制御機構を有する永久磁石式発電機に適用されて好ましいものである。
【００２２】
図１に示すように，この磁束制御装置の一実施例は，特に，ステータ４の巻線１４は，櫛部１０に一方向に巻き上げられた出力用巻線１８と，出力用巻線１８とは逆方向に巻き上げられた磁束制御用巻線１９とから成る。磁束制御用巻線１９は，出力用巻線１８の出力端即ち出力ライン１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）に，高速時にオンする磁束制御用スイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）を介して接続され，磁束制御機構の磁路空隙の増減制御と，磁束制御用スイッチ２４のオン・オフ制御によって予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴としている。出力用巻線１８は，出力用巻線１８から延びる出力ライン１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）を通じてツェナダイオードから成る３相整流器２３を介して負荷１２に接続されている。出力ライン１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）には，磁束制御用巻線１９から延びる出力ライン２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）が接続されている。図１に示す実施例では，出力用巻線１８と磁束制御用巻線１９とは，出力用巻線１８のＵ相の出力ライン１７Ｕと同時極の磁束制御用巻線１９のＵ相の出力ライン２８Ｕとが接続され，出力用巻線１８のＶ相の出力ライン１７Ｖと同時極の磁束制御用巻線１９のＶ相の出力ライン２８Ｖとが接続され，及び出力用巻線１８のＷ相の出力ライン１７Ｗと同時極の磁束制御用巻線１９のＷ相の出力ライン２８Ｗとが接続されているものである。
【００２３】
この磁束制御装置は，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた出力用巻線１８と磁束制御用巻線１９とは，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相から成る３相巻線に構成されている。また，この磁束制御装置は，出力用巻線１８には中間部３２に結線する中間出力端即ち中間出力ライン２９（２９Ｕ，２９Ｖ，２９Ｗ）が設けられている。出力ライン１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）には，全出力用スイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）が設けられ，また，中間出力ライン２９には，全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）が設けられている。また，磁束制御用巻線１９からの出力ライン２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）には，磁束制御用スイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）が設けられている。この磁束制御装置は，全出力用スイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ），出力低減用スイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）及び磁束制御用スイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）が，ロータ３の回転数と負荷１２とに応答してオン・オフ制御されるものである。
【００２４】
また，この磁束制御装置は，ロータ３の回転が大きく且つ負荷１２が部分負荷状態では，磁束制御用スイッチ２４をオンして磁束制御リング７を通じてステータ４への磁束の流れを抑制する逆磁界電流を発生させ，該逆磁界電流は負荷１２の減少によって増大するように自動制御されるものである。また，この磁束制御装置は，ロータ３の回転が大きく且つ負荷１２が無負荷状態では，負荷１２側の抵抗が無限大になって出力用巻線１８から磁束制御リング７を通じて磁束制御用巻線１９に全電流が流れてステータ４側への磁束の流れが完全に停止して発電が停止するように自動制御されるものである。
【００２５】
この磁束制御装置は，上記の構成により，永久磁石片２０から成る永久磁石部材５をロータ３に配置した永久磁石式発電機の電圧を負荷，回転が如何様に変動しても発電電圧を一定に保持することができる。永久磁石式発電機に磁束制御機構を配置しない場合には，ロータ３に配置した永久磁石片２０の磁力に真っ向から対向するような磁力を磁束制御用巻線１９により発生させねばならず，そのための電流が大きくなり，発熱が伴い，しかも永久磁石片２０の磁力の逃げ場が無くなり，永久磁石の減磁作用が発生する。磁束制御リング７を設けた場合には，磁束制御用巻線１９から発生した逆方向磁力はステータ４の内側でロータ３から流れる磁力を遮るように作用するので，ロータ３からの磁力はステータ４と磁束制御リング７との隙間２２で周方向に流れ，ステータ４側に流れない。この空隙部がロータ３の磁石磁力の流れ場所を作るので，減磁の心配はなく，且つ余り大きな逆磁界電流を必要としない効果がある。
【００２６】
この磁束制御装置は，上記のように，永久磁石式発電機の電圧と電流特性を示すが回転が大きくなると，無負荷電圧が大きくなり，磁束制御しても所定の電圧にすることができない。この状態での部分負荷状態では負荷側の抵抗は，比較的に小さいが，無負荷では無限大になるので，磁束制御用巻線１９に全電流が流れ，ステータ４側への磁力の流れを完全に止める。この逆磁界電流は，負荷１２の減少に伴って増大する自動制御の特性を持つものである。図２に示すように，ロータ３の回転数が１００００ＲＰＭでは，磁束制御リング７による磁束制御機構では点線で示す状態まで抑制できるが，所定の一定電圧（定格電圧）まで低減することができないので，磁束制御用スイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）をオンして点線で示す逆磁界を発生させ，それによって差し引きによって所定の一定電圧（定格電圧）まで低減することができる。ロータ３の回転数が１００００ＲＰＭについても同様の制御によって所定の一定電圧（定格電圧）を確保することができる。
【００２７】
次に，図３を参照して，この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を説明する。図２に示す実施例では，出力用巻線１８と磁束制御用巻線１９とは，磁界を作る時の遅れに対応するため，出力用巻線１８の各相であるＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗが，後続極の磁束制御用巻線１９の各相であるＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗにそれぞれ接続されている。具体的には，ロータ３の回転がＵ相，Ｗ相，次いでＶ相の順で変化する場合には，出力用巻線１８のＵ相の出力ライン１７Ｕと後続極の磁束制御用巻線１９のＷ相の出力ライン２８Ｗとが接続され，出力用巻線１８のＷ相の出力ライン１７Ｗと後続極の磁束制御用巻線１９のＶ相の出力ライン２８Ｖとが接続され，また，出力用巻線１８のＶ相の出力ライン１７Ｖと後続極の磁束制御用巻線１９のＵ相の出力ライン２８Ｕとが接続されているものである。上記のように，出力用巻線１８の出力ライン１７と磁束制御用巻線１９の出力ライン２８との接続は，ステータ４に電流を流し，磁界を作る時に遅れが出るので，ロータ３の回転がＵ相→Ｗ相→Ｖ相と変化する時，な出力用巻線１８の後に磁束制御用巻線１９の後続極で逆磁界を作ってステータ４に流れ込む磁力を抑え，後半は自分の電流による磁力抑制を図ることが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
この発明による磁束制御装置は，例えば，負荷が大幅に逐次変動する自動車等の移動体に搭載されたエンジンに設けられる永久磁石式発電機に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の磁束制御装置について，電流と電圧の関係を概念的に示すグラフである。
【図３】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を示す回路図である。
【図４】図１の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電機の一実施例を示す断面図である。
【図５】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【図６】図１の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を形成し，磁束を抑制している状態を示す軸方向の断面図である。
【図７】図１の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を無くした磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
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
７      磁束制御リング
１０    櫛部
１１    スロット
１２    負荷
１４    巻線
１７，１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ    出力用巻線用の多巻側の出力ライン
１８，１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ    出力用巻線
１９，１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ    磁束制御用巻線
２０    永久磁石片
２４，２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ    磁束制御用巻線用スイッチ
２６，２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ    出力用巻線用スイッチ
２７，２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ    出力低減用スイッチ
２８，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ    磁束制御用巻線用出力ライン
２９，２９Ｕ，２９Ｖ，２９Ｗ    中間出力ライン（出力用巻線用）
３２    中間部
【図１】
2006345591.tif 000003
【図２】
2006345591.tif 000004
【図３】
2006345591.tif 000005
【図４】
2006345591.tif 000006
【図５】
2006345591.tif 000007
【図６】
2006345591.tif 000008
【図７】
2006345591.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成18年3月7日(2006.3.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
この永久磁石式発電機では，ステータ４は，ハウジング１に固定され，櫛部１０を備え，櫛部１０間にコイル即ち巻線１４（総称）を巻き上げるスロット１１が形成されている。ロータ３は，ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２に固定され且つ周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２０を持つ永久磁石部材５を備えている。磁束制御リング７は，ステータ４とロータ３との間の隙間２２に配置され，ステータ４に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング１は，例えば，両側の一対の本体とこれらを連結する連結ボルト３１から成る。また，磁束制御リング７は，例えば，絶縁材から成る絶縁軸受（図示せず）を介してハウジング１に回転自在に支持され，ステータ４に対して回転移動可能に支持されている。ステータ４は，ステータコア１５とステータコア１５に巻き上げられた巻線１４とから構成されている。ステータコア１５は，例えば，櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１０と櫛部１０間に形成されたスロット１１から形成されている。この永久磁石式発電機では，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相電流を通電できる複数の出力用巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と磁束制御用巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成されている。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
この磁束制御装置を組み込んだ永久磁石式発電機は，上記のように構成されており，永久磁石片２０の作用によって磁力を小さくすることができないので，高速時にロータ３とステータ４との隙間２２に配設された磁束制御リング７を作動して，ステータ４の櫛部１０と磁束制御リング７の歯部８との間の磁路空隙を増減することによりステータ４を通る磁束を制御するものであり，発電電圧を抑制することを図っている。しかしながら，磁束制御リング７による磁束制御量は，５０〜６０％であるので，例えば，１０００ｒｐｍで所定の電力が出力されるようにセットされると，２０００ｒｐｍまでは負荷変動，回転変動があっても自由自在に出力を得ることができる。ところが，ロータ３の回転が１００００ｒｐｍになると，電圧は１０倍になり，これを磁束制御リング７による磁束制御をしても５倍程度になる。そこで，この磁束制御装置は，磁束を減少させるため，出力用巻線１８と逆に巻き上げられた磁束制御用巻線１９をステータ４に配置し，磁束制御した状態で且つ高速領域でスイッチをオンさせると，部分負荷では出力側の負荷抵抗が大きくなるので，磁束制御用巻線１９側に徐々に電流が流れ，逆磁界の量が自動的に増加する。そのため，部分負荷になればなるほど磁束制御用巻線１９に電流が流れ，逆磁界が増すので，発電電圧が抑制され，予め決められた所定の一定電圧を保持できるようになる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
次に，図３を参照して，この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を説明する。図３に示す実施例では，出力用巻線１８と磁束制御用巻線１９とは，磁界を作る時の遅れに対応するため，出力用巻線１８の各相であるＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗが，後続極の磁束制御用巻線１９の各相であるＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗにそれぞれ接続されている。具体的には，ロータ３の回転がＵ相，Ｗ相，次いでＶ相の順で変化する場合には，出力用巻線１８のＵ相の出力ライン１７Ｕと後続極の磁束制御用巻線１９のＷ相の出力ライン２８Ｗとが接続され，出力用巻線１８のＷ相の出力ライン１７Ｗと後続極の磁束制御用巻線１９のＶ相の出力ライン２８Ｖとが接続され，また，出力用巻線１８のＶ相の出力ライン１７Ｖと後続極の磁束制御用巻線１９のＵ相の出力ライン２８Ｕとが接続されているものである。上記のように，出力用巻線１８の出力ライン１７と磁束制御用巻線１９の出力ライン２８との接続は，ステータ４に電流を流し，磁界を作る時に遅れが出るので，ロータ３の回転がＵ相→Ｗ相→Ｖ相と変化する時，出力用巻線１８の後に磁束制御用巻線１９の後続極で逆磁界を作ってステータ４に流れ込む磁力を抑え，後半は自分の電流による磁力抑制を図ることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【図１】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の磁束制御装置について，電流と電圧の関係を概念的に示すグラフである。
【図３】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を示す回路図である。
【図４】図１の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電機の一実施例を示す断面図である。
【図５】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【図６】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を形成し，磁束を抑制している状態を示す軸方向の断面図である。
【図７】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を無くした磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006345591.tif 000010
【手続補正６】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006345591.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年4月17日(2006.4.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
【図１】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の磁束制御装置について，電流と電圧の関係を概念的に示すグラフである。
【図３】この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を示す回路図である。
【図４】図１の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電機の一実施例を示す断面図である。
【図５】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【図６】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を無くした磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。
【図７】図４の永久磁石式発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を形成して磁束を抑制している状態を示す軸方向の断面図である。