JP2004328944A - 磁束制御型発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この磁束制御型発電機は，低速時に大きな電圧を発電でき，高速時に大きな減磁を行って磁束制御の効率を向上させる。
【解決手段】ステータ４は，櫛部１０，櫛部１０を連繋するブリッジ部１４及び櫛部１０の歯数より少ない歯数の集合部１２から成るインナステータコア１６と，インナステータコア１６に嵌合するアウタステータコア１７から構成する。ロータ３とステータ４との間に揺動可能に配設された磁束制御籠７は，集合部１２の歯数に対応する磁束制御集合部８と，磁束制御集合部８を連繋する円筒部９から構成されている。この磁束制御型発電機は，集合部１２と磁束制御集合部８との整合状態の変更によって永久磁石部材５からステータ４への磁束が制御される。
【選択図】 図５

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，永久磁石を持つロータ，該ロータの外周に配置されたステータ及び両者間に配置された磁束を制御する磁束制御籠を備えた磁束制御型発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，永久磁石式発電機は，ロータに永久磁石を用いるので，構造が簡単で大きな発電電力を得ることができ，近年，それを組み込んだシステムが自動車用発電機，風力発電機等として利用されることが多くなってきた。永久磁石式発電機は，例えば，発電した電力を電動機に送る場合に，電圧が変動してもその機能が十分に発揮できるが，この電力を自動車の全ての装置を駆動しているバッテリ電圧に合わせる場合又は複数個の高電圧モータを持つ装置の駆動では，電圧を一定の電圧に揃える操作をしなければならない。永久磁石式発電機は，発電した電圧を一定にするためには，スイッチングレギュレタ等を用いて電力を切り刻む操作をしなければならないが，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を要し，装置が大型になり，冷却ロスが大きくなり，高価になったり，また，発電電圧を一定にするために，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，ノイズ対策が極めて大変である。
【０００３】
しかしながら，永久磁石式発電機は，磁束密度が大きいので，発電電力が大きく，効率が良いことが知られているが，負荷が小さい時にロータの回転が大きくなると，電圧が上昇し，一定電圧にすることができない。そこで，従来の高出力交流発電・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が開発された。該高出力交流発電・電動機は，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（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
また，永久磁石式発電機は，永久磁石を通過し，ステータ側に流れる磁束の大きさを減少させるため磁束制御リングを組み込み，永久磁石からステータへの磁束を制御して一定電圧にすることが考えられる。永久磁石式発電機は，永久磁石を配設したロータとステータとの間に，ステータの櫛部と同一ピッチを持った櫛歯状の回転可能な籠材から成る磁束制御リングを配設し，ロータの低速回転時ではステータの歯部即ち櫛部と磁束制御リングの歯部とを整合一致させ，ロータの高速時にはステータの歯部即ち櫛部と磁束制御リングの歯部とをずらして両者間に大きな空隙を発生させ，磁路抵抗を増加させて磁束を制御するように構成されている（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−２３６２６０号公報（第１頁，図１）
【特許文献２】
特開２００２−２８１６９５号公報（第１，２頁，図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで，永久磁石型発電機では，回転子即ちロータに用いている永久磁石の磁力を制御できないので，入力側に回転変動がない発電機には適しているが，入力側に回転変動がある場合には，発電機では回転の上昇と共に発電電圧が大きくなり，その電力を利用している負荷側の電圧が安定しないことになる。また，部分負荷の時には，発電機のインピーダンスが小さくなるため，端子電圧の上昇があり，この電圧を一定にすることが大きな課題になる。発電電圧を一定にするには，発電した電力を切り刻み，平準化させ，一定電圧にする方法が一般的であるが，発電力が大きくなると，電流の断続によって発生する突入電流が大きくなり，そのシャープな突入電流は大きなノイズとなり，制御装置を破壊させることになる。そこで，発電機について，永久磁石を組み込んだロータとステータとの間に磁束を制御する磁束制御籠を配設し，磁束制御籠とステータの歯部即ち櫛部との間に空隙を設け，磁路抵抗を大きくし，ステータ側への磁束をちいさくすることにより，発電電圧の上昇現象を抑制し，永久磁石からステータへの磁束に減磁作用を起こさせ，ステータの起電力を減少させて発電電圧を一定に保つことが考えられる。この方法では，発電電流内にリプル等のノイズ発生が全くない。
【０００７】
しかしながら，永久磁石式発電機について，ロータとステータとの間に磁束制御リング即ち磁束制御籠を配設し，ステータの櫛部と磁束制御籠の磁束制御集合部とを対応させ，櫛部と磁束制御集合部との重なり状態即ち整合状態を変更し，永久磁石からステータへの磁束を調整して発電電圧を制御する場合に，低速度でロータが回転する時，大きな電圧を得るためにはロータの極数を大きくし，巻線の巻き数を大きくする必要があり，そのためにはステータの櫛部間のスロットの数を大きくしなければ対応できない。一方，ステータの櫛部の歯数が余り多いと，櫛部に対応する磁束制御籠の磁束制御集合部の数を大きくすることになるが，それでは，櫛部に対して磁束制御集合部をずらした時のステータの櫛部と磁束制御籠の磁束制御集合部との間に生じる隙間量即ち空隙量が小さくなってしまい，磁束制御籠による磁束制御の効果を発揮させることができない。磁路抵抗を計算すると，透磁率の最も小さい物質は，空気であり，その値は，４π×１０^−７Ｈ／ｍと大きい。従って，磁路に空隙を大きく取ることが磁束制御には好ましいことになる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は，ロータとステータとの間にステータに対して回転移動する磁束制御籠を組み込み，ステータに櫛部を連繋するブリッジ部を設け，ブリッジ部より半径方向外側の櫛部に巻線を巻き上げ，ブリッジ部より半径方向内側に櫛部より数が少ない櫛部即ち集合部を形成し，ステータの集合部に対向して同数の磁束制御籠に磁束制御集合部を形成し，櫛部の数は大きくして大きな電圧を発電できるように構成し，集合部の数を少なくして集合部と磁束制御集合部との間に発生する空隙量を大きくなるように構成し，磁束制御籠による磁束制御の十分な効果を確保し，低速時には集合部の歯部と磁束制御集合部の歯部とを整合させて透磁性を良くし大きな電圧を発電可能にし，高速時の電圧上昇を抑制して，一定電圧を確保できる磁束制御型発電機を提供することである。
【０００９】
この発明は，ハウジングに回転可能に取り付けられた回転軸上に取り付けられた複数の永久磁石片から成る永久磁石部材を備えたロータ，前記ロータの外周側で前記ハウジングに固定され且つスロットによって周方向に隔置して設けられた櫛部に巻き上げられた巻線を備えたステータ，及び前記櫛部に対応する歯部を備えて前記ロータと前記ステータとの間で前記ステータに対して相対移動して磁束を制御する磁束制御籠を有する磁束制御型発電機において，
前記ステータは，前記櫛部の内周側端部をそれぞれ周方向に連繋するブリッジ部と前記ブリッジ部の内周面から内方に延び且つ前記櫛部の歯数より少ない歯数の集合部とを有し，前記磁束制御籠は，前記ステータの前記集合部の歯数に対応する前記歯部である磁束制御集合部と該磁束制御集合部をそれぞれ周方向に連繋する円筒部とを有する薄板の積層体から構成されていることを特徴とする磁束制御型発電機に関する。
【００１０】
また，この磁束制御型発電機は，前記永久磁石部材の減磁制御を効果的にするため，前記ステータの前記集合部の歯数は前記櫛部の歯数の半分に形成され，前記集合部の１個が前記櫛部の２個に対応するように形成されている。更に，前記ステータの前記櫛部の歯数を３６個形成して前記スロットを周方向に３６個形成し，前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部の歯数を１８個形成し，２個の前記櫛部に１個の前記磁束制御集合部が対応するように形成された薄板の積層体で筒状に構成されている。
【００１１】
また，この磁束制御型発電機は，前記ステータの前記集合部と前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部には周方向両端にチャンファがそれぞれ施されている。
【００１２】
この磁束制御型発電機において，前記ステータの前記集合部と前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部との先端面は同一幅に且つ前記集合部間と前記磁束制御集合部間との凹部の幅は前記先端面の幅より大きくそれぞれ形成され，前記磁束が通り易いようにする場合には前記先端面が互いに整合し，前記磁束を減磁する場合には前記先端面が互いにずれた状態であり，また，前記集合部と前記磁束制御集合部とが前記凹部の中央に位置する状態では前記集合部と前記磁束制御集合部とのそれぞれの両側に同一の空隙が形成されて前記磁束が最大に減磁されるものである。
【００１３】
前記永久磁石部材は，三相交流を発電するため，前記回転軸の周方向に６個又は１２個の前記永久磁石片が配設され，６極又は１２極に構成されている。
【００１４】
前記ステータを構成するステータコアは，前記櫛部，前記ブリッジ部及び前記集合部から成る外周側開放型のインナステータコアと，前記櫛部の外端部をそれぞれ嵌合する嵌合溝が内周面に形成された円筒状のアウタステータコアとから構成され，前記ブリッジ部の幅は前記櫛部の幅の１／５以下の寸法に形成されているものである。
【００１５】
前記ステータは，前記巻線の占積率をアップさせるため，前記インナステータコアの前記櫛部間の外側開口を通じて前記巻線を前記櫛部に巻き上げ，前記インナステータコアの外周面に前記アウタステータコアを嵌合して構成されている二体構造になっている。
【００１６】
前記ロータは，外周面を円弧面に形成した前記永久磁石片が前記回転軸の周方向に環状に固定された継鉄の外周に隣接して配設され，前記永久磁石部材を保持するため前記永久磁石部材の外周面に接して嵌合固定された保持パイプを有している。
【００１７】
前記磁束制御籠は，コントローラによって制御されるアクチュエータであるステッピングモータ又は直流モータによってウォームギヤを通じて回転し，前記集合部と前記磁束制御集合部とのクリアランスを明けて前記ステータへの磁束制御がされ，発電電圧が一定にされるものである。
【００１８】
この磁束制御型発電機は，風力発電機，或いは冷凍保冷車，油圧駆動機器搭載車，大型医療機器搭載車，電子通信機器搭載車等の自動車用発電機に適用されて好ましいものである。
【００１９】
この磁束制御型発電機は，上記のように構成されているので，ステータの櫛部の歯数を大きくして巻線の巻き数を大きくし，それによってロータが低速度で回転する時に大きな電圧を得ることを可能にでき，また，ステータの集合部の歯数を櫛部の歯数より少なくし，磁束制御籠の磁束制御集合部との間い生じる空隙を大きく確保することを可能にし，磁束制御の効果をアップさせることができる。この磁束制御型発電機は，ステータコアにブリッジ部を備えた形状にして櫛部間を外側開放型に形成したので，ブリッジ部を境界にして，多くの巻線を巻き上げるためのステータコアの櫛部の歯数より，磁束を制御するためのステータコアの集合部の歯数を少なく形成することが可能になり，ステータと磁束制御籠のクリアランスを大きくし，磁束制御の領域を大きくすることができ，磁束制御籠の回転運動だけで適正な状態に設定することができる。
【００２０】
また，この磁束制御型発電機は，特に，小型発電機に適用して好ましいものである。即ち，小型発電機では，回転子であるロータの直径が小さいので，磁束制御籠の外径も小さくなり，磁束制御籠をステータに対して揺動させた時，ステータの櫛部と集合部とを同一の歯数にすると，集合部と磁束制御籠の磁束制御集合部とをずらした場合に両者間にできるクリアランス即ち空隙が大きくならないが，この磁束制御型発電機を用いれば，ステータの集合部が櫛部より少ない歯数であるので，両者間にできるクリアランス即ち空隙が大きくなり，永久磁石部材からステータへの磁束密度の制御を容易に，確実に且つ高精度に行うことができ，磁束制御効率を向上させることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して，この発明による磁束制御型発電機の実施例を説明する。この磁束制御型発電機は，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機，ガスエンジン，ハイブリット自動車等のエンジンの出力軸に取り付けられた発電機，風力発電機，車両に搭載された補機，冷凍機，油圧駆動産業機器，大型医療機器，電子通信機器等の種々の機器を駆動する小形の発電機に適用して好ましいものである。
【００２２】
この磁束制御型発電機は，ステータ４を構成するステータコア１５の櫛部１０を流れる磁束を制御するための磁束制御籠７が設けられたものがある。この実施例では，磁束制御型発電機は，図１〜図５に示すように，ステータ４が取り付けられたハウジング１，ハウジング１に一対の軸受３７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を備えたロータ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に対して相対移動可能に取り付けられた磁束制御籠７，及び磁束制御籠７をロータ３の回転速度に応じてステータ４に対して相対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，両側の一対のハウジング本体１Ａ，１Ｂと両ハウジング本体１Ａ，１Ｂを互いに連結するボルト等から構成されている。図１では，ハウジング本体１Ａ，１Ｂ間にステータコア１５を構成するアウタステータコア１７の両端が挟み込まれている。また，アクチュエータ２５は，ハウジング本体１Ｂに設けた支持ブラケット６４に取り付けられている。
【００２３】
この磁束制御型発電機は，ロータ３を構成する回転軸２の両端が軸受３７でハウジング１に回転可能に支持されている。ロータ３は，その一端が回転軸２に形成されたねじ（図示せず）に押え板５２を介してナット５１が螺入して回転軸２に固定されている。ロータ３の他端は，軸受３７との間にスペーサ５３，５４，押え板５２等を介して回転軸２に固定されている。また，ハウジング本体１Ｂには，軸受３７によって回転可能に支持された端板６０が設けられている。磁束制御籠７は，端板６０に固定された支持ブラケット５９に取り付けられている。また，この磁束制御型発電機は，ハウジング本体１Ａ，１Ｂに設けられたフランジ部３６を介して他部品に固定されるように構成されている。
【００２４】
図１では，回転軸２には，その一端部に増速機３５を介して入力となるベルトプーリ３４が設けられている。ベルトプーリ３４には，エンジンの出力軸に取り付けられたベルトが掛けられている。図１では，回転軸２に平行に延びる入力軸４４は，ハウジング１に軸受４７によって回転可能に支持され，入力軸４４の一端にベルトプーリ３４がナット５５によって固定されている。増速機３５は，図１では，入力軸４４に設けられた入力ギヤ４６と，回転軸２の一端部に設けられて出力ギヤ４５とによって構成されている。また，冷却ファン３３は，ロータ３やステータ４で発生する熱を放熱するため，回転軸２の他端部において軸受３７との間にスペーサ５７を介在させてナット５６によって固定されている。ロータ３の透磁性部材である継鉄６には，冷却ファン３３で発生する冷却風が流れる通風孔３９（図４，図５）形成されている。ハウジング１には，冷却ファン３３で発生する冷却風が流れる通風孔３８（図１）が形成されている。
【００２５】
また，この磁束制御型発電機は，磁束制御籠７とロータ３との間には，可及的に小さい隙間４０が形成されている。ステータ４は，周方向に所定間隔のスロット１１を形成するように隔置された櫛状円筒部材であるインナステータコア１６と，インナステータコア１６に嵌合固定された薄板を積層したリング状継鉄部であるアウタステータコア１７とから成る薄板積層形のステータコア１５，及びステータコア１５に巻き上げられた巻線１８から構成されている。インナステータコア１６は，半径方向外側に設けられた櫛部１０，櫛部１０の内周側端部をそれぞれ周方向に連繋するブリッジ部１４，及び半径方向外側即ちブリッジ部１４の内周面から内方に延びる櫛部１０の歯数より少ない歯数の集合部１２を有している。巻線１８は，櫛部１０間に形成されたスロット１１に位置して櫛部１０に巻き上げられ，巻き上げられた巻線１８を成形固定するためスロット１１内に樹脂等の非磁性材６１が充填されている。
【００２６】
巻線１８は，例えば，ステータ４のステータコア１５の櫛部１０に巻き上げられた巻数の多い高電圧側巻線と，櫛部１０に巻き上げられた巻数の少ない低電圧側巻線とから構成することができる。ステータコア１５におけるスロット１１と櫛部１０との内周側には，磁束制御籠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。磁束制御籠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。
【００２７】
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３９を備えた透磁部材の継鉄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て永久磁石部材５を嵌合固定する保持パイプ２４を備えている。ロータ３は，具体的には，外面が円弧面４１に形成された永久磁石片１９が回転軸２の周方向に環状に固定された継鉄６の外周に隣接して配設され，永久磁石部材５を保持するため永久磁石部材５の外面に接して嵌合固定された保持パイプ２４を有している。永久磁石部材５は，三相交流を発電するため，例えば，回転軸２上に固定された外周面が６角形（又は，図示していないが，１２角形）の継鉄６の周方向に配設された６個（又は，図示していないが，１２個）の永久磁石片１９と，永久磁石片１９間に介在した非磁性材４２とから成り，６極又は１２極に構成されている。永久磁石片１９は，その外面が円弧面４１に且つ内面が平ら面に形成され，回転軸２の周方向に環状に固定された継鉄６の角形の外周面に接して配設されている。
【００２８】
この磁束制御型発電機は，特に，ステータコア１５の形状に特徴を有するものである。ステータ４は，巻線１８の占積率をアップさせるため，インナステータコア１６における櫛部１０の歯数が多くなるように構成されている。インナステータコア１６は，巻線１８が巻き上げられる櫛部１０，櫛部１０の内周側端部をそれぞれ周方向に連繋する幅の狭いブリッジ部１４，及びブリッジ部１４の内周面から内方に延び且つ櫛部１０の歯数より少ない歯数の集合部１２を有している。磁束制御籠７は，インナステータコア１６の集合部１２の歯数に対応する外周側の磁束制御集合部８と，磁束制御集合部８をそれぞれ周方向に連繋する内周側の円筒部９とを有する薄板を多数積層した積層体から構成されている。更に，磁束制御籠７の両端には，薄板の積層体を挟むように端部リング部材６６とリング状の端部プレート６７がそれぞれ設けられている。端部リング部材６６と端部プレート６７は，周方向に１２０°隔置して磁束制御集合部８間の凹部４３に配設された３本の非磁性材の固定用シャフトでなる支持棒６５によって溶接，ねじ等で互いに接合されている。３本の支持棒６５は，非磁性材で隔置して設けられており，誘導電流が流れないように構成されている。磁束制御籠７を構成する端部リング部材６６は，端板６０を介してアクチュエータ２５によって揺動駆動される。磁束制御籠７の円筒部９とロータ３の保持パイプ２４の外周面との間には，可及的に小さい隙間４０が形成されている。磁束制御籠７は，透磁性の珪素鋼板，ニッケル−鉄系合金板の板材を積層して構成され，板材は樹脂材又はセラミックス材の絶縁部材によって接着されている。
【００２９】
この磁束制御型発電機は，図４及び図５に示すように，例えば，永久磁石部材５の減磁制御を効果的にするため，ステータ４の集合部１２の歯数を，ステータ４の櫛部１０の歯数の半分に形成され，集合部１２の１個が櫛部１０の２個に対応するように形成されている。この磁束制御型発電機は，全体的に見れば，例えば，ステータ４の櫛部１０の歯数を３６個形成し，スロット１１を周方向に３６個形成し，また，磁束制御籠７の磁束制御集合部８の歯数を１８個形成し，２個の櫛部１０に１個の磁束制御集合部８が対応するように構成されている。また，この磁束制御型発電機では，例えば，６極，３６スロットの発電機の場合，１つの永久磁石片１９の円弧面４１が対応するインナステータコア１６の櫛部１０が６個対応して位置している。更に，少なくとも磁束制御集合部８，場合によっては，インナステータコア１６の集合部１２の歯の周方向両端にも，例えば，３０°〜４５°のチャンファ２１が施され，磁束制御籠７が移動した時，最大のクリアランス即ち空隙Ｓを明け，空隙Ｓの寸法調節を高精度に且つ確実に行うことができるようになっている。
【００３０】
この磁束制御型発電機では，ステータ４の集合部１２の先端面である内周側の内面３１と磁束制御籠７の磁束制御集合部８の先端面である外周側の外面３２とは，同一幅にそれぞれ形成され，図４に示すように，整合状態になる。また，集合部１２間の凹部１３と磁束制御集合部８間の凹部４３との幅は，磁束飽和がないように上記先端面の幅より大きくそれぞれ形成されている。永久磁石部材５からステータ４への磁束を減磁しない状態では，図４に示すように，先端面が互いに重なって整合している状態である。永久磁石部材５からステータ４への磁束を減磁する場合には，集合部１２の先端面と磁束制御集合部８の先端面とをずらすことによって達成される。また，図５に示すように，集合部１２と磁束制御集合部８とが凹部１３，４３の中央に位置する状態では，集合部１２と磁束制御集合部８とのそれぞれの両側に同一の空隙Ｓが形成され，永久磁石部材５からステータ４への磁束が最大に減磁される状態になる。この磁束制御型発電機では，例えば，空隙Ｓが１ｍｍでは１５％程度の磁束の減磁効果を達成でき，また，空隙Ｓが３ｍｍでは６０％以上の磁束の減磁効果を達成できることが，試験結果で確認された。従って，永久磁石部材５からステータコア１５への磁束の減磁効果は，集合部１２と磁束制御集合部８との間に形成される空隙Ｓを如何に大きく確保するかによって左右されることが確認された。
【００３１】
この磁束制御型発電機は，三相交流を発電するため，例えば，図４及び図５に示すように，永久磁石部材５が回転軸２の周方向に６個，又は図示していないが，１２個の永久磁石片１９が配設され，６極又は１２極に構成されている。また，ステータ４を構成するステータコア１５は，櫛部１０，ブリッジ部１４及び集合部１２から成る外周側開放型のインナステータコア１６と，櫛部１０の外周側端部６２をそれぞれ嵌合する嵌合溝２２が内周面６３に形成された円筒状のアウタステータコア１７とから構成されている。ステータ４は，巻線１８の占積率をアップさせるように巻線１８を櫛部１０に巻き上げるため，インナステータコア１６の櫛部１０間の外側開口２３を通じて櫛部１０に巻線１８を巻き上げた後に，インナステータコア１６の外周面にアウタステータコア１７を嵌合して構成されている。インナステータコア１６へのアウタステータコア１７の嵌合は，櫛部１０の端部６２をアウタステータコア１７の嵌合溝２２に挿入嵌合することによって達成される。
【００３２】
この磁束制御型発電機では，磁束制御籠７はポテンショメータ５０によってステータ４に対する位置が容易に検出され，その位置情報はコントローラに入力され，その情報に応答してコントローラによってアクチュエータ２５であるステッピングモータ３０が作動し，一種のウォームギヤ２６を通じて磁束制御籠７が回転させられ，永久磁石部材５からステータ４への磁束密度が制御がされ，発電電圧が一定にされる。アクチュエータ２５は，例えば，ステッピングモータ３０の出力軸が歯車伝達装置４８を介してウォーム軸２９を回転し，ウォーム軸２９に設けられたスクリューギヤであるウォーム２７が回転する。ウォーム軸２９は，ハウジング１の支持ブラケット６４に軸受４９を介して回転自在に支持されている。磁束制御籠７は，支持ブラケット５８，５９及び端板６０によってハウジング１に回転可能に支持されている。支持ブラケット５８には，ウォーム２７に噛み合うウォーム噛合部２８（ウォームホイールの一部）が設けられている。ウォーム２７が回転することによってウォーム噛合部２８が揺動即ち回転すると，ウォーム噛合部２８の回転に追従して磁束制御籠７がステータ４に対して回転即ち揺動することになる。
【００３３】
インナステータコア１６は，例えば，図示していないが，板材をブリッジ部１４と集合部１２となる部分を残して両側を打ち抜き，打ち抜かれた板材を円形に曲げて両端を接合して櫛状円板部材に成形し，上記櫛状円形板部材を多数積層して形成されている。ステータ４を構成するインナステータコア１６と外筒部材でなるアウタステータコア１７との嵌合面には，インナステータコア１６の櫛部１０と櫛部１０に対応する部分に嵌合溝２２を設けたアウタステータコア１７との嵌合面には，磁路抵抗を低減するためペースト状の鉄粉が流入埋設することによって良好な磁路を形成することができる。
【００３４】
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片１９と，隣接する永久磁石片１９間に介在された非磁性材４２とから構成されている。永久磁石片１９は，外面が円弧面４１且つ内面が平ら面に形成され，周方向に複数個配設されている。また，樹脂等の非磁性材は，巻線１８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，透磁性部材の継鉄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。
【００３５】
この磁束制御型発電機は，ロータ３の回転速度に応答して，コントローラ（図示せず）の指令によってアクチュエータ２５を作動して磁束制御籠７をステータ４に対して揺動させ，永久磁石部材５からステータ４への磁束を制御し，例えば，一定電圧を発電させる。即ち，この磁束制御型発電機は，コントローラの指令によって磁束制御籠７をステータ４に対して揺動させ，磁束制御集合部８の先端面の外面３２と，櫛部１０の先端面の内面３１との対向面積即ち接触面積を制御する。コントローラの指令によってアクチュエータ２５を作動して磁束制御籠７に設けたウォーム噛合部２８の支持ブラケット５８が揺動し，磁束制御籠７がステータ４に対して相対揺動すると，磁束制御集合部８の外面３２と集合部１２の内面３１との密接状態は調整され，磁束制御籠７の磁束制御集合部８からステータコア１５の集合部１２へ流れる磁束が制御されることになる。
【００３６】
例えば，コントローラは，ロータ３の低速時には，図４に示すように，アクチュエータ２５を作動して磁束制御集合部８と集合部１２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５に示すように，アクチュエータ２５を作動して磁束制御籠７を回転させ，磁束制御集合部８と集合部１２とが互いにずれて凹部１３，４３に対向するように移動させ，磁束を減磁させる制御を行い，一定電圧を発電させることができる。即ち，コントローラは，ロータ３のステータ４に対する回転速度である周波数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によって磁束制御籠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。従って，コントローラの制御によって磁束制御籠７が移動して磁束制御籠７の磁束制御集合部８がステータコア１５の櫛部１０間の凹部１３に位置した状態では，図５に示すように，集合部１２のチャンファ２１と磁束制御集合部８のチャンファ２０との間には，高精度に隙間Ｓが形成されことになり，ロータ３からステータ４へ流れる磁束は最も抑制される状態になる。
【００３７】
【発明の効果】
この発明による磁束制御型発電機は，上記のように，ステータコアを櫛部を連繋するブリッジ部を設けた形状に構成したので，櫛部と集合部との歯数を容易に異ならせることができ，即ち，ステータを櫛部を連繋するブリッジ部と該ブリッジ部から内方に延びる少ない歯数の集合部とから構成し，磁束制御籠を前記集合部の歯数に対応する磁束制御集合部と該磁束制御集合部を連繋する円筒部とから構成したので，櫛部を多く設けて低速時に大きな電圧を発電できると共に，集合部と磁束制御集合部とを大きく形成して大きな空隙を形成でき，磁束制御籠による永久磁石部材からステータへの磁束減磁を適正に容易に制御でき，例えば，発電電圧を一定電圧に容易に確実に制御することができる。それ故に，この磁束制御型発電機を用いれば，磁束制御によって電圧を一定にすることができるので，電流の断続が無く，従来の発電機のようにスイッチングレギュレータに大型のトランジスタを使用する必要がなくなり，極めて低コストで電流断続によるノイズ発生を抑制でき，発電電圧の制御装置を提供できる。従って，この磁束制御型発電機は，自動車用のエンジン，風力等の駆動系の回転数が刻々変化する自動車用発電機，風力発電機に適用して適正な電圧を発電させ，極めて低コストに製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による磁束制御型発電機の一実施例を概略的に示す断面図である。
【図２】図１の磁束制御型発電機であってファンを取り外した側面図である。
【図３】図１の磁束制御型発電機におけるアクチュエータの付近を拡大して示す側面図である。
【図４】図１の磁束制御型発電機における磁束制御籠の作動状態を示し，ステータの集合部と磁束制御籠の磁束制御集合部との整合状態の磁束を抑制しない状態を示す拡大説明図である。
【図５】図１の磁束制御型発電機における磁束制御籠の作動状態を示し，ステータの集合部と磁束制御籠の磁束制御集合部との非整合状態の磁束を減磁した状態を示す拡大説明図である。
【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 継鉄
７ 磁束制御籠
８ 磁束制御集合部
９ 円筒部
１０ 櫛部
１１ スロット
１２ 集合部
１３，４３ 凹部
１４ ブリッジ部
１５ ステータコア
１６ インナステータコア
１７ アウタステータコア
１８ 巻線
１９ 永久磁石片
２０，２１ チャンファ
２２ 嵌合溝
２３ 外側開口
２４ 保持パイプ
２５ アクチュエータ
２６ ウォームギヤ
３０ ステッピングモータ
３１ 内面
３２ 外面
４０ 隙間
４１ 円弧面
５０ ポテンショメータ
６２ 端部
６３ 内周面

Claims (11)

1. ハウジングに回転可能に取り付けられた回転軸上に取り付けられた複数の永久磁石片から成る永久磁石部材を備えたロータ，前記ロータの外周側で前記ハウジングに固定され且つスロットによって周方向に隔置して設けられた櫛部に巻き上げられた巻線を備えたステータ，及び前記櫛部に対応する歯部を備えて前記ロータと前記ステータとの間で前記ステータに対して相対移動して磁束を制御する磁束制御籠を有する磁束制御型発電機において，
   前記ステータは，前記櫛部の内周側端部をそれぞれ周方向に連繋するブリッジ部と前記ブリッジ部の内周面から内方に延び且つ前記櫛部の歯数より少ない歯数の集合部とを有し，前記磁束制御籠は，前記ステータの前記集合部の歯数に対応する前記歯部である磁束制御集合部と該磁束制御集合部をそれぞれ周方向に連繋する円筒部とを有する薄板の積層体から構成されていることを特徴とする磁束制御型発電機。
2. 前記永久磁石部材の減磁制御を効果的にするため，前記ステータの前記集合部の歯数は前記櫛部の歯数の半分に形成され，前記集合部の１個が前記櫛部の２個に対応するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁束制御型発電機。
3. 前記ステータの前記櫛部の歯数を３６個形成して前記スロットを周方向に３６個形成し，前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部の歯数を１８個形成し，２個の前記櫛部に１個の前記磁束制御集合部が対応するように形成された薄板の積層体で筒状に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の磁束制御型発電機。
4. 前記ステータの前記集合部と前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部には周方向両端にチャンファがそれぞれ施されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。
5. 前記ステータの前記集合部と前記磁束制御籠の前記磁束制御集合部との先端面は同一幅に且つ前記集合部間と前記磁束制御集合部間との凹部の幅は前記先端面の幅より大きくそれぞれ形成され，前記磁束が通り易いようにする場合には前記先端面が互いに整合し，前記磁束を減磁する場合には前記先端面が互いにずれた状態であり，また，前記集合部と前記磁束制御集合部とが前記凹部の中央に位置する状態では前記集合部と前記磁束制御集合部とのそれぞれの両側に同一の空隙が形成されて前記磁束が最大に減磁され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型発電機。
6. 前記永久磁石部材は，三相交流を発電するため，前記回転軸の周方向に６個又は１２個の前記永久磁石片が配設され，６極又は１２極に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。
7. 前記ステータを構成するステータコアは，前記櫛部，前記ブリッジ部及び前記集合部から成る外周側開放型のインナステータコアと，前記櫛部の外端部をそれぞれ嵌合する嵌合溝が内周面に形成された円筒状のアウタステータコアとから構成され，前記ブリッジ部の幅は前記櫛部の幅の１／５以下の寸法に形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。
8. 前記ステータは，前記巻線の占積率をアップさせるため，前記インナステータコアの前記櫛部間の外側開口を通じて前記巻線を前記櫛部に巻き上げ，前記インナステータコアの外周面に前記アウタステータコアを嵌合して構成されている二体構造になっていることを特徴とする請求項７に記載の磁束制御型発電機。
9. 前記ロータは，外周面を円弧面に形成した前記永久磁石片が前記回転軸の周方向に環状に固定された継鉄の外周に隣接して配設され，前記永久磁石部材を保持するため前記永久磁石部材の外周面に接して嵌合固定された保持パイプを有していることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。
10. 前記磁束制御籠は，コントローラによって制御されるアクチュエータであるステッピングモータ又は直流モータによってウォームギヤを通じて回転し，前記集合部と前記磁束制御集合部とのクリアランスを明けて前記ステータへの磁束制御がされ，発電電圧が一定にされることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。
11. 風力発電機，或いは冷凍保冷車，油圧駆動機器搭載車，大型医療機器搭載車，電子通信機器搭載車等の自動車用発電機に適用されることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の磁束制御型発電機。

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