JP3508709B2 - 磁石界磁回転形回転電機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流発電機、また
は電動機として用いる磁石界磁回転形回転電機に関する
ものである。

【０００２】本発明では、磁石界磁回転形の発電機及び
電動機の双方を対象とするが、以下の説明では、主とし
て磁石発電機を例にとることにする。

【０００３】

【従来の技術】磁石界磁回転形の回転電機では、永久磁
石により回転界磁が構成されているため、界磁調整が困
難であるとされていたが、近年、固定子側に制御コイル
を設けて、該制御コイルが発生した制御用磁束を固定子
鉄心を通して回転子側に流すことにより、界磁調整を行
うことが提案されるようになった。

【０００４】例えば、特開平７−５９３１４号や特開平
７−５８３１９号、あるいは特開平９−１７２７６０号
に示された磁石発電機では、回転子に設ける多数の磁極
のうち、１つ置きの磁極を永久磁石により構成し、他の
１つ置きの磁極を強磁性材料からなる補極（制御磁極）
とするとともに、固定子側に制御コイルを設けて、この
制御コイルから発生させた制御用磁束を回転子ヨークと
補極と固定子鉄心とを通して流すことにより、界磁調整
を行うようにしている。

【０００５】図１２ないし図１５は、固定子側に制御コ
イルを設けて、該制御コイルから発生させた磁束により
界磁調整を行うようにした従来の磁石発電機の構造を示
したもので、図１２及び図１３は制御コイルに励磁電流
を流していない状態を示し、図１４及び図１５は磁石発
電機の出力を増大させるべく制御コイルに励磁電流を流
した状態を示している。図１２及び図１４は磁石発電機
の正面図を示し、図１３及び図１５はそれぞれ図１２の
Ｘ13−Ｘ13線断面図及び図１４のＸ15−Ｘ15線断面図で
ある。

【０００６】これらの図において、矢印を付した線は磁
束の流れを示し、ｘを小円で囲んだ符号は磁束が図の紙
面の表側から裏側に紙面と直角に流れていることを示し
ている。また黒点を小円で囲んだ符号は、磁束が図示の
紙面の裏側から表側に紙面と直角に流れていることを示
している。

【０００７】図１２ないし図１５において、１は回転
子、２は固定子である。回転子１は、鉄などの強磁性材
料によりカップ状に形成されて、周壁部１０１ａが磁極
取付部となっている回転子ヨーク１０１と、回転子ヨー
ク１０１の周壁部１０１ａの周方向に等角度間隔で並ぶ
ように設けられて周壁部１０１ａに取り付けられた６個
の永久磁石からなる主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 と、回転子ヨ
ーク１０１の周方向に等角度間隔で並ぶように設けられ
て６個の主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 相互間にそれぞれ位置さ
せた状態で回転子ヨーク１０１に固設された６個の補極
Ｑ1 〜Ｑ6 とを有している。６個の主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ
6 をそれぞれ構成する永久磁石は、すべての主回転磁極
Ｐ1 〜Ｐ6 の固定子側の磁極面が同極性（図示の例では
Ｎ極）を呈するように、磁化の向きを揃えて回転子ヨー
ク１０１の径方向に着磁されている。回転子ヨーク１０
１の底壁部１０１ｂには、ボス部材１０２のフランジ部
１０２ａがリベット等により固定され、ボス部材１０２
のボス部１０２ｂに設けられたテーパ孔１０２b1に内燃
機関等の原動機の回転軸が嵌合されて、回転子２が原動
機に取り付けられる。

【０００８】図示の固定子２は、回転子１の主回転磁極
Ｐ1 〜Ｐ6 及び補極Ｑ1 〜Ｑ6 に対向する固定子磁極面
を先端に有する１８個の突極部Ａ1 〜Ａ16を環状の継鉄
部Ｙから突出させた構造を有する固定子鉄心２０１と、
固定子鉄心２０１の突極部Ａ1 〜Ａ18にそれぞれ巻回さ
れた電機子コイルＷ1 〜Ｗ18と、回転子ヨークの底壁部
１０１ｂに対向する固定子鉄心２０１の軸線方向端部の
内周側に形成された凹部２０１ｂ内に巻装された制御コ
イルＷｃとからなっている。固定子２は、回転子１と中
心軸線を共有した状態で、かつ固定子鉄心２０１の継鉄
部の内周を回転子１のボス部１０２ｂの外周に空隙を介
して対向させた状態で配置されて、原動機のケースやカ
バー等に設けられた固定子取付け部にネジ２０２により
取り付けられる。

【０００９】図示の磁石発電機においては、２つ置きに
配置された同位相の６個の電機子コイルを直列に接続し
て構成したコイルを１相のコイルとして、３相の電機子
コイルＷu ，Ｗv 及びＷw が構成され、これら３相の電
機子コイルが例えば図２０に示すように星形結線されて
いる。図２０に示した例では、３相の電機子コイルの出
力がダイオードＤｕ〜ＤｗとＤｘ〜Ｄｚからなる全波整
流回路３を通してバッテリ４に印加されている。また図
２０に示した例では、バッテリ４の両端の電圧が切換ス
イッチＳＷを介して制御コイルＷｃに印加され、切換ス
イッチＳＷを切換えることにより、制御コイルＷｃに印
加されるバッテリ４の電圧の極性を切換えることができ
るようになっている。

【００１０】この例では、切換スイッチＳＷの可動接点
ａ1 及びａ2 が図示のように上側の固定接点ｂ1 及びｂ
2 に接触させられているときに、制御コイルＷｃから補
極を増磁する極性の制御用磁束が生じるように、制御コ
イルＷｃの巻方向が設定されていて、発電機の出力を増
大させる必要があるときに、切換スイッチの可動接点ａ
1 及びａ2 を固定接点ｂ1 及びｂ2 に接触させ、発電機
出力を抑制する必要があるときに切換スイッチＳＷの可
動接点ａ1 及びａ2 をそれぞれ固定接点ｃ1 及びｃ2 に
接触させるようになっている。

【００１１】この例では、切換スイッチＳＷにより、電
機子コイルに誘起する出力電圧を調整すべく制御コイル
Ｗｃに流す励磁電流を制御する励磁制御回路５が構成さ
れている。

【００１２】上記の磁石発電機において、制御コイルＷ
ｃに励磁電流が流れていないとき（図２０において切換
スイッチＳＷの可動接点ａ1 及びａ2 をいずれの固定接
点にも接触しない状態にしたとき）には、図１２及び図
１３に示したように、主回転磁極のＮ極−空隙−電機子
鉄心−空隙−補極−回転子ヨークの周壁部１０１ａ−主
回転磁極のＳ極の閉ループを通る主磁束φ1 及びφ2
と、主回転磁極（磁石）のＮ極−空隙−固定子鉄心−空
隙−回転子のボス部１０２ｂ−回転子ヨークの底壁部１
０１ｂ−周壁部１０１ａ−主回転磁極のＳ極の閉ループ
を通る磁束φ3 とが流れる。そのため、主回転磁極（永
久磁石）には、磁束φ1 〜φ3 が通るが、補極には主磁
束φ1 及びφ2 のみが通ることになり、主回転磁極Ｐ1
〜Ｐ6 をそれぞれ通る磁束の方が補極Ｑ1 〜Ｑ6 をそれ
ぞれ通る磁束よりも多い。この状態で回転子１を回転さ
せて３相結線した電機子コイルＷ1 〜Ｗ18から３相交流
電圧を発生させ、この交流電圧を図２０に示すような回
路を通してバッテリに供給すると、バッテリの充電電流
ＩD と回転子の回転数Ｎ［ｒｐｍ］との関係は図１９の
曲線ａのようになる。

【００１３】これに対し、図２０において、切換スイッ
チＳＷの可動接点ａ1 及びａ2 をそれぞれ図示のように
上側の固定接点ｂ1 及びｂ2 に接触させて、バッテリ４
から制御コイルＷｃに励磁電流を流すと、図１４及び図
１５に示したように制御コイルＷｃから発生した制御用
磁束φc が、固定子鉄心−空隙−補極−回転子ヨーク−
ボス部１０２ｂ−空隙−固定子鉄心の閉ループを流れ、
この制御用磁束φc により補極が増磁される。またこの
とき制御コイルＷｃから発生した磁束φc ´が、固定子
鉄心−空隙−主回転磁極−回転子ヨーク−ボス部１０２
ｂ−空隙−固定子鉄心の閉ループを流れ、この磁束φc
´により主回転磁極が減磁される。

【００１４】また図２０において、切換スイッチＳＷの
可動接点ａ1 及びａ2 を図示の状態と逆に下側の固定接
点ｃ1 及びｃ2 にそれぞれ接触させて、バッテリ４から
制御コイルＷｃに励磁電流を流すと、上記とは逆に補極
が減磁され、主回転磁極が増磁される。

【００１５】従来の磁石発電機において、補極を増磁す
るように制御コイルに励磁電流を流したときに図２０の
バッテリに流れる充電電流ＩD と回転数Ｎとの関係を示
すと、図１９の曲線ｂのようになる。また補極を減磁す
るように制御コイルに励磁電流を流したときにバッテリ
に流れる充電電流ＩD と回転数Ｎとの関係を示すと、図
１９の曲線ｃのようになる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、回転子
に永久磁石からなる主回転磁極と強磁性材料からなる補
極とを交互に設けるとともに、固定子側に制御コイルＷ
ｃを設けて、制御コイルに励磁電流を流すことにより、
補極を増磁または減磁するようにした従来の磁石発電機
では、補極を増磁するように制御コイルに励磁電流を流
したときに主回転磁極が減磁され、また補極を減磁する
ように制御コイルに励磁電流を流したときには、主回転
磁極が増磁されるため、電機子コイルと鎖交する磁束の
変化量を大きくとることが困難であった。

【００１７】図１７は、従来のこの種の磁石発電機にお
いて制御コイルに励磁電流を流したとき、及び制御コイ
ルに励磁電流を流さなかったときに電機子コイルに鎖交
する磁束の波形を時間ｔに対して示したもので、同図に
おいて波形ａは励磁電流を流さなかった場合を示し、波
形ｂ及びｃはそれぞれ補極（Ｓ極）を増磁する極性の励
磁電流を流した場合及び補極を減磁する極性の励磁電流
を流した場合を示している。図１７においてφN は電機
子コイルが巻回されている突極部がＮ極に対向している
ときに電機子コイルと鎖交する磁束を示し、φS は電機
子コイルが巻回されている突極部がＳ極に対向している
ときに電機子コイルと鎖交する磁束を示している。

【００１８】図１７から明らかなように、従来のこの種
の磁石発電機では、制御コイルに励磁電流を流したとき
の磁束の変化量を余り大きくとることができなかったた
め、励磁コイルの巻数を多くし、励磁電流を大きくして
比較的大きなアンペアターンで電機子コイルと鎖交する
磁束を制御しようとしても、発電機の出力の制御幅を広
くとることができないという問題があった。

【００１９】特に主回転磁極を構成する磁石として希土
類磁石を用いた場合には、磁力は強くなるが、磁石の厚
みが薄くなるため、制御コイルから見た磁石のパーミア
ンスが大きくなる。そのため、補極を増磁しようとして
も、主回転磁極から流れ出す磁束の減少割合が大きくな
って、電機子コイルと鎖交する磁束のトータルの変化量
が少なくなり、発電機出力の制御幅が狭くなるという問
題があった。

【００２０】上記の説明では、制御コイルから発生させ
た制御用磁束により磁石発電機の発電出力を制御する場
合を例にとったが、磁石界磁回転形の電動機において、
制御コイルから生じさせた制御用磁束により電動機出力
を制御する場合にも同様の問題が生じ、制御コイルに流
す励磁電流により出力を広範囲に制御することが難しい
という問題が生じる。

【００２１】制御用磁束が主回転磁極を構成する磁石に
与える影響を少なくするために、特開平９−１７２７６
０号に示されているように、永久磁石の極弧角を補極の
極弧角のほぼ２倍程度に大きくすることが提案されてい
るが、このように構成した場合には、回転界磁のＮ極と
Ｓ極とのバランスが崩れて、磁音が生じたり、入力トル
クの変動が生じたりするという新たな問題が生じる。

【００２２】また従来のこの種の磁石発電機では、回転
子のボス部を制御用磁束の磁路の一部として用いるた
め、該ボス部を固定子鉄心の継鉄部に対向させるよう
に、ボス部の軸線方向長さを長くしておく必要があっ
た。そのため、ボス部の設計の自由度が低くなるだけで
なく、ボス部が大形になって回転子の質量が増大し、車
両を駆動する内燃機関に取付ける磁石発電機において機
関の加速性能を向上させるために、回転子のイナーシャ
を小さくすることが要求された場合に、その要求に答え
ることが難しくなるという問題があった。

【００２３】本発明の目的は、比較的少ないアンペアタ
ーンで、電機子コイルと鎖交する磁束の量を広範囲に制
御して、効率よく出力制御を行うことができるようにし
た磁石界磁回転形回転電機を提供することにある。

【００２４】本発明の他の目的は、回転子のボス部を制
御用磁束の磁路として用いることなく、制御用磁束を補
極に作用させて、出力制御を行うことができるようにし
た磁石界磁回転形回転電機を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、周方向に伸び
る磁極取付け部を有する回転子ヨークと該回転子ヨーク
の周方向に等角度間隔で並ぶように設けられて前記磁極
取付け部に取り付けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の
永久磁石からなる主回転磁極と前記回転子ヨークの周方
向に等角度間隔で並ぶように設けられて前記ｎ個の主回
転磁極相互間にそれぞれ位置させた状態で前記磁極取付
け部に固設されたｎ個の補極とを有して前記ｎ個の主回
転磁極が同極性を呈するように前記ｎ個の主回転磁極を
構成する永久磁石が磁化の向きを揃えて前記回転子ヨー
クの径方向に着磁されている回転子と、前記回転子の主
回転磁極及び補極に対向する固定子磁極面を先端に有す
るｍ個（ｍは２以上の整数）の突極部を継鉄部から突出
させた構造を有する固定子鉄心と前記固定子鉄心の前記
突極部に巻回された電機子コイルとを有する固定子とを
備えた磁石界磁回転形回転電機を対象とする。

【００２６】本発明においては、固定子鉄心の軸線を囲
むように配置されて固定子鉄心の継鉄部に磁気的に結合
された環状の軸方向磁路形成部と該軸方向磁路形成部か
ら突出して固定子の側方を回転子の径方向に沿って磁極
取付け部側に伸びる板状の径方向磁路形成部とを有し
て、径方向磁路形成部の前記磁極取付け部側の端部に該
磁極取付け部の周方向に沿って伸びる制御用磁極面が形
成されている界磁制御用ヨークと、該界磁制御用ヨーク
の軸方向磁路形成部を取り囲むように巻回された制御コ
イルとが設けられる。

【００２７】上記補極は、固定子磁極面と制御用磁極面
との双方に対向するように、その寸法と配設位置とが設
定され、主回転磁極は、固定子磁極面のみに対向し、制
御用磁極面には対向しないように、その寸法と配設位置
とが設定されている。

【００２８】本明細書において、補極を回転子ヨークの
磁極取付け部に「固設」するとは、補極を磁極取付け部
に対して固定された状態で設けることを意味し、補極を
回転子ヨークと別部材により形成して、該補極をネジ止
めや接着等により回転子ヨークの磁極取付け部に固定す
る場合、及び回転子ヨークの磁極取り付け部の一部に一
体成形により補極を形成する場合の双方を包含する。

【００２９】上記のように構成すると、制御用磁束はも
っぱら界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して各
補極に流れ、主回転磁極には制御用磁束が流れないた
め、補極を増磁するように制御コイルに励磁電流を流し
たときに主回転磁極が減磁されることがなく、また補極
を減磁するように制御コイルに励磁電流を流したときに
主回転磁極が増磁されることがない。そのため、制御コ
イルから発生させる制御用磁束により、各電機子コイル
と鎖交する磁束の量を広範囲に制御することができ、従
来よりも少ないアンペアターンで回転電機の出力を広範
囲に制御することができる。

【００３０】また上記のように構成すると、主回転磁極
の極弧角と補極の極弧角とを異ならせる必要がないた
め、磁音の発生やトルク変動の発生を伴うことなく、出
力を効率よく制御できる磁石界磁回転形の回転電機を得
ることができる。

【００３１】また上記のように構成すると、回転子外転
形の構成をとる場合に、回転子のボス部を制御用磁束の
磁路として用いないため、回転子のボス部の設計の自由
度を高めることができ、ボス部の長さを短くして回転子
のイナーシャを小さくしたり、ボス部を非磁性材料によ
り形成したりすることができる。

【００３２】本発明に係わる回転電機は、回転子が固定
子の内側を回転する回転子内転形、及び回転子が固定子
の外側を回転する回転子外転形のいずれの構成をもとる
ことができる。

【００３３】回転子外転形の構成をとる場合には、回転
子ヨークが、強磁性材料によりカップ状に形成され、ｎ
個（ｎは１以上の整数）の主回転磁極は、回転子ヨーク
の周方向に等角度間隔で並ぶように設けられて該回転子
ヨークの周壁部内面に取り付けられる。またｎ個の補極
は、回転子ヨークの周方向に等角度間隔で並ぶように設
けられてｎ個の主回転磁極相互間にそれぞれ位置させた
状態で回転子ヨークの周壁部に固設される。また固定子
は、回転子の主回転磁極及び補極に対向する固定子磁極
面を先端に有するｍ個（ｍは２以上の整数）の突極部を
等角度間隔で環状の継鉄部から突出させた構造を有する
固定子鉄心と、該固定子鉄心の突極部に巻回された電機
子コイルとを備えた構成とする。固定子の磁極の数ｍの
値は、通常２ｎまたは３ｎに等しく設定する。

【００３４】この場合、界磁制御用ヨークは、固定子鉄
心の環状の継鉄部の内周に一部が嵌合された状態で該継
鉄部に固定された環状の軸方向磁路形成部と該軸方向磁
路形成部から突出して固定子の側方を回転子の径方向に
沿って回転子ヨークの周壁部側に伸びる板状の径方向磁
路形成部とを有して、該径方向磁路形成部の前記周壁部
側の端部に該周壁部の周方向に沿って伸びる制御用磁極
面を形成した構成とし、この界磁制御用ヨークの軸方向
磁路形成部を取り囲むように制御コイルを配置する。

【００３５】この場合も、補極は、固定子磁極面と制御
用磁極面との双方に対向するように、その寸法と配設位
置とが設定され、主回転磁極は、固定子磁極面のみに対
向し、制御用磁極面には対向しないように、その寸法と
配設位置とが設定される。

【００３６】上記補極は、回転子ヨークに取り付けられ
た強磁性材料のブロックにより構成することができる。

【００３７】上記の回転電機では、界磁制御用ヨークの
軸方向磁路形成部から界磁制御用ヨークの径方向磁路形
成部と補極と回転子ヨークと主回転磁極と固定子鉄心の
突極部とを経て軸方向磁路形成部に戻る磁路の磁気抵抗
が小さいと、この磁路が制御用磁束に対して漏洩磁路と
なって、制御用磁束が主回転磁極に影響を与えるおそれ
がある。

【００３８】これを防ぐためには、補極を構成する強磁
性材料のブロックを、非磁性材料からなるスペーサを介
して回転子ヨークに取り付けて、補極と回転子ヨークと
の間の磁気抵抗を、主回転磁極から生じる主磁束に対し
ては小さく、上記漏洩磁路を流れる磁束に対しては大き
くするような適当な値にしておくことが望ましい。

【００３９】このように、補極と回転子ヨークとの間に
非磁性材料からなるスペーサを介在させると、界磁制御
用ヨークの軸方向磁路形成部から径方向磁路形成部と補
極と回転子ヨークと主回転磁極と固定子鉄心の突極部と
を経て軸方向磁路形成部に戻る磁路の磁気抵抗を、界磁
制御用ヨークの軸方向磁路形成部から固定子鉄心の突極
部と補極と界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部とを経
て軸方向磁路形成部に戻る制御用磁束の正規の磁路の磁
気抵抗に比べて十分に大きくすることができるため、制
御用磁束により主回転磁極が減磁されたり増磁されたり
するのを防いで、制御コイルによる回転電機の出力制御
を効率よく行わせることができる。

【００４０】上記補極はまた、回転子ヨークの一部に一
体に形成することもできる。カップ状に形成された回転
子ヨークの一部に補極を一体に設ける場合には、回転子
ヨークの周壁部の、複数の主回転磁極相互間に位置する
部分を径方向の内側に突出させるように押出し成形し
て、該押出し成形した部分により補極を構成するように
するのがよい。このように、回転子ヨークの周壁部の一
部を押出し成形することにより補極を構成するようにす
ると、補極と回転子ヨークとの連結部の断面積を、補極
を通る主磁束により飽和する程度の大きさに設定するこ
とにより、制御用磁束に対して形成されるおそれがある
漏洩磁路の磁気抵抗を大きくすることができるため、制
御用磁束により主回転磁極が影響を受けるのを防いで、
制御コイルによる回転電機の出力の制御を効率よく行わ
せることができる。

【００４１】上記回転電機を磁石発電機として動作させ
る場合には、回転子が外部から回転駆動された際に電機
子コイルに誘起する出力電圧を調整すべく制御コイルに
流す励磁電流を制御する励磁制御回路を設ける。

【００４２】この制御回路は、例えば、回転子が外部か
ら回転駆動された際に電機子コイルに誘起する出力電圧
を増大させるときに回転子の主回転磁極から固定子鉄心
の突極部を通して補極に流れる磁束と同極性の制御用磁
束を界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して補極
側に流す極性の励磁電流を制御コイルに流し、回転子が
外部から回転駆動された際に電機子コイルに誘起する出
力電圧を抑制するときには回転子の主回転磁極から固定
子鉄心の突極部を通して補極に流れる磁束と異極性の制
御用磁束を界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通し
て補極側に流す極性の励磁電流を制御コイルに流すよう
に構成される。

【００４３】また上記回転電機を電動機として動作させ
る場合には、電機子コイルに駆動電流を流して回転子を
回転駆動する際に、回転子の回転速度または出力トルク
を調整すべく制御コイルに励磁電流を流す励磁制御回路
を設ける。

【００４４】

【発明の実施の形態】図１ないし図４は、本発明に係わ
る磁石発電機の構成例を示したもので、図１及び図２は
制御コイルに励磁電流を流していない状態を示し、図３
及び図４は磁石発電機の出力を増大させるべく制御コイ
ルに励磁電流を流した状態を示している。図１及び図３
は磁石発電機の正面図を示し、図２及び図４はそれぞれ
図１のＸ2 −Ｘ2 線断面図及び図３のＸ4 −Ｘ4 線断面
図である。

【００４５】図１ないし図４において、図１２ないし図
１５に示した従来の磁石発電機の各部と同等の部分には
それぞれ図１２ないし図１５に示した符号と同一の符号
を付してある。図１ないし図４において、１は回転子、
２は固定子で、回転子１は、強磁性材料によりカップ状
に形成されて周壁部１０１ａが磁極取付け部となってい
る回転子ヨーク１０１と、等角度間隔で並ぶように設け
られて回転子ヨーク１０１の周壁部１０１ａの内周に等
角度間隔をもって取り付けられた６個の永久磁石からな
る主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 と、回転子ヨーク１０１の周方
向に等角度間隔で並ぶように設けられて６個の主回転磁
極Ｐ1 〜Ｐ6 相互間にそれぞれ位置させた状態で回転子
ヨーク１０１に取り付けられた６個の補極Ｑ1 〜Ｑ6 と
を有している。

【００４６】主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 をそれぞれ構成する
永久磁石は、回転子ヨーク１０１の周壁部の内周に沿う
ように円弧状に形成されていて、接着等により周壁部１
０１ａに固定されている。主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 を構成
する永久磁石は、すべての主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 の固定
子側の磁極面が同極性（図示の例ではＮ極）を呈するよ
うに、それぞれの磁化の向きを揃えて回転子ヨーク１０
１の径方向に着磁されている。

【００４７】補極Ｑ1 〜Ｑ6 は、回転子ヨークの周壁部
１０１ａの内周に沿うように円弧状に形成された強磁性
材料のブロック（中実の塊）からなっていて、セラミッ
クスやアルミニューム等の非磁性材料の薄い板からなる
スペーサ１１０を介して周壁部１０１ａに接着等により
固定されている。なおスペーサ１１０の部分で渦電流損
を生じさせないようにするため、該スペーサを構成する
非磁性材料としては、セラミックス等の非金属材料を用
いるのが好ましい。

【００４８】回転子ヨーク１０１の底壁部１０１ｂに
は、ボス部材１０２のフランジ部１０２ａがリベット等
により固定され、ボス部材１０２のボス部１０２ｂには
原動機の回転軸を嵌合させるためのテーパ孔１０２b1が
形成されている。

【００４９】固定子２は、固定子鉄心２０１と該固定子
鉄心に巻装された電機子コイルＷ1〜Ｗ18と制御コイル
Ｗｃとからなっている。

【００５０】固定子鉄心２０１は、回転子１の主回転磁
極Ｐ1 〜Ｐ6 及び補極Ｑ1 〜Ｑ6 に対向する固定子磁極
面を先端に有する１８個の突極部Ａ1 〜Ａ18を環状の継
鉄部Ｙから突出させた構造を有する環状星形多極鉄心
で、この鉄心は、所定の形状に打ち抜かれた鋼板を所定
枚数積層して締結することにより構成されている。

【００５１】固定子鉄心２０１の突極部Ａ1 〜Ａ18にそ
れぞれ電機子コイルＷ1 〜Ｗ18が巻回され、回転子ヨー
クの底壁部１０１ｂに対向する固定子鉄心２０１の軸線
方向端部の継鉄部の内周側に周設された凹部２０１ｂ内
に制御コイルＷｃが巻装されている。制御コイルＷｃ
は、軸線方向の両端につばを有する円筒状のボビンに巻
回された単一のコイルからなっていて、固定子鉄心２０
１に形成された凹部（または段部）２０１ｂ内に、固定
子鉄心２０１と同心的に配置されて、適宜の手段により
固定子鉄心２０１に対して固定されている。

【００５２】固定子２は、回転子１と中心軸線を共有し
た状態で、かつ固定子鉄心２０１の継鉄部の内周を回転
子１のボス部１０２ｂの外周に空隙を介して対向させた
状態で配置されて、原動機のケースやカバー等に設けら
れた固定子取付け部にネジ２０２により取り付けられ
る。

【００５３】本発明においては、回転子ヨーク１０１の
周壁部及び底壁部とボス部とが制御用磁束の磁路として
用いられることはなく、代りに、固定子側に強磁性材料
からなる界磁制御用ヨーク１０が設けられている。

【００５４】図示の界磁制御用ヨーク１０は、図５にも
示したように、固定子鉄心２０１の軸線を囲むように配
置される環状の軸方向磁路形成部１０Ａと、軸方向磁路
形成部１０Ａの端部から突出して固定子２の側方を回転
子１の径方向に沿って伸びる円板状の径方向磁路形成部
１０Ｂとからなっている。

【００５５】図示の軸方向磁路形成部１０Ａは、軸線方
向に並ぶ大径のコイル嵌合部１０A1と小径の鉄心嵌合部
１０A2とからなっていて、コイル嵌合部１０A1が制御コ
イルＷｃの内周に嵌合され、鉄心嵌合部１０A2が固定子
鉄心の継鉄部Ｙの内周に嵌合されて該継鉄部Ｙに磁気的
に結合されている。そして、回転子ヨークの底壁部１０
１ｂに対向するコイル嵌合部１０A1の端部から突出して
回転子の径方向に沿って回転子ヨーク１０１の周壁部側
に伸びるように円板状の径方向磁路形成部１０Ｂが形成
され、回転子ヨークの周壁部の周方向に伸びる径方向磁
路形成部１０Ｂの外周部に、補極Ｑ1 〜Ｑ6 に対向させ
られる制御用磁極面１０ｂが形成されている。

【００５６】主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 の極弧角及び補極Ｑ
1 〜Ｑ6 の極弧角はすべて等しく設定されているが、補
極Ｑ1 〜Ｑ6 は、固定子磁極面と制御用磁極面１０ｂと
の双方に対向するように、それぞれの寸法と配設位置と
が設定され、主回転磁極Ｐ1〜Ｐ6 は、固定子磁極面の
みに対向し、制御用磁極面１０ｂには対向しないよう
に、それぞれの寸法と配設位置とが設定される。

【００５７】図示の例では、図２に見られるように、補
極Ｑ1 〜Ｑ6 の幅寸法（回転子の軸線方向に測った寸
法）が固定子鉄心の突極部Ａ1 〜Ａ18のそれぞれの先端
の固定子磁極面の幅寸法（軸線方向に測った寸法）より
も十分に大きく設定されていて、固定子鉄心の突極部Ａ
1 〜Ａ18のそれぞれの先端の固定子磁極面Ａａ及び界磁
制御用ヨーク１０の径方向磁路形成部１０Ｂの外周部の
制御用磁極面１０ｂの双方が補極に対向し得るようにな
っている。

【００５８】また主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 をそれぞれ構成
する永久磁石の幅寸法が固定子鉄心の突極部の先端の固
定子磁極面Ａａの幅寸法よりも小さく設定されていて、
固定子磁極面Ａａのみが主回転磁極に対向し、界磁制御
用ヨークの制御用磁極面１０ｂは主回転磁極に対向しな
いようになっている。

【００５９】なお、図示の例では、補極の幅寸法と主回
転磁極の幅寸法とを異ならせることにより、補極Ｑ1 〜
Ｑ6 に固定子磁極面Ａａ及び制御用磁極面１０ｂの双方
を対向させ、主回転磁極に固定子磁極面Ａａのみを対向
させるようにしているが、補極Ｑ1 〜Ｑ6 のそれぞれの
幅寸法及び主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 のそれぞれの幅寸法を
同一として、補極の取付け位置と主回転磁極の取付け位
置とを回転子の軸線方向にずらすことにより、補極に固
定子磁極面及び制御用磁極面の双方を対向させ、主回転
磁極に固定子磁極面のみを対向させるようにしてもよ
い。

【００６０】例えば、図２において、補極Ｑ1 〜Ｑ6 及
び主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 の幅寸法を同一として、補極を
回転子ヨーク１０１の底壁部１０１ｂ側に寄せて配置す
ることにより補極に固定子磁極面Ａａ及び制御用磁極面
１０ｂの双方を対向させ、主回転磁極を回転子ヨーク１
０１の開口部側に寄せて配置することにより、制御用磁
極面１０ｂのみを主回転磁極に対向させるようにしても
よい。

【００６１】図示の磁石発電機においては、主回転磁極
Ｐ1 〜Ｐ6 を構成する永久磁石のＮ極−空隙−電機子鉄
心−空隙−補極−回転子ヨークの周壁部１０１ａ−主回
転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 のＳ極の閉ループを通して主磁束φ1
及びφ2 が流れる。これらの主磁束が流れる閉ループを
主ループと呼ぶ。

【００６２】また制御コイルＷｃに励磁電流が流れたと
きには、界磁制御用ヨーク１０の軸方向磁路形成部１０
Ａ−固定子鉄心２０１−空隙−補極Ｑ1 〜Ｑ6 −界磁制
御用ヨーク１０の径方向磁路形成部１０Ｂ−軸方向磁路
形成部１０Ａ−固定子鉄心２０１の閉ループを通して制
御用磁束φｃが流れる。この制御用磁束φc が流れる閉
ループを制御ループと呼ぶ。

【００６３】なお、ボス部１０２ｂが強磁性材料からな
っていて、界磁制御用ヨーク１０の内周とボス部１０２
ｂとの間の距離が短いときには、主回転磁極（磁石）の
Ｎ極−空隙−固定子鉄心−界磁制御用ヨーク１０−空隙
−ボス部１０２ｂ−回転子ヨークの底壁部１０１ｂ−周
壁部１０１ａ−主回転磁極のＳ極の閉ループを通る漏洩
磁束φ3 ´が流れる。図１及び図２に示した例では、ボ
ス部１０２ｂの長さが短くなっていて、該ボス部１０２
ｂが界磁制御用ヨーク１０の内周面のほぼ１／２にしか
対向せず、かつボス部１０２ｂと界磁制御用ヨーク１０
との間の間隔が比較的大きくなっているため、上記漏洩
磁束φ3 ´は流れても僅かである。

【００６４】図示の磁石発電機においては、界磁制御用
ヨーク１０の軸方向磁路形成部１０Ａから界磁制御用ヨ
ークの径方向磁路形成部１０Ｂと補極Ｑ1 〜Ｑ6 と回転
子ヨーク１０１と主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 と固定子鉄心の
突極部とを経て軸方向磁路形成部に戻る磁路が制御用磁
束に対して漏洩磁路となるおそれがある。

【００６５】図１ないし図４に示した磁石発電機におい
て、補極Ｑ1 〜Ｑ6 と回転子ヨーク１０１との間に介在
させられた非磁性材料からなるスペーサ１１０は、上記
制御用磁束に対して形成されるおそれがある漏洩磁路の
磁気抵抗を、上記制御ループの磁気抵抗に比べて十分に
大きくして、該漏洩磁路を通して制御用磁束を流さない
ようにするために設けられている。このように構成して
おくと、主ループを通して流れる主磁束を確保しつつ、
制御用磁束が主回転磁極側に流れるのを防いで、制御用
磁束が主回転磁極に影響を与えるのを防ぐことができ
る。

【００６６】図１ないし図４に示した磁石発電機におい
ても、２つ置きに配置された同位相の６個の電機子コイ
ルを直列に接続して構成したコイルを１相のコイルとし
て、３相の電機子コイルＷu ，Ｗv 及びＷw を構成する
ことができる。ここでは、これら３相の電機子コイルＷ
u ，Ｗv 及びＷw を例えば図２０に示すように星形結線
して、該３相の電機子コイルＷu ，Ｗv 及びＷw の出力
をダイオードＤｕ〜ＤｗとＤｘ〜Ｄｚとからなる全波整
流回路３を通してバッテリ４等の負荷に供給するものと
する。また、バッテリ４の出力電圧を切換スイッチＳＷ
からなる励磁制御回路５を通して制御コイルＷｃに印加
する。

【００６７】図１ないし図４に示した例においても、切
換スイッチＳＷの可動接点ａ1 及びａ2 が上側の固定接
点ｂ1 及びｂ2 に接触させられているときに、制御コイ
ルＷｃから補極Ｑ1 〜Ｑ6 を増磁する極性の制御用磁束
が生じるように、制御コイルＷｃの巻方向が設定されて
いるものとする。

【００６８】上記の磁石発電機において、制御コイルＷ
ｃに励磁電流が流れていないときには、主回転磁極のＮ
極−空隙−電機子鉄心−空隙−補極−回転子ヨークの周
壁部１０１ａ−主回転磁極のＳ極の主ループを通して主
磁束φ1 及びφ2 が流れる。この状態で回転子１を回転
させて、３相結線した電機子コイルＷ1 〜Ｗ13から３相
交流電圧を発生させ、この交流電圧を図２０に示すよう
な回路を通してバッテリに供給した場合、バッテリに流
れる充電電流ＩD と回転子の回転数Ｎ［ｒｐｍ］との関
係は図１９の曲線ａとほぼ同様（磁束φ3 ´が弱い分だ
け僅かに充電電流が小さくなる）になる。

【００６９】これに対し、図２０において、切換スイッ
チＳＷの可動接点ａ1 及びａ2 をそれぞれ図示のように
上側の固定接点ｂ1 及びｂ2 に接触させて、バッテリ４
から制御コイルＷｃに励磁電流を流したときには、図３
及び図４に示したように制御コイルＷｃから発生した制
御用磁束φc が、界磁制御用ヨークの軸方向磁路形成部
１０Ａ−固定子鉄心２０１−空隙−補極−界磁制御用ヨ
ーク１０の径方向磁路形成部１０Ｂ−界磁制御ヨークの
軸方向磁路形成部１０Ａの閉ループを流れ、この制御用
磁束φc により補極が増磁される。

【００７０】また図２０において、切換スイッチＳＷの
可動接点ａ1 及びａ2 をそれぞれ下側の固定接点ｃ1 及
びｃ2 に接触させて、バッテリ４から制御コイルＷｃに
励磁電流を流したときには、上記制御用磁束φc と逆向
きの制御用磁束が、界磁制御用ヨークの軸方向磁路形成
部１０Ａ−径方向磁路形成部１０Ｂ−補極Ｑ1 〜Ｑ6−
空隙−固定子鉄心２０１−界磁制御用ヨークの軸方向磁
路形成部１０Ａの閉ループを流れ、補極が減磁される。

【００７１】本発明においては、界磁制御用ヨーク１０
の径方向磁路形成部１０Ｂが補極には対向するが、主回
転磁極には対向しないようになっていて、制御用磁束に
対しては主回転磁極を通る閉磁路が構成されないように
なっているため、制御コイルＷｃから発生した制御用磁
束が、主回転磁極Ｐ1 〜Ｐ6 を通して流れて、主回転磁
極が減磁されたり増磁されたりするのを防ぐことができ
る。そのため、制御コイルから発生させた制御用磁束に
より、電機子コイルＷ1 〜Ｗ18と鎖交する磁束の量を広
範囲に制御することができ、従来よりも少ないアンペア
ターンで回転電機の出力を広範囲に制御することができ
る。

【００７２】図１８は、本発明に係わる磁石発電機にお
いて制御コイルＷｃに励磁電流を流したとき、及び流さ
なかったときに電機子コイルに鎖交する磁束の波形を時
間ｔに対して示したもので、同図において波形ａは励磁
電流を流さなかった場合を示し、波形ｂ及びｃはそれぞ
れ補極（Ｓ極）を増磁する極性の励磁電流を流した場合
及び補極を減磁する極性の励磁電流を流した場合を示し
ている。

【００７３】図１及び図２に示した本発明の磁石発電機
において、補極を増磁するように制御コイルＷｃに励磁
電流を流したときに図２０のバッテリに流れる充電電流
ＩDと回転速度Ｎとの関係を示すと、図１９の曲線ｄの
ようになる。また補極を減磁するように制御コイルＷｃ
に励磁電流を流したときに流れる充電電流ＩD と回転速
度Ｎとの関係は図１９の曲線ｅのようになる。

【００７４】図１８及び図１９から明らかなように、本
発明に係わる磁石発電機では、制御コイルＷｃに励磁電
流を流したときの磁束の変化量を従来よりも大きくする
ことができるため、従来より少ないアンペアターンで制
御用磁束を発生させて、発電機の出力を広範囲に制御す
ることができる。

【００７５】また上記のように構成すると、主回転磁極
Ｐ1 〜Ｐ6 の極弧角と補極Ｑ1 〜Ｑ6 の極弧角とを異な
らせる必要がないため、主回転磁極を流れる磁束と補極
を流れる磁束との間に大きなアンバランスが生じるのを
防いで、大きな磁音の発生やトルク変動の発生を伴うこ
となく、出力を効率よく制御することができる。

【００７６】また上記のように構成すると、回転子１の
ボス部を制御用磁束の磁路として用いないため、回転子
のボス部の設計の自由度を高めることができ、ボス部の
長さを短くして回転子のイナーシャを小さくしたり、ボ
ス部を非磁性材料により形成したりすることができる。

【００７７】図１ないし図４に示した例では、界磁制御
用ヨーク１０の径方向磁路形成部１０Ｂを回転子ヨーク
１０１の底壁部１０１ｂ側に配置したが、図６及び図７
に示すように、界磁制御用ヨーク１０の径方向磁路形成
部１０Ｂを回転子ヨーク１０１の開口部側に配置するよ
うにしてもよい。このように構成すると、界磁制御用ヨ
ークを、固定子を取り付けるための台板として兼用する
ことができる。

【００７８】図１ないし図４に示した例では、非磁性体
からなるスペーサ１１０を補極の周方向（長さ方向）の
全長に亘って設けているが、図８及び図９に示すよう
に、スペーサ１１０の両端を補極Ｑ1 〜Ｑ6 の周方向の
両端の手前の位置で終端させて、該スペーサを補極の内
周面に設けた凹部内に収容し、補極Ｑ1 〜Ｑ6 の両端を
回転子ヨークの周壁部１０１ａに直接接触させるように
してもよい。図８及び図９のように構成する場合には、
補極Ｑ1 〜Ｑ6 の回転子ヨークと直接接触する部分（図
のＣ部）の磁路の磁気特性を図１６のような飽和特性と
して、この磁路の磁束密度が主磁束φ1 及びφ2 により
飽和するようにしておく。

【００７９】なお図８及び図９に示すように構成する場
合、スペーサ１１０の部分を空隙で置き換えてもよい。

【００８０】上記の各例では、補極Ｑ1 〜Ｑ6 を回転子
ヨークと別体に設けた強磁性体のブロック（中実の塊）
により形成したが、図１０及び図１１に示したように、
回転子ヨーク１０１の周壁部１０１ａの一部を径方向の
内側に押出し成形することにより、回転子１に一体に補
極を形成するようにしてもよい。

【００８１】図１０及び図１１のように構成する場合に
は、補極Ｑ1 〜Ｑ6 と回転子ヨークの周壁部１０１ａと
の連結部（図示のＤ部）の断面積を、主回転磁極から生
じる主磁束により磁束密度が飽和する程度の大きさに設
定しておくことにより、制御用磁束に対して漏洩磁路が
形成されるのを防いで、制御用磁束が主磁束に影響を与
えるのを防ぐことができる。

【００８２】上記の例では、固定子鉄心の全ての突極部
に電機子コイルを巻回しているが、発電機の出力が余る
場合には、一部の突極部に電機子コイルを巻回しないよ
うにすることもできる。

【００８３】上記の例では、環状の固定子鉄心を用いて
いるが、固定子鉄心は継鉄部と該継鉄部から突出した突
極部とを有していればよく、必ずしも環状に形成される
必要はない。例えば半円状に形成された継鉄部から２以
上の整数個の突極部を突出させた構造を有する固定子鉄
心を用いることもできる。

【００８４】上記の例では、図２０に示すように、切換
スイッチＳＷにより励磁制御回路５を構成したが、この
制御回路は、例えば電機子コイルに誘起する出力電圧を
増大させるときに回転子の主回転磁極から固定子鉄心の
突極部を通して補極に流れる磁束と同極性の制御用磁束
を界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して補極側
に流す極性の励磁電流を制御コイルに流し、回転子が外
部から回転駆動された際に電機子コイルに誘起する出力
電圧を抑制するときには回転子の主回転磁極から固定子
鉄心の突極部を通して補極に流れる磁束と異極性の制御
用磁束を界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して
補極側に流す極性の励磁電流を制御コイルに流すように
構成されればよく、上記の例に限定されない。

【００８５】例えば、発電機の出力電圧を検出する電圧
検出回路と、該検出回路により検出された出力電圧を設
定値に保つように制御コイルに流す励磁電流の大きさ及
び極性を制御する回路とにより、上記励磁制御回路を構
成することができる。

【００８６】上記の例では、回転子を１２極に構成し、
固定子を１８極に構成しているが、これらの極数は上記
の例に限定されない。一般に回転子は２ｎ極（ｎは１以
上の整数）であればよく、固定子はｍ極（ｍは２以上の
整数）であればよい。通常はｍ＝２ｎまたはｍ＝３ｎに
設定されることが多い。

【００８７】上記の例では、制御コイルＷｃを固定子鉄
心に設けた凹部または段部内に嵌合させて保持するとし
たが、固定子２が上記の例のように構成される場合、界
磁制御用ヨーク１０の軸方向磁路形成部１０Ａの外周に
制御コイルＷｃを巻装して、界磁制御用ヨーク１０を固
定子２に取付ける際に、制御コイルＷｃを固定子鉄心２
０１の軸方向端部の凹部２０１ｂ内に挿入するようにし
てもよい。

【００８８】なお制御コイルＷｃは界磁制御ヨーク１０
の軸方向磁路形成部１０Ａを取り囲むように巻回されて
いればよく、必ずしも上記の例のように固定子鉄心に設
けた凹部２０１ｂ内に配置する必要はない。

【００８９】上記の説明では、磁石発電機を例にとった
が、磁石界磁回転形の同期電動機やブラシレス直流電動
機等の電動機も磁石発電機と同様の構造を有するので、
これらの電動機にも本発明を適用することができる。即
ち、磁石界磁回転形の電動機を上記の磁石発電機と同様
に構成して、制御コイルから発生させた制御用磁束によ
り電機子コイルと鎖交する磁束を制御することにより、
電動機の出力トルクや回転数を制御することができる。

【００９０】このように、電動機に本発明を適用する場
合には、電動機の回転速度または出力トルクを調整すべ
く制御コイルに励磁電流を流す励磁制御回路を設ける。
例えば、電動機の回転速度を検出する速度検出回路と、
該検出回路により検出された回転速度を設定値に保つよ
うに制御コイルの励磁電流の大きさ及び極性を制御する
電流制御回路とにより励磁制御回路を構成する。

【００９１】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、主回転
磁極には対向せず、補極にのみ対向する界磁制御用ヨー
クを設けて、制御コイルから生じさせた制御用磁束を界
磁制御用ヨークを通して補極に流し、主回転磁極には制
御用磁束を流さないようにしたので、制御コイルから発
生させる制御用磁束により、各電機子コイルと鎖交する
磁束の量を広範囲に制御することができ、従来よりも少
ないアンペアターンで回転電機の出力を広範囲に制御す
ることができる利点がある。

【００９２】また本発明によれば、主回転磁極の極弧角
と補極の極弧角とを異ならせる必要がないため、大きな
磁音の発生やトルク変動の発生を伴うことなく、出力を
効率よく制御できる磁石界磁回転形の回転電機を得るこ
とができる。

【００９３】更に本発明によれば、回転子外転形の構成
をとる場合に、回転子のボス部を制御用磁束の磁路とし
て用いないため、回転子のボス部の設計の自由度を高め
ることができ、ボス部の長さを短くして回転子のイナー
シャを小さくしたり、ボス部を非磁性材料により形成し
たりすることができる。

【００９４】また本発明において、補極を回転子ヨーク
に一体に形成した場合には、回転子のイナーシャをより
いっそう小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる磁石発電機の構成例を示した正
面図である。

【図２】図１のＸ2 −Ｘ2 線断面図である。

【図３】図１の磁石発電機において制御コイルに励磁電
流が流れているときの状態を示した正面図である。

【図４】図３のＸ4 −Ｘ4 線断面図である。

【図５】本発明に係わる磁石発電機で用いる界磁制御用
ヨークの構成例を示した正面図である。

【図６】本発明に係わる磁石発電機の他の構成例を示し
た正面図である。

【図７】図６のＸ7 −Ｘ7 線断面図である。

【図８】本発明に係わる磁石発電機の更に他の構成例を
示した正面図である。

【図９】図８のＸ9 −Ｘ9 線断面図である。

【図１０】本発明に係わる磁石発電機の更に他の構成例
を示した正面図である。

【図１１】図１０のＸ11−Ｘ11線断面図である。

【図１２】従来の磁石発電機の構成を示した正面図であ
る。

【図１３】図１２のＸ13−Ｘ13線断面図である。

【図１４】図１２に示した磁石発電機において制御コイ
ルが励磁されているときの状態を示した正面図である。

【図１５】図１４のＸ15−Ｘ15線断面図である。

【図１６】本発明に係わる磁石発電機の補極と回転子ヨ
ークとの間の磁路の好ましい磁気特性の一例を示した線
図である。

【図１７】従来の磁石発電機において制御コイルが励磁
されていないとき及び励磁されたときに電機子コイルに
鎖交する磁束の波形を示した波形図である。

【図１８】本発明に係わる磁石発電機において制御コイ
ルが励磁されていないとき及び励磁されたときに電機子
コイルに鎖交する磁束の波形を示した波形図である。

【図１９】従来の磁石発電機の出力でバッテリを充電し
た場合、及び本発明に係わる磁石発電機の出力でバッテ
リを充電した場合に流れる充電電流と発電機の回転速度
との関係を示した線図である。

【図２０】磁石発電機の出力でバッテリを充電する場合
の回路を、制御コイルの励磁を制御する励磁制御回路の
一例とともに示した回路図である。

【符号の説明】

１…回転子、１０１…回転子ヨーク、１０１ａ…回転子
ヨークの周壁部、１０２…ボス部材、１０２ｂ…ボス
部、Ｐ1 〜Ｐ6 …主回転磁極、Ｑ1 〜Ｑ6 …補極、２…
固定子、２０１…固定子鉄心、Ｙ…環状の継鉄部、Ａ1
〜Ａ18…突極部、Ｗ1 〜Ｗ18…電機子コイル、Ｗｃ…制
御コイル、５…励磁制御回路、１０…界磁制御用ヨー
ク、１０Ａ…軸方向磁路形成部、１０Ｂ…径方向磁路形
成部、１１０…非磁性材料からなるスペーサ、φ1 ，φ
2 …主磁束、φc …制御用磁束。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｐ 9/14 Ｈ０２Ｐ 9/14 Ｈ (72)発明者 村松 秀一 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株 式会社内 (56)参考文献 特開 平７−59314（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−59319（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−172760（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02K 21/22 H02K 1/14 H02K 1/18 H02K 1/22 H02K 1/27 502 H02P 9/14

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 周方向に伸びる磁極取付け部を有する回
   転子ヨークと該回転子ヨークの周方向に等角度間隔で並
   ぶように設けられて前記磁極取付け部に取り付けられた
   ｎ個（ｎは１以上の整数）の永久磁石からなる主回転磁
   極と前記回転子ヨークの周方向に等角度間隔で並ぶよう
   に設けられて前記ｎ個の主回転磁極相互間にそれぞれ位
   置させた状態で前記磁極取付け部に固設されたｎ個の補
   極とを有して前記ｎ個の主回転磁極が同極性を呈するよ
   うに前記ｎ個の主回転磁極を構成する永久磁石が磁化の
   向きを揃えて前記回転子ヨークの径方向に着磁されてい
   る回転子と、前記回転子の主回転磁極及び補極に対向す
   る固定子磁極面を先端に有するｍ個（ｍは２以上の整
   数）の突極部を継鉄部から突出させた構造を有する固定
   子鉄心と前記固定子鉄心の前記突極部に巻回された電機
   子コイルとを有する固定子とを備えた磁石界磁回転形回
   転電機において、 前記固定子鉄心の軸線を囲むように配置されて前記固定
   子鉄心の継鉄部に磁気的に結合された環状の軸方向磁路
   形成部と前記軸方向磁路形成部から突出して前記固定子
   の側方を前記回転子の径方向に沿って前記磁極取付け部
   側に伸びる板状の径方向磁路形成部とを有して、前記径
   方向磁路形成部の前記磁極取付け部側の端部に該磁極取
   付け部の周方向に沿って伸びる制御用磁極面が形成され
   ている界磁制御用ヨークと、前記界磁制御用ヨークの軸
   方向磁路形成部を取り囲むように巻回された制御コイル
   とを具備し、 前記補極は、前記固定子磁極面と制御用磁極面との双方
   に対向するように、その寸法と配設位置とが設定され、 前記主回転磁極は、前記固定子磁極面のみに対向し、前
   記制御用磁極面には対向しないように、その寸法と配設
   位置とが設定されていること、 を特徴とする磁石界磁回転形回転電機。
2. 【請求項２】 強磁性材料によりカップ状に形成された
   回転子ヨークと該回転子ヨークの周方向に等角度間隔で
   並ぶように設けられて前記回転子ヨークの周壁部内面に
   取り付けられたｎ個（ｎは１以上の整数）の永久磁石か
   らなる主回転磁極と前記回転子ヨークの周方向に等角度
   間隔で並ぶように設けられて前記ｎ個の主回転磁極相互
   間にそれぞれ位置させた状態で前記回転子ヨークの周壁
   部に固設されたｎ個の補極とを有して前記ｎ個の主回転
   磁極が同極性を呈するように該ｎ個の主回転磁極を構成
   する永久磁石が磁化の向きを揃えて前記回転子ヨークの
   径方向に着磁されている回転子と、前記回転子の主回転
   磁極及び補極に対向する固定子磁極面を先端に有するｍ
   個（ｍは２以上の整数）の突極部を等角度間隔で環状の
   継鉄部から突出させた構造を有する固定子鉄心と前記固
   定子鉄心の前記突極部に巻回された電機子コイルとを有
   する固定子とを備えた磁石界磁回転形回転電機におい
   て、 前記固定子鉄心の環状の継鉄部の内周に一部が嵌合され
   た状態で該継鉄部に固定された環状の軸方向磁路形成部
   と前記軸方向磁路形成部から突出して前記固定子の側方
   を前記回転子の径方向に沿って前記回転子ヨークの周壁
   部側に伸びる板状の径方向磁路形成部とを有して、前記
   径方向磁路形成部の前記周壁部側の端部に該周壁部の周
   方向に沿って伸びる制御用磁極面が形成されている界磁
   制御用ヨークと、前記界磁制御用ヨークの軸方向磁路形
   成部を取り囲むように巻回された制御コイルとを具備
   し、 前記補極は、前記固定子磁極面と制御用磁極面との双方
   に対向するように、その寸法と配設位置とが設定され、 前記主回転磁極は、前記固定子磁極面のみに対向し、前
   記制御用磁極面には対向しないように、その寸法と配設
   位置とが設定されていること、 を特徴とする磁石界磁回転形回転電機。
3. 【請求項３】 前記補極は、前記回転子ヨークに取り付
   けられた強磁性材料のブロックからなっている請求項１
   または２に記載の磁石界磁回転形回転電機。
4. 【請求項４】 前記補極は、前記回転子ヨークに非磁性
   材料からなるスペーサを介して取り付けられた強磁性材
   料のブロックからなっている請求項１または２に記載の
   磁石界磁回転形回転電機。
5. 【請求項５】 前記補極は、前記回転子ヨークの一部に
   一体に形成されている請求項１または２に記載の磁石界
   磁回転形回転電機。
6. 【請求項６】 前記回転子ヨークの周壁部の、前記複数
   の主回転磁極相互間に位置する部分が径方向の内側に突
   出するように押出し成形されて、該押出し成形された部
   分により前記補極が構成されている請求項２に記載の磁
   石界磁回転形回転電機。
7. 【請求項７】 前記回転子が外部から回転駆動された際
   に前記電機子コイルに誘起する出力電圧を調整すべく前
   記制御コイルに流す励磁電流を制御する励磁制御回路が
   更に設けられている請求項１ないし６のいずれか１つに
   記載の磁石界磁回転形回転電機。
8. 【請求項８】 前記回転子が外部から回転駆動された際
   に前記電機子コイルに誘起する出力電圧を増大させると
   きに前記回転子の主回転磁極から前記固定子鉄心の突極
   部を通して前記補極に流れる磁束と同極性の制御用磁束
   を前記界磁制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して前
   記補極側に流す極性の励磁電流を前記制御コイルに流
   し、前記回転子が外部から回転駆動された際に前記電機
   子コイルに誘起する出力電圧を抑制するときには前記回
   転子の主回転磁極から前記固定子鉄心の突極部を通して
   前記補極に流れる磁束と異極性の制御用磁束を前記界磁
   制御用ヨークの径方向磁路形成部を通して前記補極側に
   流す極性の励磁電流を前記制御コイルに流すように構成
   された励磁制御回路が更に設けられている請求項１ない
   し６のいずれか１つに記載の磁石界磁回転形回転電機。
9. 【請求項９】 前記電機子コイルに駆動電流を流して前
   記回転子を回転駆動する際に、回転子の回転速度または
   出力トルクを調整すべく前記制御コイルに励磁電流を流
   す励磁制御回路が更に設けられている請求項１ないし６
   のいずれか１つに記載の磁石界磁回転形回転電機。