(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、該回転軸に嵌合するとともに、永久磁石が埋め込まれたヨークと、コイルを備えたステータと、電源に電気的に接続され、且つ該回転軸とともに一体的に回転するブラシと、該コイルに接続された整流子と、該回転軸の回転数に応じて該ブラシと該整流子とを接近離間させる昇降機構を有し、モータと発電機とに選択的に利用可能な永久磁石式回転電機であって、
前記ブラシが設置され、前記回転軸とともに一体的に回転し且つ前記回転軸に対して軸方向に移動可能な回転部と、
該回転部の前記ヨークに対向する端面に設けられ、前記回転軸と一体的に回転動作し、且つ前記ヨークに対向する磁性体からなる短絡部材とを有し、
前記永久磁石式回転電機をモータとして用いるとき、前記回転部は、前記ブラシと前記整流子を摺接させ且つ前記短絡部材を前記ヨークから離間させるように位置し、
前記永久磁石式回転電機を発電機として用いるとき、前記回転部は、前記ブラシを前記整流子から離間させ且つ前記短絡部材を前記ヨークに接近当接させるように位置し、
さらに、前記永久磁石式回転電機を発電機として用いるときに、前記回転軸が所定の回転数以上になるまで前記短絡部材が前記ヨークに接近当接することを規制するための規制部材を有し、
前記規制部材は、前記ヨーク内に軸方向に移動可能に挿入され且つ前記ヨークの端面から前記回転部側に突出可能な受け部材と、前記ヨーク内に配設され前記受け部材を前記回転部側に向けて付勢する受けスプリングとを有し、前記ブラシが前記整流子から離間し且つ前記短絡部材と前記ヨークの離間距離が所定以下となったとき、前記ヨークの前記端面から突出した前記受け部材により前記短絡部材が前記ヨークに近接当接することを規制することを特徴とする永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石式回転電機に関し、特に、モータと発電機とに選択的に利用可能な回転電機において、低回転域のモータトルクを大きく設定した場合、発電時の高回転域で過電圧を抑制し、しかも鉄損を抑えるように構成した永久磁石式回転電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石式回転電機は、例えば、車両のバッテリ充電用の発電機として、又はエアコンや冷蔵庫のコンプレッサ駆動用モータとして利用されている（第１の従来例）。この第１の従来例に係る永久磁石式回転電機を発電機として用いるとき、低回転時に高出力を得たい場合がある。これにより、高回転時には過電圧が発生し、この過電圧によるバッテリや制御装置などに対する過負荷を防止するためにリレー等の電気部品を設ける必要がある。一方、前記の第１の従来例に係る永久磁石式回転電機をモータとして用いる場合、低回転時に高トルクを得たいことがある。しかしながら、このときには、高回転域で誘起電圧が大きくなる。この誘起電圧が永久磁石式回転電機に供給される供給側電源電圧より大きくなるとモータとして運転できなくなる。結局、全体として回転レンジを広くとることが困難である。
【０００３】
さらに、永久磁石式回転電機の一例として、特開平７−３２２５８４号公報に開示されている永久磁石式回転電機が挙げられる（第２の従来例）。
【０００４】
この第２の従来例に係る永久磁石式回転電機１は発電機として機能するものであり、図６に示すように、磁性体からなる回転軸２と、該回転軸２に嵌合された永久磁石３を有する回転子４と、該回転子４を囲繞する固定子５を有する。このとき、前記永久磁石３は磁極が交互に異なるように配設されている。前記回転子４の上方には該回転子４の周壁を摺動自在なスライダ６が装着され、該スライダ６の一端部には磁性体からなる皿状の制御盤７が固着され、該スライダ６の他端部にはフライウエイト８が設けられている。さらに、前記固定子５の先端部と前記制御盤７の縁部との間にコイルスプリング９が介装されている。
【０００５】
この永久磁石式回転電機１を作動させた場合、先ず、低回転時にはフライウエイト８に働く遠心力が弱いため、該フライウエイト８が作用せず、回転子４と制御盤７との間に所定の距離が確保される。このため、回転する永久磁石３からの磁束は損失なく固定子５に達し、低回転時でも所定の起電力を得ることができる。さらに、永久磁石式回転電機１を高回転で作動させた場合、遠心力が大となり、該遠心力の作用によりフライウエイト８の一部が制御盤７を固定子５側に押圧することになる。これにより、制御盤７の縁部がコイルスプリング９の弾発力に抗して固定子５の先端部に当接する。この場合、永久磁石３からの磁束の一部は制御盤７及び回転軸２方向にバイパスされて（図７中、矢印Ｆ方向）、固定子５に達する磁束が低減される。これにより、高回転時の過大な起電力が抑制される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の第１の従来例に係る永久磁石式回転電機においては、高回転時に発生する過電圧を抑制するためにリレー等の電気部品を設けなければならず、部品点数が増加するという不具合が生じている。
【０００７】
また、前記の第２の従来例に係る永久磁石式回転電機１においては、高回転時に固定子５の先端部で磁束をバイパスさせているため、鉄損が大きくなるという難点がある。さらに、バイパス経路である制御盤７は回転軸２の周壁を摺動自在に装着されたスライダ６に固着されているため、該回転軸２と該スライダ６との間に異物などが侵入した場合、該スライダ６が該回転軸２の周壁を摺動することができなくなるおそれがある。これにより、高回転時に固定子５と制御盤７とが当接することができずに、該制御盤７が磁束のバイパス経路として機能しないという懸念が指摘されている。
【０００８】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、永久磁石式回転電機を発電機として用いるとき、低回転時に所定の出力を確保でき、部品点数を増加させることなく高回転時に磁路の一部を短絡させて発電出力を抑制できるとともに、鉄損を低減して高効率化を達成でき、また、永久磁石式回転電機をモータとして用いるとき、低回転時に高トルクを確保できるとともに、高回転時の過大な誘起電圧を抑制して回転レンジを拡大できる永久磁石式回転電機を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、回転軸と、該回転軸に嵌合するとともに、永久磁石が埋め込まれたヨークと、コイルを備えたステータと、電源に電気的に接続され、且つ該回転軸とともに一体的に回転するブラシと、該コイルに接続された整流子と、該回転軸の回転数に応じて該ブラシと該整流子とを接近離間させる昇降機構を有し、モータと発電機とに選択的に利用可能な永久磁石式回転電機であって、前記回転軸と一体的に回転動作し、且つ前記ヨークに対向する磁性体からなる短絡部材を有し、前記永久磁石式回転電機をモータとして用いるとき、前記短絡部材を前記ヨークから離間させ、前記永久磁石式回転電機を発電機として用いるとき、前記短絡部材を前記ヨークに接近当接させることを特徴とする。さらに、前記永久磁石式回転電機が発電機として機能しているときに、前記回転軸が所定の回転数以上になるまで前記短絡部材が前記ヨークに接近当接することを規制するための規制部材を有するとよい。
【００１０】
本発明によれば、高回転時に磁性体からなる短絡部材が、永久磁石が埋め込まれたヨークの軸方向の一端面に接近当接する。これにより、回転する永久磁石からの磁束の一部が短絡部材にバイパスされる。すなわち、短絡部材に磁束が漏れることになり、コイルに達する有効磁束が減少することになる。従って、永久磁石式回転電機を発電機として用いるとき、磁路を短絡させるためのリレー等の電気部品を設けることなく、高回転時に磁路の一部を短絡させて発電出力を抑制することができるとともに、鉄損を低減して高効率化を達成できる。しかも、回転軸の回転数が所定の回転数以上になるまで規制部材によって短絡部材がヨークに接近当接することを規制されるため、低回転域でのモータトルクを確実に確保することが可能となるばかりか、極低回転域（〜８００ｒｐｍ）の起動トルクの確保、高回転域（５０００ｒｐｍ〜）における過電圧の回避、鉄損の低減が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る永久磁石式回転電機につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図５を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１２】
本実施の形態に係る永久磁石式回転電機１０は、図１に示すように、回転軸１２と、該回転軸１２と一体的に回転動作するとともに、高透磁率材からなる鋼板（例えば、けい素鋼板）を積層したヨーク１４と、回転部１６を備え、該ヨーク１４には永久磁石１８が保持固定されている。また、前記ヨーク１４はステータ２０に囲繞されており、該ステータ２０には第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉが固定されている。
【００１３】
一方、回転部１６には、図２に示すように、バッテリ（図示せず）に電気的に接続された正極ブラシ２４及び負極ブラシ２６と、正極ブラシ２４、負極ブラシ２６にそれぞれ電気的に接続された第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃと、第１ダイオード３２ａ及び第２ダイオード３２ｂと、両ダイオード３２ａ、３２ｂにそれぞれ電気的に接続された第１サブブラシ３４ａ、第２サブブラシ３４ｂとが設置されている。
【００１４】
永久磁石式回転電機１０は、さらに、回転部１６を昇降動作させるガバナ機構３６（図１参照）と、絶縁領域と第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの両端部に電気的に接続された導電領域とからなり、前記第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ、第１サブブラシ３４ａ及び第２サブブラシ３４ｂが摺接する整流子３８と正極ブラシ２４が摺接する正極子４０と負極ブラシ２６が摺接する負極子４２を有する固定板４４とを備える（図２参照）。
【００１５】
この永久磁石式回転電機１０は、図１に示すように、回転部１６が上昇して上端に位置し、固定板４４の第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ及び第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが整流子３８に摺接し、且つ正極ブラシ２４、負極ブラシ２６が正極子４０、負極子４２にそれぞれ摺接する場合、モータとして機能する。一方、回転部１６が下降して前記各ブラシが固定板４４から離間した場合には、発電機として機能する。
【００１６】
上記した各構成要素は、全て内燃機関ケース４６とメインカバー４８とからなるケース５０内に収容されている。以下、図を参照して、永久磁石式回転電機１０の構成をさらに詳細に説明する。
【００１７】
内燃機関ケース４６の図１における下端部には、図示しない内燃機関を構成するクランクシャフト５２の先端部を通すための開口５４が形成されている。この開口５４とクランクシャフト５２の先端部との間は、シール部材５５によりシールされている。また、内燃機関ケース４６の略中腹部には段部５６が形成されており、この段部５６にはボルト穴５８が設けられている。
【００１８】
回転軸１２は、大径部６０と該大径部６０から延在した小径部６２とを有し、且つ中空状である。すなわち、大径部６０及び小径部６２の軸方向中心部には、下端側から奥部になるにつれてテーパ状に縮径したテーパ状挿入口６４と、該テーパ状挿入口６４に連通するボルト挿入孔６６と、該ボルト挿入孔６６に連通して該ボルト挿入孔６６よりも大径なファン固定用部材挿入口６８が形成されている。そして、テーパ状に縮径したクランクシャフト５２の先端部は、内燃機関ケース４６の開口５４を通って回転軸１２のテーパ状挿入口６４内に嵌合されている。
【００１９】
また、回転軸１２には、大径部６０の一部を切り欠くことにより環状凹部７０が形成されており、該環状凹部７０には、回転部１６を弾発付勢するコイルスプリング７２が配置されている。
【００２０】
回転軸１２の大径部６０の側周壁にはスカート状カバー７４及びヨーク１４が下からこの順序で係合されており、且つ小径部６２の側周壁には回転部１６が係合されている（図１参照）。このため、回転軸１２が回転動作する際には、スカート状カバー７４、ヨーク１４及び回転部１６も該回転軸１２と一体的に回転する。
【００２１】
スカート状カバー７４の内部には、ガバナ機構３６を構成する円盤７６と、該円盤７６上に載置された複数個のボール７８とが配置されている。なお、ガバナ機構３６は、さらに円盤７６と回転部１６とを連結する複数本のシャフト８０を有する。このガバナ機構３６及びコイルスプリング７２により、回転部１６を回転軸１２の小径部６２の側周壁に沿って昇降させることができる。
【００２２】
円盤７６及びスカート状カバー７４のテーパ部７４ａから等径部７４ｂに至る内壁には、ボール７８の周面に合う曲率で切り欠かれた溝８２、８３がそれぞれ形成されており、ボール７８はこの溝８２、８３内に移動可能に配置されている。また、円盤７６には貫通孔８４が形成されており、該貫通孔８４にはシャフト８０の軸部８０ａの先端部が通っている。なお、この先端部には環状溝８６が形成されており、この環状溝８６にリング状の保持部材８７が係合されることによりシャフト８０の円盤７６からの抜け止めがなされている。
【００２３】
円盤７６は、シャフト８０により回転部１６に連結されているので、該回転部１６が前記コイルスプリング７２から弾発付勢されることに伴ってスカート状カバー７４内で上昇する。最終的には、ボール７８がスカート状カバー７４のテーパ部７４ａの内壁と円盤７６とで堅牢に挟持され、これにより円盤７６がスカート状カバー７４内において上端に位置する。
【００２４】
そして、シャフト８０の軸部８０ａは、回転部１６に形成されたシャフト用貫通孔８８を通っている。勿論、このシャフト用貫通孔８８はシャフト８０の頭部８０ｂよりも小径であり、したがって、シャフト８０が回転部１６から脱落することはない。
【００２５】
ヨーク１４には、複数個の永久磁石１８が保持固定されている。すなわち、前記ヨーク１４の内部には、その一部が前記永久磁石１８と略同一寸法で切り欠かれることにより複数個の磁石挿入口９０が形成されており、各永久磁石１８はそれぞれ該磁石挿入口９０に収容されている。また、前記ヨーク１４の前記磁石挿入口９０からみて半径方向内方には、複数個の凹部２００が回転軸１２の軸方向に対して所定角度離間して延在している。この凹部２００内には受け部材２０２が配設されるとともに、該受け部材２０２の軸部２０４は受けスプリング２０６により囲繞される。つまり、前記受けスプリング２０６は、該ヨーク１４を構成する積層鋼板のうち、図１において最下端に位置する鋼板と、前記受け部材２０２の一端部に一体的に設けられた受け部２０８との間に介装される。図１から諒解されるように、前記受け部２０８は、前記ヨーク１４を構成する積層鋼板のうち、図１において最上端に位置する鋼板よりも突出している。なお、前記受け部材２０２の他端部にはリング状の係合部材２１０が係合されており、この係合部材２１０により該受け部材２０２の前記ヨーク１４からの抜け止めがなされている。
【００２６】
ステータ２０はヨーク１４と同様に高透磁率材からなる積層鋼板からなり、該ヨーク１４を囲繞するようにケース５０内に配置されている。そして、ステータ２０は、該ステータ２０に形成されたボルト孔９２を通って内燃機関ケース４６のボルト穴５８に螺合されたボルト９４により内燃機関ケース４６に固定されている。
【００２７】
第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉは、図示しない絶縁部材を介してこのステータ（積層鋼板）２０に巻回されている。このため、ヨーク１４は、ステータ２０に固定された第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉにより囲繞される。なお、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの各一端は、固定板４４に突出形成されたフック部９６（図１参照）を介して整流子３８の互いに隣り合う導電領域に電気的に接続されている。
【００２８】
また、ステータ２０には、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉとは別の電磁コイル（図示せず）が固定されている。この図示しない電磁コイルは、永久磁石式回転電機１０を発電機として機能させる際に、誘起電圧を発生させるためのものである。
【００２９】
回転軸１２の小径部６２に係合された回転部１６は、回転軸１２を囲繞する回転軸囲繞部９８と、該回転軸囲繞部９８から延在し、且つ外径が該回転軸囲繞部９８よりも小さい中央突出部１００とを有する。勿論、この中央突出部１００も回転軸１２を囲繞している。前記回転軸囲繞部９８の下端面２１２、すなわち、該回転軸囲繞部９８の前記回転軸１２の軸方向の前記中央突出部１００側の端面には、磁性材からなる環状の端面板２１４が固着している。この端面板２１４の外形寸法と前記回転軸囲繞部９８の外形寸法とは略同一である（図１参照）。
【００３０】
前記コイルスプリング７２は、回転部１６の中央突出部１００を囲繞し、且つ一端が回転部１６の回転軸囲繞部９８の下端面２１２に着座している。回転軸１２が停止している場合や低速で回転している場合、このコイルスプリング７２の弾発付勢により回転部１６が上端に位置する。
【００３１】
ここで、図２を参照して回転部１６の全体概略構成をさらに詳細に説明する。
【００３２】
回転部１６において、回転軸囲繞部９８の周囲には、互いに１２０°ずつ離間した３個の壁部１０２が形成されており、シャフト用貫通孔８８（図１参照）はこの壁部１０２に設けられている。そして、上記したように、このシャフト用貫通孔８８には、シャフト８０の軸部８０ａが通っている（図１参照）。図２にこのシャフト８０の頭部８０ｂを示す。
【００３３】
回転部１６には、回転軸囲繞部９８と同心円状に負極ブラシ２６、正極ブラシ２４が内側からこの順序で設置されており、さらに、正極ブラシ２４よりも外側の同一円上に第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ及び第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが設置されている（図２参照）。
【００３４】
第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃは互いに１２０°ずつ離間して配置されており、且つ第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃも互いに１２０°ずつ離間して配置されている。なお、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃと第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃは交互に配置されている。この場合、第１サブブラシ３４ａは第１負ブラシ３０ａと第２正ブラシ２８ｂとの略中間に位置しており、一方、第２サブブラシ３４ｂは第３正ブラシ２８ｃと第３負ブラシ３０ｃの略中間に位置している。
【００３５】
この場合、各ブラシは全て昇降動作することができる。すなわち、図３に示すように、各ブラシの下端部はブラシボックス１０４内にそれぞれ挿入されている。そして、該ブラシボックス１０４の中空内部にはコイルスプリング１０６が配置されており、該コイルスプリング１０６の一端はブラシボックス１０４の内部底面に設置された着座用部材１０８に着座し、且つ他端は各ブラシの下端面に着座している。このため、各ブラシは、コイルスプリング１０６により常時上方へと弾発付勢されている。一方、各ブラシがその上端面から押圧された際には、各ブラシは、コイルスプリング１０６が収縮することによりブラシボックス１０４の内部に指向して下降する。
【００３６】
勿論、各コイルスプリング１０６の弾発力の総和はコイルスプリング７２（図１参照）の弾発力に比して小さく、したがって、回転部１６がコイルスプリング１０６の弾発付勢により下降することはない。
【００３７】
なお、この場合、各ブラシは第１柱状部１１０ａと該第１柱状部１１０ａよりも幅狭の第２柱状部１１０ｂとからなり（図３参照）、ブラシボックス１０４の開口の各辺の長さは第１柱状部１１０ａの各辺の長さよりも小さい。これにより各ブラシのブラシボックス１０４からの抜け止めがなされており、ブラシボックス１０４の開口からは第２柱状部１１０ｂのみが突出する。そして、回転部１６の側周壁と回転軸囲繞部９８との間には複数箇所に段部１１２が設けられており（図２参照）、そのうちの２箇所に第１ダイオード３２ａ及び第２ダイオード３２ｂがそれぞれ固定されている。
【００３８】
そこで、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃは正極ブラシ２４に電気的に接続されており、且つ第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃは負極ブラシ２６に電気的に接続されている。また、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂは、第１、第２ダイオード３２ａ、３２ｂを介して正極ブラシ２４及び負極ブラシ２６にそれぞれ電気的に接続されている。さらに、正極ブラシ２４及び負極ブラシ２６は、図示しないバッテリの正極及び負極にそれぞれ電気的に接続されている。
【００３９】
回転部１６の上方に配置された固定板４４は、ケーブル止用部材１１４内に収容されている（図１参照）。そして、固定板４４及びケーブル止用部材１１４のそれぞれの中心部には、ファン固定用部材１２０（図１参照）を通すための貫通孔１２１、１２２が形成されている（図２参照）。なお、固定板４４及びケーブル止用部材１１４は回転動作しない。
【００４０】
固定板４４は、図２に示すように円環状であり、互いに絶縁された負極子４２、正極子４０及び整流子３８を内側からこの順序で有する。このうち、負極子４２及び正極子４０の上端面からは、負極端子板１２４及び正極端子板１２６がそれぞれ垂直に立ち上がっている。
【００４１】
両端子板１２４、１２６は、図２に示すケーブル１２８ａ、１２８ｂにケーブル端子１３０ａ、１３０ｂを介してそれぞれ電気的に接続されている。例えば、負極端子板１２４とケーブル１２８ａとは、図３に示すように、負極端子板１２４及びケーブル端子１３０ａにそれぞれ形成された貫通孔（図示せず）を通ったボルト１３１と、該ボルト１３１に螺着されるナット１３２とにより互いに連結される。同様に、正極端子板１２６とケーブル１２８ｂも互いに連結されている（図示せず）。
【００４２】
ケーブル１２８ａ、１２８ｂの他端部は、図示しない前記バッテリの正極、負極にそれぞれ電気的に接続されている。結局、負極子４２及び正極子４０は、ケーブル１２８ａ、１２８ｂ、ケーブル端子１３０ａ、１３０ｂ及び負極端子板１２４、正極端子板１２６を介して前記バッテリの負極及び正極に電気的にそれぞれ接続されている。
【００４３】
なお、ケーブル止用部材１１４の一部を切り欠いて設けられた切欠溝１３３（図２参照）に係合されたケーブル１２８ｃは、第２電磁コイル２２ｂと図示しない制圧整流器とを電気的に接続するためのものである。
【００４４】
整流子３８は、図２に示すように、９箇所の絶縁領域（以下、第１〜第９スリットという）１３４ａ〜１３４ｉと９箇所の導電領域（以下、第１〜第９セグメントという）１３６ａ〜１３６ｉとが交互に配列されてなる。このうち、第１〜第９スリット１３４ａ〜１３４ｉは、第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂに比して幅広に形成されている。また、第１〜第９セグメント１３６ａ〜１３６ｉは、それぞれフック部９６を有しており、上記したように、各フック部９６に前記第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉのいずれかの一端が係止される。これにより、第１〜第９セグメント１３６ａ〜１３６ｉが第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉの各一端に電気的に接続される。
【００４５】
また、内燃機関ケース４６とステータ２０との間にはサブカバー１４２の大径開口端部１４２ａが挿入されており（図１参照）、これによりステータ２０の芯出しがなされている。また、サブカバー１４２の小径開口端部１４２ｂは、ケーブル止用部材１１４に互いに１２０°ずつ離間して形成されたボルト穴１４４に螺合されたボルト１４６によりケーブル止用部材１１４に固定されている。
【００４６】
一方、上記したように、固定板４４及びケーブル止用部材１１４の貫通孔１２１、１２２にはファン固定用部材１２０が通っている（図１参照）。このファン固定用部材１２０の下端面には突出部１５０が突出形成されており、該突出部１５０は、回転軸１２の小径部６２に形成されたファン固定用部材挿入口６８に挿入されている。
【００４７】
ファン固定用部材１２０もまた中空状であり、その内部に形成された貫通孔１５２にはボルト１５４の軸部が通っている。この軸部はさらに回転軸１２のボルト挿入孔６６を通っており、該ボルト１５４の先端部は、クランクシャフト５２の先端部に形成されたボルト穴１５６に螺合されている（図１参照）。
【００４８】
すなわち、ファン固定用部材１２０は、ボルト１５４を介してクランクシャフト５２に連結されており、該クランクシャフト５２が回転動作する際にこれと一体的に回転動作する。これにより、ファン固定用部材１２０に固定された図示しないファンが回転動作するに至る。なお、前記ファンに対向する位置には、例えば、ラジエータ等が配置される。
【００４９】
本実施の形態に係る永久磁石式回転電機１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。
【００５０】
先ず、回転軸１２が低速で回転動作する場合には、ボール７８が受ける遠心力よりもコイルスプリング７２の弾発力が大きい。したがって、回転部１６がコイルスプリング７２により弾発付勢され、上端に位置する。この際、各ブラシが固定板４４に押圧されることによりブラシボックス１０４内に配置されたコイルスプリング１０６が収縮され、これに伴い各ブラシが降下する。すなわち、各ブラシは固定板４４に摺接可能な程度にブラシボックス１０４から突出するので、各ブラシによって回転部１６の回転動作が妨げられることはない。
【００５１】
回転部１６が上端に位置することにより、正極子４０、負極子４２の下端面に正極ブラシ２４、負極ブラシ２６がそれぞれ摺接する。しかも、整流子３８の下端面に第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ及び第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが摺接する。これにより、バッテリから供給された電流が、正極ブラシ２４及び負極ブラシ２６を介してバッテリへと戻る。つまり、永久磁石式回転電機１０が、モータとして機能することになる。
【００５２】
そして、回転軸１２が高速で回転動作するようになると、ボール７８が受ける遠心力における回転軸１２の長手方向に沿う成分がコイルスプリング７２の弾発力よりも大きくなる。このため、ボール７８は、円盤７６に形成された溝８２及びスカート状カバー７４のテーパ部７４ａの内壁に形成された溝８３内を転動または滑動し、該スカート状カバー７４のテーパ部７４ａと等径部７４ｂとの境界近傍に至る。これに伴い、図４に示すように、ボール７８により円盤７６が押圧されて降下し、その結果、シャフト８０により回転部１６が引き寄せられて、回転軸１２の小径部６２の側周壁に沿って降下する。これにより、第１〜第３正ブラシ２８ａ〜２８ｃ、第１〜第３負ブラシ３０ａ〜３０ｃ及び第１、第２サブブラシ３４ａ、３４ｂが整流子３８から離間し、且つ正極ブラシ２４、負極ブラシ２６が正極子４０、負極子４２からそれぞれ離間する。結局、各ブラシは、バッテリから電気的に切り離される。
【００５３】
この場合、ヨーク１４が回転動作しているので、該ヨーク１４に保持された永久磁石１８により、第１〜第９電磁コイル２２ａ〜２２ｉとは別の図示しない電磁コイルに誘起電圧が発生する。すなわち、永久磁石式回転電機１０は、発電機として機能することになる。その際、回転軸囲繞部９８の下端面２１２に固着した端面板２１４が、受け部材２０２の受け部２０８に当接する。このとき、ボール７８が受ける遠心力における回転軸１２の長手方向に沿う成分よりも受けスプリング２０６の弾発力の方が大きくなっている。
【００５４】
さらに、回転軸１２を高速で回転動作させる。前記回転軸１２が所定の回転数以上になると、前記ボール７８が受ける遠心力が前記受けスプリング２０６の弾発力よりも大きくなる。このため、前記ボール７８は、図５に示すように、スカート状カバー７４の等径部７４ｂに至る。これにより、ヨーク１４の上端面と端面板２１４とが接近当接し、回転する永久磁石１８からの磁束の一部が、図５中、矢印Ｂ方向にバイパスする、すなわち漏れ磁束が発生する。これにより、図示しない前記電磁コイルに達する有効磁束が減少して、高回転時に発生する誘起電圧を抑制することができる。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、高回転時に磁性体からなる端面板が、永久磁石が埋め込まれたヨークの軸方向の一端面に接近当接する。これにより、回転する永久磁石からの磁束の一部が端面板にバイパスされる、すなわち、端面板に磁束が漏れることになり、電磁コイルに達する有効磁束が減少することになる。例えば、永久磁石式回転電機を発電機として機能させる場合、磁路を短絡させるためのリレー等の電気部品を設けることなく、高回転時に磁路の一部を短絡させて発電出力を抑制することができるとともに、鉄損を低減して高効率化を達成できる。さらに、回転軸の回転数が所定の回転数以上になるまで、受けスプリングによって端面板がヨークに接近当接することを規制されるため、所定の回転数での発電出力を確実に確保することが可能になるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る永久磁石式回転電機の要部縦断面全体概略構成図である。
【図２】図１の永久磁石式回転電機が備える回転部、固定板及びケーブル止用部材の全体概略分解斜視図である。
【図３】図１の永久磁石式回転電機が備えるブラシの要部拡大縦断面分解説明図である。
【図４】図１の永久磁石式回転電機が備える端面板がヨークに近接した状態を示す要部縦断面全体概略構成図である。
【図５】図４の端面板がヨークに当接した状態を示す要部縦断面全体概略構成図である。
【図６】第２の従来例に係る永久磁石式回転電機を示す縦断面説明図である。
【図７】図６の永久磁石式回転電機の固定子と制御盤とが当接した状態を示す縦断面説明図である。
【符号の説明】
１０…永久磁石式回転電機          １２…回転軸
１４…ヨーク                      １８…永久磁石
２０…ステータ                    ２２ａ〜２２ｉ…第１〜第９電磁コイル
２４…正極ブラシ                  ２６…負極ブラシ
３６…ガバナ機構                  ３８…整流子
２０６…受けスプリング            ２１４…端面板
【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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