JP2014027715A

JP2014027715A - 永久磁石式発電機

Info

Publication number: JP2014027715A
Application number: JP2012163875A
Authority: JP
Inventors: Toshihiro Ishii; 敏弘石井; Shinichi Tsukioka; 真一月岡; Hiroshi Kobayashi; 寛小林
Original assignee: KODAI HITEC KK; Japan Metal Gasket Co Ltd
Current assignee: KODAI HITEC KK; Japan Metal Gasket Co Ltd
Priority date: 2012-07-24
Filing date: 2012-07-24
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-07-24
Also published as: JP6058931B2

Abstract

【課題】
回転子に永久磁石を配置した発電機において、高回転でも低回転でも安定した電圧を得ることが出来る効率の良い発電機を提供する。
【解決手段】
永久磁石からなる回転子、ステータ及び整流回路を備える永久磁石式発電機において、前記ステータはｎ相（ｎは２以上の整数）に区分され、前記各相には、それぞれｍ個（ｍは２以上の整数）の巻線が直列に配置され、総計ｎ×ｍ個の巻線が前記ステータに配置されており、前記整流回路は、直列につないだ２個のダイオードを並列にｍ個接続された複数の整流器を備えており、前記複数の各整流器は、それぞれ前記各相の異なる数の直列接続された巻線と接続されるように、それぞれ前記巻線の分岐点又は前記巻線の直列接続の末端と接続されており、前記各整流器のプラス極側及びマイナス極側はそれぞれスイッチを介して出力端子と接続されていることを特徴とする永久磁石式発電機。
【選択図】図４

Description

本発明は、永久磁石式回転子と複数の巻線が配置されるステータからなる永久磁石式発電機に関する。

自動車用の発電機としては界磁に電磁石を用いた発電機がよく使われている。回転子（ロータ）の電磁石のコイルに流れる電流を制御することにより回転子の磁界を変化させ、外周に配置された巻線の発電量を調整するものである。たとえばこの種の発電機は輸送トラックの冷凍機においてコンプレッサー駆動用の電力をつくるために使われる。
しかしながら、従来の発電機は回転子の電磁石のコイルにも電流を流すので電力を消費してしまい効率がそれほど高くないことが問題となる。特に冷凍機のコンプレッサーは電力消費量が大きいためアイドリング時にはエンジンに対する負荷が大きく、冷凍機のコンプレッサーの出力を小さなものにせざるを得ない。その結果、外気温が高い真夏では冷凍機の冷却性能が不足するといった問題が生じていた。さらに回転子の接点（ブラシ）が磨耗するので定期的な保守が必要であった。

一方、昨今では強力な磁界を持つネオジム磁石が比較的安価に製造されるようになったことから、回転子に永久磁石を用いることにより上記のような従来の電磁石式発電機の課題を解決できるものとして注目されている。
しかしながら、従来の発電機では回転子の電磁石のコイルに流す電流の量を変化させて磁界の大きさを変えることで発電量を調整できるが、永久磁石を用いた回転子では磁界の大きさを変えられないため発電量を調整できないという問題があった。すなわち永久磁石式発電機の電力は回転数に比例するので、低い回転数では電圧が低く、高い回転数では電圧が高くなり、どんな回転数でも一定となるような電圧を得ることが難しかった。

このような問題に対して、特許文献１では複数の巻線の接続がスイッチングリレーを介してそれぞれ独立的に分離され、回転数に応答してスイッチングリレーをオン・オフ制御し直列に接続する巻線の数を減少させて制御する永久磁石式発電機が提案されている。しかし、スイッチングリレーのオン・オフによって直列に繋いだ巻線の数が変わるため、大きな電圧の変化が生じてしまう。図５は従来（特許文献１）の発電機の回転数と電圧の関係を示しており、直列に繋げた巻線の数に対応する低回転域（３連）、中回転域（２連）、高回転域（１連）の３つの領域を推移する階段状のグラフが示されている。

図５において、例えば、エンジンの回転数を０から３０００ｒｐｍまで上げ電圧が最大３００Ｖとなるように直列に繋いだ巻線の数を変化させるとき、２連から１連の境界で最小１５０Ｖ程度の電圧となる。したがって出力される電圧の範囲が約１５０〜３００Ｖであり電圧の変化の幅が大きい。このように、従来の技術では大きな電圧の変動幅でも使える高価な安定化電源が必要であった。

特開２００２−１７１７３４号公報

本発明は、上記した点を鑑みてなされたものであって、回転子に永久磁石を配置した発電機において、高価な安定化電源を必要とせずに、高回転でも低回転でも安定した電圧を得ることが出来る効率の良い発電機を提供することを目的とする。

本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）永久磁石からなる回転子、ステータ及び整流回路を備える永久磁石式発電機において、前記ステータはｎ相（ｎは２以上の整数）に区分され、前記各相には、それぞれｍ個（ｍは２以上の整数）の巻線が直列に配置され、総計ｎ×ｍ個の巻線が前記ステータに配置されており、前記整流回路は、直列につないだ２個のダイオードを並列にｍ個接続された複数の整流器を備えており、前記複数の整流器は、前記各相の直列接続された巻線のうち異なる巻線数が接続されるように、それぞれ前記巻線の直列接続の分岐点又は末端と接続されており、前記各整流器のプラス極側及びマイナス極側はそれぞれスイッチを介して出力端子と接続されていることを特徴とする永久磁石式発電機。

（２）前記整流器の個数は、前記各相に配置される巻線の数と同じｍ個であることを特徴とする上記（１）に記載の永久磁石式発電機。
（３）前記回転子は中心に配置され、前記ステータは外周部に配置され、前記ｎは３、前記ｍは３である上記（１）または（２）に記載の永久磁石式発電機。
（４）前記巻線の巻数が巻線によって異なることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の永久磁石式発電機。
（５）前記ｎは３、前記ｍは４であって、三相における４個の巻線の巻き数の比率がそれぞれ２：２：１：１であることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式発電機。

本発明の永久磁石式発電機によれば、ステータの各相に直列接続された巻線の数を自由に選択することができるため、より多くの段数をもった出力が可能で、低回転から高回転にわたって狙い値に近い電圧を得ることができる。また、スイッチのオン・オフ前後の電圧の変化が少ないため、高回転でも低回転でも安定した電圧を得ることが出来る。したがって、回転数の変動や消費電力の変動があった場合に、多くの組み合わせのなかからより適切な電圧を得ることが出来る。また、高価な安定化電源が必要とならず、整流器に入力される電圧の変化量も緩やかになることから耐圧の低い安価なダイオードを採用することができる。さらに電気的な接触点となるブラシも不要なため定期的な交換も必要がない。

本発明の実施態様の永久磁石式発電機の断面図を示す。本発明の実施態様の永久磁石式発電機の模式図を示す。本発明の実施態様の永久磁石式発電機の長手方向の断面図を示す。本発明の第一の実施態様の永久磁石発電機の整流回路図を示す。従来の発電機における回転数と電圧の関係を示す。本発明の第一の実施態様の整流回路を使用した発電機の回転数と電圧の関係を示す。本発明の第二の実施態様の永久磁石発電機の整流回路図を示す。本発明の第二の実施態様の整流回路を使用した発電機の回転数と電圧の関係を示す。

本発明の実施形態の永久磁石式発電機を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、回転子１１の外側には回転軸６０とは独立したステータ６６が配置されている。ステータ６６は積層した磁性板と銅線６８からなる。磁性板は珪素鋼板が使われることが多い。ステータ６６は、磁性板に外側から内側に向かって櫛状に形成され、その櫛状のティース６７（突起部）の周囲にそれぞれ銅線６８を巻いて巻線としたものである。

回転軸６０の周囲に複数の永久磁石６２〜６５が取り付けられている。永久磁石は磁力の大きなネオジム磁石を用いることが多い。永久磁石は外側に向かってＮ極、隣の永久磁石はＳ極となるように配置されるため、配置する数は偶数個とするのが普通である。永久磁石の極は外向きだけでなく反対側の内向きにも極があるため、積層した珪素鋼板などの磁性板の周囲に永久磁石を配置すると磁力線を有効に利用できる。

プーリー８０は発電機の回転軸６０に固定されており、エンジンの回転力をベルトを介してプーリー８０に伝達し、回転子を回転させる。回転子には複数の永久磁石が取り付けられており、軸受け７２を介して回転軸６０とは独立したステータ６６が配置され、ケース２０に収容されており、回転子とステータが相対的に移動することにより巻線に起電力が生じる。

巻線は図１に示す三相発電機の場合、３の倍数、例えば９個の巻線が外周に沿って配置されている。図２に示すように、巻線の段数を３段とした場合は８０°ごとに配置された巻線ｕ１、ｕ２、ｕ３を直列に接続してＵ相とし、Ｕ相とは別の配線として、ｖ１，ｖ２，ｖ３のＶ相と、ｗ１、ｗ２、ｗ３のＷ相の３つの相を形成している。そして、直列に接続されたｕ１、ｕ２、ｕ３と、直列に接されたｖ１、ｖ２、ｖ３のＶ相と、直列に接続されたｗ１、ｗ２、ｗ３のＷ相が中性点１０を中心としてスター結線されている。
0 本発明の実施形態の永久磁石式発電機は、三相交流を直流に変換する三相式発電機に限らず、三相交流以外、例えば二相や四相であっても整流器とスイッチの数や構成を適宜設計変更することにより可能であり、基本的にｎ相（ｎは２以上の整数）式発電機に適用可能である。

次に、本発明の実施形態の永久磁石式発電機の出力電力を安定的に得るための整流回路及びその制御方法について説明する。
本発明の整流回路の第一の実施態様を図４に示した。巻線から出力される電流は交流なので、整流器を通すことにより直流に変換される。整流器は三相全波整流回路であり、６つの整流素子（ダイオード）からなる。図４に示すように６つの整流素子からなる整流器４３に対して、ｕ１、ｕ２及びｕ３の３つの直列接続された巻線が接続されるように、ｕ１、ｕ２及びｕ３の直列接続の末端を、整流器４３の中間接続点３３に接続する。同様に、ｖ１、ｖ２及びｖ３の直列接続の末端と、ｗ１、ｗ２及びｗ３の直列接続の末端も整流器４３の中間接続点３２、３１にそれぞれ接続する。これによって、整流器４３には、直列に接続されたｕ１、ｕ２及びｕ３と、直列に接続されたｖ１、ｖ２及びｖ３と、直列に接続されたｗ１、ｗ２及びｗ３がそれぞれ接続されている。すなわち、整流器４３には各相の３個の直列接続された巻線が接続されている。

次に、ｕ２とｕ３の中間に分岐点５２を設けて、同分岐点５２を整流器４２の中間接続点２３に接続する。同様に、ｖ２とｖ３の分岐点５４、ｗ２とｗ３の分岐点５６から整流器４２の中間接続点２２、２１に接続する。したがって整流器４２には直列に接続されたｕ１及びｕ２と、直列に接続されたｖ１及びｖ２と、直列に接続されたｗ１及びｗ２がそれぞれ接続されている。すなわち、整流器４２には各相の２個の直列接続された巻線が接続されている。

さらに、ｕ１とｕ２の中間に分岐点５１を設けて、同分岐点５１を整流器４１の中間接続点１３に接続する。同様に、ｖ１とｖ２の分岐点５３、ｗ１とｗ２の分岐点５５から整流器４１の中間接続点１２、１１に接続する。これにより、整流器４１には、ｕ１、ｖ１、ｗ１の各相１個の巻線だけが接続されている。
以上のように、整流器の数は巻線の段数と同数とするのが好ましい。本実施態様では巻線の段数が３段であるので整流器は３つ配置されている。

整流器４３の回路のプラス極側にはスイッチＳ１、マイナス極側にはスイッチＳ２が接続されている。同様に、整流器４２の回路のプラス極側にスイッチＳ３、マイナス極側にスイッチＳ４が接続され、整流器４１の回路のプラス極側にスイッチＳ５、マイナス極側にスイッチＳ６が接続されている。したがって、２つのスイッチ、すなわちＳ１、Ｓ３，Ｓ５のいずれかのスイッチと、Ｓ２、Ｓ４、Ｓ６のいずれかのスイッチをオンにすることによって電力を出力することができる。

出力端子としては、整流器からＳ１、Ｓ３、Ｓ５を経由して繋がる端子をプラス出力端子、整流器からＳ２、Ｓ４、Ｓ６を経由して繋がる端子をマイナス出力端子として、安定化電源（図示せず）を経由して一定の電圧に整流され負荷装置に繋がっている。負荷装置とは例えば冷凍庫付き貨物車で使われる冷凍機のコンプレッサーのモーターなどである。
以上のように、巻線は直列接続の数ごとに三相全波整流器につながれており、各整流器に対するプラス極側とマイナス極側のそれぞれにスイッチが接続されている。複数のスイッチによってＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに接続された巻線の数を自由に選択することができるため、各相の直列接続された巻線の数をより細かく変化させることができる。

次に、本発明第一の実施態様の整流回路による電圧制御方法について説明する。
回転子の回転数が低いときには、巻線１つあたりの発電量が少ないため、大きな発電量を得るためにすべての巻線の電力を出力する。具体的には図４のスイッチＳ１、Ｓ２をオンにする。例えば主にＵ相に起電力が発生するとき、ｕ１、ｕ２及びｕ３に電流が流れ、整流器４３のダイオードＤ３に電流が流れる。このとき、スイッチＳ２に接続されたダイオードＤ１１とｖ３、ｖ２、ｖ１と、さらに、ダイオードＤ１０を通りｗ３、ｗ２及びｗ１にも電流が流れることになる。このときＶ相とＷ相でも起電力が発生し、Ｖ相、Ｗ相の電流は中間点１０を通ってＵ相に流れることになる。したがって、Ｖ相とＷ相を足した起電力はＵ相とほぼ同じとなり、発電量は実効値でＵ相は巻線約３個分、Ｖ及びＷ相で巻線約３個分の、合計巻線約６個分の電力が得られる。電圧は回路の負荷に応じて変化するので負荷が一定であれば電圧は回転数に比例して高くなる。

回転子の回転数が高くなると発電量が多くなるので安定化電源の許容限界に達する前に直列に繋ぐ巻線の数を３個から２個に変更して接続することにより発電量を少なくする。具体的には図４のスイッチＳ１とＳ２をオフにして、スイッチＳ３及びＳ４をオンにする。例えばｕ１、ｕ２に主に起電力が発生するとき、電流は、ｕ１、ｕ２から中間接続点２３を通りＤ６へ流れ、スイッチＳ３を通る。また、Ｓ４からＤ１４と中間接続点２２を通りｖ２とｖ１へ、Ｄ１３と中間接続点２１を通りｗ２とｗ１へ流れる。スイッチＳ１とＳ２がオフのため巻線ｕ３、ｖ３、ｗ３は回路から切り離される。したがって、総発電量は、巻線約４個分となる。

ここで、図４のＳ２をオンのまま、Ｓ１をオフにしてＳ３をオンにした場合を考える。このとき、ｕ１、ｕ２に電流が流れ、中間接続点２３を通り整流器４２のダイオードＤ６に電流が流れる。マイナス極側ではスイッチＳ２に接続されたダイオードＤ１１と巻線ｖ３、ｖ２、ｖ１とダイオードＤ１０とｗ３、ｗ２、ｗ１に電流が流れることになる。したがって回路全体の発電量は、ｕ１、ｕ２の起電力と、ｖ３、ｖ２、ｖ１、ｗ３，ｗ２、ｗ１の半分の起電力を加えたものとなり巻線約５個分に相当する。

このように、直列に接続する巻線の数を３個から２個に変える途中で、整流器のプラス極側とマイナス極側の両側のスイッチによってＵ相、Ｖ相、Ｗ相ごとに巻き線の数を切り換えて接続することによって、巻線６個分と４個分の中間の５個分の電力を得ることが出来る。
特許文献１の発電機もスイッチによって直列に繋げる巻線の数を変更できるが、その選択肢は６個分、４個分、２個分の３種類しかない。従って回転数や消費電力に応じて発電量を変更させると突然６個から４個、４個から２個へと急激に変更せざるを得なかった。したがって、特許文献１の発電機では、回転数の増加に伴って、発電量を変え３００Ｖを超える高電圧を避けようとすると、図５に示されるように大幅な電圧変動が生じてしまう。

これに対して、本発明は、スイッチを整流器のプラス極側とマイナス極側の両側に配置することによって、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に対してそれぞれに独立してオン・オフできるようにしたので巻線２個から６個分までの、２、３、４、５、６、の発電量のなかから自由に選択することが出来る。
図６は本実施態様において発電機の回転子の回転数が０から３０００ｒｐｍまで変化するときの電圧の変化を示したものである。例えば回転数が０から始まって１０００ｒｐｍの直前まで上昇して、電圧が３００Ｖに達したときに、スイッチＳ１をオフにすることにより巻線約６個分から巻線約５個分の発電量になり、このとき電圧は３００Ｖから約２５０Ｖに変化する。さらに回転数があがった場合も同様に各スイッチを操作することにより電圧が変化する。このグラフ中で最も低い電圧は約２００Ｖである。

次に具体的な各スイッチの操作法を説明する。表１に、本実施態様におけるスイッチステージとスイッチＳ１〜Ｓ６のオンまたはオフ状態を示した。ある電圧の閾値を越えたときにスイッチステージが移行し各スイッチがオン・オフされ、図６のグラフ内の記号００〜０４は各スイッチステージに相当している。まず回転数が０ｒｐｍから始まるときはスイッチステージ００でS１〜S６のスイッチがオンとなっている。このとき全ての巻き線を使っているので約６個分の発電量である。このときＳ１とＳ２以外のスイッチはオンでもオフでも発電量は変わらないので当該スイッチ以外のスイッチはオンのままにして1つずつ切り換え、ノイズの影響をできるかぎり避けることにした。ある上限の電圧値（例えば３００Ｖ）に達したときスイッチステージ０１に移行しスイッチS１だけオフにすると、整流器４３に接続された系（ｕ３、ｖ３、ｗ３のいずれかの巻き線）の回路が切り離される。例えばＵ相が主に電力を発電しているときS１がオフになると巻き線ｕ１、ｕ２はそのままでｕ３だけが切り離されるので、総発電量は巻き線約５個分の発電量となる。すなわちスイッチステージ０１ではｕ３、ｖ３、ｗ３のいずれか１つの巻線が切り離される。

スイッチステージ０２では、さらにスイッチＳ２をオフにすることによりｕ３、ｖ３、ｗ３全ての巻き線も切り離されるので総発電量は巻き線約４個分となる。
スイッチステージ０３では、さらにスイッチＳ３をオフにすることにより、ｕ３、ｖ３、ｗ３の巻き線に加えてｕ２、ｖ２、ｗ２のいずれかの巻き線が切り離されるので総発電量は巻き線約３個分となる。

スイッチステージ０４では、さらにスイッチＳ４をオフにすることにより、ｕ３、ｖ３、３の巻き線に加えてｕ２、ｖ２、ｗ２の全ての巻き線が切り離されるので総発電量は巻き線約２個分となる。
Ｓ１〜Ｓ４までのスイッチをオフの状態にすることに加えて、Ｓ５、Ｓ６のどちらかをオフにすると全ての巻き線は発電しなくなる。そのためＳ５かＳ６のスイッチのどちらかを省略して常時接続にしてもよい。

スイッチの切り替えタイミングは、例えば、各スイッチステージにおいて電圧の上限及び下限となる閾値をそれぞれ定めておき、回転子の回転数が増加して上限の閾値より高くなると自動的にスイッチが切り替わり出力電圧を減少させ、逆に回転数が減少して下限の閾値より低くなると自動的にスイッチが切り替わり出力電圧を増加させて、出力電圧の変動幅が一定範囲におさまるように設定しておく方法などが考えられる。
以上のように、従来発電機の回路では、出力電圧範囲が約１５０Ｖから３００Ｖであったのに対して、本発明の第一の実施態様によれば出力電圧範囲が２５０Ｖから３００Ｖとなり出力電圧の変動範囲を小さくすることが出来る。

図６では負荷装置の抵抗が一定で回転数が変化した場合の例を示したが、コンプレッサーなどの負荷装置の消費電力が変動した場合でも電圧が変化してしまうので電圧が一定になるようにスイッチの組み合わせを選択して調整することができる。
また、巻線を直列に接続する段数は３段（ｍ＝３）に限らず、さらに多くの段数にした場合にはより多くの組み合わせが可能となり、より適正に近い電圧を得ることができる。

整流器の数は、巻線を直線に接続する数（ｍ）と同じ個数（ｍ）あることが好ましい。上記の三相巻線３段では巻線の数が９個で整流器が３つという構成が好ましく、三相巻線４段では巻線の数が１２個で整流器が４個とすることが好ましい。巻線を直列に接続する段数及び整流器の個数は、発電機の運用回転数と必要な消費電力および許容できる出力変動の幅に応じて適宜設計変更すればよい。
また、上記実施態様では巻線の巻き数はすべて同じ巻き数としたが、巻線の巻き数は巻線によって異なってもよい。例えば、巻線の巻き数の比を２：２：１とか、２：２：２：１等とすることができる。

図７には、本発明の第二の実施態様の整流回路を示した。第二の実施態様の整流回路は、三相式の発電機において、巻線４段とし、４個の巻線の巻き数の比を２：２：１：１としたものである。すなわち、第一の実施態様と同様に、整流器４４には各相の４個の直列接続された巻線が接続されており、整流器４３には各相の３個の直列接続された巻線が接続され、整流器４２には各相の２個の直列接続された巻線が接続され、整流器４１には各相１個の巻線だけが接続されている。第二の実施態様は、いわば、第一の実施態様における巻線ｕ１、ｖ１、ｗ１をさらに２分割してきめ細かな選択を可能にしたものといえる。

表２に、本実施態様におけるスイッチステージとスイッチＳ１〜Ｓ８のオンまたはオフ状態の関係を示した。第二の実施態様の整流回路を使用した場合の回転数と出力電圧の関係を図８に示した。図８では、回転数が０から１２０００ｒｐｍまでの出力電圧が示され、グラフ中の０１〜０６は表２のスイッチステージに対応している。まず停止状態から始まるときのスイッチステージは００である。出力電圧が上昇し上限閾値の３３０Ｖに達したときにスイッチステージ０１に移行し、Ｓ１スイッチをオフにして巻き線ｕ４、ｖ４、ｗ４のいずれかの巻き線が切り離され発電量が過多にならないようにする。さらに回転数が上昇すると再び上限閾値の３３０Vに達するのでスイッチステージ０２に移行し、Ｓ２スイッチをオフにして巻き線ｕ４、ｖ４、ｗ４全ての巻き線を切り離す。このようにあらかじめ設定した上限値３３０Vに達したときにスイッチを表２のように順番にオフにすることにより１８００ｒｐｍから１２０００ｒｐｍの範囲で一定に近い電圧を出力することができ、最も低い電圧でも約２００Ｖとなる。特にスイッチステージ０６でｕ２、ｖ２、ｗ２を切り離すが、この巻き線は巻き数が少ないため切り換えたときに３３０Vから２２０Ｖ程度までの変化となり電圧変化が少なくてすむ。このように第二の実施態様では巻線を４段構成とし、各巻線の巻き数の比を２：２：１：１とすることにより、第一の実施態様よりさらに３０００ｒｐｍ以上の高回転時においても安定した出力電圧を得ることができる。

本発明の整流回路において、スイッチＳ１〜Ｓ８は接点スイッチとして示されているが、スイッチングリレーに置き換えても良く、半導体リレーやトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用することができる。半導体リレーやトランジスタ（ＩＧＢＴ）を使用すれば、接点が無いためノイズ源にもならず、電圧や回転数を監視してプログラムによりスイッチ制御することができる。

スイッチの数は、通常、各整流器のプラス極側とマイナス極側の両側に１つずつ必要であるから、原則として、整流器がｍ個の場合には２ｍ個のスイッチが配置されるが、Ｓ７、Ｓ８のどちらかをオフにすると全ての巻き線は発電しなくなるためＳ７かＳ８のスイッチのどちらかを省略して常時接続にしてもよい。
本明細書では、本発明の実施態様として、永久磁石回転子が中心に配置され、外周部にステータが配置される構成を述べてきたが、内部に巻線を配置してその外側に回転するロータいわゆるアウターローター方式でも、同様に複数の巻線の接続をすれば同じ効果が得られる。

これまで電圧が上昇する場合について説明したが、電圧が下降する場合は表２に従って各スイッチをオンにしてゆけばよい。すなわち出力電圧が設定された下限側の閾値を下回ったらそれに応じてスイッチステージが移行し各Ｓ１〜Ｓ８のスイッチのオン・オフを変化させればよい。たとえばスイッチステージ０３の状態で下限側の閾値を下回ったときはスイッチステージ０２に移行し、さらに下限側の閾値を下回るとスイッチステージ０１に移行する。このように現在の電圧の大きさを監視して閾値を越えた場合にスイッチステージを移行するといった制御方法であるのでシステムの簡素化が図れる。

回路の構成によってはスイッチステージがいったりきたりするようなハンチング現象が見られる場合がある。このようなときはステージ境界における上限側の閾値と下限側の閾値が離れるように設定すると、スイッチステージが変更された直後にすぐに元に戻るようなことはなくなる。そのため各スイッチステージに上限側閾値と下限側閾値をそれぞれ設定したプログラムにするとよい。

本発明の永久磁石式発電機によれば、ステータの各相に直列接続された巻線の数を自由に選択することができるため、より多くの段数をもった出力が可能で、低回転から高回転にわたって狙い値に近い電圧を得ることができる。また、スイッチのオン・オフ前後の電圧変化が少ないため、高回転でも低回転でも安定した電圧を得ることが出来る。したがって、回転数変化や消費電力の変化があった場合に、多くの組み合わせのなかからより適切な電圧を得ることが出来る。また、高価な安定化電源が必要とならず、整流器に入力される電圧の変化量も緩やかになることからダイオードの耐圧も低く、安価な部品を採用することができる。さらに電気的な接触点となるブラシも不要なため定期的な交換も必要がない。

０１整流器の中間接続点
０２整流器の中間接続点
０３整流器の中間接続点
１０スター結線の中性点
１１整流器の中間接続点
１２整流器の中間接続点
１３整流器の中間接続点
２０ケース
２１整流器の中間接続点
２２整流器の中間接続点
２３整流器の中間接続点
３１整流器の中間接続点
３２整流器の中間接続点
３３整流器の中間接続点
４１整流器
４２整流器
４３整流器
４４整流器
５１巻線分岐点
５２巻線分岐点
５３巻線分岐点
５４巻線分岐点
５５巻線分岐点
５６巻線分岐点
５７巻線分岐点
５８巻線分岐点
５９巻線分岐点
６０回転軸
６１回転子（ロータ）
６２永久磁石
６３永久磁石
６４永久磁石
６５永久磁石
６６ステータ
６７ティース
６８銅線
６９巻線
７０ローターコア
７２軸受け
８０プーリー
Ｓ１スイッチ
Ｓ２スイッチ
Ｓ３スイッチ
Ｓ４スイッチ
Ｓ５スイッチ
Ｓ６スイッチ
Ｓ７スイッチ
Ｓ８スイッチ
Ｄ１整流子（ダイオード）
Ｄ２整流子（ダイオード）
Ｄ３整流子（ダイオード）
Ｄ４整流子（ダイオード）
Ｄ５整流子（ダイオード）
Ｄ６整流子（ダイオード）
Ｄ７整流子（ダイオード）
Ｄ８整流子（ダイオード）
Ｄ９整流子（ダイオード）
Ｄ１０整流子（ダイオード）
Ｄ１１整流子（ダイオード）
Ｄ１２整流子（ダイオード）
Ｄ１３整流子（ダイオード）
Ｄ１４整流子（ダイオード）
Ｄ１５整流子（ダイオード）
Ｄ１６整流子（ダイオード）
Ｄ１７整流子（ダイオード）
Ｄ１８整流子（ダイオード）
Ｄ１９整流子（ダイオード）
Ｄ２０整流子（ダイオード）
Ｄ２１整流子（ダイオード）
Ｄ２２整流子（ダイオード）
Ｄ２３整流子（ダイオード）
Ｄ２４整流子（ダイオード）
ｕ１巻線
ｕ２巻線
ｕ３巻線
ｕ４巻線
ｖ１巻線
ｖ２巻線
ｖ３巻線
ｖ４巻線
ｗ１巻線
ｗ２巻線
ｗ３巻線
ｗ４巻線

Claims

永久磁石からなる回転子、ステータ及び整流回路を備える永久磁石式発電機において、前記ステータはｎ相（ｎは２以上の整数）に区分され、前記各相には、それぞれｍ個（ｍは２以上の整数）の巻線が直列に配置され、総計ｎ×ｍ個の巻線が前記ステータに配置されており、前記整流回路は、直列につないだ２個のダイオードを並列にｍ個接続された複数の整流器を備えており、前記複数の整流器は、前記各相の直列接続された巻線のうち異なる巻線数が接続されるように、それぞれ前記巻線の直列接続の分岐点又は末端と接続されており、前記各整流器のプラス極側及びマイナス極側はそれぞれスイッチを介して出力端子と接続されていることを特徴とする永久磁石式発電機。
前記整流器の個数は、前記各相に配置される巻線の数と同じｍ個であることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式発電機。
前記回転子は中心に配置され、前記ステータは外周部に配置され、前記ｎは３、前記ｍは３である請求項１または２に記載の永久磁石式発電機。
前記巻線の巻数が巻線によって異なることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
前記ｎは３、前記ｍは４であって、三相における４個の巻線の巻き数の比率がそれぞれ２：２：１：１であることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式発電機。