JP2002204556A

JP2002204556A - 永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置

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Publication number: JP2002204556A
Application number: JP2001001053A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kawamura; 英男河村
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Priority date: 2001-01-09
Filing date: 2001-01-09
Publication date: 2002-07-19
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Abstract

(57)【要約】【課題】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置
は，ロータの回転数に応じて磁束を容易に制御する筒部
材をステータコアの外周側に設け，筒部材の構造をシン
プルに構成すると共に，剛性及び強度をアップすること
ができる。【解決手段】筒部材３７はステータ４の外周側に密接
して相対回転可能に配置されている。筒部材３７は，軸
方向の中央部分で二分割された一対の半筒部材６，７か
ら構成されている。半筒部材６，７は回転アクチュエー
タ９によって互いに逆方向に摺動駆動され，発生反力が
相殺される。半筒部材６，７の内周面４２には凹溝１１
が周方向に隔置して等間隔に形成されている。凹溝１１
がステータコア３９の櫛部２０に径方向で対応する位置
の時に磁束の流れが絞られ，凸部２５が櫛部２０に径方
向で対応する位置の時に磁束の流れが増大する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は，ハウジングに回
転可能に支持された回転軸に取り付けられた永久磁石板
材から成るロータと該ロータの外周に配置されたステー
タとから成る永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年，永久磁石の性能が向上するに従っ
て永久磁石を発電・電動機の回転子即ちロータとして使
用される機会が増加してきた。また，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。
そこで，発電・電動機について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。また，電
動機は，その低速トルクを増加させるため，ロータに対
してその外周に配置されるステータの磁力を増大させ，
回転トルクを増大させることが有効である。電動機につ
いて，回転トルクを増大させることができれば，低速で
の起動力を増すことができ，機械動力源としての役割を
増すことができる。

【０００３】従来，高出力交流発電・電動機として，特
開平７−２３６２６０号公報に開示されたものが知られ
ている。該高出力交流発電・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。

【０００４】また，特開２０００−２６１９８８号公報
に開示されたコギング防止と高速時低トルク化を図った
電動・発電機は，ステータコアの内周面に透磁部と非透
磁部とが順次隣接する構造を持つ制御筒部材を配置し，
運転時と停止させる時とで制御筒部材のステータコアに
対する相対位置を変更し，運転時には制御筒部材の透磁
部とステータコアの櫛部とを整合させるのに対し，回転
子を停止させる時には制御筒部材をその透磁部とステー
タコアの櫛部とで全周に磁路が存在する位置に移動させ
て磁束が全周で均一に分散して流れるようにして回転子
の回転をスムースにし，コギング現象の発生を防止して
所定の場所で回転子を停止させるものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで，永久磁石を
用いた発電・電動機は，構造が簡単であり，高出力を出
すことができるが，高速回転時に磁束の強さを制御でき
ないので，発電電圧が増加し，高電圧電力を発生する領
域ではトランジスタの耐圧上の制約から，その制御が困
難となる。特に，電動機では，発電に伴う高電圧に逆ら
って電圧を投入しなければならず，高電圧を得ることが
困難である。この問題を解決するため，上記特開２００
０−２６１９８８号公報に開示したように，永久磁石式
発電機の回転子即ちロータの外側にステータの歯と同じ
ピッチで透磁材を置き，ステータのスロット部に樹脂等
を配置したリング状部材を設置し，該リング状部材を回
転させ，低速時はステータの歯と一致させ，高速時はス
テータの歯と透磁材の部位とをずらして磁束の通過面積
を小さくする装置にした。しかしながら，この装置で
は，リング状部材が断続的に接合されているため，回転
運動時に，樹脂部が摩耗する現象が起こった。この状態
で磁路を小さくした場合に，磁性を大きくするような大
きな反力が作用し，その反力に耐えられない等の不具合
が発生した。

【０００６】ところで，回転体即ちロータとステータを
有する発電・電動機は，その磁路で問題になるのがロー
タとステータとの空隙である。空気の透磁率は４π×１
０^-7（Ｈ／ｍ）であるのに対し，３％Ｓｉの珪素鋼の透
磁率は空気の透磁率の３００００倍であり，ＰＣパーマ
ロイの透磁率は空気の透磁率の５００００倍であり，桁
外れに大きい。従って，透磁率が低い空気に着眼し，ス
テータコアに流れる磁束流れを絞る構造にステータコア
を作製できれば，ステータを流れる磁束密度を制御する
ことができ，従来の磁束制御装置のように，ステータと
高速回転するロータとの間に透磁部と非透磁部とで作製
した磁束制御円筒部材を設ける必要がなく，磁束制御円
筒部材の樹脂材の摩耗，回転ロータとの接触事故等の発
生をおそれる必要がなくなり，また，透磁部と非透磁部
との材料の線膨張係数や硬さの差等によって境界面が剥
離して破損することをおそれる必要がなくなる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明の目的は，上記
の問題を解決するため，ステータにおけるステータコア
の外周磁路の幅を薄く形成し，ステータコアの外周に対
して相対回転可能な筒部材を配置し，筒部材の内周面に
空気が存在する凹溝を形成し，筒部材を磁束制御時に摺
動回転させ，筒部材の摺動回転によって磁束を制御し，
特に，高速回転時に磁束の強さを低減する制御をして反
力の発生を抑制し，低速回転時の磁束の強さを増大する
制御をし，常に所望の所定の発電電圧を確保できる永久
磁石式発電・電動機の磁束制御装置を提供することであ
る。

【０００８】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
備えたロータ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固
定された櫛部と該櫛部間にスロット部を備えたステータ
コアと前記スロット部に巻き上げられた巻線から構成さ
れたステータ，該ステータの外周側で前記ステータに対
して相対回転可能に配置された内周面が断面円形の筒部
材，及び該筒部材を前記ステータに対して相対移動させ
る駆動装置を有し，前記筒部材には，内周面が切り欠か
れた長手方向に延びる磁路制御用凹溝が周方向に等間隔
に隔置して形成され，前記凹溝間の凸部の内周面が前記
ステータの外周面に密接して摺動移動する面を形成する
ことから成る永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置に
関する。

【０００９】前記筒部材の前記凹溝の周方向長さは，前
記ステータの前記櫛部の周方向長さにほぼ相当する値に
設定されている。また，前記ステータコアの外周磁路通
路の幅は，前記筒部材の磁路通路の幅分だけ小さく形成
されている。

【００１０】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，前記筒部材の前記凹溝が前記ステータコアの前記
櫛部に径方向で対応する位置へ移動した状態で前記櫛部
を通る磁束流れが絞られ，また，前記筒部材の前記凸部
が前記ステータコアの前記櫛部に径方向で対応する位置
へ移動した状態で前記櫛部を通る磁束流れが増大するも
のである。

【００１１】前記筒部材の前記凹溝には，前記筒部材の
摺動力を小さくするため，非磁性の固体潤滑剤が充填さ
れている。また，前記ステータの前記スロット部には，
前記ステータの剛性をアップするため樹脂等の強度材が
充填されている。

【００１２】前記筒部材は，軸方向の中間位置で二分割
された一対の半筒部材から構成され，前記駆動装置によ
って前記半筒部材は互いに逆方向に摺動移動するように
構成されている。

【００１３】前記駆動装置は，可逆モータ，該可逆モー
タで可逆回転する右ねじと左ねじが形成されたねじ軸，
及び前記半筒部材の外面にそれぞれ設けられた前記右ね
じと前記左ねじにそれぞれ螺合する雌ねじが形成された
ナットから構成されている。

【００１４】前記巻線は前記ステータの前記ステータコ
アの前記櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個の
巻線群に分けられ，コントローラは，前記ロータの回転
数に応答して前記筒部材の前記ステータコアに対する位
置制御と前記巻線群の直列及び／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又は所
定電圧により所定磁力を得るように制御される。

【００１５】前記コントローラは，発電機して作動する
時に前記ロータの回転数の低いことに応答して前記巻線
群を直列に結線して高電圧を発生させ，また，回転数の
大きいことに応答して前記巻線群を並列に結線して所定
の電圧で大電流を発生させるように制御する。また，前
記コントローラは，電動機として作動する時に前記ロー
タの回転数が低いことに応答して前記巻線群を直列に結
線して高磁力を発生させ，また，回転数が大きいことに
応答して巻線数を小さく結線して所定の磁力を発生させ
るように制御する。

【００１６】前記ステータコアに巻き上げられた分割型
の前記巻線では，低い回転域では位相が同一になるよう
に巻かれた前記巻線の線材を直列に結線して出力するよ
うに構成して前記ロータの回転数の増加に従って前記巻
線の巻数が減少するように途中から引き出せるように構
成し，高い回転側は周方向に分割巻きされた前記巻線を
単独又は並列に結線し且つ前記筒部材の摺動移動制御と
組み合わせて一定電圧又は一定トルクを得るように構成
されている。

【００１７】前記ステータの前記巻線は前記ロータの永
久磁石の極数に合わせて同位相に構成し，前記巻線群を
並列に結線することによって所定の電圧で大電流型の発
電機に構成できる。

【００１８】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，上記のように構成されているので，筒部材の凸部
とステータの櫛部とがずれた状態では磁束に行き場が無
くなり，磁束が絞られる。また，磁束を絞る場合に磁路
を曲げると反力が作用するが，筒部材を軸方向で二分割
にした半筒部材が互いに逆方向に摺動移動するので，互
いに打ち消しあって半筒部材の摺動移動がスムースに行
なわれる。また，筒部材は，剛性の高い透磁性の同一材
料によって構成されているので，強度に関する問題は発
生しない。従って，筒部材の強度上の安定を図ると共
に，筒部材の凸部とステータコアとの摩擦部における偏
摩耗を最小限にし，筒部材に常に安定した摺動移動をさ
せることができる。

【００１９】また，ロータの回転数の大きい時に，筒部
材を摺動回転させてステータコアの櫛部と凸部とをオフ
セットさせて櫛部と凹溝とを対応させると，ステータコ
アから筒部材に流れる磁束が絞られ，発電電力が小さく
なるが，それで，もし磁束の絞り程度が足らない場合に
は，ステータのスロット部に巻き上げられた巻線をその
巻数が異なるように構成し，即ち，巻線を複数の巻線群
に分け，巻線群の結線状態を変更制御できるように構成
し，低速時は巻数を多くするため直列に結線し，高速の
時は巻数を少なくするため並列に結線又は１つの巻線群
のみとする制御をし，発電電力を制御し，予め決められ
た所定の電圧を得ることを可能にし，例えば，車両用に
搭載された各種装置の駆動用として１００Ｖの定電圧を
容易に発電させることが可能になる。

【００２０】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，上記のように構成されており，チョッピング等の
電気的な制御方法を用いていないので，出力ロスや発熱
現象が発生せず，磁束制御を効率的に行なうことができ
る。また，筒部材の摩擦部は偏摩耗を最小限にし，筒部
材の常に安定した摺動移動を可能にし，筒部材自体の強
度上の安定を図ることができる。この磁束制御装置は，
ステータは櫛部とスロット部とで不連続状態であるが，
ステータコアの外周磁路部を筒部材に周方向に密接させ
ることで，干渉等の発生を避けることができる。また，
この磁束制御装置は，筒部材とステータの櫛部との間の
クリアランスを０．０５〜０．１ｍｍ程度にまで小さく
することができるので，磁路損失を大幅に小さくするこ
とができる。また，ステータコアの櫛部とロータとのク
リアランスも最小にすることができるので，同様に効率
をアップすることができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して，この発明
による永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置の一実施
例を説明する。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，例えば，回転軸２をコージェ
ネレーションシステムのエンジンに適用して発電させた
り，発電された電力を車両に搭載したディーゼルパティ
キュレートフィルタ装置のヒータで消費したり，発電・
電動機とエンジンを併設したハイブリット自動車のエン
ジンに回転軸２を連結することによってエンジンの回転
力で電動又は発電したり，或いは，工作機械等の機械装
置にコントローラの指令で作動させる小型の電動機とし
て適用できる。

【００２２】この実施例の電動・発電機は，回転子のロ
ータ３と固定子のステータ４とを収容する一対のハウジ
ング１Ａ，１Ｂ，ハウジング１Ａ，１Ｂに軸受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の外周から隙間２３を持って隔置され且つ
ハウジング１Ａ，１Ｂに端部がそれぞれ固定されたステ
ータ４，及びステータ４の外周側にステータ４に対して
相対回転可能に設けられている一対の筒部材６，７，及
び筒部材６，７を回転子即ちロータ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駆動装置から構成
されている。筒部材６，７は，軸受を使用することな
く，ステータ４のステータコア３９に回転自在に嵌合さ
せることによってステータコア３９に対して相対回転可
能に構成されている。場合によっては，筒部材６，７
は，図示していないが，軸受等を介してハウジング１
Ａ，１Ｂに回転自在に取り付けることもできる。

【００２３】ロータ３は，回転軸２の外周に配置された
磁路通路を形成する透磁部材８，透磁部材８の外周面に
配置された永久磁石片１２と永久磁石片１２の間の非磁
性部材２１とから成る永久磁石部材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１９を備え
ている。ステータ４は，内周部に櫛歯状に周方向に隔置
状態で位置する櫛部２０と，櫛部２０間の切欠き部であ
るスロット部２２が形成され且つハウジング１Ａ，１Ｂ
に固定されたステータコア３９，及びステータコア３９
のスロット部２２を通って櫛部２０に巻き上げられた巻
線１４から構成されている。また，図示していないが，
磁路部材８の内周側には円筒状に磁路部材を設けること
ができ，磁路部材は透磁材と非磁性材が周方向に交互に
配置されて円筒状に形成されている。

【００２４】ロータ３の一端には，回転軸２に設けられ
たねじ３１がプレート３６を介して固定ナット２９に螺
入され，他端にはスペーサ３２とプレート３６が介在さ
れ，固定ナット２９をねじ３１に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，回転軸２には，例えば，回転軸２の端部に入力とな
るベルトプーリ２７が固定され，ベルトプーリ２７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。
ステータ４は，図２に示すように，積層された薄板のス
テータコア３９のスロット部２２に巻線１４が巻き付け
られている。ステータコア３９におけるスロット部２２
の内周側は隙間２３を形成したロータ３が回転するよう
に構成されている。

【００２５】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，上記構成において，特に，ステータ４の外周に，
ステータ４を通る磁束を制御するため，筒部材３７が配
置されていることを特徴とする。筒部材３７は，ステー
タ４に対して相対回転可能に配置され且つ内周面４２を
構成する凸部２５の内周面が断面円形に形成されてい
る。筒部材３７には，ステータ４に対して相対移動させ
る駆動装置が設けられている。筒部材３７には，内周面
４２が切り欠かれた長手方向に延びる磁路制御用凹溝１
１が周方向に等間隔に隔置して形成されている。凹溝１
１間の凸部２５の内周面４２は，ステータ４の外周面３
８に密接して摺動移動する面を構成している。

【００２６】また，筒部材３７の凹溝１１の周方向長さ
は，ステータ４の櫛部２０の周方向長さにほぼ相当する
値に設定されている。更に，ステータ４を構成するステ
ータコア３９の外周磁路通路３５は，その幅が筒部材３
７の磁路通路の幅分だけ小さく形成されている。この永
久磁石式発電・電動機の磁束制御装置は，筒部材３７の
凹溝１１がステータコア３９の櫛部２０に径方向で対応
する位置へ移動した状態で，櫛部２０を通る磁束流れが
絞られ，また，筒部材３７の凸部２５がステータコア３
９の櫛部２０に径方向で対応する位置へ移動した状態で
櫛部２０を通る磁束流れが増大するように磁束流れが制
御される。言い換えれば，ステータコア３９の外周磁路
通路３５の幅は，櫛部２０から外周磁路通路３５を通っ
て筒部材３７への磁束流れの絞り度を調節することがで
きる。また，筒部材３７の凹溝１１には，筒部材３７の
摺動力を小さくするため，非磁性の固体潤滑剤４０を充
填することもできる。更に，ステータ４のスロット部２
２には，ステータ４の剛性をアップするため樹脂等の強
度材が充填されている。

【００２７】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置では，筒部材３７は，軸方向の中間位置で二分割され
た一対の半筒部材６，７から構成され，駆動装置によっ
て半筒部材６，７は互いに逆方向に摺動移動するように
構成されている。一対の半筒部材６，７が互いに反対方
向に摺動移動することによって，磁束流れが曲げられる
ことによって発生する戻し力が互いに相殺され，半筒部
材６，７が互いに逆方向にスムースに摺動移動すること
ができる。駆動装置は，回転アクチュエータの可逆モー
タ９，可逆モータ９で可逆回転する右ねじ１７と左ねじ
１８とが軸方向に隔置して形成されたねじ軸４１，及び
半筒部材６，７の外面にそれぞれ設けられた右ねじ１７
と左ねじ１８にそれぞれ螺合する雌ねじが形成された右
ねじ用ナット１５と左ねじ用ナット１６から設けられて
いる。可逆モータ９の駆動によってねじ軸４１が回転す
ると，右ねじ用ナット１５を設けた半筒部材６と左ねじ
用ナット１６を設けた半筒部材７とは互いに逆方向に摺
動回転即ち微小摺動移動する。また，可逆モータ９が逆
回転すれば，半筒部材６と半筒部材７とはもとに戻る方
向に摺動回転即ち微小摺動移動する。コントローラ１０
は，ポジションセンサ２６で検出されたねじ軸４１の軸
方向の移動量を認識してその移動量を制御するように可
逆モータ９を駆動制御する。筒部材３７を可逆モータ９
によってステータコア３９に対して相対的に僅かに回転
させて筒部材３７のステータコア３９に対する位置を変
更させて櫛部２０から外周磁路通路を通過する磁束を変
化させ，発電電力を制御するものである。

【００２８】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置では，ステータコア３９の櫛部２０間のスロット部２
２に巻き上げられた巻線１４は，櫛部２０に異なった巻
数で巻き上げられた複数個の巻線群は，例えば，図４で
は，３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２
Ｗ，及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗに分けられている。コントロ
ーラ１０は，ロータ３の回転数に応答して筒部材３７の
ステータコア３９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ことができるように構成されて
いる。コントローラ１０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
電流を発生させることができる。コントローラ１０は，
ステータコア３９に巻き上げられた分割型の巻線１４で
は，高電圧側は途中から引き出された巻線１４の線材か
ら出力するように構成してロータ３の回転数の増加に従
って巻線１４の巻数が減少するように制御する。

【００２９】三相交流を発生させる巻線１４は，例え
ば，図４に示すように構成されている。巻線１４は，１
Ｕ，２Ｕ及び３Ｕ，１Ｖ，２Ｖ及び３Ｖ，及び１Ｗ，２
Ｗ及び３Ｗが結線部３３においてそれぞれ直列に結線さ
れ，結線部３３にはライン２８を通じてスイッチ３４
（３４Ａ，３４Ｂ，３４Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ，
３４Ｇ，３４Ｈ，３４Ｉ）が設けられている。コントロ
ーラ１０は，ロータ３の回転数（ＲＰＭ）に応答して，
筒部材３７を構成する半筒部材６，７のステータ４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３４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３０と
して得ることができるように制御する。また，コントロ
ーラ１０は，図４及び図７で示すように，所定の電圧に
出力された電力を整流器４３で整流し，所定の電圧，例
えば，１００Ｖの交流電圧４５，例えば，５０〜６０Ｈ
ｚの交流電圧４５を出力するインバータ４４を有してい
る。

【００３０】例えば，コントローラ１０は，スイッチ３
４Ｃ，３４Ｄ及び３４ＧをＯＮし，他のスイッチをＯＦ
Ｆにする制御を行なうと，単巻になって図６に示すよう
な出力電圧を得ることができる。また，スイッチ３４
Ｂ，３４Ｅ及び３４ＨをＯＮし，他のスイッチをＯＦＦ
にする制御を行なうと，２巻直列になって図６に示すよ
うな出力電圧を得ることができる。更に，スイッチ３４
Ａ，３４Ｆ及び３４ＩをＯＮし，他のスイッチをＯＦＦ
にする制御を行なうと，３巻直列になって図５に示すよ
うな出力電圧を得ることができる。従って，コントロー
ラ１０は，ロータ３の回転数に応じてスイッチ３４のス
イッチングを制御することによって，図６に示すよう
に，出力電圧（Ｖ）として一定電圧を得ることができ
る。また，ステータ４の巻線１４は，ロータ３の永久磁
石の極数に合わせて同位相に構成し，巻線群１Ｕ−１Ｖ
−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗを並列
に結線することによって低電圧で大電流型の発電機に構
成することができる。

【００３１】また，コントローラ１０は，図５に示すよ
うに，低電圧側は周方向に分割巻きされた巻線１４を並
列に結線し，筒部材３７の摺動移動制御と組み合わせて
一定電圧を得るように構成されている。図５では，巻線
１４が並列に接線され，ブリッジ回路３８とコンデンサ
３９とを通じて出力電圧が得られるように構成されてい
る。また，ステータ４の巻線１４は，ロータ３の永久磁
石の極数に合わせて同位相に構成し，巻線群を並列に結
線することによって低電圧で大電流を発生させることが
できる。

【００３２】上記のように，この永久磁石式発電・電動
機の磁束制御装置は，ロータ３が回転して運転されてい
る時に，図２に示すように，筒部材３７の凸部２５がス
テータコア３９の櫛部２０に対応する位置に位置決めさ
れ，また，図３に示すように，ロータ３が停止する時
に，筒部材３７の凹溝１１がステータコア３９の隣接す
る櫛部２０の間の位置にブリッジ状態に位置決めされ，
永久磁石部材５からステータコア３９の櫛部２０への磁
束が絞られて筒部材３７の周方向に均一に分散して流れ
る。

【００３３】また，永久磁石部材５は，複数の永久磁石
片３５がほぼ筒形状に配置され，永久磁石片３５と永久
磁石片３５との間の境界領域に非磁性部材２１を構成す
るガラス材を充填し，永久磁石片３５とガラス材とから
成る全体の外形形状を，ほぼ円筒状となる永久磁石部材
５を構成する。永久磁石片３５は，内周側に一方の磁極
（Ｎ極又はＳ極）が位置し，外周側に他方の磁極（Ｓ極
又はＮ極）が位置するように配置され，周方向において
隣接する永久磁石片３５の磁極（Ｎ極とＳ極）は互いに
相違するように配置されている。また，補強部材１９
は，例えば，磁性を持たないカーボン繊維やセラミック
繊維を樹脂材で固めて作製したり，ガラス材で被覆され
たセラミックス及び／又は合金等の金属から成る補強線
或いはアモルファス合金の補強筒状体から成り，補強線
を永久磁石部材５の外周面に加熱状態で巻き上げること
によって補強線がガラス材で互いに固着されている。

【００３４】

【発明の効果】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御
装置は，上記のように構成されているので，筒部材によ
って磁束をロータの回転状態に応じて効率的に制御する
ことができる。従って，この発電・電動機の磁束制御装
置は，例えば，回転エネルギを電気エネルギに変換する
高速発電機や高速モータに適用できると共に，車両に搭
載したディーゼルパティキュレートフィルタ装置のヒー
タの加熱用の電力として効率的に適用でき，また，コジ
ェネレーションシステムにおける発電機として適用で
き，ハイブリット自動車用エンジン等に容易に適用で
き，更に，工作機械等で使用される高速回転のモータに
適用することができる。この磁束制御装置を備えた発電
・電動機は，例えば，６００００ｒｐｍという高速回転
にも耐えると共に，製造コストを低減でき，しかもコン
パクトに構成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による永久磁石式発電・電動機の磁束
制御装置の一実施例を示す軸方向の断面図である。

【図２】図１の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置
におけるＡ−Ａ断面における断面を示し，磁束を絞らな
い位置に筒部材が移動した場合を示す断面図である。

【図３】図１の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置
におけるＡ−Ａ断面における断面を示し，磁束を絞る位
置に筒部材が移動した場合を示す断面図である。

【図４】発電・電動機の三相交流の巻線の結線態様を示
す説明図である。

【図５】発電・電動機の三相交流の巻線を並列に結線し
た態様を示す説明図である。

【図６】三相交流のラインの結線によって発生する出力
電圧と回転数の関係を示すグラフである。

【図７】時間に対する出力電圧と交流との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ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６，７半筒部材８透磁部材９可逆モータ１０コントローラ１１凹溝１２永久磁石片１４巻線１５，１６雌ねじナット部１７右ねじ１８左ねじ１９補強部材２０櫛部２１非磁性部材２２スロット部２３隙間２４摺動面２５凸部２６ポジションセンサ２８ライン３０交流電源３３結線部３４Ａ〜３４Ｉスイッチ３５外周磁路部３６プレート３７筒部材３８外周面３９ステータコア４０固体潤滑剤４１ねじ軸４２内周面４３整流器４４インバータ４５交流電圧１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ，３Ｕ−３Ｖ−３
Ｗ巻線群

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H002 AA05 AA09 AB04 AB06 AE08 5H603 AA01 BB01 BB02 BB07 BB09 BB12 CA01 CB02 CD02 EE10 FA16 5H604 AA05 BB01 BB03 BB10 BB14 CC01 CC05 DB01 PB02 PB03 PE06 QB15 5H621 AA03 BB10 GA01 GA12 GA16 GA20 JK02 JK05 PP01

Claims

【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備えたロー
タ，該ロータの外周側で前記ハウジングに固定された櫛
部と該櫛部間にスロット部を備えたステータコアと前記
スロット部に巻き上げられた巻線から構成されたステー
タ，該ステータの外周側で前記ステータに対して相対回
転可能に配置された内周面が断面円形の筒部材，及び該
筒部材を前記ステータに対して相対移動させる駆動装置
を有し，前記筒部材には，内周面が切り欠かれた長手方
向に延びる磁路制御用凹溝が周方向に等間隔に隔置して
形成され，前記凹溝間の凸部の内周面が前記ステータの
外周面に密接して摺動移動する面を形成することから成
る永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項２】前記筒部材の前記凹溝の周方向長さは，
前記ステータの前記櫛部の周方向長さにほぼ相当する値
に設定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・電動機の磁束制御装置。
【請求項３】前記ステータコアの外周磁路通路の幅
は，前記筒部材の磁路通路の幅分だけ小さく形成されて
いることから成る請求項１又は２に記載の永久磁石式発
電・電動機の磁束制御装置。
【請求項４】前記筒部材の前記凹溝が前記ステータコ
アの前記櫛部に径方向で対応する位置へ移動した状態で
前記櫛部を通る磁束流れが絞られ，また，前記筒部材の
前記凸部が前記ステータコアの前記櫛部に径方向で対応
する位置へ移動した状態で前記櫛部を通る磁束流れが増
大することから成る請求項１又は２に記載の永久磁石式
発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項５】前記筒部材の前記凹溝には，前記筒部材
の摺動力を小さくするため，非磁性の固体潤滑剤が充填
されていることから成る請求項１〜４のいずれか１項に
記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項６】前記ステータの前記スロット部には，前
記ステータの剛性をアップするため樹脂等の強度材が充
填されていることから成る請求項１〜５のいずれか１項
に記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項７】前記筒部材は，軸方向の中間位置で二分
割された一対の半筒部材から構成され，前記駆動装置に
よって前記半筒部材は互いに逆方向に摺動移動するよう
に構成されていることから成る請求項１〜６のいずれか
１項に記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項８】前記駆動装置は，可逆モータ，該可逆モ
ータで可逆回転する右ねじと左ねじが形成されたねじ
軸，及び前記半筒部材の外面にそれぞれ設けられた前記
右ねじと前記左ねじにそれぞれ螺合する雌ねじが形成さ
れたナットから構成されていることから成る請求項７に
記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項９】前記巻線は前記ステータの前記ステータ
コアの前記櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個
の巻線群に分けられ，コントローラは，前記ロータの回
転数に応答して前記筒部材の前記ステータコアに対する
位置制御と前記巻線群の直列及び／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又は
所定電圧により所定磁力を得るように制御することから
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・電動機の磁束制御装置。
【請求項１０】前記コントローラは，発電機して作動
する時に前記ロータの回転数の低いことに応答して前記
巻線群を直列に結線して高電圧を発生させ，また，回転
数の大きいことに応答して前記巻線群を並列に結線して
所定の電圧で大電流を発生させることから成る請求項９
に記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項１１】前記コントローラは，電動機として作
動する時に前記ロータの回転数が低いことに応答して前
記巻線群を直列に結線して高磁力を発生させ，また，回
転数が大きいことに応答して巻線数を小さく結線して所
定の磁力を発生させることから成る請求項９に記載の永
久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項１２】前記ステータコアに巻き上げられた分
割型の前記巻線では，低い回転域では位相が同一になる
ように巻かれた前記巻線の線材を直列に結線して出力す
るように構成して前記ロータの回転数の増加に従って前
記巻線の巻数が減少するように途中から引き出せるよう
に構成し，高い回転側は周方向に分割巻きされた前記巻
線を単独又は並列に結線し且つ前記筒部材の摺動移動制
御と組み合わせて一定電圧又は一定トルクを得るように
構成されていることから成る請求項９〜１１にいずれか
１項に記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
【請求項１３】前記ステータの前記巻線は前記ロータ
の永久磁石の極数に合わせて同位相に構成し，前記巻線
群を並列に結線することによって所定の電圧で大電流型
の発電機に構成できることから成る請求項８〜１２のい
ずれか１項に記載の永久磁石式発電・電動機の磁束制御
装置。