JP2006345591A - 永久磁石式発電機における磁束制御装置 - Google Patents

永久磁石式発電機における磁束制御装置 Download PDF

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Abstract

【課題】 この磁束制御装置は,簡単な機械的装置によって回転速度に応答してステータに流れる磁束を磁路空隙の増減で制御すると共に,高速時にステータに流れる磁束を抑制して予め決められた所定の一定電圧を常に発電することができる。
【解決手段】 ステータ4の巻線14は,櫛部10に三相の出力用巻線18と逆巻きの三相の磁束制御用巻線19から構成し,磁束制御用巻線19を出力用巻線18に磁束制御用スイッチ24を介して接続する。ロータ回転数と負荷とに応答して磁束制御用スイッチ24のオン・オフ制御と磁束制御リング7の磁路空隙の制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電する。
【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機構を有する永久磁石式発電機における磁束制御装置に関する。

従来,永久磁石式発電機では,発電した電圧を所定の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するので,それらの問題を低減する対策が大変である。

また,永久磁石式発電機について,本発明者は自己電圧制御型のものを開発して先に特許出願した。該永久磁石式発電機は,コイルを発電機の外側に配置し,コイルでブレーキ電圧を発生させて常に一定電圧を発電させるものであり,巻線によって三相交流を発生させるそれぞれのU相,V相及びW相の端子に,巻線に発生する発電電圧を抑制させる巻き数に設定されたコイルがスイッチを介してそれぞれ接続されている。コイルの端子は電動機に接続されている。コイルは,継鉄に逆向きに巻き上げられて変圧器の一次側を構成し,変圧器の継鉄に巻き上げられたコイルは二次側を構成し,コイルが一定電圧を出力する出力端子に接続されている(例えば,特許文献1参照)。

また,本発明者は,永久磁石式発電・電動機として,磁束制御装置を備え,巻線として櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個の巻線群である3群の巻線群に分けられたものを開発して先に特許出願した。コントローラは,ロータの回転数に応答して筒部材のステータコア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ように制御している。コントローラは,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,そして,ステータコアに巻き上げられた分割型の巻線では,高電圧側は途中から引き出された巻線の線材から出力するように構成してロータの回転数の増加に従って巻線の巻数が減少するように制御する。また,三相交流を発生させる巻線は,1U,2U及び3U,1V,2V及び3V,及び1W,2W及び3Wが結線部においてそれぞれ直列に結線され,結線部にはラインを通じてスイッチがそれぞれ設けられている。コントローラは,ロータの回転数(RPM)に応答して,筒部材を構成する半筒部材のステータ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として得ることができるように制御する(例えば,特許文献2参照)。

また,本発明者は,発電機として2系統の電力発電特性を持つものを開発して先に特許出願した。該発電装置は,ステータが,ロータの外周との間に隙間を形成した内側円筒部,該内側円筒部上に円周方向に隔置してスロット部を形成するように立設した櫛部の先端部に位置する外側円筒部,予め決められたスロット部間に跨がって櫛部に分布巻き又は集中巻きされた少ない巻数の低電力用巻線と多い巻数の高電力用巻線とから構成された2系統の巻線,及び所定の低電力用巻線と高電力用巻線とに接続された端子を備えた端子線から構成され,ロータの極に対応する界磁極を中心に集中巻き又は分布巻きされた巻線は,発電される電圧を調整するため,ロータの回転の上昇に応じて複数個結線した直列結線を複数の並列結線に分割されており,巻線の端子線を結線する接続線にそれぞれ設けられスイッチがオン・オフによって発生する電力が調整されるものである(例えば,特許文献3参照)。
特開2003−264996号公報 特開2002−204556号公報 特開2001−298926号公報

本出願人の発明者は,永久磁石式発電機について,上記の従来の発電機の問題を解決するため,上記特許文献1〜3に示すように,ステータとロータとの間にステータに対して相対移動する磁束制御リングを配置し,磁束制御リングをステータに対して移動させ,磁束制御リングの歯部とステータの櫛部との間の磁路空隙を増減させ,それによってステータ側への磁束の流れを制御し,予め決められた所定の一定電圧を発電させることを開発した。

しかしながら,上記の永久磁石式発電機は,例えば,自動車等の移動体では,ロータは全負荷から無負荷まで変化し,その変化に対応するには,更に改善されるべき点があることが分かった。即ち,永久磁石式発電機が高速回転で回転するエンジンに用いられる場合,その回転変動の幅は10倍から15倍に達する。しかも,永久磁石式発電機の発電能力は,アイドリングから7000rpmまで非常に高いレベルを要求されるので,この間の電圧を所定の一定電圧にすることは容易ではない。従来,永久磁石の持つ磁力をロータとステータと間の空隙を設けることにより,制御していたが,限られた空隙で磁束制御を行うことには限度があった。本発明者は,この問題点を補うため,ロータの回転が大きくなった状態では,永久磁石の磁路に逆電流を流し,上記磁束制御の効果を大きくすることが電圧制御に効果的であることが分かった。

この発明の目的は,上記の問題を解決するため,ロータとステータとの間の磁路空隙を増減する磁束制御機構を設けた永久磁石式発電機において,ステータに三相の出力用巻線と巻き方向が逆に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とを巻き上げ,磁束制御用巻線には永久磁石から成るロータの磁界を遮るように逆磁界電流を発生させ,各出力ラインに設けたスイッチのオン・オフ制御によって回転数と負荷に対して予め決められた所定の一定電圧を保持することができるように構成したことを特徴とする磁束制御装置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に巻き上げ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ロータとの間に配置された磁束制御リング,及び前記ステータを通る磁束を前記ステータと前記磁束制御リングとの間の磁路空隙の増減により磁束制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において,
前記ステータの前記巻線は,前記櫛部に一方向に巻き上げられた三相の出力用巻線と前記出力用巻線とは逆方向に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とから成り,前記磁束制御用巻線の出力ラインは前記出力用巻線の出力ラインに磁束制御用スイッチを介して接続され,前記磁束制御用スイッチはロータ回転数と負荷とに応答して前記出力用巻線に逆磁界電流を流すためオン・オフされ,前記磁束制御機構の前記磁路空隙の増減制御と前記磁束制御用スイッチのオン・オフによる逆磁界電流制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする磁束制御装置に関する。

また,この磁束制御装置は,前記出力用巻線には中間部に結線する中間出力ラインが設けられ,前記出力ラインには全出力用スイッチが設けられ,前記中間出力ラインには前記全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチが設けられ,前記全出力用スイッチ,前記出力低減用スイッチ及び前記磁束制御用スイッチは前記ロータ回転数と前記負荷に応答してオン・オフ制御されるものである。

また,この磁束制御装置は,前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が部分負荷状態では,前記磁束制御用スイッチをオンして前記磁束制御リングを通じて前記ステータへの磁束の流れを抑制する前記逆磁界電流を発生させ,前記逆磁界電流は前記負荷の減少によって増大するように自動制御されるものである。

更に,この磁束制御装置は,前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が無負荷状態では,前記負荷側の抵抗が無限大になって前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に電流が流れて磁力通過を制御して発電量が減少し,次いで磁力の流れが零になって発電が停止するように自動制御されるものである。

この磁束制御装置では,前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは,前記出力用巻線のU相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のU相の出力ライン,前記出力用巻線のV相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のV相の出力ライン,及び前記出力用巻線のW相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のW相の出力ラインが接続されているものである。

また,この磁束制御装置では,前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは,磁界を作る時の遅れに対応するため,前記出力用巻線の各相の出力ラインが後続極の前記磁束制御用巻線の各相の出力ラインにそれぞれ接続されている。具体的には,前記ロータの回転がU相,W相,次いでV相の順で変化する場合には,前記出力用巻線のU相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のW相の出力ライン,前記出力用巻線のW相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のV相の出力ライン,及び前記出力用巻線のV相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のU相の出力ラインが接続されているものである。

この磁束制御装置は,上記のように構成されているので,ロータ回転数が大きく,負荷が部分負荷状態になると,スイッチをオンして磁束制御用巻線に電流が流れ,出力用巻線の発電電流が負荷側に流れると同時に,枝分かれの磁束制御用巻線に電流が流れ,それによって,磁束制御用巻線には永久磁石から成るロータの磁界を遮るように逆磁界電流が発生し,ステータに永久磁石から流入しようとする磁力を遮り,磁束を減少させて発電電圧を減少し,予め決められた所定の一定電圧に保持することができ,また,無負荷では全電流が前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に流れて自動的に発電が停止するようになる。

以下,図面を参照して,この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の実施例を説明する。この磁束制御装置は,例えば,自動車等の負荷が大幅に逐次変動する移動体に搭載されたエンジンの動力で発電する発電機に適用して好ましいものである。まず,図1を参照して,この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を説明する。この発明による一実施例を説明するのに先立って,この磁束制御装置が組み込まれた永久磁石式発電機について説明する。

この磁束制御装置が組み込まれた永久磁石式発電機は,例えば,図4〜図7に示すように,回転子のロータ3と固定子のステータ4とを収容すると共に磁路の一部を構成するハウジング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を持つロータ3,ロータ3の外周から隔置してハウジング1に固定されているステータ4,及びステータ4の内周側にステータ4に対して相対回転可能にハウジング1に絶縁軸受(図示せず)を介して回転可能に取り付けられた磁束制御リング7から成る磁束制御機構,及び磁束制御リング7をロータ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電磁弁又はモータ等のアクチュエータ25から構成されている。ロータ3の一端には,押さえ板の端板35を介して回転軸2にねじ等で固定されたストッパが位置し,他端には押さえ板の端板34を介して回転軸2にナット33が螺入され,ナット33を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る。また,回転軸2は,例えば,一端側に配置された軸受13と他端側に配置された軸受13とによって,ハウジング1に回転自在に支持されている。

この永久磁石式発電機では,ステータ4は,ハウジング1に固定され,櫛部10間にコイル即ち巻線14(総称)を巻き上げるスロット11を形成する櫛部10を備えている。ロータ3は,ハウジング1に回転可能に支持された回転軸2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20を持つ永久磁石部材5を備えている。磁束制御リング7は,ステータ4とロータ3との間の隙間22に配置され,ステータ4に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング1は,例えば,両側の一対の本体とこれらを連結する連結ボルト31から成る。また,磁束制御リング7は,例えば,絶縁材から成る絶縁軸受(図示せず)を介してハウジング1に回転自在に支持され,ステータ4に対して回転移動可能に支持されている。ステータ4は,ステータコア15とステータコア15に巻き上げられた巻線14とから構成されている。ステータコア15は,例えば,櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部10と櫛部10間に形成されたスロット11から形成されている。この永久磁石式発電機では,ステータ4の櫛部10に巻き上げられた巻線14は,例えば,U相,V相及びW相の3相電流を通電できる複数の出力用巻線18(18U,18V,18W)と磁束制御用巻線19(19U,19V,19W)とから構成されている。

磁束制御リング7は,周方向に隔置して配置され且つステータ4の櫛部10と相対する突起した歯部8の角部にチャンファ部41が設けられている。また,この永久磁石式発電機は,ステータ4における先端部のチャンファ部42と磁束制御リング7の歯部8のチャンファ部41との間の空隙,ステータ4の先端部と歯部8の底部との間の空隙,及び磁束制御リング7の歯部8の先端とステータ4のスロット11との間の空隙は,磁路空隙を形成するものである。この永久磁石式発電機は,回転軸2の回転速度に応答して磁束制御リング7を移動させてステータ4との磁路空隙を増減させてステータ4を通る磁束を制御し,予め決められた所定の一定電圧を発電させる機能を有している。また,ロータ3は,例えば,回転軸2の外周に配置された継鉄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た一種の保持パイプである補強部材16を備えている。永久磁石部材5は,周方向に隔置状態に配置され且つ軸方向に延びる永久磁石片20と,隣接する永久磁石片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,ロータ3の永久磁石部材5は,12個の円弧状の永久磁石片20を備え,永久磁石片20は周方向に約30°にわたって延びている。ロータ3の永久磁石部材5を構成する永久磁石片20は,周方向に隣接する永久磁石片20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。

この磁束制御装置を組み込んだ永久磁石式発電機は,上記のように構成されており,永久磁石片20の作用によって磁力を小さくすることができないので,高速時にロータ3とステータ4との隙間22に配設された磁束制御リング7の作動して,ステータ4の櫛部10と磁束制御リング7の歯部8との間の磁路空隙を増減することによりステータ4を通る磁束を制御するものであり,発電電圧を抑制することを図っている。しかしながら,磁束制御リング7による磁束制御量は,50〜60%であるので,例えば,1000rpmで所定の電力が出力されるようにセットされると,2000rpmまでは負荷変動,回転変動があっても自由自在に出力を得ることができる。ところが,ロータの回転が10000rpmになると,電圧は10倍になり,これを磁束制御リング7による磁束制御をしても5倍程度になる。そこで,この磁束制御装置は,磁束を減少させるため,出力用巻線18と逆に巻き上げられた磁束制御用巻線19をステータ4に配置し,磁束制御した状態で且つ高速領域でスイッチをオンさせると,部分負荷では出力側の負荷抵抗が大きくなるので,磁束制御用巻線19側に徐々に電流が流れ,逆磁界の量が自動的に増加する。そのため,部分負荷になればなるほど磁束制御用巻線19に電流が流れ,逆磁界が増すので,発電電圧が抑制され,予め決められた所定の一定電圧を保持できるようになる。

この磁束制御装置は,上記の構成において,ハウジング1に回転可能に支持された回転軸2,回転軸2に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片20を持つ永久磁石部材5を備えたロータ3,ハウジング1に固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部10に巻き上げた巻線を備えたステータ4,ステータ4に対して移動可能にハウジング1に取り付けられてステータ4を通る磁束を磁路空隙の増減により制御する磁束制御リング7を持つ磁束制御機構を有する永久磁石式発電機に適用されて好ましいものである。

図1に示すように,この磁束制御装置の一実施例は,特に,ステータ4の巻線14は,櫛部10に一方向に巻き上げられた出力用巻線18と,出力用巻線18とは逆方向に巻き上げられた磁束制御用巻線19とから成る。磁束制御用巻線19は,出力用巻線18の出力端即ち出力ライン17(17U,17V,17W)に,高速時にオンする磁束制御用スイッチ24(24U,24V,24W)を介して接続され,磁束制御機構の磁路空隙の増減制御と,磁束制御用スイッチ24のオン・オフ制御によって予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴としている。出力用巻線18は,出力用巻線18から延びる出力ライン17(17U,17V,17W)を通じてツェナダイオードから成る3相整流器23を介して負荷12に接続されている。出力ライン17(17U,17V,17W)には,磁束制御用巻線19から延びる出力ライン28(28U,28V,28W)が接続されている。図1に示す実施例では,出力用巻線18と磁束制御用巻線19とは,出力用巻線18のU相の出力ライン17Uと同時極の磁束制御用巻線19のU相の出力ライン28Uとが接続され,出力用巻線18のV相の出力ライン17Vと同時極の磁束制御用巻線19のV相の出力ライン28Vとが接続され,及び出力用巻線18のW相の出力ライン17Wと同時極の磁束制御用巻線19のW相の出力ライン28Wとが接続されているものである。

この磁束制御装置は,ステータ4の櫛部10に巻き上げられた出力用巻線18と磁束制御用巻線19とは,U相,V相及びW相から成る3相巻線に構成されている。また,この磁束制御装置は,出力用巻線18には中間部32に結線する中間出力端即ち中間出力ライン29(29U,29V,29W)が設けられている。出力ライン17(17U,17V,17W)には,全出力用スイッチ26(26U,26V,26W)が設けられ,また,中間出力ライン29には,全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチ27(27U,27V,27W)が設けられている。また,磁束制御用巻線19からの出力ライン28(28U,28V,28W)には,磁束制御用スイッチ24(24U,24V,24W)が設けられている。この磁束制御装置は,全出力用スイッチ26(26U,26V,26W),出力低減用スイッチ27(27U,27V,27W)及び磁束制御用スイッチ24(24U,24V,24W)が,ロータ3の回転数と負荷12とに応答してオン・オフ制御されるものである。

また,この磁束制御装置は,ロータ3の回転が大きく且つ負荷12が部分負荷状態では,磁束制御用スイッチ24をオンして磁束制御リング7を通じてステータ4への磁束の流れを抑制する逆磁界電流を発生させ,該逆磁界電流は負荷12の減少によって増大するように自動制御されるものである。また,この磁束制御装置は,ロータ3の回転が大きく且つ負荷12が無負荷状態では,負荷12側の抵抗が無限大になって出力用巻線18から磁束制御リング7を通じて磁束制御用巻線19に全電流が流れてステータ4側への磁束の流れが完全に停止して発電が停止するように自動制御されるものである。

この磁束制御装置は,上記の構成により,永久磁石片20から成る永久磁石部材5をロータ3に配置した永久磁石式発電機の電圧を負荷,回転が如何様に変動しても発電電圧を一定に保持することができる。永久磁石式発電機に磁束制御機構を配置しない場合には,ロータ3に配置した永久磁石片20の磁力に真っ向から対向するような磁力を磁束制御用巻線19により発生させねばならず,そのための電流が大きくなり,発熱が伴い,しかも永久磁石片20の磁力の逃げ場が無くなり,永久磁石の減磁作用が発生する。磁束制御リング7を設けた場合には,磁束制御用巻線19から発生した逆方向磁力はステータ4の内側でロータ3から流れる磁力を遮るように作用するので,ロータ3からの磁力はステータ4と磁束制御リング7との隙間22で周方向に流れ,ステータ4側に流れない。この空隙部がロータ3の磁石磁力の流れ場所を作るので,減磁の心配はなく,且つ余り大きな逆磁界電流を必要としない効果がある。

この磁束制御装置は,上記のように,永久磁石式発電機の電圧と電流特性を示すが回転が大きくなると,無負荷電圧が大きくなり,磁束制御しても所定の電圧にすることができない。この状態での部分負荷状態では負荷側の抵抗は,比較的に小さいが,無負荷では無限大になるので,磁束制御用巻線19に全電流が流れ,ステータ4側への磁力の流れを完全に止める。この逆磁界電流は,負荷12の減少に伴って増大する自動制御の特性を持つものである。図2に示すように,ロータ3の回転数が10000RPMでは,磁束制御リング7による磁束制御機構では点線で示す状態まで抑制できるが,所定の一定電圧(定格電圧)まで低減することができないので,磁束制御用スイッチ24(24U,24V,24W)をオンして点線で示す逆磁界を発生させ,それによって差し引きによって所定の一定電圧(定格電圧)まで低減することができる。ロータ3の回転数が10000RPMについても同様の制御によって所定の一定電圧(定格電圧)を確保することができる。

次に,図3を参照して,この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を説明する。図2に示す実施例では,出力用巻線18と磁束制御用巻線19とは,磁界を作る時の遅れに対応するため,出力用巻線18の各相であるU相,V相及びW相の出力ライン17U,17V,17Wが,後続極の磁束制御用巻線19の各相であるU相,V相及びW相の出力ライン28U,28V,28Wにそれぞれ接続されている。具体的には,ロータ3の回転がU相,W相,次いでV相の順で変化する場合には,出力用巻線18のU相の出力ライン17Uと後続極の磁束制御用巻線19のW相の出力ライン28Wとが接続され,出力用巻線18のW相の出力ライン17Wと後続極の磁束制御用巻線19のV相の出力ライン28Vとが接続され,また,出力用巻線18のV相の出力ライン17Vと後続極の磁束制御用巻線19のU相の出力ライン28Uとが接続されているものである。上記のように,出力用巻線18の出力ライン17と磁束制御用巻線19の出力ライン28との接続は,ステータ4に電流を流し,磁界を作る時に遅れが出るので,ロータ3の回転がU相→W相→V相と変化する時,な出力用巻線18の後に磁束制御用巻線19の後続極で逆磁界を作ってステータ4に流れ込む磁力を抑え,後半は自分の電流による磁力抑制を図ることが好ましい。

この発明による磁束制御装置は,例えば,負荷が大幅に逐次変動する自動車等の移動体に搭載されたエンジンに設けられる永久磁石式発電機に適用して好ましいものである。

この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の一実施例を示す回路図である。 図1の磁束制御装置について,電流と電圧の関係を概念的に示すグラフである。 この発明による永久磁石式発電機における磁束制御装置の別の実施例を示す回路図である。 図1の磁束制御装置を備えた永久磁石式発電機の一実施例を示す断面図である。 図4の永久磁石式発電機における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の永久磁石式発電機における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。 図1の永久磁石式発電機における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の間に空隙を無くした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。

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
7 磁束制御リング
10 櫛部
11 スロット
12 負荷
14 巻線
17,17U,17V,17W 出力用巻線用の多巻側の出力ライン
18,18U,18V,18W 出力用巻線
19,19U,19V,19W 磁束制御用巻線
20 永久磁石片
24,24U,24V,24W 磁束制御用巻線用スイッチ
26,26U,26V,26W 出力用巻線用スイッチ
27,27U,27V,27W 出力低減用スイッチ
28,28U,28V,28W 磁束制御用巻線用出力ライン
29,29U,29V,29W 中間出力ライン(出力用巻線用)
32 中間部

Claims (7)

  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に巻き上げ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ロータとの間に配置された磁束制御リング,及び前記ステータを通る磁束を前記ステータと前記磁束制御リングとの間の磁路空隙の増減により磁束制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において,
    前記ステータの前記巻線は,前記櫛部に一方向に巻き上げられた三相の出力用巻線と前記出力用巻線とは逆方向に巻き上げられた三相の磁束制御用巻線とから成り,
    前記磁束制御用巻線の出力ラインは前記出力用巻線の出力ラインに磁束制御用スイッチを介して接続され,前記磁束制御用スイッチはロータ回転数と負荷とに応答して前記出力用巻線に逆磁界電流を流すためオン・オフされ,前記磁束制御機構の前記磁路空隙の増減制御と前記磁束制御用スイッチのオン・オフによる逆磁界電流制御によって予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする磁束制御装置。
  2. 前記出力用巻線には中間部に結線する中間出力ラインが設けられ,前記出力ラインには全出力用スイッチが設けられ,前記中間出力ラインには前記全出力用スイッチのオン・オフとは逆にオン・オフする出力低減用スイッチが設けられ,前記全出力用スイッチ,前記出力低減用スイッチ及び前記磁束制御用スイッチは前記ロータ回転数と前記負荷に応答してオン・オフ制御されることを特徴とする請求項1に記載の磁束制御装置。
  3. 前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が部分負荷状態では,前記磁束制御用スイッチをオンして前記磁束制御リングを通じて前記ステータへの磁束の流れを抑制する前記逆磁界電流を発生させ,前記逆磁界電流は前記負荷の減少によって増大するように自動制御されることを特徴とする請求項1又は2に記載の磁束制御装置。
  4. 前記ロータ回転数が大きく且つ前記負荷が無負荷状態では,前記負荷側の抵抗が無限大になって前記出力用巻線から前記磁束制御リングを通じて前記磁束制御用巻線に電流が流れて磁力通過を制御して発電量が減少し,次いで磁力の流れが零になって発電が停止するように自動制御されることを特徴とする請求項3に記載の磁束制御装置。
  5. 前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは,前記出力用巻線のU相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のU相の出力ライン,前記出力用巻線のV相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のV相の出力ライン,及び前記出力用巻線のW相の出力ラインと同時極の前記磁束制御用巻線のW相の出力ラインが接続されてい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装置。
  6. 前記出力用巻線と前記磁束制御用巻線とは,磁界を作る時の遅れに対応するため,前記出力用巻線の各相の出力ラインが後続極の前記磁束制御用巻線の各相の出力ラインにそれぞれ接続されてい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装置。
  7. 前記ロータの回転がU相,W相,次いでV相の順で変化する場合には,前記出力用巻線のU相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のW相の出力ライン,前記出力用巻線のW相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のV相の出力ライン,及び前記出力用巻線のV相の出力ラインと後続極の前記磁束制御用巻線のU相の出力ラインが接続されていることを特徴とする請求項6に記載の磁束制御装置。
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