JP2006006023A - コギング防止装置を備えた発電・電動機 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発電・電動機は，簡単で安価な機械的装置によってコギングの発生を防止し，電動機と発電機との機能を発揮し，常に所定の一定電圧を発電する。
【解決手段】 ロータ２の永久磁石部材２０の外周面に設けた補強部材５は，円弧状磁性板材２２と非磁性材２３とを周方向に交互に配設して構成し，補強部材５の端部４４に磁性材でなる磁力漏洩リング６を接離可能に配設し，ロータ２の回転速度に応答して磁力漏洩リング６を補強部材５に対して接離させてコギングの発生を防止する。
【選択図】図１

Description

この発明は，ハウジングに取り付けられたステータ，ステータに対して回転する永久磁石部材を備えたロータ，及びステータに対して回転移動して空隙を増減して磁束を制御する磁束制御リングから成る発電機のコギング防止装置を備えた発電・電動機に関する。

近年，省エネルギーや環境汚染の防止に対応するため，風力発電の普及が叫ばれている。エネルギー危機が叫ばれる社会情勢の中で，我が国には風力ほど豊富に存在するものはなく，風力ほど環境汚染の少ないエネルギー源は他に無い。そこで，我が国では，風力エネルギーの利用を促進するため，風力発電機を一般家庭用として設置できる大きさに構成し，風力発電機に対する設備投資の少ない発電機を開発することが求められている。従来，永久磁石式発電・電動機は，回転子即ちロータに永久磁石を用いているので，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ようになった。

また，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，発電効率が良いことが知られているが，負荷が小さい時，又はロータの回転が大きくなる時，電圧が上昇し，一定電圧にすることができない。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，発電電圧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磁束制御リングを相対回転可能に配置し，磁路の空隙を増減する磁束制御リングに接離可能な透磁性体を設け，ステータ側への磁力の流れを減少させたものである（例えば，特許文献１参照）。

また，永久磁石式発電機は，永久磁石を通過して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している。該永久磁石式発電機は，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（例えば，特許文献２参照）。

従来，風力の変動に係わらず一定電力を発電することができる永久磁石型交流発電機を使用した風力発電装置が知られている。該風力発電装置は，永久磁石型交流発電機がプロペラによって回転駆動され，発電された電力はインバータに供給され，インバータはプロペラの回転数に比例した周波数の信号に対して所定の位相差を有する信号によって制御され，風力の変動によらず一定の電力を出力することができるように構成されている（例えば，特許文献３参照）。

また，電動・発電機として，永久磁石部材とステータコアとの間に配置した制御円筒部材をステータコアに対して相対移動させ，コギングの発生を防止すると共に高速時低トルク化を図ったものが知られている。該電動・発電機は，ステータの内周側に相対回転可能にハウジングに回転可能に取り付けられた透磁部と非透磁部とが円周状に順次配置した制御円筒部材と，制御円筒部材を回転子に応じてステータに対して相対移動させるステッピングモータを備えており，停止させる場合に，制御円筒部材の透磁部をステータコアの間隙の中央に移動させてステータコアの歯部に対してブリッジ状態に位置させ，永久磁石部材からの磁力をステータの周方向に均一に流してコギングの発生を防止するものである（例えば，特許文献４参照）。

また，低速トルクを増大すると共に高速トルクを抑制する電動・発電機が知られている。該電動・発電機は，回転子に透磁部材を設けて半径方向の磁力をスムースに流すものであり，回転軸上の回転子，ステータ，回転子の両端側に配設された電磁石から構成されている。回転子は，回転軸上の透磁部材，透磁部材上の磁路コア，磁路コア上の永久磁石部材から成る。透磁部材は，永久磁石部材の外周面まで延びる中央積層板材とその両側の側部積層板材から構成され，電磁石は，回転子の両端に配設された電磁石コアと磁路ケースに固定された電磁石コイルから構成されている。コントローラは，低速時に電磁石に通電して磁力を発生させて低速トルクを増大させると共に，回転軸を停止又は始動させる時に電磁石コイルに逆方向に通電し，永久磁石部材により発生する磁力を打ち消す方向に電磁石により発生する磁力を発生させ，回転子のコギングを防止するように制御する（例えば，特許文献５参照）。
特開平７−２３６２６０号公報（第１頁，図１） 特開２００２−２８１６９５号公報（第１，２頁，図１） 特開２００１−１９００９６号公報（第１頁，図１） 特開２０００−２６１９８８号公報（第１頁，図１） 特開２０００−２６１９９４号公報（第１頁，図２）

ところで，永久磁石式発電・電動機を風力発電機等に用いる場合に，永久磁石がステータの磁路に拘束されるため起動トルクが大きく，風車が回転できないという問題が発生する。即ち，永久磁石式発電・電動機では，回転軸の回転速度が小さい時，言い換えれば，風速が小さい時に風力で回転軸を回転させようとする場合に，ロータの永久磁石が吸着されて起動トルクが極めて大きいので，回転を開始できずに停止状態が続く現象を起こしてしまう。風が強くなって回転軸の回転速度が所定の回転速度になると，回転軸は起動トルクに打ち勝って回転をスムーズにできるようになる。また，永久磁石式発電・電動機では，上記の現象は，永久磁石が外側ステータの櫛歯と磁路を作り，隣の磁路に移動する時，吸着力が働くため発生するものである。永久磁石式発電・電動機において，上記吸着力による回転変動は，発電機のコギング現象と呼ばれ，該コギングを取り除くために，ステータの櫛歯を斜めにしたり，ステータに逆磁界をかけたり，様々な手段が採られているが，必ずしも効果的でない。

また，永久磁石式発電・電動機は，例えば，発電した電力が電動機に送られる場合には，電圧が変動してもその機能を十分に発揮することができるが，市街電源と連結するような風力発電機に適用される場合には，風力が変動した時，電圧が変化することになり，例えば，風力が極低速の時に発電された電力が低電圧となり，また風力が高速の時に発電された電力が数倍の電圧になり，そのため風力の変動の下で，発電電圧を一定電圧に安定させるためには発電電圧を揃える操作をしなければならない。従来の永久磁石式発電機では，発電した電圧を一定電圧にするためには，スイッチングレギュレタ等を用いて電流を切り刻む操作をしなければならないが，大電圧及び／又は大電流をオン・オフするためには大型のパワートランジスタが必要になり，装置が大型化し，冷却損失が大きくなり，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，ノイズを発生させたり，それらの問題を低減する対策が大変である。

我国の風力発電の目標は，２０１０年までに３００万ｋｗ，２０３０年に６０００万ｋｗ，２０５０年に６００００万ｋｗと１次エネルギーの２０％の導入を計画している。しかしながら，風力発電の普及は，５００ｋｗクラス以上の大型機を中心に策定され，平均風速６ｍ／ｓ以上の地域への設置を中心とし，その容量は約２２０万ｋｗと見積もられ，平均風速を５ｍ／ｓ以上の地域に条件を広げた場合でも，約２５０万ｋｗと算出されている。大型機を中心とした風力発電機の導入では，その電力量を２０１０年の目標値に到達させることが不可能である。また，小型風力発電機を必要とするユーザーは，オランダと同様に，山間部の農家，海岸沿いに家を構える一般家庭，都市部では規模の小さい１０階建てほどのビルオーナーであり，その電力消費量は１日当たり２０〜３０ｋｗｈ，維持電力０．５ｋｗ程であり，必要となる発電出力は約４〜５ｋｗである。風速１０ｍ／ｓで４ｋｗ以上発電できる翼径は従来型ランデル型発電機では７．５ｍ以上を必要とする。小型発電機は大型発電機の設置に要する配線／配電の費用が少ないので，インフラが困難である中国，東南アジア地区への普及も進展すると予想される。

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，ロータに取り付けられている永久磁石の磁力をその外側に設けられた補強材の材質を透磁性材と非透磁性材の複合材で構成すると共に，該複合材の外周又は内周に透磁性材の円筒部材即ちリングを置き，リングを出し入れすることにより，磁路の漏洩部を作り，ステータ側に磁力が流れないようにすることにより，コギング現象を低減すると共に，ステータと回転変動するロータとの間にステータに対して回転移動する磁力漏洩リングを配置し，ステータに複数のコイルを巻き上げ，風力発電機の低速時，中速時及び高速時に応答して，磁束制御リングをステータに対して回転移動させて磁束制御リングとステータとの間に磁路空隙を作り，その空隙量を制御して予め決められた所定の一定電圧を得るように制御すると共に極低速時の回転変動であるコギングを防止するコギング防止装置を備えた発電・電動機を提供することである。

この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部間のスロットを通して前記櫛部に巻き込まれた巻線を備えたステータ，前記ステータに対して移動可能に前記ハウジングに取り付けられて前記ステータを通る磁束を空隙の増減により制御する磁束制御リングを有する発電・電動機において，前記永久磁石部材の外周に取り付けられた磁路形成可能な補強部材，前記補強部材の端部に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング，及び前記ロータの所定の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させる接離駆動手段を有することを特徴とする発電・電動機に関する。

また，前記磁路形成可能な補強部材は，前記永久磁石片に接触する部分に配置された透磁性のよい材料から成る円弧状磁性板材と，前記磁性板材間の前記永久磁石片の境界部分に配置された非磁性材とが周方向に交互に配設接合されて円筒状に形成されている。

また，前記接離駆動手段は，前記ハウジングに固定された支持リング，前記支持リングに摺動自在に取り付けられた非磁性材でなる移動リング，前記磁力漏洩リングを前記移動リングに回転自在に支持する移動軸受，及び前記移動リングを前記支持リングに対して摺動させる移動手段を有するものである。

この発電・電動機は，前記回転軸が予め決められた回転速度に達するまで前記磁力漏洩リングを前記補強部材に接触させて前記ロータのコギングの発生を防止するものである。

また，この発電・電動機は，前記回転軸の回転速度に応答して，前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させるように移動させて前記ステータ側に流れる磁力を制御すると共に，前記磁束制御リングを移動させて前記ステータとの空隙を増減させて前記ステータを通る磁束を制御して予め決められた所定の一定電圧を発電させるものである。

この発電・電動機において，前記磁力漏洩リングは，透磁率のよい低炭素鋼，Ｓｉ含有率の高い珪素鋼板，Ｎｉ含有率の高いパーマロイ等の磁性材料から成り，前記永久磁石片の厚さの１／３以上の厚さに形成され，幅は前記永久磁石片の全長の１５％以上の長さに形成されている。

この発電・電動機において，前記補強部材は，前記円弧状磁性板材が透磁性の良いＳＵＳ４３０から形成され，前記非磁性材が透磁性の悪いＳＵＳ３０４から形成され，前記永久磁石片の厚さの１／３以上の厚さに形成され互いに溶接接合されている。

また，この発電・電動機は，前記回転軸の回転速度が大きくなって予め決められた回転速度以上の時に，前記ステータ側への磁力の流れを低減するため，前記磁力漏洩リングを前記補強部材に接触させるように移動させるものである。

このコギング防止装置を備えた発電・電動機は，上記のように構成されているので，前記回転軸の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させるように移動させて前記ステータ側に流れる磁力を制御すると共に，前記磁束制御リングを移動させて前記ステータとの空隙を増減させて前記ステータを通る磁束を制御して予め決められた所定の一定電圧を発電させることができる。また，このコギング防止装置を備えた発電・電動機は，例えば，微風であってロータが回転可能であるが起動トルクが大きく起動できない状態では，磁力漏洩リングを補強部材に接触させて磁力を逃がして永久磁石の吸着力が発生しないようにしてロータを回転させ且つコギングが発生しないようにスムーズに回転させ，所定の風力になった時点で磁力漏洩リングを補強部材から離間させて磁力をステータ側に流して発電させ，風車が回転できないという問題の発生を回避し，また，強風になってロータが高速回転になると，磁力漏洩リングを補強部材に接触させて所定の一定電圧を発電するように制御することができる。

以下，図面を参照して，この発明によるコギング防止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。この発電・電動機は，例えば，回転軸１０を風力発電機の風車，自動車のエンジン，排気タービン，蒸気タービン，燃焼器等の駆動源に連結し，回転軸１０に固定してロータ２を回転駆動して発電したり，電動機として機能させるものである。

この発電・電動機は，回転子のロータ２と固定子のステータ１とを収容すると共に磁路の一部を構成するハウジング４，ハウジング４に一対の軸受１１を介して回転可能にそれぞれ支持されている回転軸１０，回転軸１０に固定されている永久磁石部材２０を持つロータ２，ロータ２の外周から隔置してハウジング４に固定されているステータ１，及びステータ１の内周側にステータ１に対して相対回転可能にハウジング４に絶縁軸受１７を介して回転可能に取り付けられた磁束制御リング３，及び磁束制御リング３をロータ２の駆動状態に応じてステータ１に対して相対移動させる電磁弁又はモータ等のアクチュエータ，図ではモータ２１と伝達ギヤ１８から構成されている。ロータ２の一端には，押さえ板の端板３５を介して回転軸１０に設けられたねじに固定ナット３６が螺入され，他端には押さえ板の端板３４が回転軸１０に固定され，固定ナット３６を締め付けることによってロータ２が回転軸１０の所定位置に固定されている。また，回転軸１０は，例えば，一端側の段部４０に配置された軸受１１と他端側の段部４１に配置された軸受１１とによって，ハウジング４の本体３７に回転自在に支持されている。

この発電・電動機では，ステータ１は，ハウジング４に固定され，櫛部１５間にコイル即ち巻線１３を巻き上げるスロット１４を備えている。ロータ２は，ハウジング４に回転可能に支持された回転軸１０に固定され且つ周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２５を持つ永久磁石部材２０を備えている。磁束制御リング３は，ステータ１とロータ２との間の隙間３９に配置され，ステータ１に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング４は，例えば，両側の一対の本体３７とこれらを連結する連結ボルト３８から成る。また，磁束制御リング３は，例えば，図示のように，絶縁材から成る絶縁軸受１７を介してハウジング４に回転自在に支持され，ステータ１に対して回転移動可能に支持されている。

ステータ１は，ステータコア１２とステータコア１２に巻き上げられた巻線１３とから構成されている。ステータコア１２は，例えば，積層薄板等から形成されたインナステータコアを構成する櫛状円筒部材４３と，櫛状円筒部材４３の櫛部１５の外周部に嵌合固定されたアウタステータコアを構成するリング状継鉄部材４２とから構成されている。櫛状円筒部材４３は，外周部に櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１５，櫛部１５間に形成されたスロット１４，隣接する櫛部１５を連結するため周方向に延びるブリッジ部１６，及びブリッジ部１６から内向きに延びる周方向に凹部３３を形成して隔置した櫛状先端部３０から形成されている。この発電・電動機では，ステータ１の櫛部１５に巻き上げられた巻線１３は，例えば，Ｕ，Ｖ及びＷ相の３相電流を通電できる複数の巻線から構成されている。

磁束制御リング３は，周方向に隔置して配置され且つステータ１の櫛部１５と相対する突起した歯部２８の角部にチャンファ部３１が設けられると共に，歯部２８の凹部２９の底部間にチャンファ部３１間の空隙より小さい空隙が設けられている。また，この発電・電動機は，ステータ１における先端部３０のチャンファ部３２と磁束制御リング３の歯部２８のチャンファ部３１との間の空隙，ステータ１の先端部３０と歯部２８の底部との間の空隙，及び磁束制御リング３の歯部２８の先端とステータ１のブリッジ部１６との間の空隙は，磁路空隙を形成するものである。

ロータ２は，例えば，回転軸１０の外周に配置された継鉄１９，継鉄１９の外周面に配置された永久磁石部材２０，及び永久磁石部材２０の外周面に固定された一種の保持パイプである補強部材５を備えている。永久磁石部材２０は，周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片２５と，隣接する永久磁石片２５間に介在された非磁性材２６とから構成されている。また，ロータ２の永久磁石部材２０は，図３では１２個の円弧状の永久磁石片１９を備えており，３０°に相当している。ロータ２の永久磁石部材２０を構成する永久磁石片２５は，周方向に隣接する永久磁石片２５が交互に異なった磁極即ちＮ極とＳ極とが交互に配置されるように配列されている。

このコギング防止装置を備えた発電・電動機は，特に，上記の構成において，永久磁石部材２０の外周に接して取り付けられた磁路形成可能であり且つロータ２の補強を兼ねた補強部材５，補強部材５の端部４４に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング６，及びロータ２の所定の回転速度に応答して磁力漏洩リング６を補強部材５に対して接離させる接離駆動手段を有することを特徴としている。補強部材５は，永久磁石片２５の部分の外周に接して配設された周方向に隔置した円弧状磁性板材２２と，隣接する永久磁石片２５の境界部分に接して配設された介在した非磁性材２３とが周方向に交互に配設接合されている。接離駆動手段は，図１及び図２では，ハウジング４に固定された支持リング２４，支持リング２４に摺動自在に取り付けられた非磁性材でなる移動リング８，磁力漏洩リング６を移動リング８に回転自在に支持する移動軸受９，及び移動リング８を支持リング２４に対して摺動させる移動手段を有するものである。移動手段は，実施例では，移動リング８に大きなリードで形成された螺旋ねじ４５に螺入している移動スクリュー７を持ったモータ２１から形成されている。接離駆動手段としては，移動スクリュー７を持ったモータ２１で構成することに限らず，磁力漏洩リング６を補強部材５に対して相対摺動させる機能を有する如何なる手段，例えば，ラック・ピニオン，プランジャ，流体圧を用いるシリンダ，電磁力等を用いて構成することができる。

この発電・電動機は，回転軸１０が回転開始即ちスタート時から予め決められた回転速度に達するまで磁力漏洩リング６を補強部材５に接触させて，永久磁石部材２０の永久磁石片２５からの磁力を補強部材５の磁性板材２２を通って磁力漏洩リング６へ通し，次いで他の磁性板材２２から他の永久磁石片２５へ通して磁力を漏洩させ，永久磁石片２５の吸着力を発生させずに，ロータ２をスムーズに回転させて起動時のロータ２のコギングの発生を防止する。この発電・電動機は，例えば，風力発電機に適用された場合に，風力が微風であると，起動トルクを乗り越えて始動できないが，永久磁石片２５の吸着力を漏洩させることによって，永久磁石片２５の吸着力が減じて微風であってもロータ２をスムーズに回転させることができる。回転軸１０の回転速度が上昇すると，ロータ２の起動トルク以上になるので，その時点で磁力漏洩リング６を補強部材５から引き離し，永久磁石片２５の磁力をステータ１側に通し，発電させることができる。

また，この発電・電動機は，回転軸１０の予め決められた回転速度以上，即ち，高速回転する時に，磁力漏洩リング６を補強部材５に接触させ，永久磁石片２５の吸着力を漏洩させることによって，発電機能を停止させ，予め決められた一定電圧以上になることを防止する。この発電・電動機は，発電機能が停止すると，予め決められた一定電圧へと低下するので，再び磁力漏洩リング６を補強部材５から引き離し，永久磁石片２５の磁力をステータ１側に通して発電させ，それと共に，磁束制御リング３を機能させて磁力を制御して予め決められた一定電圧を発電させるものである。この発電・電動機は，例えば，風力が強風である時には，ロータ２が高速回転して暴走し，予め決められた所定の一定電圧以上に上昇し，一定電圧に制御できないので，その時には磁力漏洩リング６を補強部材５に接触させ，永久磁石片２５からの磁力を上記のように漏洩させ，発電機能を停止させ，回転軸１０の回転速度が低下すれば，再び磁力漏洩リング６を補強部材５から引き離して磁束制御リング３と共働して電圧制御を行う。

この発電・電動機において，磁力漏洩リング６は，例えば，透磁率のよい低炭素鋼，Ｓｉ含有率の高い珪素鋼板，Ｎｉ含有率の高いパーマロイ等の磁性材料から構成されているものである。また，磁力漏洩リング６は，例えば，永久磁石片２５の厚さの１／３以上，好ましくは１／２以上の厚さに形成され，また，長手方向の長さ即ち幅が永久磁石片２５の全長の１５％以上の長さに形成されることにより，補強部材５と同様に，磁路としての機能を十分に果たすことができる。また，補強部材５については，円弧状磁性板材２２は，例えば，透磁性の良いＳＵＳ４３０から形成され，また，磁性板材２２間に介在した非磁性材２３は，透磁性の悪いＳＵＳ３０４（オーステナイト・ステンレス）から形成されている。更に，補強部材５は，例えば，永久磁石片２５の厚さの１／３以上，好ましくは１／２以上の厚さに形成されることにより，磁路としての機能を十分に果たすことができる。

更に，この発電・電動機は，磁束制御リング３をステータ１に対して回転移動させて磁束制御リング３とステータ１との間の空隙量を制御し，予め決められた一定の発電電圧を得るように制御できることを特徴としている。磁束制御リング３を回転駆動するアクチュエータは，電磁弁や，図示のようにモータ２１で構成されるが，例えば，モータ２１の場合には，モータ２１の出力軸４６に伝達ギヤ１８を介して磁束制御リング３の一端に設けられた揺動用レバー４７を揺動させれば，磁束制御リング７をステータ１に対して揺動させることができる。又は，アクチュエータとして電磁弁に形成した場合には，例えば，ロッドの先端を磁束制御リング３の一端から延出したバーに固定し，電磁弁を作動してロッドを進退させ，バーを介して磁束制御リング３を回転移動させればよいが，この場合には，リターンスプリングを設けて電磁弁の付勢が解除されると磁束制御リング７を元の位置に復帰させるように構成することが好ましい。

コントローラは，ポジションセンサによって磁束制御リング３の複数位置を選定し，磁束制御リング３を僅かな回転移動させる制御をするように構成できる。磁束制御リング３は，僅かな正転又は逆転をし，櫛状歯部２８と非透磁部の凹部２９との位置がステータ１における先端部３０に対して移動するものであり，例えば，ポジションセンサによって位置を確かめ，磁束制御リング３を所望の位置に停止させることができる。また，磁束制御リング３には，リターンスプリングが設けられているので，磁束制御リング３はアクチュエータの作動に応じて常にステータ１に対する位置が定まる状態になる。

磁束制御リング３は，周方向に隔置して配置され，ステータ１の櫛部１５間のスロット１４の幅より小さい幅を有する断面四角形状の櫛状歯部２８，隣接する櫛状歯部２８を連繋するリング部２７，櫛状歯部２８間に形成された非透磁部の凹部２９が周方向に順次配置され，全体として円筒状に形成されている。磁束制御リング３の櫛状歯部２８の周方向の幅は，ステータ１を構成するステータコア１２の櫛部１５間のスロット１４の幅より小さい幅に設定されている。また，磁束制御リング３の歯部２８の両角部には断面四角形の半径方向外周側にチャンファ部３１が形成され，ステータ１の櫛部１５の両角部にはチャンファ部３２が形成されている。

この発電・電動機は，図３及び図４に示すように，磁力漏洩リング６の機能に加えて，磁束制御リング３のステータ１に対する移動によって磁束制御リング３の歯部２８とステータ１の先端部３０との間に形成される空隙が増減し，ステータ１に流れる磁束が制御される機能を兼ね備えたものである。この発電・電動機は，ステータ１における先端部３０が磁束制御リング３の歯部２８に整合するように位置している時には，ステータ１側への磁束は抑制されることがなく，ロータ２の回転によって予め決められた所定の一定電圧が発電する。図５に示すように，磁束制御リング３がステータ１に対して揺動移動し，磁束制御リング３の歯部２８がステータ１の先端部３０間の凹部３３に位置するように移動した時には，歯部２８がステータ１のスロット１４に対応する位置ではチャンファ部３１と３２との間に予め決められた所定量のクリアランス即ち磁路空隙が形成され，ステータ１側への磁束が抑制されることになる。磁束制御リング３，アクチュエータによって回転移動が制御される時には，磁束制御リング３に移動方向の上下流の一方のクリアランスと他方のクリアランスとは同程度のクリアランス量に制御されるように設定されている。磁束制御リング３の外周面は，ステータ１の櫛部１５の内周面に密接して摺動可能であり，ステータ１に対して相対回転可能に配置され，磁束制御リング３をアクチュエータによってステータ１に対して相対的に僅かに回転させて磁束制御リング３のステータ１に対する位置を変更させてステータ１の櫛部１５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。

この発明によるコギング防止装置を備えた発電・電動機は，例えば，風力発電機，自動車用発電機，産業用発電機，排気タービン，蒸気タービン，燃焼器等の駆動源等の発電・電動機として使用して好ましく，また，乗用車，冷凍車，ハイブリッド車等の移動体等の出力軸が回転変動するエンジンに適用して好ましく，発電された電力は，各種機器の駆動，電灯，照明等の一般消費電力として，或いは自動車等の電子機器，補機等で消費するのに適用できる。

この発明によるコギング防止装置を備えた永久磁石式発電・電動機の一実施例を示し，磁力漏洩リングを補強部材に接触させて磁力を磁力漏洩リングへ流し，例えば，微風でもロータをスムースに回転させる状態を示す軸方向の断面図である。 図１の発電・電動機において，磁力漏洩リングを補強部材から離して磁力をステータ側に流して所定の電圧を発電させる状態を示す軸方向の断面図である。 図１の発電・電動機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。 図１の発電・電動機におけるＢ−Ｂ断面をハウジング，移動軸受，移動リング及び支持部材を除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを対応させて磁束を抑制していない状態を示す軸方向の断面図である。 図１の発電・電動機におけるＢ−Ｂ断面をハウジング，移動軸受，移動リング及び支持部材を除いた状態で示し，ステータの櫛部と磁束制御リングの歯部との間に空隙を形成し，磁束を抑制している状態を示す軸方向の断面図である。

符号の説明

１ ステータ
２ ロータ
３ 磁束制御リング
４ ハウジング
５ 補強部材
６ 磁力漏洩リング
７ 移動スクリュー
８ 移動リング
９ 移動軸受
１０ 回転軸
１３ 巻線
１４ スロット
１５ 櫛部
２０ 永久磁石部材
２１ モータ
２２ 磁性板材
２３ 非磁性材
２４ リング状支持部材
２５ 永久磁石片

Claims (8)

1. ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部間のスロットを通して前記櫛部に巻き込まれた巻線を備えたステータ，前記ステータに対して移動可能に前記ハウジングに取り付けられて前記ステータを通る磁束を空隙の増減により制御する磁束制御リングを有する発電・電動機において，前記永久磁石部材の外周に取り付けられた磁路形成可能な補強部材，前記補強部材の端部に接離可能に配置された磁性材でなる磁力漏洩リング，及び前記ロータの所定の回転速度に応答して前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させる接離駆動手段を有することを特徴とする発電・電動機。
2. 前記補強部材は，前記永久磁石片に接触する部分に配置された透磁性のよい材料から成る円弧状磁性板材と，前記磁性板材間の前記永久磁石片の境界部分に配置された非磁性材とが周方向に交互に配設接合されて円筒状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の発電・電動機。
3. 前記接離駆動手段は，前記ハウジングに固定された支持リング，前記支持リングに摺動自在に取り付けられた非磁性材でなる移動リング，前記磁力漏洩リングを前記移動リングに回転自在に支持する移動軸受，及び前記移動リングを前記支持リングに対して摺動させる移動手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発電・電動機。
4. 前記回転軸が予め決められた回転速度に達するまで前記磁力漏洩リングを前記補強部材に接触させて前記ロータのコギングの発生を防止することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電・電動機。
5. 前記回転軸の回転速度に応答して，前記磁力漏洩リングを前記補強部材に対して接離させるように移動させて前記ステータ側に流れる磁力を制御すると共に，前記磁束制御リングを移動させて前記ステータとの空隙を増減させて前記ステータを通る磁束を制御して予め決められた所定の一定電圧を発電させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電・電動機。
6. 前記磁力漏洩リングは，透磁率のよい低炭素鋼，Ｓｉ含有率の高い珪素鋼板，Ｎｉ含有率の高いパーマロイ等の磁性材料から成り，前記永久磁石片の厚さの１／３以上の厚さに形成され，幅は前記永久磁石片の全長の１５％以上の長さに形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項に記載の発電・電動機。
7. 前記補強部材は，前記円弧状磁性板材が透磁性の良いＳＵＳ４３０から形成され，前記非磁性材が透磁性の悪いＳＵＳ３０４から形成され，前記永久磁石片の厚さの１／３以上の厚さに形成され互いに溶接接合されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の発電・電動機。
8. 前記回転軸の回転速度が大きくなって予め決められた回転速度以上の時に，前記ステータ側への磁力の流れを低減するため，前記磁力漏洩リングを前記補強部材に接触させるように移動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電・電動機。

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