(57)【要約】【課題】電機子巻線の誘起電圧が調整可能で、簡素で部品点数が少なく小型で、しかも信頼性に優れた永久磁石回転電機を提供する。【解決手段】一方に開口端を有する略Ｃ字状の形状を有し、第２の磁路形成部を形成する補助コア１１と、補助コア１１に卷回された制御巻線１２とから構成された制御用固定子１０を、補助コア１１の開口端のお互いに対向する両側の端面が、対応する第１の磁路形成部である磁極歯部５の回転軸４軸心方向に対向する両側の端面における電機子巻線８が卷回された部分より回転子３側の部分にそれぞれ当接させた構成とし、制御巻線１２群により発生する制御巻線磁束と永久磁石２により発生する永久磁石磁束を直交させることによって、磁極歯部５に卷回された電機子巻線８に鎖交する永久磁石磁束を変化させ、電機子巻線８群に誘起される電圧を制御する構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
電機子巻線群を有し、前記永久磁石の磁束による第１の磁路形成部を形成する固定子と、
制御巻線群を有し、前記第１の磁路形成部における前記磁束の方向に直交する第２の磁路形成部を形成する制御用固定子と、
前記第１の磁路形成部における前記永久磁石からの前記磁束の方向を変化させ、且つ、前記電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御巻線群に前記制御回路から制御電流が供給されることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
第２の電機子巻線群と、インバータにて駆動される第１の電機子巻線群とを有し、前記永久磁石の磁束による第１の磁路形成部を形成する固定子と、
制御巻線群を有し、前記第１の磁路形成部における前記磁束の方向に直交する第２の磁路形成部を形成する制御用固定子と、
前記第１の磁路形成部における前記永久磁石からの前記磁束の方向を変化させ、且つ、前記電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路と、
を備え、
前記制御巻線群に前記制御回路から制御電流が供給されることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項３】
前記固定子において、前記第１の磁路形成部における前記永久磁石からの前記磁束の方向と前記制御用固定子の第２の磁路形成部とが直交する面が、前記回転子の回転軸軸心方向に垂直な面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石回転電機。
【請求項４】
前記固定子において、前記第１の磁路形成部における前記永久磁石からの前記磁束の方向と前記制御用固定子の第２の磁路形成部とが直交する面が、前記回転子の回転軸軸心方向に平行な面であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の永久磁石回転電機。
【請求項５】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
切り欠き部を設けた複数の磁極歯部と前記磁極歯部を連結する磁極歯連結部とを有する固定子コアと、
複数の前記磁極歯部の前記切り欠き部に移動可能にそれぞれ内挿された複数の制御用可動部材と、
複数の前記磁極歯部にそれぞれ卷回された電機子巻線群と制御巻線群とからなる固定子と、
前記制御用可動部材を移動させ、前記電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路と、を備え、
前記制御巻線群に前記制御回路から制御電流が供給されることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項６】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
複数の第１の磁極歯部と切り欠き部を設けた複数の第２の磁極歯部と、
第１の磁極歯部及び第２の磁極歯部を連結する磁極歯連結部からなる固定子コアと、
複数の前記第２の磁極歯部の前記切り欠き部に移動可能にそれぞれ内挿された複数の制御用可動部材と、
インバータにて駆動される前記第１の磁極歯部に卷回された第１の電機子巻線群と、
前記第２の磁極歯部に卷回された第２の電機子巻線群及び制御巻線群とからなる固定子と、
前記制御用可動部材を移動させ、前記第２の電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路と、を備え、
前記制御巻線群に前記制御回路から制御電流が供給されることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項７】
前記制御回路は、前記電機子巻線群または第２の電機子巻線群の出力に接続された整流平滑回路の出力電圧を検出することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項８】
前記制御回路は、前記電機子巻線群または第２の電機子巻線群の出力ピーク値を検知することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、請求項６のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項９】
前記制御回路は、前記電機子巻線群または第２の電機子巻線群の出力に接続された整流回路の出力電流を検出することを特徴とする請求項１、請求項２、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１０】
前記第１の電機子巻線群が駆動されるインバータは、高圧系蓄電池を電源とし、
前記第２の電機子巻線群の出力が整流回路を経由し低圧系蓄電池と接続されることを特徴とする請求項２、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１１】
前記第２の電機子巻線群の出力を経由する整流回路が制御機能を有することを特徴とする請求項２、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１２】
前記制御巻線群に供給する電流は、ＤＣ電流であることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１３】
前記制御巻線群に供給するＤＣ電流は、前記電機子巻線群或いは第２の電機子巻線群の出力に接続された整流回路を経由して接続されるコンデンサより供給されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１４】
前記制御巻線群は、直列接続されることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１、請求項１２、請求項１３のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１５】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
複数の磁極歯部及び前記磁極歯部を連結する磁極歯連結部を有する固定子コアと、
複数の前記磁極歯部にそれぞれ卷回された電機子巻線群と、
複数の短絡環とからなる固定子と、
を備えることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項１６】
前記電機子巻線群が卷回された位置より前記回転子側の位置において、前記磁極歯部の永久磁石磁束と鎖交する位置に前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１７】
前記回転子に対向する前記磁極歯部の内周面に凹部を有し、
前記磁極歯部の前記凹部と前記磁極歯部の側面との間に、前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１８】
前記回転子に対向する前記磁極歯部の内周面に２つの凹部を有し、
２つの前記凹部に挟まれた前記磁極歯部の突起部に、前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１５に記載の永久磁石回転電機。
【請求項１９】
永久磁石による界磁極を有する回転子と、
複数の第１の磁極歯部及び複数の第２の磁極歯部と、前記第１の磁極歯部及び前記第２の磁極歯部を連結する磁極歯連結部とを有する固定子コアと、
複数の前記第１の磁極歯部に卷回され、且つ、インバータにて駆動される第１の電機子巻線群と、
複数の前記第２の磁極歯部に卷回された第２の電機子巻線群及び複数の前記第２の磁極歯部に卷回された短絡環とからなる固定子と、
を備えることを特徴とする永久磁石回転電機。
【請求項２０】
前記第１の磁極歯部と前記第１の磁極歯部との間に、２つの前記第２の磁極歯部を対として設け、複数対の前記第２の磁極歯部を配設したことを特徴とする請求項１９に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２１】
前記第１の磁極歯部と前記第１の磁極歯部との間に、少なくとも３つの前記第２の磁極歯部を組みとして設け、複数組みの前記第２の磁極歯部を配設したことを特徴とする請求項１９に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２２】
前記第２の電機子巻線群が卷回された位置より前記回転子側の位置において前記第２の磁極歯部の永久磁石磁束と鎖交する位置に前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２３】
前記第２の磁極歯部の前記回転子に対向する内周面に凹部を有し、
前記第２の磁極歯部の前記凹部と前記第２の磁極歯部の回転軸心に平行な面を有する両側側面のうちいずれか一方の側面との間に、前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２４】
前記第２の磁極歯部の前記回転子に対向する内周面に２つの凹部を有し、
前記第２の磁極歯部の２つの前記凹部に挟まれた前記第２の磁極歯部の先端凸部に、前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項１９から請求項２１のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２５】
対になった２つの前記第２の磁極歯部において、
それぞれの前記第２の磁極歯部の前記回転子に対向する内周面に凹部を有し、
前記第２の磁極歯部の前記凹部と、前記第２の磁極歯部の回転軸心に平行な面を有する前記第２の磁極歯部の両側側面とのうち、対になった２つの前記第２の磁極歯部の前記側面がお互いに近接した側の側面との間に、前記短絡環が卷回されたことを特徴とする請求項２１に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２６】
前記第１の電機子巻線群が駆動されるインバータは、高圧系蓄電池を電源とし、
前記第２の電機子巻線群出力が整流回路を経由し低圧系蓄電池と接続されることを特徴とする請求項１９から請求項２５のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機。
【請求項２７】
請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機を搭載した車両。
【請求項２８】
請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機を搭載した風力発電機。
【請求項２９】
請求項１から請求項２６のいずれか１項に記載の永久磁石回転電機を搭載したエンジン発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石回転電機に関し、特に電機子巻線に発生する誘起起電力制御を利用した永久磁石回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石回転電機は、回転子（ロータとも記す）に界磁手段として永久磁石を用いるため、界磁巻線による励磁回路が不要であり構造が簡単であるが、電機子巻線に誘起される誘起電圧は永久磁石を有する回転子と巻線が配設された電機子との相対回転に基づいて電機子巻線を通過する磁束が変化することによって得られ、永久磁石の磁束は一定であるため、回転子と電機子との相対回転の回転数によって誘起電圧は変化する。即ち、回転子の回転速度が増加するに従って、誘起電圧は増加することになる。そのため、低速回転時に充分な誘起電圧を得るようにすると、高速回転時の誘起電圧が過大となり得る。従って、誘起電圧を高速回転時にも過大とならない範囲に制御するための方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、複数個の扇形の永久磁石を回転軸の周囲に配設して界磁極を構成した回転界磁形の回転電機において、周方向で隣接する永久磁石間に、外周側が幅広部、内周側が幅狭部となっている溝を形成するとともに、幅狭部に永久磁石とは別の磁石を径方向に移動可能に挿入し、この磁石の径方向の位置をばねで規制することにより、この回転子の回転に伴い磁石に作用する遠心力に固有の位置に磁石を占位させるという構成を有する永久磁石回転電機に関する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
この構成の永久磁石回転電機は、回転子の回転速度の上昇に伴い磁石により大きな遠心力が作用するため、回転速度が上昇する程、磁石は半径方向に沿い外方に移動する。磁石が半径方向に沿い外方に移動すればする程、界磁束が減少することになり、回転速度の上昇に伴い誘起電圧の上昇が抑制され、適正な発電電圧（例えば、蓄電池チャージ電圧）に自動的に調整されるようにしたものである。
【０００５】
また、アウタロータ型の例として、ロータが有底円筒状のロータヨークと、そのロータヨークの円筒部の軸心方向の２つの位置において、周方向に等間隔で設けられた嵌合穴に支持部材の軸部が摺動可能に嵌め込まれ、且つ、支持部材の磁石固着部においてロータヨークの内周側の面に取り付けられた永久磁石とを備え、ロータヨークの開放端部に蓋部材が固定されることにより中空円柱状に形成され、ロータヨークには嵌合溝が設けられ、その幅方向中央部に支持部材の軸部が嵌め込まれる嵌合穴が設けられており、支持部材に固着された永久磁石がロータの径方向に移動可能になされ、また、嵌合溝の幅方向両側の周縁部には、鍔部がそれぞれ形成されており、永久磁石が内周側へ抜けることを防止するとともに、更に、支持部材の軸部には非線形特性を有するばね等の弾性部材が嵌め着けられており、永久磁石を回転軸心側即ちステータ（固定子とも記す）方向へ付勢した構成を有する発電機が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
この構成の永久磁石回転電機は、ロータの回転数が増加するに従って、永久磁石に作用する遠心力が増大する他、永久磁石は嵌合溝内において弾性部材により回転軸心側へ付勢されているため、永久磁石に作用する遠心力が増大すると弾性部材の付勢力に抗して外周側、即ち、ステータから離隔する方向に移動させられることとなり、永久磁石とそれに対向するステータの幅広部の端面との間に形成される空隙が大きくなるように変化させられるため、ステータと永久磁石との間の磁束密度が小さくされるので、従って、ロータの回転数が増加するにつれて、ステータと永久磁石との間の空隙を径方向に貫通する磁束が小さくなることにより、起電力の変化が抑制されるようにしたものである。
【０００７】
次に、固定子と回転子を構成する永久磁石との間の磁束密度を変化させる方法の一例について概要を説明する。ハウジングに設けられた主ベアリングに第１の回転軸が回動自在に支持され、第１の回転軸の一端に外面形状が概略球形をなしている回転子が支持されており、回転子は永久磁石により形成されて、第１の回転軸の回りにＳ極とＮ極とが交互に現れるように配置されている。一方、ハウジングの側面には、第２の回転軸を回動自在に支持するサイド・ベアリングが設けられ、この第２の回転軸には、内面が球面をなす固定子が支持されており、固定子の回動は、固定子に固着されたウォーム・ホイールによって制御されるようになって、制御部によって駆動されるステッピングモータの回転軸に直結されたウォームにより回動されるように構成するという永久磁石回転電機の例が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００８】
このような構成とすることにより、回転子の回転において、その始動時或いは低速時には固定子は回転子の最大磁束密度部分に正対しており、同一回転数の場合に最大の出力電圧が得られ、回転子の回転数が上昇すると、出力電圧が上昇する。また、制御部は、この出力電圧を監視し、この値を一定値に戻すべくステッピングモータを駆動し、ウォームを介してウォーム・ホイールを駆動して、固定子が最大磁束密度部分からずれるように固定子を第２の回転軸の回りに回動させ、発電電圧を低下させて所望の値に戻るようにする。即ち、固定子を回動させて回転子との対向面積を制御することによって、発電電圧の上昇を抑制し、発電電圧を回転数によらず一定化し得るようにできるものである。
【０００９】
また、ロータとステータとで形成される磁気回路における磁気抵抗を変化させて界磁制御を行なうという方法を用いた構成がある。この場合、ステータにおけるそれぞれのティースを連結するステータ本体に円形の磁気抵抗調整用開口部が、ロータの磁界発生手段である永久磁石により発生しステータ本体内を通過する磁束の経路上に位置して設けられて、透磁率異方性を有する調整プラグが、磁気抵抗調整用開口部に内挿されており、調整プラグは磁気抵抗調整用開口部の内径とほぼ同一の外径を有する円柱形状の部材であり、ステータ本体との間に殆ど隙間なく、回動自在に設けられて、そして、磁気抵抗調整用開口部内で磁路に対する調整プラグの角度位置を調整するプラグ角アクチュエータが設けられた構成を有したモータが開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【００１０】
上述の構成例は、弱め界磁制御を行なうモータに関するものであるが、永久磁石回転電機にも適用可能である。このような構成により、透磁率異方性を有した調整プラグ部分についての磁路方向の透磁率は、調整プラグの角度位置に対応して異なる値となり、これに対応してステータ本体の透磁率も異なる値となり、調整プラグの角度位置によって、透磁率に反比例して磁気抵抗も変化する。従って、磁気抵抗調整用開口部内での調整プラグの角度位置を調整することにより、ステータ本体の磁気抵抗を調整することができ、磁気回路に生ずる磁束を調整することができる。ロータの回転速度が増加した時、その回転数を検知して、或いは、出力電圧を監視して、これにより、出力電圧が一定になるように、プラグ角アクチュエータであるアクチュエータ用モータを駆動して、連結部材を介してアクチュエータ用モータに連結された調整プラグの角度位置を調整し、磁気回路に生ずる磁束を調整して、発電電圧の上昇を抑制し、発電電圧をロータの回転数によらず一定になるようにできるものである。
【特許文献１】特開平７−２８８９４０号公報（第３頁、第１図）
【特許文献２】特開平８−２５１８９４号公報（第５頁、第１図）
【特許文献３】特開平７−３０８０５６号公報（第２頁、第３頁、第１図）
【特許文献４】特開平９−２３３８８７号公報（第３頁、第４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の複数個の扇形の永久磁石を回転軸の周囲に配設して界磁極を構成した回転界磁形で、回転子の回転に伴い磁石に作用する遠心力に固有の位置に磁石を占位させるという従来構成の回転電機においては、永久磁石の間に可動する磁石を設けることによって、その磁石を回転速度に応じた遠心力により可動させて界磁束を制御するようになされているが、この可動磁石が永久磁石の間にあって界磁束を制御するように可動させることは、磁石同士の吸引力や反発力などの影響を受けるため、技術的に非常に難しいことが予想され、また、高速で回転する回転子に可動部材を設け、ばねの付勢力とバランスさせるため、長期間の使用に対しての信頼性に課題があり、製品としての耐久性も問題となる。
【００１２】
また、次のアウタロータ型の従来の回転電機においても、ロータの回転速度に応じた遠心力と弾性部材の付勢力とで永久磁石の位置が決まり、永久磁石とそれに対向するステータとの間に形成される空隙を変化させることにより、ステータと永久磁石との間の磁束密度を制御しようとするものであるが、上述の１番目の発電機と同様に、高速で回転するロータに移動可能な永久磁石を設け、弾性部材の付勢力とバランスさせるため、ステータと各永久磁石間のギャップばらつきや、また長期間の使用に対しての信頼性に課題があり、製品としての耐久性も問題となる。
【００１３】
また、３番目の固定子と回転子を構成する永久磁石との間の磁束密度を変化させる方法を利用する従来の回転電機においては、固定子を回動させて回転子との対向面積を制御することによって、発電電圧の上昇を抑制しようとするものであるが、回転子の外面形状及び固定子の内面形状がそれぞれ概略球形の形状に加工する必要があり、複雑な加工工程を必要とする課題があり、また、第２の回転軸、サイド・ベアリング、ウォーム・ホイール、ウォーム及びステッピングモータ等で構成される固定子を第２の回転軸の回りに回動させるための機構を必要とし、構造的にも複雑となり、製造工数が増大するという課題がある。
【００１４】
更に、４番目のロータとステータとで形成される磁気回路における磁気抵抗を変化させて界磁制御を行なうという方法を用いた構成の従来の回転電機においては、ステータ本体に設けられた磁気抵抗調整用開口部内での調整プラグの角度位置を調整して、ステータ本体の磁気抵抗を調整することにより、磁気回路に生ずる磁束を調整して出力電圧が一定になるようにしたものであるが、上述の３番目の発電機と同様に、プラグ角アクチュエータであるアクチュエータ用モータや連結部材等で構成された、調整プラグの角度位置を調整するための機構が必要であり、可動部分を有する構造のため、構造的にも複雑となり、製造工数が増加するという課題がある。
【００１５】
本発明は、上記の課題を解決し、磁気回路における磁束を安定的に制御し、高速回転に対しても発生する発電電圧の上昇が安定的に抑制することができ、簡単な構造で発電電圧が一定値になるように制御され、低価格であり、しかも信頼性に優れた発電機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】
【００１６】
この目的を達成するために本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による界磁極を有する回転子と、電機子巻線群を有し、永久磁石の磁束による第１の磁路形成部を形成する固定子と、制御巻線群を有し、第１の磁路形成部における磁束の方向に直交する第２の磁路形成部を形成する制御用固定子と、第１の磁路形成部における永久磁石からの磁束の方向を変化させ、且つ、電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路とを備え、制御巻線群に制御回路から制御電流が供給される構成を有している。更に、固定子において、永久磁石の第１の磁路形成部における磁束の方向と制御用固定子の第２の磁路形成部とが直交する面が、回転子の回転軸軸心方向に垂直な面、或いは、回転子の回転軸軸心方向に平行な面である構成を有している。
【００１７】
これらの構成によって、永久磁石磁束が制御巻線磁束の影響を受けて、永久磁石磁束の方向が変えられ、磁極歯部に卷回された電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束量が変化させられることになり、制御回路により制御された電流を制御巻線に供給して制御巻線磁束を制御し、電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束により発生する電機子巻線の誘起起電力を一定にすることができる。また、電機子巻線の誘起起電力を一定にするために、制御のための可動部材を必要とせず、また、背景技術に示されたような機械的変位機構等を必要としないので、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００１８】
また、本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による界磁極を有する回転子と、第２の電機子巻線群と、インバータにて駆動される第１の電機子巻線群とを有し、永久磁石の磁束による第１の磁路形成部を形成する固定子と、制御巻線群を有し、第１の磁路形成部における磁束の方向に直交する第２の磁路形成部を形成する制御用固定子と、第１の磁路形成部における永久磁石からの磁束の方向を変化させ、且つ、電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路とを備え、制御巻線群に制御回路から制御電流が供給される構成を有している。
【００１９】
この構成によって、永久磁石磁束が制御巻線磁束の影響を受けて、永久磁石磁束の方向が変えられ、第２の磁極歯部に卷回された第２の電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束量が変化させられることになり、制御回路により制御された電流を制御巻線に供給して制御巻線磁束を制御し、第２の電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束により発生する第２の電機子巻線の誘起起電力を一定にすることができる。また、第２の電機子巻線の誘起起電力を一定にするために、制御のための可動部材を必要とせず、また、背景技術に示されたような機械的変位機構等を必要としないので、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００２０】
また、本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による界磁極を有する回転子と、切り欠き部を設けた複数の磁極歯部と磁極歯部を連結する磁極歯連結部とを有する固定子コアと、複数の磁極歯部の切り欠き部に移動可能にそれぞれ内挿された複数の制御用可動部材と、複数の磁極歯部にそれぞれ卷回された電機子巻線群と制御巻線群とからなる固定子と、制御用可動部材を移動させ、電機子巻線群に誘起される起電力を制御する制御回路とを備え、制御巻線群に制御回路により制御される電流が供給される構成を有している。
【００２１】
この構成によって、制御回路により制御された電流を制御巻線に供給して、磁極歯部の切り欠き部内における制御用可動部材の位置を移動させ、制御用可動部材を含む磁極歯部部分の磁気抵抗を制御し、磁極歯部に卷回された電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束を制御して、永久磁石磁束により発生する電機子巻線の誘起起電力を一定にすることができる。また、電機子巻線の誘起起電力を一定にするために、背景技術に示されたような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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００２２】
また、本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による界磁極を有する回転子と、複数の磁極歯部及び磁極歯部を連結する磁極歯連結部を有する固定子コアと、複数の磁極歯部にそれぞれ卷回された電機子巻線群と、複数の短絡環とからなる固定子とを備える構成を有し、更に、電機子巻線群が卷回された位置より回転子側の位置において、磁極歯部の永久磁石磁束と鎖交する位置に短絡環が卷回された構成、或いは、回転子に対向する磁極歯部の内周面に凹部を有し、磁極歯部の凹部と磁極歯部の側面との間に、短絡環が卷回された構成、或いは、回転子に対向する磁極歯部の内周面に２つの凹部を有し、２つの凹部に挟まれた磁極歯部の突起部に、短絡環が卷回された構成を有している。
【００２３】
これらの構成によって、磁極歯部に流れる永久磁石磁束が短絡環に鎖交して、短絡環に電圧が誘起され、この鎖交磁束と同位相で向きが反対の磁束が発生し、永久磁石磁束を打ち消す方向に作用するので、電機子巻線に鎖交する磁束が減少して、電機子巻線の発電電圧を減少させることができ、回転子の回転数が増加しても、電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができる。また、電機子巻線の誘起起電力を所定値以下にするために、制御のための可動部材を必要とせず、また、背景技術に示されたような機械的変位機構等を必要としないので、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００２４】
また、本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による界磁極を有する回転子と、複数の第１の磁極歯部及び複数の第２の磁極歯部と、第１の磁極歯部及び第２の磁極歯部を連結する磁極歯連結部とを有する固定子コアと、複数の第１の磁極歯部に卷回され、且つ、インバータにて駆動される第１の電機子巻線群と、複数の第２の磁極歯部に卷回された第２の電機子巻線群及び複数の第２の磁極歯部に卷回された短絡環とからなる固定子とを備える構成を有している。更に、第２の電機子巻線群が卷回された位置より回転子側の位置において第２の磁極歯部の永久磁石磁束と鎖交する位置に短絡環が卷回された構成、或いは、第２の磁極歯部の回転子に対向する内周面に凹部を有し、第２の磁極歯部の凹部と第２の磁極歯部の回転軸心に平行な面を有する両側側面のうちいずれか一方の側面との間に、短絡環が卷回された構成、或いは、第２の磁極歯部の回転子に対向する内周面に２つの凹部を有し、第２の磁極歯部の２つの凹部に挟まれた第２の磁極歯部の先端凸部に、短絡環が卷回された構成を有している。
【００２５】
これらの構成によって、第２の磁極歯部に流れる永久磁石磁束が短絡環に鎖交して、短絡環に電圧が誘起され、この鎖交磁束と同位相で向きが反対の磁束が発生し、磁束打ち消し効果が生じ、第２の電機子巻線に鎖交する磁束が減少して、第２の電機子巻線の発電電圧を減少させることができ、回転子の回転数が増加しても、第２の電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、第２の電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができる。また、第２の電機子巻線の誘起起電力を所定値以下にするために、制御のための可動部材を必要とせず、また、背景技術に示されたような機械的変位機構等を必要としないので、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の永久磁石回転電機は、永久磁石による第１の磁路形成部に直交するように、第２の磁路形成部を構成する制御用固定子を設け、その制御用固定子に卷回された制御巻線のＤＣ電流を変化させるようにした構成としたものである。
【００２７】
このような永久磁石回転電機構成とすることによって、制御巻線により発生する磁束を永久磁石からの永久磁石磁束に直交させて、永久磁石磁束の方向を変え、電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束を制御して、永久磁石回転電機の電機子巻線出力端子電圧を一定に制御することができ、制御のための可動部材を必要とせず、また、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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００２８】
また、本発明の永久磁石回転電機は、磁極歯部の切り欠き部に移動可能な制御用可動部材を内挿し、電機子巻線と制御巻線を磁極歯部に卷回し、制御巻線の電流を変化させて制御用可動部材を移動させるようにした構成としたものである。
【００２９】
このような永久磁石回転電機構成とすることによって、制御巻線の電流を変化させ、制御用可動部材を移動させて、磁極歯部の磁気抵抗を変化させ、電機子巻線に鎖交する磁束を制御し、電機子巻線の出力端子電圧を一定に制御することができ、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【００３０】
また、本発明の永久磁石回転電機は、電機子巻線が卷回された磁極歯部に、或いは、磁極歯部の先端部に短絡環を設けた構成としたものである。
【００３１】
このような永久磁石回転電機構成とすることによって、短絡環による磁束打ち消し効果により、電機子巻線に鎖交する永久磁石磁束が減少し、回転子の回転数が増加しても、電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができ、制御のための可動部材を必要とせず、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【００３３】
（実施の形態１）
図１から図６に、本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図１は本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の主要部を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線で切断した部分断面図、図３は本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機及び周辺回路を含む発電機構成を示すブロック図、図４は図３における制御回路の具体例を示す回路図、図５は本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成を示す平面図、図６は図５におけるＢ−Ｂ線で切断した部分断面図である。但し、図１及び図５では、永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成で示している。
【００３４】
図１及び図２において、回転子コア１の周方向に等間隔に複数個の界磁極となる永久磁石２が埋め込まれた構成を有する回転子３が回転軸４に固着され、ハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされている。複数個の永久磁石２は周知のようにＮ極とＳ極が交互に並べられて配置されている。一方、複数の磁極歯部５とそれぞれの磁極歯部５を連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、その固定子コア７のそれぞれの磁極歯部５にはそれぞれ電機子巻線８が卷回され、複数の電機子巻線８と固定子コア７とで固定子９を構成している。固定子９を構成するそれぞれの磁極歯部５において径方向内側の内周面は、回転子３の外周面に小さな隙間を有して対向している。
【００３５】
また、それぞれの磁極歯部５に対応して制御用固定子１０が設けられている。制御用固定子１０は、一方に開口端を有する略Ｃ字状の形状を有し、開口端のお互いに対向する両側の端面が、対応する磁極歯部５の回転軸４軸心方向に対向する両側の端面における電機子巻線８が卷回された部分より回転子３側の部分にそれぞれ当接した補助コア１１と、補助コア１１に卷回された制御巻線１２とから構成されており、回転軸４に固着された回転子３、固定子９及び制御用固定子１０とで永久磁石回転電機１３を構成している。
【００３６】
また、図３において、永久磁石回転電機１３は、永久磁石２による界磁極を有する回転子３と電機子巻線８群を有する固定子９及び制御巻線１２群を有する制御用固定子１０で構成されている。回転子３が例えばエンジン等の回転駆動源３１に連結されており、回転駆動源３１により回転駆動される。電機子巻線８群の出力端子は負荷３２及び制御回路３３に接続され、また、それぞれの磁極歯部５に対応するそれぞれの制御用固定子１０を構成する制御巻線１２群は制御回路３３に接続されている。制御回路３３は電機子巻線８群の出力端子に接続された整流平滑回路３４及びピーク電圧検知回路３５と制御巻線１２群に接続される制御巻線電流変更回路３６により構成されている。
【００３７】
永久磁石回転電機１３は、回転駆動源３１により回転子３を回転させることによって、回転子３に組み込まれた永久磁石２により回転磁界が発生し、固定子９に巻かれている電機子巻線８群に電圧（誘起起電力）が誘起され、電機子巻線８群の出力端子に接続された負荷３２により電機子巻線８群に電流が流れる。
【００３８】
図１に示すように、回転子３を構成する永久磁石２のＮ極から発生する永久磁石磁束１４は、その第１の磁路形成部である回転子コア１、回転子３とそれに対向する固定子９の磁極歯部５との間の空隙、磁極歯部５を通過しその両側にある磁極歯連結部６、永久磁石２のＮ極に対向した磁極歯部５に隣接した両側の磁極歯部５、その両側の磁極歯部５と回転子３との間の空隙、回転子コア１を経由して永久磁石２のＳ極に流れる。それぞれの磁極歯部５には電機子巻線８が卷回されており、それらを通過する永久磁石磁束１４によりそれぞれの電機子巻線８に誘起起電力が発生する。
【００３９】
一方、それぞれの磁極歯部５に対応して設けられた制御用固定子１０を構成する制御巻線１２が、磁極歯部５の回転軸４軸心方向に対向する端面に当接した第２の磁路形成部を形成する補助コア１１の軸心方向略中央部分に回転軸４の軸心方向に巻かれており、制御巻線１２に電流が供給された時、図２に示すように、矢印２１にて示される方向に制御巻線磁束２２が流れ、この制御巻線磁束２２は磁極歯部５に流れる永久磁石２による永久磁石磁束１４と直交している。
【００４０】
制御用固定子１０の制御巻線１２に電流が流れた時、磁極歯部５の回転軸４軸心方向に対向する両側端面に当接した制御用固定子１０の略Ｃ字状形状の開口端に挟まれた磁極歯部５の部分において、磁極歯部５の永久磁石磁束１４に直交した制御巻線磁束２２によって磁極歯部５の永久磁石磁束１４の方向が変化させられ、制御用固定子１０の開口端より磁極歯連結部６側の部分での磁極歯部５を流れる磁束量は、永久磁石２によって発生した磁束が回転子コア１とそれに対向する固定子９の磁極歯部５との間の空隙を経由して磁極歯部５に入ってきた磁束量よりも小さくなる。また、制御固定子１０による制御巻線磁束２２が大きくなる程、制御用固定子１０の開口端に挟まれた磁極歯部５の部分における磁極歯部５の永久磁石磁束１４の方向の変化は大きくなり、磁極歯連結部６側の磁極歯部５を流れる磁束量は小さくなる。従って、制御用固定子１０の開口端より磁極歯連結部６側の部分の磁極歯部５に巻かれた電機子巻線８に誘起される誘起起電力は、制御用固定子１０の制御巻線１２に流れた電流により発生する制御巻線磁束２２によって変化させ得ることになる。ここで、制御巻線磁束２２は制御巻線１２の巻数及び制御巻線１２に流す電流によって定まることは言うまでもない。
【００４１】
図４を用いて図３における制御回路３３の具体的回路の一例を説明する。電機子巻線８群の出力端子に接続される整流平滑回路３４はダイオード３４ａ及びコンデンサ３４ｂにて構成され、制御回路３３の電源を作製する。電機子巻線８群の出力端子は一定に制御されるため、コンデンサ３４ｂの電圧も一定となる。この回路例においては半波整流回路を用いているが、全波整流回路や更にＤＣ−ＤＣコンバータを用いれば電源電圧がより安定し、制御精度は更に向上する。また、回路例においては電機子巻線８群の出力端子より制御回路３３の電源を作製しているが、他のＤＣ電源や蓄電池を用いても問題はない。
【００４２】
ピーク電圧検知回路３５は電機子巻線８群の出力端子に接続されるダイオード３５ａ、コンデンサ３５ｂによりピーク電圧を検出する。コンデンサ３５ｂは、電機子巻線８群の出力周波数の１サイクル間一定電圧以上を確保するためのものである。抵抗３５ｃと抵抗３５ｄにて検知電圧を分割し、制御巻線電流変更回路３６の制御用増幅器３６ａに入力する。制御巻線電流変更回路３６内の制御用増幅器３６ａにて基準電圧３６ｂと比較し、抵抗３６ｃ経由にてトランジスタ３６ｄのベース電流を制御する。抵抗３６ｅ及びコンデンサ３６ｆは負帰還回路である。電機子巻線８群の出力端子電圧が上昇した場合、制御用増幅器３６ａの入力電位が上昇することによって、制御用増幅器３６ａの出力電位が低下し、トランジスタ３６ｄのベース電流を増加させる。コンデンサ３４ｂよりトランジスタ３６ｇ、抵抗３６ｈ、トランジスタ３６ｄ、抵抗３６ｉにより増幅された電流がそれぞれの制御巻線１２に供給され、図２に示すそれぞれの制御巻線磁束２２が増加する。制御巻線磁束２２の増加により永久磁石２による永久磁石磁束１４の方向が大きく変化させられ、電機子巻線８群の出力端子電圧は低下し、一定に制御される。尚、図４は制御回路３３の一例であり、種々の回路にて構成でき、本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の制御回路はこれに限定されるものではない。電機子巻線８群に電流が流れる時、電機子巻線８群には電機子反作用による電圧降下が生じるため、電機子巻線８群に発生する誘起起電力は電機子反作用による電圧降下分上昇させて、電機子巻線８群の出力端子電圧を一定にするよう制御することは言うまでもない。
【００４３】
また、それぞれの制御巻線１２には電圧発生がないため、図４の回路例のように直列に接続可能であり、制御電流が大きく削減可能である。当然並列接続も可能である。
【００４４】
次に、本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の別の例について説明する。
【００４５】
図５及び図６は、制御用固定子を回転軸心方向に平行な磁極歯部の両側の側面に当接させた時のハウジング及び軸受を取り外した永久磁石回転電機の主要部の平面図及びＢ−Ｂ線にて切断した部分断面図である。制御巻線磁束２２と永久磁石磁束１４との直交位置が回転軸心方向に垂直な方向の磁極歯部５の両側端面から回転軸心方向に平行な方向の両側側面に変わるのみで、動作は前述の構成と同じである。尚、図５の例においては、制御巻線１２は磁極歯部５に対向する一方の側（上方）に、回転軸心に対する半径線方向に垂直な方向に巻かれた構成であるが、磁極歯部５に対向する他方の側（下方）に、回転軸心に対する半径線方向に垂直な方向に巻かれた構成であっても良く、磁極歯部５に対向して少なくともいずれか一方に制御巻線１２を有した構成であれば良い。
【００４６】
尚、制御用固定子１０における第２の磁路形成部内に第２の永久磁石を備えても良い。このような構成とすることによって、制御巻線電流がない時、磁極歯部５に流れる永久磁石磁束１４の方向変化が最も大きくなり、電機子巻線８に鎖交する磁束が最も少なくなり、電機子巻線８に発生する誘起起電力が最も低下する。そのため、図３及び図４に示した制御回路３３が動作しなくなった場合など電機子巻線８に発生する電圧が低下するため、負荷側の回路を保護することができ、信頼性を向上することができる。
【００４７】
また、本発明の実施の形態１においては、電機子巻線を固定子コア７の磁極歯部５に備えた事例を記載しているが、磁極歯連結部６に備えても良い。
【００４８】
また、本発明の実施の形態１においては、永久磁石回転電機として三相集中巻き式の埋め込み磁石型同期発電機の事例を記載しているが、相数、巻線方式、界磁方式によらずいかなる回転電機においても実施可能であることは言うまでもない。
【００４９】
また、本発明の実施の形態１においては、永久磁石回転電機として１出力の三相集中巻き式の埋め込み磁石型同期発電機の事例を記載しているが、多出力巻線の場合にも実施可能であり、各々の出力巻線に対して制御回路を設ければ、各々独自に制御可能である。
【００５０】
また、本発明の実施の形態１においては、制御巻線電流をＤＣ電流による制御事例を記載しているが、ＡＣ電流による制御も実施可能である。
【００５１】
また、本発明の実施の形態１においては、永久磁石回転電機の回転駆動源を例えばエンジン等と記載したが、エンジン、電動機、ガスタービンや風車にて回転される場合も同様の構成が可能である。
【００５２】
以上のように本発明の実施の形態１によれば、第２の磁路形成部に巻線された制御巻線による制御巻線磁束を第１の磁路形成部における永久磁石磁束方向に直交させることによって、第２の磁路形成部に巻線された制御巻線のＤＣ電流を変化させることで電機子巻線の出力端子電圧を一定に制御することが可能である。
【００５３】
従って、永久磁石回転電機の電機子巻線出力端子電圧を一定に制御する場合、制御巻線のＤＣ電流を変化させることのみにより構成可能であるため、制御のための可動部材を必要としない。また、機械的変位機構等を必要としないため、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機及びエンジン発電機を実現することができる。
【００５４】
（実施の形態２）
図７から図９に、本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図７は本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機の主要部を回転軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図、図８は本発明の実施の形態２の永久磁石回転電機の車両搭載時の構成を周辺回路を含んで示すブロック図、図９は本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機の回転数と低圧系蓄電池電圧の関係を示す図である。尚、前述の本発明の実施の形態１の図１及び図２における構成要素と対応する同一要素及び名称については、図１及び図２と同一の符号を付している。また、図７では永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成としている。また、図７に対するＡ−Ａ線断面図については、前述の本発明実施の形態１の図２と同じであり、重複を避けるためここでは省略する。
【００５５】
更に、図７において、回転子コア１に複数個の永久磁石２が埋め込まれた構成を有する回転子３が回転軸４に固着され、回転自在になされている構成は前述の実施の形態１と同じである。
【００５６】
一方、複数の第１の磁極歯部５ａと複数の第２の磁極歯部５ｂと、それぞれの第１の磁極歯部５ａ及びそれぞれの第２の磁極歯部５ｂとを連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、その固定子コア７のそれぞれの第１の磁極歯部５ａには第１の電機子巻線８ａが、そしてそれぞれの第２の磁極歯部５ｂには第２の電機子巻線８ｂが卷回され、固定子コア７と、複数の第１の電機子巻線８ａからなる第１の電機子巻線８ａ群及び複数の第２の電機子巻線８ｂからなる第２の電機子巻線８ｂ群とで固定子（ステータとも言う）９を構成しており、固定子９を構成するそれぞれの第１の磁極歯部５ａとそれぞれの第２の磁極歯部５ｂにおいて径方向内側の内周面は、回転子（ロータとも言う）３の外周面に小さな隙間を有して対向している。
【００５７】
また、第２の電機子巻線８ｂ群が巻かれたそれぞれの第２の磁極歯部５ｂに対応して、前述の実施の形態１と同様の制御用固定子１０がそれぞれ設けられ、第２の磁路形成部を形成している。制御用固定子１０は、一方に開口端を有する略Ｃ字状の形状を有し、開口端のお互いに対向する両側の端面が、対応する第２の磁極歯部５ｂの回転軸４軸心方向に対向する両側の端面において第１の電機子巻線８ａが卷回された部分より回転子３側の両側部分にそれぞれ当接した補助コア１１と、補助コア１１に卷回された制御巻線１２とから構成されており、回転軸４に固着された回転子３、固定子９及び制御用固定子１０から永久磁石回転電機１３を構成している。
【００５８】
図８において、永久磁石回転電機１３は、永久磁石２による界磁極を有する回転子３とインバータ８１により駆動される第１の電機子巻線８ａ群と、整流回路８２経由にて低圧系蓄電池８３に接続される第２の電機子巻線８ｂ群とを有する固定子９（図示せず）、そして永久磁石２からの永久磁石磁束に直交する制御巻線磁束を発生させる制御巻線１２が卷回された制御用固定子１０（図示せず）で構成される。回転子３は車両のエンジン８４により回転される。インバータ８１は高圧系蓄電池８５を電源としている。複数の制御用固定子１０に卷回された制御巻線１２群は制御回路３３に接続される。制御回路３３は、低圧系蓄電池８３に接続される電圧検知回路３７と制御巻線１２群に接続される制御巻線電流変更回路３６により構成される。
【００５９】
永久磁石回転電機１３は、交叉点等でのアイドリングストップ後の始動や高速運転での加速力アップ時のエンジンアシスト動作時には、高圧系蓄電池８５を電源としてインバータ８１により駆動される第１の電機子巻線８ａ群にてモータとして動作する。また、ブレーキ時や高速回転時などには発電機として動作し高圧系蓄電池８５を充電する。
【００６０】
第２の電機子巻線８ｂ群は回転子３からの回転磁界により常時発電機として動作し、整流回路８２経由にて低圧系蓄電池８３を充電する。制御回路３３の電圧検知回路３７にて低圧系蓄電池８３の電圧を検知し、その電圧が一定になるよう制御巻線電流変更回路３６により低圧系蓄電池８３から制御巻線１２群に流れる電流を制御する。この制御巻線電流に応じて永久磁石磁束の方向が変化し、低圧系蓄電池８３の電圧が一定になるよう第２の電機子巻線８ｂ群の誘起起電力が変化する。
【００６１】
図９は、図７、図８に示した永久磁石回転電機１３の回転数変化による低圧系蓄電池８３の電圧特性である。制御巻線電流がない時は、第２の電機子巻線８ｂ群の誘起起電力が回転数に比例して変化するため、低圧系蓄電池８３の電圧も同様に上昇する。制御巻線電流がある時は、第２の電機子巻線８ｂ群の誘起起電力が制御されるため、低圧系蓄電池８３の電圧も一定となる。
【００６２】
尚、永久磁石２からの永久磁石磁束の方向が制御用回転子１０に発生する制御巻線磁束によって変えられるということは前述の本発明の実施の形態１と同じであり、説明は省略する。
【００６３】
また、図８における制御回路３３の具体的回路例は示さないが、前述の本発明の実施の形態１において図３に示した回路例の整流平滑回路３４を削除したもので、整流回路８２があるので、問題はない。また、前述の本発明の実施の形態１の図３におけるピーク電圧検知回路３５は本発明の実施の形態２の図８における電圧検知回路３７としても実施可能である。
【００６４】
また、前述の本発明の実施の形態１における別の例として図５、図６に示したのと同様に、制御巻線磁束２２と永久磁石磁束１４との直交位置が回転軸心方向に垂直な方向の第２の磁極歯部５ｂの両側端面から、回転軸心方向に平行な方向の両側側面に変えた構成としても同様に制御可能である。
【００６５】
尚、本発明の実施の形態２においては、高圧系蓄電池８５、低圧系蓄電池８３を記載しているが、コンデンサ、電気二重層コンデンサなどのエネルギー蓄積部品でも同様に構成可能である。
【００６６】
また、整流回路８２の出力電流も検出しておけば、蓄電池の過充電も防止可能である。また、整流回路８２は整流動作のみでなく、制御機能を持った構成にすれば、低回転数時に、第２の電機子巻線８ｂの誘起起電力が低圧系蓄電池８３の電圧以下になった場合にも昇圧し、低圧系蓄電池８３の電圧は一定となり、回転数に対しての制御幅は拡大される。
【００６７】
尚、上述の本発明の実施の形態２においては、第１の磁極歯部５ａの間に１つの第２の磁極歯部５ｂを設けた構成としているが、第１の磁極歯部５ａの間に２つ以上の第２の磁極歯部５ｂを設け、それらの第２の磁極歯部５ｂにそれぞれ当接させて制御用固定子１０を設けた構成としても良い。
【００６８】
また、前述の本発明の実施の形態１と同様に、制御用固定子１０における第２の磁路形成部内に第２の永久磁石を備えても良い。
【００６９】
以上のように本発明の実施の形態２によれば、第２の磁路形成部に巻線された制御巻線による制御巻線磁束を第１の磁路形成部における永久磁石磁束方向に直交させることによって、第２の磁路形成部に巻線された制御巻線のＤＣ電流を変化させることで第２の電機子巻線の出力端子電圧を一定に制御することが可能である。
【００７０】
従って、永久磁石回転電機の第２の電機子巻線出力端子電圧を一定に制御する場合、制御巻線のＤＣ電流を変化させることのみにより構成可能であるため、制御のための可動部材を必要としない。また、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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機及び車両を実現することができる。
【００７１】
（実施の形態３）
図１０から図１２に、本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図１０（ａ）は本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機の主要部を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）におけるＣ−Ｃ線で切断した部分断面図、図１１は本発明の実施の形態３における制御回路の具体例を示す回路図、図１２は本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の他例の主要部の構成を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図である。尚、前述の本発明の実施の形態１の図１における構成要素と対応する同一要素及び名称については、図１と同一の符号を付している。また、図１０（ａ）及び図１２では永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成としている。
【００７２】
図１０において、回転子コア１の周方向に等間隔に複数個の界磁極となる永久磁石２が埋め込まれた構成を有する回転子（ロータとも言う）３が回転軸４に固着され、ハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされ、複数個の永久磁石２は周知のようにＮ極とＳ極が交互に並べられて配置されているのは、前述の実施の形態１と同様である。
【００７３】
一方、複数の磁極歯部５とそれぞれの磁極歯部５を連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、固定子コア７のそれぞれの磁極歯部５には、回転軸心方向に平行な両側面に挟まれた部分の幅方向中央部分に、幅の小さな部分と幅の大きな部分からなる略Ｔ字状の切り欠き部１０１が設けられている。その切り欠き部１０１の中に磁極歯部５の軸心方向の厚さと略同じ厚さを有し、磁極歯部５の半径方向に平行な切り欠き部１０１の内面に摺接して摺動可能に制御用可動部材１０２が挿入されている。尚、制御用可動部材１０２は強磁性体材料により構成されている。また、その制御用可動部材１０２の端面と磁極歯部５の切り欠き部１０１の端面との間にはばね等の弾性部材１０３が挿入され、弾性部材１０３により制御用可動部材１０２に付勢力が働くようになされている。それぞれの磁極歯部５にはそれぞれ電機子巻線８が卷回され、更に、電機子巻線８が巻かれた磁極歯部５部分より磁極歯連結部６側の部分に、制御巻線１２がそれぞれの磁極歯部５に卷回され、固定子コア７、複数の電機子巻線８からなる電機子巻線８群、複数の制御巻線１２からなる制御巻線１２群、複数の制御用可動部材１０２及び複数の弾性部材１０３とで固定子（ステータとも言う）９を構成している。そして、固定子９を構成するそれぞれの磁極歯部５における径方向内側の内周面を回転子３の外周面に小さな隙間を有して対向させ、回転軸４に固着された回転子３がハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされて永久磁石回転電機１３を構成している。
【００７４】
制御用可動部材１０２は、磁極歯部５の平行な切り欠き部１０１の内面を弾性部材１０３の付勢力に応じて、或いは、付勢力に抗して摺動可能になっており、制御巻線１２に電流が供給された時、制御巻線１２に発生する磁気作用により、弾性部材１０３の付勢力に反対方向の力が加わり、制御用可動部材１０２を電機子巻線８側の方向（矢印１０４方向）に移動する。
【００７５】
本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機は、これを用いて、例えばエンジン発電機を構成することができる。このエンジン発電機の例は、前述の本発明の実施の形態１の図３における回転駆動源３１をエンジンに置き換えたものであり、その構成は前述の本発明の実施の形態１と同様であるので、重複を避けるため説明を省略する。
【００７６】
永久磁石回転電機１３は、エンジンにより回転子３を回転させると、回転子３に組み込まれた永久磁石２により回転磁界が発生し、固定子９に巻かれている電機子巻線８群に電圧（誘起起電力）が誘起され、電機子巻線８群の出力端子に接続された負荷により電機子巻線８群に電流が流れる。
【００７７】
回転子３を構成する永久磁石２のＮ極から発生する永久磁石磁束は、その磁路形成部である回転子コア１、回転子コア１とそれに対向する固定子９の磁極歯部５との間の空隙、磁極歯部５、その両側にある磁極歯連結部６、永久磁石２のＮ極に対向した磁極歯部５に隣接した両側の磁極歯部５、その両側の磁極歯部５と回転子３との間の空隙、回転子コア１を経由して永久磁石２のＳ極に流れる。それぞれの磁極歯部５には電機子巻線８が卷回されており、それらを通過する永久磁石磁束によりそれぞれの電機子巻線８に誘起起電力が発生する。
【００７８】
永久磁石２の磁化力により作り出される永久磁石磁束は、上述の磁路形成部を形成する部分の材質、形状により決まる磁気抵抗によって通過する磁束量が異なる。磁気抵抗は上述の磁路形成部において、回転子コア１とそれに対向する磁極歯部５との間の空隙の長さ、対向する面積及び空隙の透磁率、磁極歯部５の長さ、断面積及び固定子コア７材質の透磁率、磁極歯連結部６の長さ、断面積及び固定子コア７材質の透磁率で決まる。但し、永久磁石２が固着された回転子コア１の部分はその影響が無視できるほどであるので省略している。
【００７９】
本実施の形態３においては、回転子コア１とそれに対向する磁極歯部５との間の空隙及び磁極歯連結部６の磁気抵抗は一定である。一方、磁極歯部５部分における磁気抵抗は、切り欠き部１０１の内面で構成される空間と、それ以外の磁極歯部５を構成する部分の磁気抵抗との合成である。また、切り欠き部１０１の内面空間は制御用可動部材１０２及び空間充填物（例えば、空気）にて構成されている。例えば、制御用可動部材１０２が電機子巻線８側の方向に移動した時、制御用可動部材１０２が磁極歯部５の切り欠き部１０１に挿入される部分が大きくなり、制御用可動部材１０２と切り欠き部１０１の内面で構成される空間が小さくなる。そのため切り欠き部１０１の内面空間は透磁率の大きな強磁性体である制御用可動部材１０２の占める割合が増加し、透磁率の小さな空間充填物（例えば、空気）が減少する。従って、切り欠き部１０１の内面部分の磁気抵抗は小さくなる。従って、磁極歯部５全体における磁気抵抗も小さくなる。即ち、制御用可動部材１０２を含む磁極歯部５部分全体の磁気抵抗は制御用可動部材１０２の位置によって変化する。従って、制御用可動部材１０２の位置によって電機子巻線８が卷回された部分を通る磁束が変化することになり、電機子巻線８群に誘起される誘起起電力は変化する。従って、制御巻線１２群に流れる電流を制御することによって、制御用可動部材１０２の位置を制御し、磁極歯部５の磁気抵抗を変化させて、それに巻かれた電機子巻線８群に発生する誘起起電力を制御することができる。
【００８０】
上述のエンジン発電機に用いられる制御回路の具体的回路例の一例を図１１に示す。図１１は、前述の本発明の実施の形態１における図４に示された具体的回路の一例における制御巻線電流変更回路３６の一部のみが異なるため、その異なる部分について説明する。電機子巻線８群の出力端子電圧が上昇した場合、制御用増幅器３６ａの入力電位が上昇することによって、制御用増幅器３６ａの出力電位が低下し、トランジスタ３６ｊのベース電流を減少させる。そのためコンデンサ３４ｂよりトランジスタ３６ｇを経由して制御巻線１２群に供給される電流は減少する。従って、制御巻線１２群に発生する磁気作用が弱くなることで、磁極歯部５の磁気抵抗が大きくなって磁極歯部５を通る磁束が小さくなるような位置に、制御用可動部材１０２が移動させられて、電機子巻線８群の出力端子電圧は低下し、一定に制御される。
【００８１】
また、本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機の別の例として、図１２に示すように、前述の本発明の実施の形態２で示したのと同様の構成にも適用することができる。この図１２に示す例について簡単に説明する。
【００８２】
図１２において、複数の第１の磁極歯部５ａ及び複数の第２の磁極歯部５ｂと、それぞれの第１の磁極歯部５ａ及び第２の磁極歯部５ｂを連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、それぞれの第２の磁極歯部５ｂには、上述の本実施の形態３と同様に、切り欠き部１０１が設けられており、その切り欠き部１０１の中に摺動可能に制御用可動部材１０２と弾性部材１０３が挿入されている。そして、その固定子コア７のそれぞれの第１の磁極歯部５ａには第１の電機子巻線８ａ、それぞれの第２の磁極歯部５ｂには第２の電機子巻線８ｂと、その第２の電機子巻線８ｂが巻かれた第２の磁極歯部５ｂ部分より磁極歯連結部６側の部分に制御巻線１２が卷回され、固定子コア７、複数の第１の電機子巻線８ａからなる第１の電機子巻線８ａ群、複数の第２の電機子巻線８ｂからなる第２の電機子巻線８ｂ群、複数の制御巻線１２からなる制御巻線１２群、複数の制御用可動部材１０２及び複数の弾性部材１０３とで固定子９を構成している。
【００８３】
そして、固定子９を構成するそれぞれの第１の磁極歯部５ａ及び第２の磁極歯部５ｂにおける径方向内側の内周面を、上述の本実施の形態３と同じ構成を有する回転子３の外周面と小さな隙間を有して対向させ、回転軸４に固着された回転子３がハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされて永久磁石回転電機１３を構成している。
【００８４】
本発明の実施の形態３における別の例の永久磁石回転電機１３を車両に搭載した時の周辺回路を含む構成は、前述の本発明の実施の形態２における図８と同様であり、重複を避けるため、ここでの説明を省略する。また、この構成において、第１の電機子巻線８ａ群にてモータとして動作、或いは、発電機として動作し高圧系蓄電池８５を充電し、また、第２の電機子巻線８ｂ群は常時発電機として動作し、低圧系蓄電池８３を充電し、また、低圧系蓄電池８３の電圧が一定になるよう制御巻線１２群に流れる電流を制御するという動作は前述の実施の形態２と同じである。この制御巻線電流に応じて制御用可動部材１０２の位置が変化して、第２の磁極歯部５ｂの磁気抵抗が変化し、低圧系蓄電池８３の電圧が一定になるよう第２の電機子巻線８ｂ群の誘起起電力が変化する。
【００８５】
また、上述の永久磁石回転電機１３を車両に搭載した時の周辺回路を含む構成における制御回路の具体的回路例は示さないが、上述の本発明の実施の形態３と同じであり、説明は省略する。
【００８６】
尚、上述の本発明の実施の形態３においては、第１の磁極歯部５ａの間に１つの第２の磁極歯部５ｂを設けた構成としているが、第１の磁極歯部５ａの間に２つ以上の第２の磁極歯部５ｂを設け、それらの第２の磁極歯部５ｂにそれぞれ制御用可動部材１０２を設けた構成としても良い。
【００８７】
以上のように本発明の実施の形態３によれば、制御用可動部材が設けられた磁極歯部に巻線された制御巻線の電流を変化させることで磁極歯部に内挿された制御用可動部材の位置を制御して、磁極歯部の磁気抵抗を変化させることによって、制御用可動部材を有する磁極歯部に巻かれた電機子巻線の出力端子電圧を一定に制御することが可能である。
【００８８】
従って、永久磁石回転電機の電機子巻線出力端子電圧を一定に制御する場合、制御巻線の電流を変化させることのみにより構成可能であるため、回転子の回転による遠心力を利用したり、或いは、固定子を回動させる等の機械的変位機構を必要とせず、簡素で部品点数が少なく、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機及び車両を実現することができる。
【００８９】
（実施の形態４）
図１３から図１７に、本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図１３は本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の主要部の構成を示す平面図、図１４は回転子の回転数に対する電機子巻線群の端子電圧の関係を示す図、図１５は本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成の一部を示す部分平面図、図１６は本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の変形例の主要部の構成の一部を示す部分平面図、図１７は本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の変形例の１つの磁極歯部近傍の構成を示す部分平面図である。尚、前述の本発明実施の形態１の図１における構成要素と対応する同一要素及び名称については、図１と同一の符号を付している。また、図１３、図１５、図１６及び図１７では永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成としている。
【００９０】
図１３において、回転子コア１の周方向に等間隔に複数個の界磁極となる永久磁石２が埋め込まれた構成を有する回転子（ロータとも言う）３が回転軸４に固着され、回転自在になされている構成は前述の本発明の実施の形態１と同じである。
【００９１】
一方、複数の磁極歯部５とそれぞれの磁極歯部５を連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、その固定子コア７のそれぞれの磁極歯部５にはそれぞれ電機子巻線８が卷回され、また、それぞれの電機子巻線８が巻かれた部分より回転子３側の部分に磁極歯部５を取り囲むように、例えば銅（Ｃｕ）、アルミ（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、或いはそれらの合金を用いて作製された円環状の短絡環１３１がそれぞれ設けられており、固定子コア７と複数の電機子巻線８からなる電機子巻線８群及び複数の短絡環１３１とで固定子（ステータとも言う）９を構成しており、固定子９を構成するそれぞれの磁極歯部５において径方向内側の内周面は、回転子３の外周面に小さな隙間を有して対向し、永久磁石回転電機１３が構成されている。
【００９２】
この構成においては、短絡環１３１に鎖交する回転子３の永久磁石２からの永久磁石磁束によって、短絡環１３１に電圧が誘起され、短絡環１３１の直流抵抗値が無視できるとすれば、この鎖交磁束と同位相で向きが反対の磁束が発生し、永久磁石磁束を打ち消す方向に作用するので、電機子巻線８に鎖交する磁束が減少して、電機子巻線８の発電電圧を減少させることができる。
【００９３】
また、電機子巻線８群に発生する誘起起電力は、周知のように回転子３が回転駆動される回転数に比例する。それ故、エンジン等の回転駆動源により回転子３の回転数が増加した場合、回転子３の永久磁石２により鎖交する磁束の周波数が高くなるため、それぞれの磁極歯部５において電機子巻線８に発生する電圧は高くなるが、この短絡環１３１より発生する磁束も大きくなって、鎖交磁束打ち消し効果も大きくなり、電機子巻線８の発電電圧をより抑え込む方向に作用する。
【００９４】
図１４は図１３に示した永久磁石回転電機の回転子３の回転数に対する電機子巻線８群の端子電圧の関係を示し、直線１４１は電機子巻線８群による電機子反作用及び短絡環１３１による磁束打ち消し効果がない時の電機子巻線８群の端子電圧、曲線１４２は電機子巻線８群による電機子反作用のみがある時の電機子巻線８群の端子電圧を示し、曲線１４３は電機子巻線８群による電機子反作用及び短絡環１３１による磁束打ち消し効果がある時の電機子巻線８群の端子電圧を表わしている。図１４において、回転子３の回転数が所定の範囲内に設定された時、短絡環１３１の条件を適切に設定することによって、その回転数範囲において電機子巻線８群の端子電圧を所定の範囲を超えないように抑制することができ、電機子巻線８群の端子電圧が所定の値を超えないように抑制された永久磁石回転電機１３を実現することができる。
【００９５】
また、本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の例について、図１５を用いて説明する。
【００９６】
図１５において、複数の磁極歯部５とそれぞれの磁極歯部５を連結する磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、その固定子コア７のそれぞれの磁極歯部５にそれぞれ電機子巻線８が卷回され、また、それぞれの磁極歯部５に円環状の短絡環１３１がそれぞれ設けられており、固定子コア７と複数の電機子巻線８からなる電機子巻線８群及び複数の短絡環１３１とで固定子９を構成しており、固定子９を構成するそれぞれの磁極歯部５において径方向内側の内周面は、回転子コア１と永久磁石２からなる回転子３の外周面に小さな隙間を有して対向し、永久磁石回転電機１３が構成されているのは上述の本発明の実施の形態４と同じである。上述の本発明の実施の形態４と異なる点は、それぞれの磁極歯部５の先端部において、回転子３の外周面に対向する磁極歯部５先端部の内周面の中央部に凹部５ｃを設け、その凹部５ｃと、磁極歯部５における電機子巻線８が卷回される磁極歯部５の回転軸方向に平行な面を有する両側面のいずれか一方の側面５ｄとの間を囲むように環状の短絡環１３１が設けられた点である。その他の構成は上述の本発明の実施の形態４と同じであるので、説明は省略する。
【００９７】
短絡環１３１をこのように構成することによって、永久磁石２からの磁束の一部を短絡環１３１に鎖交させることになる。短絡環１３１に発生する永久磁石磁束と反対方向の磁束は、一部矢印１５１ｂに示すように短絡環１３１周りに形成される閉磁路に分散され、電機子巻線８に鎖交する永久磁石磁束と反対方向の磁束は１５１ａのみとなる。従って、上述の本発明の実施の形態４と同様の短絡環１３１における磁束打ち消し効果によって、回転子３の回転数が増加しても、電機子巻線８の出力端子に生じる端子電圧は回転数の増加に正比例した出力電圧にはならず、回転数の所定範囲において電機子巻線８群の端子電圧が所定の値を超えないように抑制された永久磁石回転電機１３を実現することができる。
【００９８】
このように短絡環を固定子の一部に設けることによって、磁束打ち消し効果を任意の値に調節することが可能となる。
【００９９】
また、本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の変形例について、図１６を用いて簡単に説明する。
【０１００】
図１６において、複数の磁極歯部５と磁極歯連結部６によって固定子コア７が構成され、それぞれの磁極歯部５にそれぞれ電機子巻線８が卷回され、また、それぞれの磁極歯部５に円環状の短絡環１３１が設けられており、固定子コア７と、複数の電機子巻線８からなる電機子巻線８群、及び複数の短絡環１３１とで固定子９を構成しており、それぞれの磁極歯部５において径方向内側の内周面は、回転子コア１と永久磁石２からなる回転子３の外周面に小さな隙間を有して対向して、永久磁石回転電機１３が構成されているのは図１５に示した本発明の実施の形態４における別の例と同じである。図１５に示した本発明の実施の形態４の別の例と異なる点は、回転子３の外周面に対向するそれぞれの磁極歯部５先端部の内周面に２つの凹部５ｅ及び５ｆを設け、それらの凹部５ｅと凹部５ｆとで挟まれた凸部５ｇを囲むように環状の短絡環１３１が設けられた点である。その他の構成は図１５に示した本発明の実施の形態４の別の例と同じであるので、説明は省略する。
【０１０１】
短絡環１３１をこのように構成することによって、永久磁石磁束と反対方向の磁束は矢印１６１ｂ及び矢印１６１ｃに示すように短絡環１３１の周りに形成される２つの閉磁路に分散され、電機子巻線８に鎖交する永久磁石磁束と反対方向の磁束は矢印１６１ａのみとなる。従って、図１５に示した本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機と同様に、短絡環１３１に磁束打ち消し効果が生じることになる。従って、短絡環１３１における磁束打ち消し効果によって、回転子３の回転数が増加しても、電機子巻線８の出力端子に生じる端子電圧は回転数の増加に正比例した出力電圧にはならず、回転数の所定範囲において電機子巻線８群の端子電圧が所定の値を超えないように抑制された永久磁石回転電機１３を実現することができる。
【０１０２】
図１５に示した本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の例のように、短絡環を固定子の一部に設けることによって、磁束打ち消し効果を任意の値に調節することが可能となる。
【０１０３】
また、本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の変形例について、図１７を用いて簡単に説明する。
【０１０４】
図１７において、図１６に示した変形例における複数の磁極歯部５と同じ形状であり、その先端部に２つの凹部５ｅ及び５ｆが形成されており、図１６に示した変形例のように２つの凹部５ｅ及び５ｆに挟まれた突起部５ｇに短絡環を卷回するのではなく、凹部５ｅと凹部５ｅ側にある磁極歯部５の側面との間及び凹部５ｆと凹部５ｆ側にある磁極歯部５の側面との間に、それぞれ短絡環１３１ａ及び１３１ｂを配設している。このような構成とすることによって、図１６に示した変形例と同じように、回転子３の回転数が増加しても、電機子巻線８の出力端子に生じる端子電圧は回転数の増加に正比例した出力電圧にはならず、回転数の所定範囲において電機子巻線８群の端子電圧が所定の値を超えないように抑制することができる。
【０１０５】
以上のように本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機によれば、それぞれの磁極歯部において電機子巻線が巻かれた位置より回転子側の位置に短絡環を卷回することによって、それぞれの磁極歯部に磁束が流れた時の短絡環に発生する磁束打ち消し効果により、回転子の回転数が増加しても、電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができる。
【０１０６】
従って、永久磁石回転電機の電機子巻線出力端子電圧を所定値以下に制御する場合、磁極歯部に短絡環を設けることのみにより構成可能であるため、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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機を実現するすることができる。
【０１０７】
（実施の形態５）
図１８、図１９に、本発明の実施の形態５における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図１８は本発明の実施の形態５における永久磁石回転電機の主要部の構成の一部を示す部分平面図、図１９は永久磁石回転電機及び周辺回路を含む発電機の構成を示すブロック図である。尚、前述の本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機を示す図１の構成要素と対応する同一要素及び名称については、図１と同一の符号を付している。また、図１８では永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成としている。
【０１０８】
図１８において、複数の第１の磁極歯部５ａ及び複数の第２の磁極歯部５ｂと、複数の第１の磁極歯部５ａと複数の第２の磁極歯部５ｂを連結する磁極歯連結部６とによって固定子コア７が構成されている。そして、その固定子コア７のそれぞれの第１の磁極歯部５ａには第１の電機子巻線８ａ、それぞれの第２の磁極歯部５ｂには第２の電機子巻線８ｂ及びその第２の電機子巻線８ｂが巻かれた第２の磁極歯部５ｂ部分より回転子（ロータとも言う）３側の部分に、上述の本発明の実施の形態４と同様に、短絡環１３１が設けられ、固定子コア７、複数の第１の電機子巻線８ａからなる第１の電機子巻線８ａ群、複数の第２の電機子巻線８ｂからなる第２の電機子巻線８ｂ群及び複数の短絡環１３１とで固定子（ステータとも言う）９を構成している。
【０１０９】
そして、固定子９を構成するそれぞれの第１の磁極歯部５ａ及び第２の磁極歯部５ｂにおける径方向内側の内周面を、上述の実施の形態１と同じ構成を有する回転子３の外周面と小さな隙間を有して対向させ、回転軸４に固着された回転子３がハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされて永久磁石回転電機１３を構成している。
【０１１０】
図１９において、図１８に示した永久磁石回転電機１３は、永久磁石２による界磁極を有する回転子３と、インバータ１９１により駆動される第１の電機子巻線８ａ群、整流回路１９２経由にて低圧系蓄電池１９３に接続される第２の電機子巻線８ｂ群及び複数の短絡環１３１（図１９には図示せず）を有する固定子９とで構成される。回転子３は車両のエンジン１９４により回転される。インバータ１９１は高圧系蓄電池１９５を電源としている。
【０１１１】
永久磁石回転電機１３は、交叉点等でのアイドリングストップ後の始動や高速運転での加速力アップ時のエンジンアシスト動作時には、高圧系蓄電池１９５を電源としてインバータ１９１で駆動される第１の電機子巻線８ａ群によりモータとして動作する。また、ブレーキ時や高速回転時などには発電機として動作し高圧系蓄電池１９５を充電する。
【０１１２】
第２の電機子巻線８ｂ群は回転子３からの回転磁界により常時発電機として動作し、整流回路１９２経由にて低圧系蓄電池１９３を充電する。エンジン１９４の回転が上昇した時、第２の電機子巻線８ｂ群が卷回された複数の第２の磁極歯部５ｂにはその回転子３側に短絡環１３１が巻かれているため、第２の磁極歯部５ｂに永久磁石磁束が流れた時、上述の実施の形態４と同様に、磁束打ち消し効果によって、第２の電機子巻線８ｂ群に誘起される誘起起電力の上昇が抑えられ、従って、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧の上昇が抑制されることになり、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧が所定値以下に押さえられる。
【０１１３】
また、図１８に示した本発明の実施の形態５における永久磁石回転電機の第２の磁極歯部５ｂの回転子３側の先端部内周面形状と、第２の磁極歯部５ｂに設けられる短絡環１３１の位置を、前述の本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機で図１５に示した別の例、図１６に示した変形例、或いは、図１７に示した別の変形例とそれぞれ同じような磁極歯部５の形状とした第２の磁極歯部と、磁極歯部５に設けられた短絡環１３１、或いは、磁極歯部５に設けられた短絡環１３１ａ及び１３１ｂの位置とした短絡環とを有した永久磁石回転電機の構成としても良い。
【０１１４】
従って、上述した図１５に示した別の例、図１６に示した変形例、図１７に示した別の変形例のそれぞれに対応して本発明の実施の形態５の永久磁石回転電機においても、永久磁石回転電機及び周辺回路を含む発電機構成を示すブロック図は、上述の本実施の形態５の図１９に示した永久磁石回転電機１３を上述の永久磁石回転電機に置き換えたものと同じであるので、それらの構成及び動作についての説明は省略する。
【０１１５】
以上のように本実施の形態５によれば、前述の実施の形態４と同様に、第２の磁極歯部の所定の位置に短絡環を配設することによって、それぞれの磁極歯部に磁束が流れた時の短絡環に発生する磁束打ち消し効果により、回転子の回転数が増加しても、電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができる。
【０１１６】
従って、永久磁石回転電機の第２の電機子巻線出力端子電圧を所定値以下に制御する場合、第２の磁極歯部に短絡環を設けることのみにより構成可能であるため、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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機及び車両を実現することができる。
【０１１７】
（実施の形態６）
図２０、図２１に、本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機を説明するための図を示す。図２０は本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機の主要部の構成の一部を示す部分平面図、図２１は本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成の一部を示す部分平面図である。尚、前述の本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機を示す図１の構成要素と対応する同一要素及び名称については、図１と同一の符号を付している。また、図２０及び図２１では永久磁石回転電機の形状を説明し易くするためにハウジング及び軸受を取り外した構成としている。
【０１１８】
本発明の実施の形態６の永久磁石回転電機が前述の本発明の実施の形態５と異なる点は、前述の本発明の実施の形態５においては、第１の磁極歯部と第１の磁極歯部の間に１つの第２の磁極歯部が設けられ、その第２の磁極歯部に短絡環が設けられている替わりに、本発明の実施の形態６の永久磁石回転電機においては、第１の磁極歯部と第１の磁極歯部の間に２つの第２の磁極歯部が対となって設けられ、それらの第２の磁極歯部にそれぞれ短絡環が設けられている点である。以下に、前述の本発明の実施の形態５と異なる点について簡単に説明する。
【０１１９】
図２０において、複数の第１の磁極歯部５ａの間に２つの隣接した第２の磁極歯部５ｂが一対となるようにして配置され、複数対の第２の磁極歯部５ｂと、第１の磁極歯部５ａと第２の磁極歯部５ｂを連結する磁極歯連結部６とで固定子コア７が構成されており、それぞれの第１の磁極歯部５ａにはそれぞれ第１の電機子巻線８ａが巻かれ、それぞれの第２の磁極歯部５ｂにはそれぞれ第２の電機子巻線８ｂが巻かれている。そして、その第２の電機子巻線８ｂが巻かれた第２の磁極歯部５ｂ部分より回転子（ロータとも言う）３側の部分に、上述の実施の形態５と同様に、短絡環１３１が設けられ、固定子コア７、複数の第１の電機子巻線８ａからなる第１の電機子巻線８ａ群、複数の第２の電機子巻線８ｂからなる第２の電機子巻線８ｂ群及び複数の短絡環１３１とで固定子（ステータとも言う）９を構成している。そして、固定子９を構成するそれぞれの第１の磁極歯部５ａ及び第２の磁極歯部５ｂにおける径方向内側の内周面を、上述の実施の形態１と同じ構成を有する回転子３の外周面と小さな隙間を有して対向させ、回転軸４に固着された回転子３がハウジング（図示せず）に設けられた軸受（図示せず）の回りに回転自在になされて永久磁石回転電機１３を構成している。
【０１２０】
前述の本発明の実施の形態５で、永久磁石回転電機１３及び周辺回路を含む発電機の構成を図１９にブロック図で示したが、替わりに、図２０に示す本発明の実施の形態６の永久磁石回転電機１３で置き換えてエンジン発電機とした時も、その構成は図１９と同じであるので、永久磁石回転電機１３及び周辺回路を含む発電機の構成の説明は省略する。また、このような構成における動作・機能についても前述の本発明の実施の形態５と同じであるため、ここでの説明は省略するが、前述の本発明の実施の形態５の場合と同様に、エンジン１９４の回転が上昇した時、回転子３側に短絡環１３１がそれぞれ巻かれた複数の第２の磁極歯部５ｂに卷回された第２の電機子巻線８ｂ群に誘起される誘起起電力の上昇が抑えられ、従って、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧の上昇が抑制されることになり、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧を所定値以下に押さえることができる。
【０１２１】
また、本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機の別の例について、図２１を用いて簡単に説明する。
【０１２２】
図２１において、複数の第１の磁極歯部５ａとの間に２つの隣接した第２の磁極歯部５ｂが一対となるようにして配置され、複数対の第２の磁極歯部５ｂと、第１の磁極歯部５ａと第２の磁極歯部５ｂを連結する磁極歯連結部６とで固定子コア７が構成されており、それぞれの第１の磁極歯部５ａにはそれぞれ第１の電機子巻線８ａが巻かれ、それぞれの第２の磁極歯部５ｂにはそれぞれ第２の電機子巻線８ｂが巻かれている。そして、それぞれの第２の磁極歯部５ｂの先端部内周面には、前述の本発明の実施の形態４の図１５における磁極歯部５と同様の凹部が形成され、その凹部と、第２の電機子巻線８ｂが卷回される磁極歯部５ｂの回転軸方向に平行な面を有する両側面のうち、対になったそれぞれの第２の磁極歯部５ｂのお互いに隣り合う側面との間を囲むように環状の短絡環１３１が配設され、対になった２つの第２の磁極歯部５ｂに巻かれたそれぞれの短絡環１３１はお互いに固定子コア７のスロット部７ａを挟んで対向するようになされており、固定子コア７、第１の電機子巻線８ａからなる第１の電機子巻線８ａ群、第２の電機子巻線８ｂからなる第２の電機子巻線８ｂ群及び短絡環１３１とで固定子（ステータとも言う）９を構成しており、固定子９と、固定子９の外周面と小さな隙間を有して対向した回転子（ロータとも言う）３とで永久磁石回転電機１３を構成しているのは前述の本発明の実施の形態５と同様である。
【０１２３】
その固定子９の外周面と小さな隙間を有して対向した回転子３の永久磁石２のＮ極から発生した磁束は、矢印Ａで示されるように固定子９の外周面との小さな隙間を通って第２の磁極歯部５ｂに流れ、磁極歯連結部６を通過して隣接した第２の磁極歯部５ｂを通り、矢印Ｂで示されるように固定子９の外周面との小さな隙間を通って回転子３の永久磁石２のＳ極に流れ、前述の本発明の実施の形態４と同様にそれぞれの短絡環１３１には永久磁石磁束と反対方向の磁束が発生する。
【０１２４】
前述の本発明の実施の形態５で、永久磁石回転電機１３及び周辺回路を含む発電機の構成を図１９にブロック図で示したが、替わりに、図２１に示す本発明の実施の形態６の別の永久磁石回転電機１３で置き換えてエンジン発電機とした場合には、回転子３の回転速度が増加すると、短絡環１３１の磁束打ち消し効果により、第２の電機子巻線８ｂを鎖交する磁束は、回転子３の回転数の増加に比例した磁束の増加分より小さく抑えられることになり、第２の電機子巻線８ｂの出力端子に発生する端子電圧は、回転数の増加に正比例した出力電圧にはならず、第２の電機子巻線８ｂ群に誘起される誘起起電力の上昇が抑えられ、従って、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧の上昇が抑制されることになり、低圧系蓄電池１９３に供給される電圧が所定値以下に押さえられ、回転子３の回転数の所定範囲において第２の電機子巻線８ｂ群の端子電圧が所定の値を超えないように抑制された永久磁石回転電機１３を実現することができる。
【０１２５】
また、第１の磁極歯部と第１の磁極歯部の間に配設された２つの対となった第２の磁極歯部先端部内周面形状と、それらの第２の磁極歯部に設けられたそれぞれの短絡環位置が、前述の実施の形態４における他の変形例１或いは他の変形例２として示された第２の磁極歯部５の先端部形状と同じ第２の磁極歯部と、図１６或いは図１７に示された短絡環１３１或いは短絡環１３１ａと１３１ｂと同じ配設位置に短絡環を配設した構成を有し、他の構成は上述の本発明実施の形態６と同じ構成となされて、永久磁石回転電機を構成しても良い。
【０１２６】
この場合にも、前述の本発明実施の形態５の図１９における永久磁石回転電機１３の替わりに、本発明の実施の形態６の永久磁石回転電機を置き換えた永久磁石回転電機によるエンジン発電機を構成した時の動作・機能についても、上述の本実施の形態６と同じであるので、重複をさけるため説明を省略する。
【０１２７】
尚、上述の説明においては、２つの第２の磁極歯部５ｂが第１の磁極歯部５ａに挟まれた構成としているが、３つ以上の第２の磁極歯部５ｂを組み（グループ）として構成しても良い。
【０１２８】
以上のように本発明実施の形態６の永久磁石回転電機によれば、前述の本発明の実施の形態５の永久磁石回転電機と同様に、第２の磁極歯部の所定の位置に短絡環を配設することによって、それぞれの磁極歯部に磁束が流れた時の短絡環に発生する磁束打ち消し効果により、回転子の回転数が増加しても、電機子巻線の出力端子電圧の増加を抑えることができ、電機子巻線の出力端子電圧を所定の値以下に制御することができる。
【０１２９】
従って、永久磁石回転電機の第２の電機子巻線出力端子電圧を所定値以下に制御する場合、第２の磁極歯部に短絡環を設けることのみにより構成可能であるため、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、しかも信頼性に非常に優れた、低価格な永久磁石回転電機及び車両を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３０】
本発明にかかる永久磁石回転電機は、簡素で小型、高信頼性の特徴を有し、発電機、モータ等として有用である。電気自動車等のモータージェネレーターや屋外用また可搬型発電機等の用途にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３１】
【図１】本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の主要部を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線で切断した部分断面図
【図３】本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機及び周辺回路を含む発電機構成を示すブロック図
【図４】図３における制御回路の具体例を示す回路図
【図５】本発明の実施の形態１における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成を示す断面図
【図６】図５におけるＢ−Ｂ線で切断した部分断面図
【図７】本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機の主要部を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図
【図８】本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機の車両搭載時の構成を周辺回路を含んで示すブロック図
【図９】本発明の実施の形態２における永久磁石回転電機の回転数と低圧系蓄電池電圧の関係を示す図
【図１０】（ａ）は、本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機の主要部を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図（ｂ）は、図１０（ａ）におけるＣ−Ｃ線で切断した部分断面図
【図１１】本発明の実施の形態３における制御回路の具体例を示す回路図
【図１２】本発明の実施の形態３における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成を回転軸軸心方向に垂直な平面で切断して示す断面図
【図１３】本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の主要部の構成を示す平面図
【図１４】回転子の回転数と電機子巻線の端子電圧の関係を示す図
【図１５】本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成の一部を示す部分平面図
【図１６】本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の変形例の主要部の構成の一部を示す部分平面図
【図１７】本発明の実施の形態４における永久磁石回転電機の別の変形例の１つの磁極歯部近傍の構成を示す部分平面図
【図１８】本発明の実施の形態５における永久磁石回転電機の主要部の構成の一部を示す部分平面図
【図１９】永久磁石回転電機及び周辺回路を含む発電機構成を示すブロック図
【図２０】本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機の主要部の構成の一部を示す部分平面図
【図２１】本発明の実施の形態６における永久磁石回転電機の別の例の主要部の構成の一部を示す部分平面図
【符号の説明】
【０１３２】
１    回転子コア
２    永久磁石
３    回転子（ロータ）
４    回転軸
５    磁極歯部
５ａ    第１の磁極歯部
５ｂ    第２の磁極歯部
５ｃ，５ｅ，５ｆ    凹部
５ｄ    側面
５ｇ    凸部
６    磁極歯連結部
７    固定子コア
７ａ    スロット部
８    電機子巻線（群）
８ａ    第１の電機子巻線（群）
８ｂ    第２の電機子巻線（群）
９    固定子（ステータ）
１０    制御用固定子
１１    補助コア
１２    制御巻線（群）
１３    永久磁石回転電機
１４    永久磁石磁束
２１，１０４，１５１ａ，１５１ｂ，１６１ａ，１６１ｂ，１６１ｃ，Ａ，Ｂ    矢印
２２    制御巻線磁束
３１    回転駆動源
３２    負荷
３３    制御回路
３４    整流平滑回路
３４ａ，３５ａ    ダイオード
３４ｂ，３５ｂ，３６ｆ    コンデンサ
３５    ピーク電圧検知回路
３５ｃ，３５ｄ，３６ｃ，３６ｅ，３６ｈ，３６ｉ    抵抗
３６    制御巻線電流変更回路
３６ａ    制御用増幅器
３６ｂ    基準電圧
３６ｄ，３６ｇ，３６ｊ    トランジスタ
３７    電圧検知回路
８１，１９１    インバータ
８２，１９２    整流回路
８３，１９３    低圧系蓄電池
８４，１９４    エンジン
８５，１９５    高圧系蓄電池
１０１    切り欠き部
１０２    制御用可動部材
１０３    弾性部材
１３１，１３１ａ，１３１ｂ    短絡環
１４１    直線
１４２，１４３    曲線
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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