(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装置，及び該磁束制御装置を前記ステータに対して揺動させるアクチュエータを有し，前記磁束制御装置は，外周側が前記ステータの前記櫛部と同数であって凹部で隔置された前記櫛部に接触可能な透磁性の良い材料から成る突起部と内周側が前記突起部を互いに連繋する透磁性の小さい構造を持ったブリッジ部とから構成されたリング状連続体に形成され，前記突起部が透磁性の良い方向と透磁性の悪い方向を持った板材から作られ，透磁性の良い方向を半径方向とし且つ悪い方向を円周方向に配向した構造に構成され，前記ロータの回転速度に応じてコントローラによって前記アクチュエータを作動して前記櫛部に対する前記磁束制御装置の前記突起部の揺動量を制御し，前記突起部から前記櫛部へ流れる磁束を制御することから成る永久磁石式発電・電動機。
【請求項２】
前記磁束制御装置の前記突起部は，その外面が前記櫛部の内面に対向状態に接触可能に構成されていることから成る請求項１に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項３】
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突起部が前記櫛部に密接整合する制御を行い，前記ロータが高速度になるに従って前記アクチュエータを作動して前記突起部を前記スロット部へと移動させて前記突起部と前記櫛部とが密接する面積を低減させる制御を行うことから成る請求項１に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項４】
前記磁束制御装置の前記突起部は，前記ステータの前記櫛部間に位置し，前記突起部の側面と前記櫛部の側面とが接触可能に構成されていることから成る請求項１に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項５】
前記コントローラは，前記ロータの低速時には前記アクチュエータを作動して前記突起部と前記櫛部とを密接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突起部を前記櫛部間の前記スロット部内で揺動させて前記櫛部と前記突起部との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４に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項６】
前記ステータは，半径方向に延び且つ周方向に所定の間隔に配置して前記スロット部を形成する前記櫛部，前記櫛部の前記ロータ側の先端部を突出させて前記櫛部を互いに接続するステータブリッジ部，該ステータブリッジ部の外周側で前記櫛部間の前記スロット部に巻き上げられた前記巻線，及び前記櫛部と前記巻線との外周面に圧入されたリング状継鉄から構成されていることから成る請求項４又は５に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項７】
前記櫛部は，透磁性に方向を持った材料で構成し，高い透磁性を持つ方向は半径方向に，且つ小さい透磁性をもつ方向は円周方向に配向されていることから成る請求項４又は５に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項８】
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装置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１〜５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９】
前記磁束制御装置は，透磁性の良い圧延方向を持つ帯板に対して垂直に凹凸状に切断加工し，凹凸状の前記帯板を円形に成形し，前記櫛部を透磁性が良く且つ前記ブリッジ部を透磁性が小さくなる配向構造に構成されていることから成る請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石式発電・電動機。
【請求項１０】
前記突起部と前記ブリッジ部との境界における磁束の流れをスムースにするため，前記磁束制御装置の前記突起部に形成された前記凹部はその角部がアール部に形成されていることから成る請求項１〜９のいずれか１項に記載の永久磁石式発電・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，回転軸に取り付けられた永久磁石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。発電・電動機については，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】
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，発電・電動機の特性を失わせることになる。
【０００４】
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。
【０００５】
永久磁石式発電・電動機において，磁束制御装置は，永久磁石からステータへ流れる磁束を制御するために，ステータコアの内側に櫛材と同数の歯を持った磁束制御装置を配置し，該磁束制御装置を周方向に動かすことによって磁路抵抗を増し，磁力を弱める動きをさせるものである。磁束制御装置は，特に，２つの役割を持っており，第１は永久磁石が持っている磁力を出来るだけ多く集めてステータコアの櫛部に通すこと，第２は磁束制御を磁路の中間に設けた空隙によって行うことである。
【０００６】
【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，発電・電動機の効率，トルク向上と回転速度の増加のため，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，この磁束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。
【０００７】
本発明者は，上記の問題を解決するために，円磁束制御装置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性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，円筒部材が更に移動することで，磁束が移動始めからゆるやかな変化で離れ始めて急激に変化する状態である。
【０００８】
通常，ロータに取り付けられた永久磁石の磁力はステータコアの櫛部に流れ，外周側に位置する継鉄を経て，また櫛部へ戻る。この経路の中で，ロータとステータコアの櫛部との空隙が最も大きな磁路抵抗になるので，この空隙部の磁力漏れを如何に小さくするかが大きな問題となる。また，ステータコアの内側は，巻線を通すために開口しているが，出来るだけ磁束をキャッチするためには，開口を小さくして櫛部の面積を大きくするように構成されている。
【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，磁束制御装置の揺動移動に伴って櫛部と磁束制御装置の透磁性突起部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，特に，ロータの永久磁石部材からの磁束を磁束制御装置に良好にキャッチさせるために，磁束制御装置の透磁性の良い突起部の永久磁石部材への対向面積を最大限に大きくするため周方向に連続した形状に形成し，磁束制御装置のステータ側に凹部を形成し，ロータの回転速度に応答してアクチュエータを作動して磁束制御装置を揺動させ，磁束制御装置からステータの櫛部への磁束の流れを制御する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装置，及び該磁束制御装置を前記ステータに対して揺動させるアクチュエータを有し，前記磁束制御装置は，外周側が前記ステータの前記櫛部と同数であって凹部で隔置された前記櫛部に接触可能な透磁性の良い材料から成る突起部と内周側が前記突起部を互いに連繋する透磁性の小さい構造を持ったブリッジ部とから構成されたリング状連続体に形成され，前記突起部が透磁性の良い方向と透磁性の悪い方向を持った板材から作られ，透磁性の良い方向を半径方向とし且つ悪い方向を円周方向に配向した構造に構成され，前記ロータの回転速度に応じてコントローラによって前記アクチュエータを作動して前記櫛部に対する前記磁束制御装置の前記突起部の揺動量を制御し，前記突起部から前記櫛部へ流れる磁束を制御することから成る永久磁石式発電・電動機に関する。
【００１１】
前記磁束制御装置の前記突起部は，その外面が前記櫛部の内面に対向状態に接触可能に構成されている。
【００１２】
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突起部が前記櫛部に密接整合する制御を行い，前記ロータが高速度になるに従って前記アクチュエータを作動して前記突起部を前記スロット部へと移動させて前記突起部と前記櫛部とが密接する面積を低減させる制御を行う。
【００１３】
前記磁束制御装置の前記突起部は，前記ステータの前記櫛部間に位置し，前記突起部の側面と前記櫛部の側面とが接触可能に構成されている。
【００１４】
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突起部と前記櫛部とを密接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突起部を前記櫛部間の前記スロット部内で揺動させて前記櫛部と前記突起部とのクリアランス量を増大させる制御を行う。
【００１５】
前記ステータは，半径方向に延び且つ周方向に所定の間隔に配置して前記スロット部を形成する前記櫛部，前記櫛部の前記ロータ側の先端部を突出させて前記櫛部を互いに接続するステータブリッジ部，該ステータブリッジ部の外周側で前記櫛部間の前記スロット部に巻き上げられた前記巻線，及び前記櫛部と前記巻線との外周面に圧入されたリング状継鉄から構成されている。
【００１６】
前記櫛部は，透磁性に方向を持った材料で構成し，高い透磁性を持つ方向は半径方向に，且つ小さい透磁性をもつ方向は円周方向に配向されている。
【００１７】
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装置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。
【００１８】
前記磁束制御装置は，透磁性の良い圧延方向を持つ帯板に対して垂直に凹凸状に切断加工し，凹凸状の前記帯板を円形に成形し，前記櫛部を透磁性が良く且つ前記ブリッジ部を透磁性が小さくなる配向構造に構成されている。
【００１９】
前記突起部と前記ブリッジ部との境界における磁束の流れをスムースにするため，前記磁束制御装置の前記突起部に形成された前記凹部はその角部がアール部に形成されている。
【００２０】
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，コントローラの指令でアクチュエータによって磁束制御装置を揺動させる時に，磁束制御装置の内周部が周方向に連続するブリッジ部で櫛部が円形状連続体に形成され，ブリッジ部が集磁部となってロータの永久磁石部材から磁束制御装置の透磁性の良い突起部への磁束の逃げが無くなり，永久磁石部材からの磁力が磁束制御装置に最大限に確実にキャッチされ，ステータコアの櫛部へ流すことができ，ロータの回転速度に応じて前記突起部からステータの櫛部への磁束の流れを高精度に制御することができる。即ち，磁束制御装置の突起部は，外周面が凹部形状に形成されて内周側が磁束の流れをスムースにする三日月形に連続して形成され，その中心付近が突起部として突出して櫛部に対向している。
【００２１】
又は，磁束制御装置の突起部は，その外側が櫛部に対する突出した長方形の接触部に形成され，櫛部間に配置され，また，ステータコアの櫛部は内側から所定の距離，例えば，５ｍｍ程度入った所に，隣接する櫛部を接続するブリッジ部が存在し，櫛部の外周面にはリング状の継鉄が嵌合されているので，ステータコアへの巻線は，櫛部の外開き状態で巻き上げることが可能になり，ステータの製造が容易になっている。ステータコアの櫛部と櫛部との中間の隙間に，磁束制御装置の長方形突起部が配置されているので，櫛部の側面部と磁束制御装置の長方形突起部の側面部との接触面積は，櫛部と透磁性突起部とが対向状態の場合に比較して大きく設定することができる。
【００２２】
この永久磁石式発電・電動機は，磁束制御の性能を効率的に発揮でき，ロータが高速度になった時には磁束制御装置を移動させてステータコアの櫛部へ流れる磁束が減少させることができる。例えば，磁束制御装置の突起部は，櫛部との接触時には，磁路抵抗が小さく，磁束制御装置を移動させて離間させて空隙量を制御することによって磁路抵抗が大きくなり，永久磁石部材から櫛部へ流れる磁束が制御されることになる。また，磁束制御装置の内周側は，ブリッジ部によって櫛部が円形状連続体に形成されているので，磁束制御装置の形状保持が安定し，ブリッジ部は断面積を小さく形成できるので，この部分での磁束漏れは小さくなり，強度保持や剛性保持ができる。磁束制御装置の長方形の幅は，ステータコアの櫛部間との空隙が突起部の突起部の両側面で予め決められた値，例えば，１ｍｍ以上できるように形成し，突起部と櫛部との接触時には密接するように形成する。櫛部間の空隙が小さい時には，突起部を台形形状に形成して磁束が磁束制御装置と櫛部で飽和しないように形成する。
【００２３】
【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。この発明による永久磁石式発電・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く，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。
【００２４】
図１〜図４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・電動機の一実施例を説明する。この実施例の永久磁石式発電・電動機は，ロータ３とステータ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の外周側に配置され且つハウジング１に固定されているステータ４，ステータ４の内周側にステータ４に対して揺動可能に取り付けられた磁束制御装置７，及び磁束制御装置７をロータ３の回転速度に応じてステータ４に対して揺動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，例えば，図１に示すように，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。ロータ３の透磁部６とハウジング１には，冷却ファン４６で発生する冷却風が流れる通風孔２８，４７が形成されている。
【００２５】
ステータ４は，周方向に所定間隔のスロット部１１を形成するように隔置した櫛歯状の櫛部１０と外周部を形成するリング状継鉄部１７から成る薄板積層形のステータコア１５，及び櫛部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，磁束制御装置７が接触状態に且つステータ４に対して揺動移動可能に配置されている。磁束制御装置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るか，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に対して回転可能に取り付けることができる。また，櫛部１０の内側面は，角部が傾斜したチャンファ部５４に形成されている。
【００２６】
ロータ３は，回転軸２の外周に取り付けられた冷却用の通風孔２８を備えた透磁部６，透磁部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，周方向に隔置して極性が交互に異なる状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石板片２０と，隣接する永久磁石板片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，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。また，透磁部６は，例えば，透磁材と非磁性材が周方向に交互に配置して軸方向に延びて円筒状に形成されている。この永久磁石式発電・電動機は，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。また，磁束制御装置７とロータ３との間には，可及的に小さい隙間２２が形成されている。
【００２７】
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装置７，磁束制御装置７をステータ４に対してロッド２６を介して揺動させるアクチュエータ２５，及びロータ３の回転速度に応答して磁束制御装置７の揺動量を制御するコントローラを有する。磁束制御装置７は，特に，外周側がステータ４の櫛部１０と同数であって凹部１２で隔置された櫛部１０に接触可能な透磁性の良い材料からなる突起部８と，内周側が突起部８を互いに連繋する透磁性の小さい構造を持つブリッジ部９とから構成されたリング状連続体に形成されている。磁束制御装置７は，磁力が半径方向に通り抜け易く，円周方向に流れない構造に形成されることが好ましいので，図３に示すように，半径方向に延びる櫛部１０は素材の圧延方向ＰＤと一致させ，円周方向に延びるブリッジ部９は圧延方向に垂直な方向ＰＶＤに位置するように配向させて構成されている。また，リング状継鉄部１７は，透磁性の方向性がない素材で作製されている。
【００２８】
また，磁束制御装置７の突起部８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に形成され，その外面２３が櫛部１０の内面２４に対向状態に接触可能に構成されている。更に，磁束制御装置７は，突起部８とブリッジ部９との境界における磁束の流れをスムースにするため，突起部８に形成された凹部１２の角部がＲ部４２に形成されている。突起部８の外側角部は，傾斜したチャンファ部５５が形成されている。即ち，磁束制御装置７の突起部８は，ロータ３側の内側部が周方向に幅広になる張り出し部となるＲ部４２に形成されている。従って，磁束制御装置７のブリッジ部９は，永久磁石部材５からの磁束の流れをスムースにして磁束の漏れを低減する集磁部として機能する。櫛部１０の内周側のチャンファ部５４と突起部８の外周側のチャンファ部５５とによって，磁束制御装置７の移動によって櫛部１０と突起部８との隙間の制御が良好に行われ，磁束制御を良好に行うことができる。
【００２９】
コントローラは，磁束制御装置７のステータ４に対する揺動移動によって，突起部８の外面２３と，櫛部１０の内面２４との対向面積即ち接触面積との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装置７がステータ４に対して相対揺動すると，突起部８の外面２３と櫛部１０の内面２４との密接状態は調整され，磁束制御装置７の突起部８からステータコア１５の櫛部１０へ流れる磁束が制御されることになる。例えば，コントローラは，図２及び図３に示すように，ロータ３の低速時にはアクチュエータ２５を作動して突起部８と櫛部１０との合口が整合状態になる制御を行い，また，ロータ３の高速時には，図４に示すように，アクチュエータ２５を作動して突起部８を櫛部１０間のスロット部１１へと移動させ，櫛部１０との対向面積を低減させる制御を行う。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によって磁束制御装置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。
【００３０】
また，磁束制御装置７の突起部８の周方向の幅は，ステータ４の櫛部１０の周方向の幅と同一，又は少なくとも８０％程度に形成されている。突起部８は，例えば，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ている。例えば，突起部８は，比透磁率がＳｉ鋼と比較して１０倍以上である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。上記のパーマロイ材は，圧延方向ＰＤが透磁性が良く，圧延方向ＰＤに直角方向ＰＶＤでは透磁率が極端に悪い。この性質を利用して磁力の通り易い方向である半径方向の櫛部を圧延方向ＰＤとして配向させ，また，ＰＢパーマロイ材とＰＣパーマロイとは，１１００℃で焼鈍すると，透磁性の方向性が無くなる。更に，この永久磁石式発電・電動機では，ステータ４の櫛部１０の周方向の幅は，磁束制御装置７の突起部８の周方向の幅の１．２〜１．５倍に設定されている。
【００３１】
次に，図５，図６及び図７を参照して，この発明による永久磁石式発電・電動機の別の実施例を説明する。この実施例の永久磁石式発電・電動機では，磁束制御装置７の突起部１８は，ステータ４の櫛部１０間のスロット部１１に位置し，突起部１８の側面３７と櫛部１０の側面２７とが接触可能に構成されている。櫛部１０は，互いにステータブリッジ部４３で連結して一体構造に構成されている。また，突起部１８とブリッジ部９との境界における磁束の流れをスムースにするため，磁束制御装置７の突起部１８に形成された凹部１９の角部がアール部４２に形成されている。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を形成する櫛部１０，櫛部１０のロータ３側の先端部５１を突出させて櫛部１０を互いに接続するステータブリッジ部４３，ステータブリッジ部４３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５２に圧入されたリング状継鉄４４から構成されている。
【００３２】
櫛部１０に対するステータブリッジ部４３の内周面４８の位置は，磁束制御装置７の突起部１８の外面４９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の突起部１８間とステータブリッジ部４３の内側面４８とによって磁束が容易に通過しない空隙部５０に形成されている。また，ステータブリッジ部４３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，磁束が飽和して隣接する櫛部１０への磁束の漏れを防止するように一部が絞られた形状に形成されている。
【００３３】
この実施例では，コントローラは，ロータ３の低速時には，図５及び図６に示すように，アクチュエータ２５を作動して突起部１８の側面３７と櫛部１０の側面２７とを密接状態にする制御を行い，また，ロータ３の高速時には，図７に示すように，アクチュエータ２５を作動して突起部１８を櫛部１０間の空隙５０即ちスロット部１１内で揺動させて櫛部１０と突起部１８とのクリアランス量を増大させる制御を行う。
【００３４】
この実施例では，ステータ４のステータコア１５は，外周側に開口部を形成するように外開き型に形成された櫛部１０，櫛部１０の外周面５２に圧入されたリング状継鉄４４，及び櫛部１０を連結するステータブリッジ部４３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４４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４４を櫛部１０の外周面５２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／又は分布巻き等の種々の巻き形式に容易に巻き上げることができる。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５３で固定し，その外周面５２を円形に切削加工し，また，リング状継鉄４４の内周面４０を予め決められた内径に切削加工し，次いで，リング状継鉄４４を櫛部１０と非磁性材５３との外周面５２に圧入すれば，ステータ４が完成する。また，非磁性材５３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。
【００３５】
この実施例では，ステータ４は，櫛部１０を所定の間隔で隔置してステータブリッジ部４３で帯状に接続し，ステータブリッジ部４３を円形に曲げてステータブリッジ部４３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４４を圧入して形成される。具体的には，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とステータブリッジ部４３を残して櫛部１０間のスロット部１１と空隙部５０とを切除し，ステータブリッジ部４３を円形状に曲げて成形してステータブリッジ部４３の端部同志を接合して形成される。従って，ステータコア１５は，ステータブリッジ部４３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４４とから形成されている。
【００３６】
又は，外開き型の櫛部１０は，ステータブリッジ部４３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できる。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。
【００３７】
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５３を充填し，巻線１４を非磁性材５３でそれぞれ固定する。次いで，櫛部１０と非磁性材５３との外周面５２を切削加工し，所定の外径に仕上げ加工する。外周面５２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リング状継鉄４４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，リング状継鉄４４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接圧入することができる。円形外開き型櫛部材は，櫛部１０をステータブリッジ部４３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リング状継鉄４４から成るステータコア１５は，磁力線を良く通し，櫛部１０を接続するステータブリッジ部４３が薄肉部に形成されており，ステータブリッジ部４３では直ちに磁力が飽和するので，ステータブリッジ部４３が存在しても何ら支障とならない。
【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，磁束制御装置自体は，隣接する突起部がブリッジ部によって一体構造に構成され，安定して強固に高剛性に構成できると共に，ブリッジ部によって永久磁石部材から磁束制御装置へ流れる磁束のキャッチ力即ち集磁力が向上する。また，磁束制御装置のブリッジ部と突起部との境界部をＲ部に形成することによって，永久磁石部材からブリッジ部に集磁された磁束は，ブリッジ部から突起部へスムースに流れることができる。更に，磁束制御装置の突起部を櫛部間のスロット部に位置させた場合には，磁束制御装置をステータの櫛部に対して揺動させる時，櫛部の先端部側面と磁束制御装置の突起部の側面とのクリアランス量を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高精度に達成される。
【００３９】
また，この永久磁石式発電・電動機は，リング状継鉄を櫛部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，分布巻き，巻数，複数の巻線グループ等の所望に応じたタイプに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る。この永久磁石式発電・電動機は，ロータの回転速度に応答して磁束制御装置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】  この永久磁石式発電・電動機におけるステータの櫛部と磁束制御装置の突起部とが整合した状態の一実施例を示す図１のＩ−Ｉ断面の断面図である。
【図３】  図２のステータの櫛部と磁束制御装置の突起部との整合状態の一部を示す拡大断面図である。
【図４】  図２のステータの櫛部と磁束制御装置の突起部との非整合状態の一部を示す拡大断面図である。
【図５】  この永久磁石式発電・電動機におけるステータの櫛部と磁束制御装置の突起部とが整合した状態の別の実施例を示す図１のＩ−Ｉ断面の断面図である。
【図６】  図５のステータの櫛部と磁束制御装置の突起部との整合状態の一部を示す拡大断面図である。
【図７】  図５のステータの櫛部と磁束制御装置の突起部との非整合状態の一部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
７    磁束制御装置
８，１８  突起部
９    ブリッジ部
１０  櫛部
１１  スロット部
１２，１９  凹部
１３  軸受
１４  巻線
１５  ステータコア
１６  補強部材
１７  リング状継鉄部
２０  永久磁石板片
２１  非磁性材
２２  隙間
２３  突起部の外面
２４  櫛部の内面
２５  アクチュエータ
２７  櫛部の側面
２８，４７  通風孔
３７  突起部の側面
４０  継鉄の内周面
４２  Ｒ部
４３  ステータブリッジ部
４４  リング状継鉄
４８  ステータブリッジ部の内周面
４９  突起部の外面
５０  空隙（スロット部）
５１  櫛部の先端部
５２  櫛部とスロット部との外周面
【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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