JP3497482B2 - 永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置 - Google Patents
永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置Info
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- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
Description
【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。
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。
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。
【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。
開平７−２３６２６０号公報に開示された発電・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円筒
部材を配置し，運転時と停止させる時とで制御円筒部材
のステータコアに対する相対位置を変更し，運転時には
制御円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円筒部材
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たものであ
る。
に開示された電動・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円筒
部材を配置し，運転時と停止させる時とで制御円筒部材
のステータコアに対する相対位置を変更し，運転時には
制御円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円筒部材
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たものであ
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・電動機の出力，動力は，永久磁石の磁力の
大きさ，ステータの巻数と回転速度によって決まる。計
算式で説明すると，出力（Ｕ）は次の通りである。 Ｕ＝３1/2 ・（２πｆ／２1/2 ）・φ・ｗ1 ・ｋｗ1 但し，ｆ：周波数，φ：磁束密度，ｗ1 ：コイル巻数，
ｋｗ1 ：係数。 また，磁束密度は，永久磁石の磁力と磁路抵抗の関係に
より決まる。 φ＝Ｎｉ／Ｒｍ 但し，Ｎｉ：起磁力，Ｒｍ：磁気抵抗。 磁気抵抗は，起磁力を磁束で割ったものであり，次式で
表される。 Ｒｍ＝Ｌ1 ／（μ・Ｓ1 ） 但し，Ｌ1 ：距離，Ｓ1 ：面積，μ：空気の透磁率を基
準に各種材料の比透磁率を乗じて決定される。
用いた発電・電動機の出力，動力は，永久磁石の磁力の
大きさ，ステータの巻数と回転速度によって決まる。計
算式で説明すると，出力（Ｕ）は次の通りである。 Ｕ＝３1/2 ・（２πｆ／２1/2 ）・φ・ｗ1 ・ｋｗ1 但し，ｆ：周波数，φ：磁束密度，ｗ1 ：コイル巻数，
ｋｗ1 ：係数。 また，磁束密度は，永久磁石の磁力と磁路抵抗の関係に
より決まる。 φ＝Ｎｉ／Ｒｍ 但し，Ｎｉ：起磁力，Ｒｍ：磁気抵抗。 磁気抵抗は，起磁力を磁束で割ったものであり，次式で
表される。 Ｒｍ＝Ｌ1 ／（μ・Ｓ1 ） 但し，Ｌ1 ：距離，Ｓ1 ：面積，μ：空気の透磁率を基
準に各種材料の比透磁率を乗じて決定される。
【０００６】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，発電電力が増加し，
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２０００−２６１９８８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，上記装置では，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
り，また，リング状部材には復元力が作用するので，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
力が作用するので，リング状部材が変形し，破損する等
の不具合が発生する。
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，発電電力が増加し，
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２０００−２６１９８８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，上記装置では，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
り，また，リング状部材には復元力が作用するので，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
力が作用するので，リング状部材が変形し，破損する等
の不具合が発生する。
【０００７】また，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×１０-7
（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，ロータの外側に取り付けた磁束制御
円筒とステータの櫛部の歯の内周面に密接するか，微小
クリアランスで回転摺動するように構成されていると，
効率の良い発電機の磁路を作ることができる。ところ
が，上記のような制御円筒部材を用いると，透磁部と非
透磁部とを交互に組み合わせた構造であるので，透磁部
と非透磁部とが交差すると，この部分で磁束密度が極端
に絞られ，ステータ部への磁界が小さくなる。
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×１０-7
（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，ロータの外側に取り付けた磁束制御
円筒とステータの櫛部の歯の内周面に密接するか，微小
クリアランスで回転摺動するように構成されていると，
効率の良い発電機の磁路を作ることができる。ところ
が，上記のような制御円筒部材を用いると，透磁部と非
透磁部とを交互に組み合わせた構造であるので，透磁部
と非透磁部とが交差すると，この部分で磁束密度が極端
に絞られ，ステータ部への磁界が小さくなる。
【０００８】上記の式を用いて，永久磁石式発電機を設
計検討すると，空気の磁気抵抗が極めて大きいので，空
隙が及ぼす磁力の大きさの影響が磁束を支配することが
分かる。例えば，直径６０ｍｍ程のロータ，長さが６０
ｍｍの永久磁石式発電機について，ロータとステータと
の間が１．５ｍｍ程の隙間を持つ構造のものの磁気抵抗
を計算すると，空隙の磁気抵抗が３．３３×１０6 ，ロ
ータの磁気抵抗が２．１×１０3 であり，空隙の磁気抵
抗がロータの磁気抵抗の１５００倍の大きさである。こ
のような特性を有する永久磁石式発電機については，そ
の磁束密度を増減させる簡単な手段は，従来存在しなか
った。これらの問題を解決するため，本出願人は，ロー
タとステータとの間に磁路と非透磁性部材とを交互に配
列し，磁束を絞るシステムを開発して先に出願した（例
えば，特願２０００−４０２００４号）。
計検討すると，空気の磁気抵抗が極めて大きいので，空
隙が及ぼす磁力の大きさの影響が磁束を支配することが
分かる。例えば，直径６０ｍｍ程のロータ，長さが６０
ｍｍの永久磁石式発電機について，ロータとステータと
の間が１．５ｍｍ程の隙間を持つ構造のものの磁気抵抗
を計算すると，空隙の磁気抵抗が３．３３×１０6 ，ロ
ータの磁気抵抗が２．１×１０3 であり，空隙の磁気抵
抗がロータの磁気抵抗の１５００倍の大きさである。こ
のような特性を有する永久磁石式発電機については，そ
の磁束密度を増減させる簡単な手段は，従来存在しなか
った。これらの問題を解決するため，本出願人は，ロー
タとステータとの間に磁路と非透磁性部材とを交互に配
列し，磁束を絞るシステムを開発して先に出願した（例
えば，特願２０００−４０２００４号）。
【０００９】しかしながら，上記システムの発電・電動
機は，透磁部材がその面積を極端に小さくしても，空気
の透磁性の悪さ即ち非磁性特性を積極的に制御したもの
ではなく，これらの問題を解決することが必要となっ
た。また，上記システムの発電・電動機は，その発電特
性が回転の増加と共に比例的に電圧上昇するタイプと比
較して，電圧上昇の割合が減少するものであるが，その
減少，抑制の割合は緩慢であり，必ずしも要求特性を満
足しないものである。
機は，透磁部材がその面積を極端に小さくしても，空気
の透磁性の悪さ即ち非磁性特性を積極的に制御したもの
ではなく，これらの問題を解決することが必要となっ
た。また，上記システムの発電・電動機は，その発電特
性が回転の増加と共に比例的に電圧上昇するタイプと比
較して，電圧上昇の割合が減少するものであるが，その
減少，抑制の割合は緩慢であり，必ずしも要求特性を満
足しないものである。
【００１０】
【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，ステータと回転体即ちロータと
の間にステータに対して相対回転可能な円筒部材を配置
し，円筒部材の強度上の安定を計り，円筒部材の外周面
の透磁部材の両角部にチャンファ部を設けるという簡単
な構成によって，回転数に対して常に一定で所定の発電
電圧を確保でき，磁束制御時に常に安定して摺動回転さ
せ，円筒部材の摺動回転によって磁束を的確に制御し，
特に，高速回転時に成る程，順次磁束の強さを低減する
制御を実施し，一方，反力の発生を抑制し，低速回転時
の磁束の強さは永久磁石本来の磁力を得るような制御が
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。
の問題を解決するため，ステータと回転体即ちロータと
の間にステータに対して相対回転可能な円筒部材を配置
し，円筒部材の強度上の安定を計り，円筒部材の外周面
の透磁部材の両角部にチャンファ部を設けるという簡単
な構成によって，回転数に対して常に一定で所定の発電
電圧を確保でき，磁束制御時に常に安定して摺動回転さ
せ，円筒部材の摺動回転によって磁束を的確に制御し，
特に，高速回転時に成る程，順次磁束の強さを低減する
制御を実施し，一方，反力の発生を抑制し，低速回転時
の磁束の強さは永久磁石本来の磁力を得るような制御が
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。
【００１１】 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
固定された櫛部間に巻線を巻き上げるスロットを備えた
ステータ，該ステータの内周側に前記ステータに隣接し
て前記ステータに対して相対回転可能に配置された磁束
密度を調整して電圧を制御する円筒部材，及び該円筒部
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，前記円筒部材は，周方向に隔置して配置され且つ前
記ステータの前記櫛部間の前記スロットの幅より小さい
幅を有する断面四角形状の透磁部材と，該透磁部材間に
配置された非透磁部材とが交互に積層されて全体として
円筒状に形成され，前記透磁部材には前記断面四角形の
半径方向外周側の両角部に第１チャンファ部が形成さ
れ，前記ステータの前記櫛部には半径方向内周側の両角
部に第２チャンファ部が形成され，前記透磁部材が前記
ステータの前記スロットに対応する位置では，前記透磁
部材の前記第１チャンファ部と前記櫛部の前記第２チャ
ンファ部との間に予め決められた所定量の第１クリアラ
ンスによる磁路空隙が形成され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。
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
固定された櫛部間に巻線を巻き上げるスロットを備えた
ステータ，該ステータの内周側に前記ステータに隣接し
て前記ステータに対して相対回転可能に配置された磁束
密度を調整して電圧を制御する円筒部材，及び該円筒部
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，前記円筒部材は，周方向に隔置して配置され且つ前
記ステータの前記櫛部間の前記スロットの幅より小さい
幅を有する断面四角形状の透磁部材と，該透磁部材間に
配置された非透磁部材とが交互に積層されて全体として
円筒状に形成され，前記透磁部材には前記断面四角形の
半径方向外周側の両角部に第１チャンファ部が形成さ
れ，前記ステータの前記櫛部には半径方向内周側の両角
部に第２チャンファ部が形成され，前記透磁部材が前記
ステータの前記スロットに対応する位置では，前記透磁
部材の前記第１チャンファ部と前記櫛部の前記第２チャ
ンファ部との間に予め決められた所定量の第１クリアラ
ンスによる磁路空隙が形成され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。
【００１２】 この永久磁石式発電・電動機の磁束制御
装置は，前記円筒部材には，戻りスプリングが設けられ
ているものである。
装置は，前記円筒部材には，戻りスプリングが設けられ
ているものである。
【００１３】前記透磁部材間に位置した前記非透磁部材
は，空隙或いはアルミニウム，樹脂等の非磁性材から成
る強度材を埋設形成されている。
は，空隙或いはアルミニウム，樹脂等の非磁性材から成
る強度材を埋設形成されている。
【００１４】前記円筒部材は，前記透磁部材と前記非磁
性部材とが積層されたリング部材を長手方向に複数個積
層して形成されている。
性部材とが積層されたリング部材を長手方向に複数個積
層して形成されている。
【００１５】 この永久磁石式発電・電動機の磁束制御
装置は，前記円筒部材の前記内周面と前記ロータの外周
面との間には予め決められた所定量の第２クリアランス
が形成されている。また，前記円筒部材の前記透磁部材
の周方向の幅は，前記ステータの前記スロットの周方向
の幅より小さく形成されている。
装置は，前記円筒部材の前記内周面と前記ロータの外周
面との間には予め決められた所定量の第２クリアランス
が形成されている。また，前記円筒部材の前記透磁部材
の周方向の幅は，前記ステータの前記スロットの周方向
の幅より小さく形成されている。
【００１６】前記駆動装置は，前記円筒部材に設けた回
転力を与える端部，前記端部に回転力を伝達するロッド
及び前記ロッドを往復移動させるアクチュエータから構
成されている。
転力を与える端部，前記端部に回転力を伝達するロッド
及び前記ロッドを往復移動させるアクチュエータから構
成されている。
【００１７】前記アクチュエータは直流モータ又は吸引
型電磁弁から構成され，コントローラはポジションセン
サによって前記ロッドの複数位置を選定し，前記アクチ
ュエータを駆動して前記ロッドを往復移動させ，前記円
筒部材を回転運動制御をさせる。
型電磁弁から構成され，コントローラはポジションセン
サによって前記ロッドの複数位置を選定し，前記アクチ
ュエータを駆動して前記ロッドを往復移動させ，前記円
筒部材を回転運動制御をさせる。
【００１８】前記巻線は前記ステータのステータコアの
前記櫛部に同位相で発電できるように構成し，異なった
巻数で巻き上げられ且つ直列に接続できるように複数個
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円筒部材の前記ステータに対する位
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を得
る。更に，前記コントローラは，所定の電圧に出力され
た電力を整流し，所定の電圧の交流を出力するインバー
タ機能を有するものである。
前記櫛部に同位相で発電できるように構成し，異なった
巻数で巻き上げられ且つ直列に接続できるように複数個
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円筒部材の前記ステータに対する位
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を得
る。更に，前記コントローラは，所定の電圧に出力され
た電力を整流し，所定の電圧の交流を出力するインバー
タ機能を有するものである。
【００１９】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，ステータのスロットの口部即ち幅
より円筒部材の透磁部材の幅を小さくし，ステータの櫛
部に対向する円筒部材の透磁部材の接触部に面取り部即
ちチャンファ部を形成したので，円筒部材の円筒部材と
ステータの櫛部との間に最適の磁路空隙を形成でき電圧
制御が適正にできる。例えば，ロータとステータとの空
隙を，０．１５ｃｍとし，チャンファ部を設けた領域を
０．３ｃｍに形成すると，円筒部材の移動による電圧制
御はロータの回転が上昇しても，その変化に影響されず
にほぼ一定，例えば，１００Ｖに制御することができ，
発電機のみの制御，即ち，円筒部材の移動による電圧制
御によって一定電圧を発電させることができる。例え
ば，車両等に搭載された発電・電動機において，動力用
として１００Ｖの電源が必要な場合に，従来の発電機で
は電圧制御のためトランジスタ，サイリスタ等の電気部
品を用いて位相制御をし，電流を切り刻み，この時，発
生する高調波電力に苦しみ抜いて調整し，更に整流をし
てインバータを通して交流１００Ｖを発電していたが，
この磁束制御装置は，位相制御をする必要がないので，
上記のような電気部品を必要としない。
置は，上記のように，ステータのスロットの口部即ち幅
より円筒部材の透磁部材の幅を小さくし，ステータの櫛
部に対向する円筒部材の透磁部材の接触部に面取り部即
ちチャンファ部を形成したので，円筒部材の円筒部材と
ステータの櫛部との間に最適の磁路空隙を形成でき電圧
制御が適正にできる。例えば，ロータとステータとの空
隙を，０．１５ｃｍとし，チャンファ部を設けた領域を
０．３ｃｍに形成すると，円筒部材の移動による電圧制
御はロータの回転が上昇しても，その変化に影響されず
にほぼ一定，例えば，１００Ｖに制御することができ，
発電機のみの制御，即ち，円筒部材の移動による電圧制
御によって一定電圧を発電させることができる。例え
ば，車両等に搭載された発電・電動機において，動力用
として１００Ｖの電源が必要な場合に，従来の発電機で
は電圧制御のためトランジスタ，サイリスタ等の電気部
品を用いて位相制御をし，電流を切り刻み，この時，発
生する高調波電力に苦しみ抜いて調整し，更に整流をし
てインバータを通して交流１００Ｖを発電していたが，
この磁束制御装置は，位相制御をする必要がないので，
上記のような電気部品を必要としない。
【００２０】また，従来の電動機では，回転が大きくな
ればなる程，逆起電力が発生するので，この逆起電力に
勝るように，高い電圧の駆動電力を投入しなければなら
ないが，この磁束制御装置を持つ発電・電動機は，逆起
電力を抑制できるので，駆動電力を大幅に減少させるこ
とができる。この磁束制御装置は，電磁気的に性能を向
上させることができるだけでなく，円筒部材の透磁部材
の外周面の両側にチャンファ部を設け，骨組構造として
使用するが，非磁性部材として比透磁率の値が小さいア
ルミニウム等を鋳込むと，円筒部材のチャンファ部を含
めてアルミニウム材が透磁部材を抱え込むようになり，
反力に的確に対抗することができるようになり，強度的
に安定する。
ればなる程，逆起電力が発生するので，この逆起電力に
勝るように，高い電圧の駆動電力を投入しなければなら
ないが，この磁束制御装置を持つ発電・電動機は，逆起
電力を抑制できるので，駆動電力を大幅に減少させるこ
とができる。この磁束制御装置は，電磁気的に性能を向
上させることができるだけでなく，円筒部材の透磁部材
の外周面の両側にチャンファ部を設け，骨組構造として
使用するが，非磁性部材として比透磁率の値が小さいア
ルミニウム等を鋳込むと，円筒部材のチャンファ部を含
めてアルミニウム材が透磁部材を抱え込むようになり，
反力に的確に対抗することができるようになり，強度的
に安定する。
【００２１】また，ロータの回転数の大きい時に，剛性
の高い円筒部材を摺動回転させて透磁部材とステータの
櫛部とをオフセットさせると，ステータに流れる磁束が
絞られ，発電電力が小さくなるが，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，車両用として，例えば，１００Ｖの一定直流電圧を
容易に発電させることを可能にし，特に，三相発電機に
おいては，一定の電圧を得易いものとなる。
の高い円筒部材を摺動回転させて透磁部材とステータの
櫛部とをオフセットさせると，ステータに流れる磁束が
絞られ，発電電力が小さくなるが，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，車両用として，例えば，１００Ｖの一定直流電圧を
容易に発電させることを可能にし，特に，三相発電機に
おいては，一定の電圧を得易いものとなる。
【００２２】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，駆動装置で円筒部材を移動制御するものであっ
て，従来のような電気的な制御方法を用いていないの
で，出力損失，発熱現象，及び高調波高電圧による電波
障害が発生せず，磁束制御を効率的に行なうことができ
る。また，円筒部材を構成する密状透磁部を周方向に連
続体として形成し，摩擦部が周方向に連続状態の部分を
有することで，偏摩耗を最小限にし，常に安定した回転
摺動運動を可能にし，円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，円筒部材の透磁
部材にチャンファ部を設けることによって円筒部材とス
テータの櫛部とクリアランスを０．０５〜０．１ｍｍ程
度にまで小さくすることができ，また，円筒部材とロー
タとの間のクリアランスを０．５〜１ｍｍ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，円筒部材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。
置は，駆動装置で円筒部材を移動制御するものであっ
て，従来のような電気的な制御方法を用いていないの
で，出力損失，発熱現象，及び高調波高電圧による電波
障害が発生せず，磁束制御を効率的に行なうことができ
る。また，円筒部材を構成する密状透磁部を周方向に連
続体として形成し，摩擦部が周方向に連続状態の部分を
有することで，偏摩耗を最小限にし，常に安定した回転
摺動運動を可能にし，円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，円筒部材の透磁
部材にチャンファ部を設けることによって円筒部材とス
テータの櫛部とクリアランスを０．０５〜０．１ｍｍ程
度にまで小さくすることができ，また，円筒部材とロー
タとの間のクリアランスを０．５〜１ｍｍ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，円筒部材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。
【００２３】
【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，又は，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。
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，又は，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。
【００２４】この実施例の発電・電動機は，図１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
容すると共に磁力通路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から成るロータ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に軸受１９を介して回転可能に取り付けら
れた円筒部材７，及び円筒部材７を回転子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。ハウジング１は，図１では，両側の
一対の本体部１Ａと本体部１Ａ間の中間部１Ｂとから構
成されている。
ように，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収
容すると共に磁力通路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から成るロータ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に軸受１９を介して回転可能に取り付けら
れた円筒部材７，及び円筒部材７を回転子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。ハウジング１は，図１では，両側の
一対の本体部１Ａと本体部１Ａ間の中間部１Ｂとから構
成されている。
【００２５】ステータ４は，図２又は図３に示すよう
に，積層された薄板のステータコア１５のスロット２２
に巻線１４が巻き付けられている。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２２が形成され且
つハウジング１に固定されたステータコア１５，及びス
テータコア１５のスロット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。ステータコア
１５におけるスロット２２と櫛部２０との内周側には，
円筒部材７が接触状態に且つステータ４に対して相対移
動可能に配置されている。円筒部材７は，軸受１９を介
してハウジング１に回転自在に取り付けられているが，
場合によっては，軸受１９を使用することなく，ステー
タ４のステータコア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に相対回転可能に構
成できる。
に，積層された薄板のステータコア１５のスロット２２
に巻線１４が巻き付けられている。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２２が形成され且
つハウジング１に固定されたステータコア１５，及びス
テータコア１５のスロット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。ステータコア
１５におけるスロット２２と櫛部２０との内周側には，
円筒部材７が接触状態に且つステータ４に対して相対移
動可能に配置されている。円筒部材７は，軸受１９を介
してハウジング１に回転自在に取り付けられているが，
場合によっては，軸受１９を使用することなく，ステー
タ４のステータコア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に相対回転可能に構
成できる。
【００２６】ロータ３は，回転軸２の外周に配置された
磁路部材６，磁路部材６の外周面に配置された透磁部材
８，透磁部材８の外周面に配置された永久磁石部材５と
永久磁石部材５間の非磁性部材２１，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３５と，隣接する永久磁
石部材５の永久磁石片３５間に介在された非磁性部材２
１とから構成されている。また，磁路部材６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。ロータ３の一端には，回転軸２に設けられた
ねじ３６に押さえ板３７を介して固定ナット３８が螺入
され，他端にはスペーサ３９が介在され，固定ナット３
８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が固定され，
ベルトプーリ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。円筒部材７とロータ３との間には，隙
間２３が形成されている。
磁路部材６，磁路部材６の外周面に配置された透磁部材
８，透磁部材８の外周面に配置された永久磁石部材５と
永久磁石部材５間の非磁性部材２１，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３５と，隣接する永久磁
石部材５の永久磁石片３５間に介在された非磁性部材２
１とから構成されている。また，磁路部材６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。ロータ３の一端には，回転軸２に設けられた
ねじ３６に押さえ板３７を介して固定ナット３８が螺入
され，他端にはスペーサ３９が介在され，固定ナット３
８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が固定され，
ベルトプーリ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。円筒部材７とロータ３との間には，隙
間２３が形成されている。
【００２７】この永久磁石式発電・電動機の磁束制御装
置は，特に，図４に示すように，円筒部材７の形状及び
それに対応してステータコア１５の櫛部２０の形状に特
徴を有している。円筒部材７は，周方向に隔置して配置
された断面四角形状の透磁部材１７と，透磁部材１７間
に配置された非透磁部材１８とが交互に積層されて全体
として円筒状に形成されている。透磁部材１７の周方向
の幅ｔ2 は，ステータ４を構成するステータコア１５の
櫛部２０間のスロット２２の幅ｔ1 より小さい幅ｔ
2 （ｔ1 ＞ｔ2 ）に設定されている。また，透磁部材７
は，断面四角形の半径方向外周側の両角部にチャンファ
部２５（第１チャンファ部）が形成され，透磁部材７が
ステータコア１５のスロット２２に対応する位置ではチ
ャンファ部２５によってステータコア１５の櫛部２０の
半径方向内周側の両角部との間に予め決められた所定量
のクリアランスｔ3 ，ｔ4 （第１クリアランス）が形成
される。円筒部材７は，駆動装置９によって移動制御さ
れる時には，円筒部材７に移動方向の上下流の一方のク
リアランスｔ3 と他方のクリアランスｔ4 とは同程度の
クリアランス量（ｔ3 ＝ｔ4 ）に制御される。また，ス
テータコア１５の駆動２０の両角部には，チャンファ部
２４（第２チャンファ部）が形成されている。
置は，特に，図４に示すように，円筒部材７の形状及び
それに対応してステータコア１５の櫛部２０の形状に特
徴を有している。円筒部材７は，周方向に隔置して配置
された断面四角形状の透磁部材１７と，透磁部材１７間
に配置された非透磁部材１８とが交互に積層されて全体
として円筒状に形成されている。透磁部材１７の周方向
の幅ｔ2 は，ステータ４を構成するステータコア１５の
櫛部２０間のスロット２２の幅ｔ1 より小さい幅ｔ
2 （ｔ1 ＞ｔ2 ）に設定されている。また，透磁部材７
は，断面四角形の半径方向外周側の両角部にチャンファ
部２５（第１チャンファ部）が形成され，透磁部材７が
ステータコア１５のスロット２２に対応する位置ではチ
ャンファ部２５によってステータコア１５の櫛部２０の
半径方向内周側の両角部との間に予め決められた所定量
のクリアランスｔ3 ，ｔ4 （第１クリアランス）が形成
される。円筒部材７は，駆動装置９によって移動制御さ
れる時には，円筒部材７に移動方向の上下流の一方のク
リアランスｔ3 と他方のクリアランスｔ4 とは同程度の
クリアランス量（ｔ3 ＝ｔ4 ）に制御される。また，ス
テータコア１５の駆動２０の両角部には，チャンファ部
２４（第２チャンファ部）が形成されている。
【００２８】この磁束制御装置では，円筒部材７の外周
面は，ステータ４の櫛部２０の内周面に密接して摺動可
能であり，ステータ４に対して相対回転可能に配置さ
れ，円筒部材７を駆動装置９によってステータ４に対し
て相対的に僅かに回転させて円筒部材７のステータ４に
対する位置を変更させて櫛部２０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。円筒部材７の透
磁部材１７のチャンファ部２５とステータコア１５のク
リアランス２０のチャンファ部２４との間に形成される
クリアランスｔ3 ，ｔ4 は，駆動装置９によって円筒部
材７の透磁部材１７をステータコア１５の櫛部２０に対
して相対移動させることによって形成される。
面は，ステータ４の櫛部２０の内周面に密接して摺動可
能であり，ステータ４に対して相対回転可能に配置さ
れ，円筒部材７を駆動装置９によってステータ４に対し
て相対的に僅かに回転させて円筒部材７のステータ４に
対する位置を変更させて櫛部２０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。円筒部材７の透
磁部材１７のチャンファ部２５とステータコア１５のク
リアランス２０のチャンファ部２４との間に形成される
クリアランスｔ3 ，ｔ4 は，駆動装置９によって円筒部
材７の透磁部材１７をステータコア１５の櫛部２０に対
して相対移動させることによって形成される。
【００２９】円筒部材７は，例えば，図５に示すよう
に，周方向に密状態に積層された透磁部材１１と周方向
に異なった部材が積層された透磁・非透磁部材１２とが
長手方向に交互に積層配置されている。透磁・非透磁部
材１２は，周方向に等間隔に位置した円弧状の透磁部材
１７と，透磁部材１７間の窓状の空隙部に位置した円弧
状の非透磁部材１８から構成され，非透磁部材１８は，
空隙，或いはアルミニウム，樹脂等の非磁性材から成る
強度材で形成されている。また，透磁部材１７は，ステ
ータ４の櫛部２０にほぼ相当する長さと同数に設定され
ている。また，円筒部材７の透磁部材１１は，積層され
た珪素鋼板とリング部材とを固着して長手方向に積層し
て形成されている。又は，透磁部材１１と透磁部材１７
は，例えば，円筒状の透磁板を周方向に等間隔に高密度
に積層して構成されている。円筒部材７の透磁・非透磁
部材１２は，場合によっては，周方向に等間隔に窓状空
隙部が形成された円筒状の透磁性鉄鋼板を長手方向に積
層し，窓状空隙部で形成された空隙部に強度材の非透磁
部材が充填された構造に構成することもできる。
に，周方向に密状態に積層された透磁部材１１と周方向
に異なった部材が積層された透磁・非透磁部材１２とが
長手方向に交互に積層配置されている。透磁・非透磁部
材１２は，周方向に等間隔に位置した円弧状の透磁部材
１７と，透磁部材１７間の窓状の空隙部に位置した円弧
状の非透磁部材１８から構成され，非透磁部材１８は，
空隙，或いはアルミニウム，樹脂等の非磁性材から成る
強度材で形成されている。また，透磁部材１７は，ステ
ータ４の櫛部２０にほぼ相当する長さと同数に設定され
ている。また，円筒部材７の透磁部材１１は，積層され
た珪素鋼板とリング部材とを固着して長手方向に積層し
て形成されている。又は，透磁部材１１と透磁部材１７
は，例えば，円筒状の透磁板を周方向に等間隔に高密度
に積層して構成されている。円筒部材７の透磁・非透磁
部材１２は，場合によっては，周方向に等間隔に窓状空
隙部が形成された円筒状の透磁性鉄鋼板を長手方向に積
層し，窓状空隙部で形成された空隙部に強度材の非透磁
部材が充填された構造に構成することもできる。
【００３０】 駆動装置９は，例えば，図５に示すよう
に，円筒部材７の端部に固定されたロッド３１を備えた
電磁弁２９から構成され，コントローラ１０はポジショ
ンセンサ２６によって円筒部材７の複数位置を選定し，
電磁弁２９のロッド３１を移動させて円筒部材７を僅か
な回転移動させる制御をすることから構成されている。
駆動装置９は，円筒部材７に一端を固定したロッド３１
は，他端が電磁弁２９に挿通されているので，電磁弁２
９のコイルへの電流を制御することによってロッド３１
が出入し，円筒部材７が僅かな正転又は逆転をし，透磁
部材１７と非透磁部材１８との位置がステータ４の櫛部
２０に対して移動するものであり，例えば，ポジション
センサ２６によってロッド３１の位置を確かめ，電磁弁
２９に負荷する電圧を変化させる。例えば，電磁弁２９
に大きな電圧を加えると，移動が進み駆動力が増加する
ので，そこで，電圧を小さくするというような電圧制御
を行なうことによって，円筒部材７を所望の位置に停止
させることができる。また，円筒部材７には，戻りスプ
リング４４が設けられているので，例えば，円筒部材７
がステータ４に対して駆動装置９によって相対移動した
状態を，駆動装置９が非付勢状態になれば円筒部材７を
元の位置に確実に戻すことができ，常に円筒部材７の位
置が定まる状態になる。また，円筒部材７は，両端に
は，端部から磁力が外部へ漏洩するのを防止するため，
磁力漏洩防止外筒２７が配置されている。
に，円筒部材７の端部に固定されたロッド３１を備えた
電磁弁２９から構成され，コントローラ１０はポジショ
ンセンサ２６によって円筒部材７の複数位置を選定し，
電磁弁２９のロッド３１を移動させて円筒部材７を僅か
な回転移動させる制御をすることから構成されている。
駆動装置９は，円筒部材７に一端を固定したロッド３１
は，他端が電磁弁２９に挿通されているので，電磁弁２
９のコイルへの電流を制御することによってロッド３１
が出入し，円筒部材７が僅かな正転又は逆転をし，透磁
部材１７と非透磁部材１８との位置がステータ４の櫛部
２０に対して移動するものであり，例えば，ポジション
センサ２６によってロッド３１の位置を確かめ，電磁弁
２９に負荷する電圧を変化させる。例えば，電磁弁２９
に大きな電圧を加えると，移動が進み駆動力が増加する
ので，そこで，電圧を小さくするというような電圧制御
を行なうことによって，円筒部材７を所望の位置に停止
させることができる。また，円筒部材７には，戻りスプ
リング４４が設けられているので，例えば，円筒部材７
がステータ４に対して駆動装置９によって相対移動した
状態を，駆動装置９が非付勢状態になれば円筒部材７を
元の位置に確実に戻すことができ，常に円筒部材７の位
置が定まる状態になる。また，円筒部材７は，両端に
は，端部から磁力が外部へ漏洩するのを防止するため，
磁力漏洩防止外筒２７が配置されている。
【００３１】ステータ４のスロット２２に巻き上げられ
た巻線１４は，ステータ４のステータコア１５の櫛部２
０に同位相で発電できるようにし，異なった巻数で巻き
上げられて直列に接続できるように，複数個の巻線群
は，例えば，図６では，３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１
Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ，及び４Ｕ−４Ｖ−４Ｗに分けら
れており，巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗと巻線群２Ｕ−２Ｖ
−２Ｗが結線され，巻線群４Ｕ−４Ｖ−４Ｗは別の出力
として利用される。場合によっては，３群の巻線群１Ｕ
−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗ
に分けることもできる。
た巻線１４は，ステータ４のステータコア１５の櫛部２
０に同位相で発電できるようにし，異なった巻数で巻き
上げられて直列に接続できるように，複数個の巻線群
は，例えば，図６では，３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１
Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ，及び４Ｕ−４Ｖ−４Ｗに分けら
れており，巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗと巻線群２Ｕ−２Ｖ
−２Ｗが結線され，巻線群４Ｕ−４Ｖ−４Ｗは別の出力
として利用される。場合によっては，３群の巻線群１Ｕ
−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗ
に分けることもできる。
【００３２】また，コントローラ１０は，図７に示すよ
うに，所定の電圧に出力された電力を整流器４２で整流
し，直流とし，符号４５で示す所定の電圧，例えば，１
００Ｖの電圧の交流，例えば，５０〜６０Ｈｚの交流を
出力するインバータ４３を有している。三相交流を発生
させる巻線１４は，例えば，巻線１Ｕと巻線２Ｕ，巻線
１Ｖと巻線２Ｖ，及び巻線１Ｗと巻線２Ｗ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，３４
Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ）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
て円筒部材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。
うに，所定の電圧に出力された電力を整流器４２で整流
し，直流とし，符号４５で示す所定の電圧，例えば，１
００Ｖの電圧の交流，例えば，５０〜６０Ｈｚの交流を
出力するインバータ４３を有している。三相交流を発生
させる巻線１４は，例えば，巻線１Ｕと巻線２Ｕ，巻線
１Ｖと巻線２Ｖ，及び巻線１Ｗと巻線２Ｗ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，３４
Ｃ，３４Ｄ，３４Ｅ，３４Ｆ）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
て円筒部材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。
【００３３】例えば，コントローラ１０は，スイッチ３
４Ｂ，スイッチＣ及びスイッチ３４ＥをＯＮし，他のス
イッチをＯＦＦにする制御を行なうと，単巻になってそ
れに対応した出力電圧を得ることができる。また，スイ
ッチ３４Ａ，スイッチ３４Ｄ及びスイッチ３４Ｆ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８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，及び２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ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。
４Ｂ，スイッチＣ及びスイッチ３４ＥをＯＮし，他のス
イッチをＯＦＦにする制御を行なうと，単巻になってそ
れに対応した出力電圧を得ることができる。また，スイ
ッチ３４Ａ，スイッチ３４Ｄ及びスイッチ３４Ｆ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８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，及び２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ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。
【００３４】この磁束制御装置は，図８に示すように，
チャンファ部２４，２５が形成されているので，磁路空
隙を確実に形成でき，ロータ３の回転数に対して，曲線
Ａで示すように，一定の出力電圧，例えば，１００Ｖの
出力電圧を発電することができる。これに対して，ロー
タ３とステータ４との間に磁束制御の円筒部材を設けて
いない場合には，曲線Ｄで示すように，ロータ３の回転
数に従って出力電圧が増大し，電圧制御が不可能になる
現象が発生する。しかしながら，この磁束制御装置にお
ける円筒部材７を回転制御することによって，矢印で示
すように，一定の出力電圧に降下させることができる。
また，ロータとステータとの間に制御円筒部材を配置し
た電動・発電機（例えば，特開２０００−２６１９８８
号公報参照）では，曲線Ｂ又はＣで示すような出力電圧
を発電することができるが，ロータの回転数に従って出
力電圧が徐々に増大する現象が現れ，必ずしもロータの
回転数の変化によって一定の出力電圧を確保することは
困難である。また，曲線Ｅは巻線の小さい場合が示され
ているが，この場合でも，円筒部材７を回転制御するこ
とによって，ロータ３の回転数が高回転数になった時
に，矢印で示すように，出力電圧を一定の出力電圧に制
御することができる。
チャンファ部２４，２５が形成されているので，磁路空
隙を確実に形成でき，ロータ３の回転数に対して，曲線
Ａで示すように，一定の出力電圧，例えば，１００Ｖの
出力電圧を発電することができる。これに対して，ロー
タ３とステータ４との間に磁束制御の円筒部材を設けて
いない場合には，曲線Ｄで示すように，ロータ３の回転
数に従って出力電圧が増大し，電圧制御が不可能になる
現象が発生する。しかしながら，この磁束制御装置にお
ける円筒部材７を回転制御することによって，矢印で示
すように，一定の出力電圧に降下させることができる。
また，ロータとステータとの間に制御円筒部材を配置し
た電動・発電機（例えば，特開２０００−２６１９８８
号公報参照）では，曲線Ｂ又はＣで示すような出力電圧
を発電することができるが，ロータの回転数に従って出
力電圧が徐々に増大する現象が現れ，必ずしもロータの
回転数の変化によって一定の出力電圧を確保することは
困難である。また，曲線Ｅは巻線の小さい場合が示され
ているが，この場合でも，円筒部材７を回転制御するこ
とによって，ロータ３の回転数が高回転数になった時
に，矢印で示すように，出力電圧を一定の出力電圧に制
御することができる。
【００３５】この発電・電動機は，上記の構成を有する
ので，コントローラ１０の指令で回転アクチュエータ９
を回転されることによって，円筒部材７の透磁部材１７
をステータコア１５のスロット２２の中央に位置させた
り，又は円筒部材７の透磁部材１７をステータコア１５
の櫛部２０の中央に位置させることができる。円筒部材
７は，図２に示すように，円筒部材７の透磁部材１７が
ステータコア１５の櫛部２０の中心に位置し，円筒部材
７の非透磁部材１８はステータコア１５のスロット２２
を中心に位置する時に，磁力が永久磁石部材５から円筒
部材７の透磁部材１７を通ってステータコア１５の櫛部
２０を通って流れ，ロータ３が回転運動する。また，円
筒部材７は，図３に示すように，円筒部材７の透磁部材
１７がステータコア１５の隣接した櫛部２０間，即ち，
ステータコア１５の間隙を中心にブリッジ状態に位置す
る時に，磁束を絞る状態になる。
ので，コントローラ１０の指令で回転アクチュエータ９
を回転されることによって，円筒部材７の透磁部材１７
をステータコア１５のスロット２２の中央に位置させた
り，又は円筒部材７の透磁部材１７をステータコア１５
の櫛部２０の中央に位置させることができる。円筒部材
７は，図２に示すように，円筒部材７の透磁部材１７が
ステータコア１５の櫛部２０の中心に位置し，円筒部材
７の非透磁部材１８はステータコア１５のスロット２２
を中心に位置する時に，磁力が永久磁石部材５から円筒
部材７の透磁部材１７を通ってステータコア１５の櫛部
２０を通って流れ，ロータ３が回転運動する。また，円
筒部材７は，図３に示すように，円筒部材７の透磁部材
１７がステータコア１５の隣接した櫛部２０間，即ち，
ステータコア１５の間隙を中心にブリッジ状態に位置す
る時に，磁束を絞る状態になる。
【００３６】例えば，永久磁石部材５から円筒部材７の
非透磁部材１８を通ってステータコア１５の櫛部２０へ
抜ける磁束と，永久磁石部材５の透磁部材１７を通って
ステータコア１５の櫛部２０へ抜ける磁束とがほぼ同一
の磁束密度になるように，円筒部材７の透磁部材１７と
非透磁部材１８とのサイズは，ステータコア１５の間隙
に対して設定することができる。従って，駆動装置９に
よって円筒部材７の透磁部材１７がステータコア１５の
櫛部２０と整合状態になる位置まで相対回転させること
によって，永久磁石部材５から円筒部材７の透磁部材１
７を通って櫛部２０へ抜ける磁力線が周方向に均一に移
動することができる。また，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，円筒部材７の透磁部材１７
がステータコア１５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，円筒部材７の透磁部材１７はステータコア１５の
隣接する櫛部２０の間のクリアランスｔ3 ，ｔ4 が形成
される位置に位置決めされ，永久磁石部材５からステー
タコア１５の櫛部２０への磁束が絞られて円筒部材７の
周方向に均一に分散して流れる。
非透磁部材１８を通ってステータコア１５の櫛部２０へ
抜ける磁束と，永久磁石部材５の透磁部材１７を通って
ステータコア１５の櫛部２０へ抜ける磁束とがほぼ同一
の磁束密度になるように，円筒部材７の透磁部材１７と
非透磁部材１８とのサイズは，ステータコア１５の間隙
に対して設定することができる。従って，駆動装置９に
よって円筒部材７の透磁部材１７がステータコア１５の
櫛部２０と整合状態になる位置まで相対回転させること
によって，永久磁石部材５から円筒部材７の透磁部材１
７を通って櫛部２０へ抜ける磁力線が周方向に均一に移
動することができる。また，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，円筒部材７の透磁部材１７
がステータコア１５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，円筒部材７の透磁部材１７はステータコア１５の
隣接する櫛部２０の間のクリアランスｔ3 ，ｔ4 が形成
される位置に位置決めされ，永久磁石部材５からステー
タコア１５の櫛部２０への磁束が絞られて円筒部材７の
周方向に均一に分散して流れる。
【００３７】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，ほぼ円筒状の永久磁石部材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１６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。
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，ほぼ円筒状の永久磁石部材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１６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。
【００３８】
【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，円筒部材の
透磁部材とステータの櫛部との対向面側の両角部にチャ
ンファ部を形成する簡単な構成の変更によって櫛部と透
磁部材との間に適正な磁路空隙を形成することができる
からロータの回転状況に応答して円筒部材を回転移動又
は揺動移動させることによって従来のようなサイリスタ
やトランジスタを用いることなく，適正な電圧制御が確
実に簡単に達成でき，例えば，ロータの回転数に影響さ
れることなく，例えば，１００Ｖの予め決められた一定
電圧を発電させることができる。また，この磁束制御装
置は，チャンファ部を含めて透磁部材間に樹脂，アルミ
ニウム又はアルミニウム合金から成る非透磁部材を鋳込
み等によって充填しているから，磁束をロータの回転状
態に応じて効率的に制御する円筒部材の剛性をアップす
ると共に，反力に抗することができ，耐久性をアップす
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。
装置は，上記のように構成されているので，円筒部材の
透磁部材とステータの櫛部との対向面側の両角部にチャ
ンファ部を形成する簡単な構成の変更によって櫛部と透
磁部材との間に適正な磁路空隙を形成することができる
からロータの回転状況に応答して円筒部材を回転移動又
は揺動移動させることによって従来のようなサイリスタ
やトランジスタを用いることなく，適正な電圧制御が確
実に簡単に達成でき，例えば，ロータの回転数に影響さ
れることなく，例えば，１００Ｖの予め決められた一定
電圧を発電させることができる。また，この磁束制御装
置は，チャンファ部を含めて透磁部材間に樹脂，アルミ
ニウム又はアルミニウム合金から成る非透磁部材を鋳込
み等によって充填しているから，磁束をロータの回転状
態に応じて効率的に制御する円筒部材の剛性をアップす
ると共に，反力に抗することができ，耐久性をアップす
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。
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
い位置に円筒部材が移動した場合を示す断面図である。
におけるＡ−Ａ断面における断面を示し，磁束を絞らな
い位置に円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
置に円筒部材が移動した場合を示す断面図である。
におけるＡ−Ａ断面における断面を示し，磁束を絞る位
置に円筒部材が移動した場合を示す断面図である。
【図４】円筒部材とステータとの詳細を示す拡大断面図
である。
である。
【図５】円筒部材を回転揺動させる駆動装置の一実施例
を示す説明図である。
を示す説明図である。
【図６】発電・電動機から引き出されたラインを示す説
明図である。
明図である。
【図７】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。
す説明図である。
【図８】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。
電圧と回転数の関係を示すグラフである。
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 磁路部材
７ 円筒部材
８，１１，１７ 透磁部材
９ 駆動装置
１０ コントローラ
１２ 透磁・非透磁部材
１４ 巻線
１５ ステータコア
１６ 補強部材
１８ 非透磁部材
２０ 櫛部
２１ 非磁性部材
２２ スロット
２４ 櫛部のチャンファ部
２５ 円筒部材のチャンファ部
２６ ポジションセンサ
２７ 磁力漏洩防止外筒
２９ 電磁弁
３１ ロッド
３５ 永久磁石片
４２ 整流器
４３ インバータ
４４ 戻りスプリング
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｈ０２Ｐ 9/48 Ｈ０２Ｐ 9/48 Ｂ
Claims (9)
- 【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
部間に巻線を巻き上げるスロットを備えたステータ，該
ステータの内周側に前記ステータに隣接して前記ステー
タに対して相対回転可能に配置された磁束密度を調整し
て電圧を制御する円筒部材，及び該円筒部材を前記ステ
ータに対して相対移動させる駆動装置を有し， 前記円筒部材は，周方向に隔置して配置され且つ前記ス
テータの前記櫛部間の前記スロットの幅より小さい幅を
有する断面四角形状の透磁部材と，該透磁部材間に配置
された非透磁部材とが交互に積層されて全体として円筒
状に形成され， 前記透磁部材には前記断面四角形の半径方向外周側の両
角部に第１チャンファ部が形成され，前記ステータの前
記櫛部には半径方向内周側の両角部に第２チャンファ部
が形成され，前記透磁部材が前記ステータの前記スロッ
トに対応する位置では，前記透磁部材の前記第１チャン
ファ部と前記櫛部の前記第２チャンファ部との間に予め
決められた所定量の第１クリアランスによる磁路空隙が
形成され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】 前記円筒部材には，戻りスプリングが設
けら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】 前記透磁部材間に位置した前記非透磁部
材は，空隙又はアルミニウム，樹脂等の非磁性材から成
る強度材を埋設形成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４】 前記円筒部材は，前記透磁部材と前記非
磁性部材とが積層されたリング部材を長手方向に複数個
積層して形成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５】 前記円筒部材の前記内周面と前記ロータ
の外周面との間には予め決められた所定量の第２クリア
ランスが形成され，前記円筒部材の前記透磁部材の周方
向の幅は前記ステータの前記スロットの周方向の幅より
小さく形成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６】 前記駆動装置は，前記円筒部材に設けた
回転力を与える端部，前記端部に回転力を伝達するロッ
ド及び前記ロッドを往復移動させるアクチュエータから
構成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７】 前記アクチュエータは直流モータ又は吸
引型電磁弁から構成され，コントローラはポジションセ
ンサによって前記ロッドの複数位置を選定し，前記アク
チュエータを駆動して前記ロッドを往復移動させ，前記
円筒部材を回転運動制御させることから成る請求項６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】 前記巻線は前記ステータのステータコア
の前記櫛部に同位相で発電できるように構成し，異なっ
た巻数で巻き上げられ且つ直列に接続できるように複数
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円筒部材の前記ステータに対する
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を得
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９】 前記コントローラは，所定の電圧に出力
された電力を整流し，所定の電圧の交流を出力するイン
バータ機能を有することから成る請求項８に記載の永久
磁石式発電・電動機の磁束制御装置。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075438A JP3497482B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置 |
| US09/925,703 US6700242B2 (en) | 2000-12-28 | 2001-08-10 | Magnetic flux controls for permanent-magnet motor-generator |
| EP01307713A EP1220427A3 (en) | 2000-12-28 | 2001-09-11 | Magnetic flux controls for permanent-magnet motor-generator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001075438A JP3497482B2 (ja) | 2001-03-16 | 2001-03-16 | 永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002281695A JP2002281695A (ja) | 2002-09-27 |
| JP3497482B2 true JP3497482B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=18932519
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001075438A Expired - Fee Related JP3497482B2 (ja) | 2000-12-28 | 2001-03-16 | 永久磁石式発電・電動機の磁束制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3497482B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7348703B2 (en) * | 2004-08-20 | 2008-03-25 | Dumitru Bojiuc | Monopole field electric motor-generator with switchable coil configuration |
| JP2006288086A (ja) * | 2005-03-31 | 2006-10-19 | Daiwa House Ind Co Ltd | 風力発電などに用いられる発電機構 |
| EP1860754A1 (en) | 2006-05-24 | 2007-11-28 | HONDA MOTOR CO., Ltd. | Electric motor |
| JP2008150193A (ja) * | 2006-12-20 | 2008-07-03 | Sumitomo (Shi) Construction Machinery Manufacturing Co Ltd | リフティングマグネット作業機械 |
| CN102931744B (zh) * | 2012-11-27 | 2014-12-31 | 南京埃斯顿自动控制技术有限公司 | 一种表面式永磁同步直驱电机转子 |
| DE102022125596A1 (de) | 2022-10-05 | 2024-04-11 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Elektrische Maschine, Verfahren zum Betreiben derselben und Kraftfahrzeug |
-
2001
- 2001-03-16 JP JP2001075438A patent/JP3497482B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JP2002281695A (ja) | 2002-09-27 |
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