JP5028392B2 - 巻線接続制御装置及び磁石式発電機 - Google Patents

Description

本発明は、発電機や電動機の電機子巻線、界磁巻線等における電機子巻線回路を選択可能とした装置に関し、特に、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線についての接続を制御する巻線接続制御装置、及びこの巻線接続制御装置を備えた磁石式発電機に関する。

発電機や電動機の電機子巻線の巻線構造においては、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアに対して、各突極に順次巻線を巻回し、三相の場合は三つのコイル群を形成することが行われていた。
例えば、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機（三相同期発電機）の場合、スロット数や巻線数ターンの設計値、磁石寸法等により出力電圧電流が決められるが、従来、設定された所望の電圧仕様に基づいたスロット数や巻線数ターンを有する電機子コアが製造されることが行われていた。

したがって、従来の構造であると、出力電圧電流の仕様を変更する場合には、界磁マグネット仕様、スロット数、巻線数等を設計変更し、それに応じた電機子コアを製造することが必要であった。
すなわち、磁石式発電機においては、必要とする出力電圧特性により、それぞれ対応した電機子コア仕様と同じく界磁マグネット仕様を用意しなければならなかった。これは、電機子巻線と界磁側マグネットの仕様が一種類で可変することができないからである。そのため、磁石式発電機における種々の出力電圧仕様に対して、磁石発電機の巻線及びマグネット配置の仕様が多種となり、多種の在庫及び金型・製造設備治具等を用意しなければならず、量産効果を出しにくいという現象が生じていた。

従来、電源トランス等において、中間タップへの接続を切り換えることにより出力電圧を増加・減少させる場合に、接続電線でなく制御装置により巻線切替を行う磁石式単相同期電動機の構造が特許文献１に記載されている。
また、三相電機子巻線について、各電機子巻線に中間タップを設ける構造が特許文献２に記載されている。
特開平５−２２９１５号 特開平５−３２８６４７号

特許文献１に記載の磁石式単相同期電動機は、電機子巻線の巻線数の途中から中間タップリード線を引き出し、始動中は主回路の巻回数が少なくなるように接続し、同期運転に入ると主回路の巻回線が多くなるように接続して運転するものであり、巻線接続の切り替えで出力電圧を可変にするものではなかった。

特許文献２に記載の三相電機子巻線は、電機子巻線で電源に接続されている巻線数ターンには、ターン数比率の分担以上に電圧が印加され、キャリヤ周波数が高くパルス幅変調のインバータで回転電機が運転された場合は、回転電機の端子には立ち上り時間の速くピーク値の高い電圧が印加されることがあり、回転電機に使用している電機子巻線の寿命が短くなるため、電源に接続されている電機子巻線の寿命が一部に偏ることがないよう、使用時間毎に端子を切り替えて、電機子巻線の寿命を平均的にすると共に片寄りをなくして寿命を延ばすものである。すなわち、特許文献１に記載された中間タップを設ける構造は、電機子巻線に中間タップを設けることにより、選択的な出力特性の変更を目的としたものでない。

本発明は上記実情に鑑みて提案されたもので、電機子巻線回路を選択する回路選択制御部を設ける構造により、同一の電機子巻線の構造により選択的に出力特性を変更することができる巻線接続制御装置及びこの巻線接続制御装置を有する磁石式発電機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明の請求項１の巻線接続制御装置は、巻線部と回路選択制御部を備えて構成されている。
巻線部は、スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に設けた接続端子と、前記接続端子同士の短絡・解放を行う複数のスイッチング素子から構成されるスイッチング素子群とを設け、前記接続端子間の短絡・解放の切替により複数種の巻線回路を構成可能とするものである。
回路選択制御部は、前記巻線部における前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の巻線回路を選択するものである。
そして、前記回路選択制御部は、複数の突極に対応する複数巻線を１組としそれぞれＵ相巻線，Ｖ相巻線線，Ｗ相巻線を備えた三相回路を２個形成可能とし、前記２個の三相回路の各相における各巻線の一端同士、他端同士をそれぞれ各双方向スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ７〜Ｑ１２，Ｑ１５〜Ｑ２０，Ｑ２１〜Ｑ２６，Ｑ２９〜Ｑ３４，Ｑ３５〜Ｑ４０）で接続し、前記２個の三相回路の各相が並列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子（Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２７，Ｑ２８，Ｑ４１，Ｑ４２）で接続し、前記２個の三相回路の各相における隣接する各巻線の端部同士を双方向スイッチング素子（Ｑ４３〜Ｑ４８，Ｑ５０〜５５，Ｑ５７〜６２）で接続し、前記２個の三相回路の各相が直列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子（Ｑ４９，Ｑ５６，Ｑ６３）で接続するとともに、前記三相回路の各相における複数巻線について、並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とする双方向スイッチング素子（Ｑ６４〜Ｑ６９）を備えて成ることを特徴としている。

本発明の請求項２は、電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
前記電機子巻線を構成する各コイルの両端に形成した接続端子と、前記接続端子同士の短絡・解放を行う複数のスイッチング素子から構成されるスイッチング素子群とを設け、前記接続端子間の短絡・解放の切替により複数種の電機子巻線回路を構成可能とする電機子巻線部と、
前記電機子巻線部における前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の電機子巻線回路を選択する回路選択制御部とを具備している。
そして、前記回路選択制御部は、複数の突極に対応する複数巻線を１組としそれぞれＵ相巻線，Ｖ相巻線線，Ｗ相巻線を備えた三相回路を２個形成可能とし、前記２個の三相回路の各相における各巻線の一端同士、他端同士をそれぞれ各双方向スイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ７〜Ｑ１２，Ｑ１５〜Ｑ２０，Ｑ２１〜Ｑ２６，Ｑ２９〜Ｑ３４，Ｑ３５〜Ｑ４０）で接続し、前記２個の三相回路の各相が並列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子（Ｑ１３，Ｑ１４，Ｑ２７，Ｑ２８，Ｑ４１，Ｑ４２）で接続し、前記２個の三相回路の各相における隣接する各巻線の端部同士を双方向スイッチング素子（Ｑ４３〜Ｑ４８，Ｑ５０〜５５，Ｑ５７〜６２）で接続し、前記２個の三相回路の各相が直列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子（Ｑ４９，Ｑ５６，Ｑ６３）で接続するとともに、前記三相回路の各相における複数巻線について、並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とする双方向スイッチング素子を備えて成ることを特徴としている。

本発明の請求項３は、請求項２の磁石式発電機において、
前記回路選択制御部は、各相電圧のゼロクロスを検知する切換タイミング検出回路を備える一方、前記発電機の駆動時における出力電圧又は負荷電流が上限閾値又は下限閾値に達しているどうかを検知し、前記ゼロクロスのタイミングで前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで巻線回路を切り替える
ことを特徴としている。

本発明の請求項４は、請求項２の磁石式発電機において、
前記回路選択制御部は、手動による選択操作により、前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の電機子巻線回路の切替を行う各運転モードを選択する
ことを特徴としている。

本発明の請求項５は、請求項２の磁石式発電機において、
前記電機子巻線回路は、標準電圧に対して１／４電圧が出力される１／４電圧出力巻線を有する一方、バッテリ電源を備え、前記回路選択制御部により前記１／４電圧が出力される電機子巻線回路を選択することで、前記バッテリ電源でダイレクト駆動する直流電動機として動作可能とする
ことを特徴としている。

本発明の巻線接続制御装置（請求項１）によれば、スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行って巻線回路を選択する回路選択制御部を設けることで、巻線部における複数種の巻線回路を選択が可能となり、発電機や電動機の電機子巻線や界磁巻線において、複数通りの出力特性を得ることができる。
すなわち、双方向スイッチング素子により巻線間を接続することで、三相回路の各相の複数巻線について並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とすることで、４種類のスター結線に切り換えることが可能となる。

本発明の磁石式発電機（請求項２）によれば、回路選択制御部のスイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行って巻線の接続を制御して電機子巻線回路を切り替えることが可能となり、複数通りの出力電圧電流特性を有する構造とすることができる。
そして、複数の出力電圧電流特性を有しているので、回転数が低下しても回路選択制御装置で電機子巻線回路を切り替えることで、定格出力電圧を確保することができる。
また、固定子電機子巻線を共通にしたまま、出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、電機子巻線を備えたステータ構造体の量産がし易くなり、結果として発電機の製造コストの削減を図ることができる。
すなわち、双方向スイッチング素子により巻線間を接続することで、携帯型発電機において相電圧を高くするのに適したスター結線接続を得るに際して、三相回路の各相の複数巻線について並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とすることで、４種類のスター結線に切り換えることが可能となる。

本発明の磁石式発電機（請求項３）によれば、発電機の駆動時における出力電圧又は負荷電流が上限閾値又は下限閾値に達しているどうかを検知し、スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うので、自動的に電機子巻線回路を切り替えることができる。また、各相におけるスイッチング素子のオン・オフ制御をゼロクロスのタイミングで行うので、スイッチング素子の切替時において三相交流駆動時における急激な電圧の印加を防止することができる。

本発明の磁石式発電機（請求項４）によれば、手動による選択操作により、スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで電機子巻線回路の切替を行う各運転モードを選択するので、所望の出力電圧電流特性をモード切替により実現することができる。

本発明の磁石式発電機（請求項５）によれば、回路選択制御部による駆動するための印加電圧が小さい電機子巻線回路（標準電圧に対して１／４電圧が出力される電機子巻線回路）の選択により、バッテリ電源でダイレクト駆動する直流電動機として磁石式発電機を動作させることが可能となるため、バッテリ電源の直流電圧を昇降するための昇降装置や始動用モータを不要とすることができる。

本発明の実施形態の一例について、図面を参照して説明する。
本発明は、発電機や電動機の巻線接続制御装置に関するものであるが、以下、磁石式発電機に巻線接続制御装置を適用した例について、図１乃至図１７を参照しながら説明する。

図１は、インバータ発電機システムの全体を示す構成図であり、三相で構成される巻線部１０１と巻線部１０１に対して回転する回転子１０２を有する磁石式発電機（三相同期発電機）１００と、磁石式発電機１００の駆動源となるエンジン２００と、巻線部１０１における電機子巻線回路（巻線回路）を選択する回路選択制御部３００と、磁石式発電機１００の三相出力を整流するインバータユニット４００と、インバータユニット４００からの出力を入力し発電機の操作を行う操作部５００と、磁石式発電機１００の始動用のモータドライブユニット６００と、モータドライブユニット６００に接続されるバッテリ電源７００と、エンジン２００などに設置された各種センサからの信号を入力し発電機を制御するＣＰＵを備えたジェネレータコントロールユニット８００と、ジェネレータコントロールユニット８００及び操作部５００に対しての遠隔操作が可能なリモートコントロールボックス９００を有して構成されている。
巻線接続制御装置は、巻線部１０１と、巻線部１０１における巻線の接続の仕方を制御することで巻線回路を選択するように動作する回路選択制御部３００とにより構成されている。
ジェネレータコントロールユニット８００と、回路接続選択部３００，インバータユニット４００，操作部５００，モータドライブユニット６００との間では制御信号の送受信が行われるように構成されている。

エンジン２００は、シリンダ２０１内をピストン２０２が摺動自在に配置され、ピストン２０２の直線運動をクランクケース２０３に配置された出力軸（クランク軸）２０４の回転運動に変換させ、この回転により発電機１００の回転子１０２が回転することで発電機１００が発電する。
シリンダ２０１の吸気側にはガバナモータ２０５で回転するスロットルバルブ２０６を備えた吸気管２０７が接続され、排気側には三元触媒２０８が配置された排気管２０９が接続されている。排気管２０８には酸素量を検知するＯ₂センサ２１０及び排気温度を検知する排気温センサ２１１が、シリンダ２０１にはシリンダ内の温度を検知する温度センサ２１２が、クランクケース２０３の側面には点火時期制御のためにクランクシャフトの回転角度を検知するＢＴＤＣセンサ２１３が、クランクケース２０３の底面にはエンジンオイルの量を検知するオイルレベルセンサ２１４がそれぞれ装着され、各種センサからの信号はＣＰＵを有するジェネレータコントロールユニット８００に入力され、シリンダ２０１上部に装着された点火プラグ２２０、シリンダ２０１の吸気側に装着されたインジェクタ２３０、ガバナモータ２０５、ソレノイドバルブ２４０、燃料タンク２５０内に設置された電磁ポンプ２５１に制御信号が出力され、電磁ポンプ２５１による燃料タンク２５０からの燃料供給量、スロットルバルブ２０６による空気供給量、インジェクタ２３０による燃料噴射量、点火プラグ２２０による点火タイミングの制御がそれぞれ行われるようになっている。

回路選択制御部３００は、ジェネレータコントロールユニット８００からの制御信号に基づいて巻線部１０１における巻線の接続を制御するために、複数種類の電機子巻線回路を選択して切り替えを行う制御信号を出力するものであり、選択する電機子巻線回路により発電機から出力される三相出力の電圧特性が変化する。回路選択制御部３００の構成、電機子巻線回路の切り替えにより得られる電圧特性については後述する。

発電機から出力される三相出力は、コントロール部（ＣＰＵ）４１０を備えたインバータユニット４００に入力される。インバータユニット４００は、４個のサイリスタをブリッジ接続して構成される整流回路４０１と、整流回路４０１の出力側に接続された平滑用コンデンサ４０２と、４個のＦＥＴをブリッジ接続して構成されるインバータ回路４０３を備え、三相入力を所定の周波数の交流電力（INV出力）に変換して出力する。

コントロール部（ＣＰＵ）４１０は、整流回路４０１からの電圧出力時の４個のサイリスタ（ＳＣ）のスイッチング制御、及び、インバータ回路による所望周波数電圧出力時の４個のＦＥＴのスイッチング制御を行うとともに、回路選択制御部３００により巻線部１０１の電機子回路の切り替えを行うため、インバータ回路４０２の入力側となる平滑コンデンサ４０２の両端の端子ａ，ｂ間の電圧ＥＤＣ、及び、インバータ回路４０２への入力電流Ｉｄを常時検知し、ジェネレータコントロールユニット８００へ出力するように構成している。
そして、電圧ＥＤＣが上限閾値や下限閾値に達した場合に（実際には、閾値の電圧ラインの領域に所定時間の間に入った回数を検知して判断する。具体的な制御方法については後述する）、ジェネレータコントロールユニット８００を介して回路選択制御部３００へ巻線切替許可信号が出力される。回路選択制御部３００からの制御信号により巻線部１０１の電機子巻線回路（巻線接続）を切り替えて、発電機の駆動時において異なる出力電圧が得られるように構成されている。回路選択制御部３００からの制御信号による巻線部１０１の電機子巻線回路の切替動作の詳細については後述する。

また、コントロール部（ＣＰＵ）４１０は、サイリスタのスイッチング制御により、電機子回路１０１において短絡故障やコイルショートによる電圧異常発生時や、回路選択制御部３００内のデバイスショート故障発生時に整流回路４０１を遮断するための制御を行う。
また、コントロール部（ＣＰＵ）４１０により、整流回路４０１を構成する各サイリスタの両端に生じる電圧（例えばＶｄ）がモニタされ、サイリスタの故障が生じてＶｄ＝０となった時に、これを検知して回路を遮断することが行われる。

操作部５００は、磁石式発電機に対して各種操作を行うためのもので、電機子巻線回路の固定（標準電圧巻線）と可変を切り替えるための選択切替スイッチ５０１と、可変選択時におけるモード選択スイッチ５０２と、発電機で発電された電圧を出力するコンセント５０３と、出力電圧の周波数（５０／６０Ｈｚ）を切り替えるための周波数切替スイッチ５０４と、エンジンの起動時に発電機側の電機子巻線回路を起動用の電機子巻線回路（後述する１／４電圧巻線）に固定する起動時スイッチ５０５と、巻線部１０１における電機子巻線回路の接続切替タイミングをモニタするインジケーター５０６と、巻線部１０１における電機子巻線回路の接続状況を表示する液晶モニタ５０７と、過電流が流れた際に電流遮断を行うブレーカー５０８とを備えて構成されている。
前記したモード選択スイッチ５０２では、電機子巻線回路の自動切替を行う運転モード１、接続される負荷がある程度特定される場合における自動切替を行う運転モード２〜３、及び、最大出力電圧が得られる電機子巻線回路に固定する運転モードが手動切替により選択できるように構成されている。

モータドライブユニット６００は、発電機の始動時においてバッテリ７００から供給される直流電圧によりＤＣモータとしてダイレクト駆動を行うためのものである。

次に、磁石式発電機１００の構成について、図２〜図６を参照して説明する。
図２は、アウタロータ型の磁石式発電機１００におけるステータ構造体１の正面説明図である。図３及び図４は、磁石式発電機のステータ構造体１の側面説明図及び背面説明図である。また、図５及び図６は、ステータコアの展開図及び等価回路図である。

巻線構造を備えたステータ構造体１（巻線部１０１）は、４つのボルト貫通孔１１を貫通するボルトによって、発電機の駆動源であるエンジン２００のクランクケース２０３の正面側に取り付けられる。ステータ構造体１の外周側には、エンジン２００の出力軸２０４の端部に連結されて回転する有底円筒状の回転子（ロータヨーク）（図１における回転子１０２）が配置されている。回転子１０２の内側面には界磁用の複数の永久磁石１０３が取り付けられており、この回転子１０２及びステータ構造体１によってアウタロータ型の磁石式発電機が構成される。

ステータ構造体１は、スロット数に対応する複数の突極が周囲に配された環状のステータコア１０と、周方向に４分割されて全体として環状体を成すカプラ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）を備えて構成されている。
ステータコア１０は、環状の基部と、この基部から放射状に突出形成された２４個の突極とから構成される。ステータコア１０は珪素鋼の薄板からコアプレートを打ち抜き成型し、これを複数重ねることで構成されている。
図２は、カプラ２０をステータコア１０に取り付け、このステータコア１０の突極に合成樹脂等の絶縁材料からなるボビン１２（図３）を介してステータ巻線５を巻回し、更に、各突極を巻回したステータ巻線５の端部（引き出し口）をカプラ２０の所定位置に装着された導電性の各接続端子２５に接続することでターミナルＴ１〜Ｔ４８が構成された状態のステータ構造体１を示している。
各接続端子２５は、各ターミナルＴ１〜Ｔ４８に装着可能な形状の導電性の金属片（専用端子）で構成され、ステータ巻線５の端部を接続固定することで、各突極に対してその両端側にタップとしての接続端子が形成されている。

ステータ構造体１には、図６の等価回路図に示すように、ステータコア１０の２４個の突極にそれぞれ巻かれた主巻線における４個の突極に対応する巻線を１組とする三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の２回路が構成可能なように形成されている。すなわち、突極Ｕ１１〜Ｕ１４，Ｖ１１〜Ｖ１４，Ｗ１１〜Ｗ１４をそれぞれ突極毎に巻回するＵ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線でＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する１つ目の三相回路を形成可能とし、突極Ｕ２１〜Ｕ２４，Ｖ２１〜Ｖ２４，Ｗ２１〜Ｗ２４をそれぞれ突極毎に巻回するＵ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線でＵ相，Ｖ相，Ｗ相を有する２つ目の三相回路を形成可能としている。そして、Ｕ相巻線，Ｖ相巻線，Ｗ相巻線における各突極に対応する位置には、接続端子としてのターミナルＴ１〜Ｔ４８がそれぞれ形成され、接続端子同士の接続箇所を調整することで複数種の電機子回路が選択的に形成できるように構成され、出力端に複数種類の出力電圧を得ることができる。

接続端子は、図５の展開図に示すように、突極の両端位置に対応するように形成するため、突極２４個に対して４８個が形成されている。
すなわち、図６の等価回路図に示すように、一方の三相回路を形成する側として、突極Ｕ１１の両端にＴ１及びＴ２が、突極Ｖ１１の両端にＴ３及びＴ４が、突極Ｗ１１の両端にＴ５及びＴ６が、突極Ｕ１２の両端にＴ７及びＴ８が、突極Ｖ１２の両端にＴ９及びＴ１０が、突極Ｗ１２の両端にＴ１１及びＴ１２が、突極Ｕ１３の両端にＴ３及びＴ１４が、突極Ｖ１３の両端にＴ１５及びＴ１６が、突極Ｗ１３の両端にＴ１７及びＴ１８が、突極Ｕ１４の両端にＴ１９及びＴ２０が、突極Ｖ１４の両端にＴ２１及びＴ２２が、突極Ｗ１４の両端にＴ２３及びＴ２４が、それぞれ形成されている。
また、他方の三相回路を形成する側として、突極Ｕ２１の両端にＴ２５及びＴ２６が、突極Ｖ２１の両端にＴ２７及びＴ２８が、突極Ｗ２１の両端にＴ２９及びＴ３０が、突極Ｕ２２の両端にＴ３１及びＴ３２が、突極Ｖ２２の両端にＴ３３及びＴ３４が、突極Ｗ２２の両端にＴ３５及びＴ３６が、突極Ｕ２３の両端にＴ３７及びＴ３８が、突極Ｖ２３の両端にＴ３９及びＴ４０が、突極Ｗ２３の両端にＴ４１及びＴ４２が、突極Ｕ２４の両端にＴ４３及びＴ４４が、突極Ｖ２４の両端にＴ４５及びＴ４６が、突極Ｗ２４の両端にＴ４７及びＴ４８が、それぞれ形成されている。
各接続端子同士は後述するスイッチング素子のオン・オフ制御により接続又は非接続が選択されるようになっている。
なお、主巻線の三相出力は、インバータユニット４００（図１）で所定周波数の交流に変換され、操作部５００のコンセント５０３に接続された負荷に提供される。

次に、回路選択制御部３００の回路について、図７及び図８の等価回路を参照しながら説明する。巻線部１０１の各接続端子へは、回路選択制御部３００に配置されたスイッチング素子がそれぞれ接続線を介して接続されている。各スイッチング素子は、トリガの印加により双方向に電流を流す素子で形成され、例えばトライアックＱが使用される。
すなわち、図７に示すように、Ｔ１とＴ７との間にトライアックＱ１が、Ｔ２とＴ８との間にトライアックＱ２が、Ｔ７とＴ１３との間にトライアックＱ３が、Ｔ８とＴ１４との間にトライアックＱ４が、Ｔ１３とＴ１９との間にトライアックＱ５が、Ｔ１４とＴ２０との間にトライアックＱ６が、Ｔ２５とＴ３１との間にトライアックＱ７が、Ｔ２６とＴ３２との間にトライアックＱ８が、Ｔ３１とＴ３７との間にトライアックＱ９が、Ｔ３２とＴ３８との間にトライアックＱ１０が、Ｔ３７とＴ４３との間にトライアックＱ１１が、Ｔ３８とＴ４４との間にトライアックＱ１２が、Ｔ１とＴ２５との間にトライアックＱ１３が、Ｔ２０とＴ４４との間にトライアックＱ１４が、それぞれ接続されている。

また、Ｔ３とＴ９との間にトライアックＱ１５が、Ｔ４とＴ１０との間にトライアックＱ１６が、Ｔ９とＴ１５の間にトライアックＱ１７が、Ｔ１０とＴ１６との間にトライアックＱ１８が、Ｔ１５とＴ２１との間にトライアックＱ１９が、Ｔ１６とＴ２２との間にトライアックＱ２０が、Ｔ２７とＴ３３との間にトライアックＱ２１が、Ｔ２８とＴ３４との間にトライアックＱ２２が、Ｔ３３とＴ３９との間にトライアックＱ２３が、Ｔ３４とＴ４０との間にトライアックＱ２４が、Ｔ３９とＴ４５との間にトライアックＱ２５が、Ｔ４０とＴ４６との間にトライアックＱ２６が、Ｔ３とＴ２７との間にトライアックＱ２７が、Ｔ２２とＴ４６との間にトライアックＱ２８が、それぞれ接続されている。

また、Ｔ５とＴ１１との間にトライアックＱ２９が、Ｔ６とＴ１２との間にトライアックＱ３０が、Ｔ１１とＴ１７の間にトライアックＱ３１が、Ｔ１２とＴ１８との間にトライアックＱ３２が、Ｔ１７とＴ２３との間にトライアックＱ３３が、Ｔ１８とＴ２４との間にトライアックＱ３４が、Ｔ２９とＴ３５との間にトライアックＱ３５が、Ｔ３０とＴ３６との間にトライアックＱ３６が、Ｔ３５とＴ４１との間にトライアックＱ３７が、Ｔ３６とＴ４２との間にトライアックＱ３８が、Ｔ４１とＴ４７との間にトライアックＱ３９が、Ｔ４２とＴ４８との間にトライアックＱ４０が、Ｔ５とＴ２９との間にトライアックＱ４１が、Ｔ２４とＴ４８との間にトライアックＱ４２が、それぞれ接続されている。

また、Ｔ２とＴ７との間にトライアックＱ４３が、Ｔ８とＴ１３との間にトライアックＱ４４が、Ｔ１４とＴ１９の間にトライアックＱ４５が、Ｔ２６とＴ３１との間にトライアックＱ４６が、Ｔ３２とＴ３７との間にトライアックＱ４７が、Ｔ３８とＴ４３との間にトライアックＱ４８が、Ｔ２０とＴ２５との間にトライアックＱ４９が、それぞれ接続されている。
また、Ｔ４とＴ９との間にトライアックＱ５０が、Ｔ１０とＴ１５との間にトライアックＱ５１が、Ｔ１６とＴ２１の間にトライアックＱ５２が、Ｔ２８とＴ３３との間にトライアックＱ５３が、Ｔ３４とＴ３９との間にトライアックＱ５４が、Ｔ４０とＴ４５との間にトライアックＱ５５が、Ｔ２２とＴ２７との間にトライアックＱ５６が、それぞれ接続されている。
また、Ｔ６とＴ１１との間にトライアックＱ５７が、Ｔ１２とＴ１７との間にトライアックＱ５８が、Ｔ１８とＴ２３の間にトライアックＱ５９が、Ｔ３０とＴ３５との間にトライアックＱ６０が、Ｔ３６とＴ４１との間にトライアックＱ６１が、Ｔ４２とＴ４７との間にトライアックＱ６２が、Ｔ２４とＴ２９との間にトライアックＱ６３が、それぞれ接続されている。

また、Ｔ１とＴ１３との間にトライアックＱ６４が、Ｔ８とＴ２０との間にトライアックＱ６５が、Ｔ３とＴ１５の間にトライアックＱ６６が、Ｔ１０とＴ２２との間にトライアックＱ６７が、Ｔ５とＴ１７との間にトライアックＱ６８が、Ｔ１２とＴ２４との間にトライアックＱ６９が、それぞれ接続されている。
上記のように接続することで、図８に示すようなＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対して２組のスター結線が構成可能な回路を形成することができる。
そして、図７における複数のトライアックＱの導通・非導通を回路選択制御部３００からの制御信号により制御することで、接続箇所を変化させて複数種類の電機子巻線回路を得ることができる。

巻線部１０１の電機子巻線回路については、複数のトライアックＱの導通・非導通を制御することで任意の数の回路を形成可能であるが、実際には予め数種類の電機子巻線回路を設計し、その電機子巻線回路を実現するために導通状態とする必要のあるトライアックＱ群を設定しておき、回路選択制御部３００により群毎にトライアックＱをオン状態とする制御が行われる。

以下、巻線部１０１において４種類の電機子巻線回路が実現できるトライアックＱ群のスイッチング例について説明する。
発電機の始動時に適した電機子巻線回路の第１の接続例について、図９及び図１０により説明する。
図７の回路において、Ｕ相コイルを構成するため、トライアックＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ７，Ｑ８，Ｑ９，Ｑ１０，Ｑ１１，Ｑ１２，Ｑ１３，Ｑ１４をオン（導通）状態とし、Ｖ相コイルを構成するため、トライアックＱ１５，Ｑ１６，Ｑ１７，Ｑ１８，Ｑ１９，Ｑ２０，Ｑ２１，Ｑ２２，Ｑ２３，Ｑ２４，Ｑ２５，Ｑ２６，Ｑ２７，Ｑ２８をオン（導通）状態とし、Ｗ相コイルを構成するため、トライアックＱ２９，Ｑ３０，Ｑ３１，Ｑ３２，Ｑ３３，Ｑ３４，Ｑ３５，Ｑ３６，Ｑ３７，Ｑ３８，Ｑ３９，Ｑ４０，Ｑ４１，Ｑ４２をオン（導通）状態とすれば（図９）、Ｔ１，Ｔ７，Ｔ１３，Ｔ１９，Ｔ２５，Ｔ３１，Ｔ３７，Ｔ４３が接続され、Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１５，Ｔ２１，Ｔ２７，Ｔ３３，Ｔ３９，Ｔ４５が接続され、Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ１７，Ｔ２３，Ｔ２９，Ｔ３５，Ｔ４１，Ｔ４７が接続される一方、Ｔ２，Ｔ８，Ｔ１４，Ｔ２０，Ｔ２６，Ｔ３２，Ｔ３８，Ｔ４４，Ｔ４，Ｔ１０，Ｔ１６，Ｔ２２，Ｔ２８，Ｔ３４，Ｔ４０，Ｔ４６，Ｔ６，Ｔ１２，Ｔ１８，Ｔ２４，Ｔ３０，Ｔ３６，Ｔ４２，Ｔ４８が中性点端子（Ｎ）に接続される（図１０）。
また、Ｕ相の出力端は、Ｔ１，Ｔ７，Ｔ１３，Ｔ１９，Ｔ２５，Ｔ３１，Ｔ３７，Ｔ４３を接続した部分となり、Ｖ相の出力端は、Ｔ３，Ｔ９，Ｔ１５，Ｔ２１，Ｔ２７，Ｔ３３，Ｔ３９，Ｔ４５を接続した部分となり、Ｗ相の出力端は、Ｔ５，Ｔ１１，Ｔ１７，Ｔ２３，Ｔ２９，Ｔ３５，Ｔ４１，Ｔ４７を接続した部分となる（図１０）。

その結果、ステータ構造体１における電機子巻線回路の等価回路図は、図１０のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、８個のコイルが並列に接続されて各相の回路を形成する１コイル８並列回路（１／４電圧巻線）を構成することができる（第１の接続例）。
第１の接続例によれば、各相において１個のコイルの両端が出力端となるので、後述する各相において４個のコイルが直列に接続されたコイル群の両端が出力端となる第２の接続例（標準電圧巻線）に比較して１／４程度の出力電圧が得られる。

次に、巻線部１０１における電機子巻線回路の第２の接続例について、図１１及び図１２により説明する。
図７の回路において、Ｕ相コイルを構成するため、トライアックＱ１３，Ｑ１４，Ｑ４３，Ｑ４４，Ｑ４５，Ｑ４６，Ｑ４７，Ｑ４８をオン（導通）状態とし、Ｖ相コイルを構成するため、トライアックＱ２７，Ｑ２８，Ｑ５０，Ｑ５１，Ｑ５２，Ｑ５３，Ｑ５４，Ｑ５５をオン（導通）状態とし、Ｗ相コイルを構成するため、トライアックＱ４１，Ｑ４２，Ｑ５７，Ｑ５８，Ｑ５９，Ｑ６０，Ｑ６１，Ｑ６２をオン（導通）状態とすれば（図１０）、Ｔ１とＴ２５，Ｔ２０とＴ４４，Ｔ２とＴ７，Ｔ８とＴ１３，Ｔ１４とＴ１９，Ｔ２６とＴ３１，Ｔ３２とＴ３７，Ｔ３８とＴ４３が接続され、Ｔ３とＴ２７，Ｔ２２とＴ４６，Ｔ４とＴ９，Ｔ１０とＴ１５，Ｔ１６とＴ２１，Ｔ２８とＴ３３，Ｔ３４とＴ３９，Ｔ４０とＴ４５が接続され、Ｔ５とＴ２９，Ｔ２４とＴ４８，Ｔ６とＴ１１，Ｔ１２とＴ１７，Ｔ１８とＴ２３，Ｔ３０とＴ３５，Ｔ３６とＴ４１，Ｔ４２とＴ４７が接続される一方、Ｔ２０，Ｔ４４，Ｔ２２，Ｔ４６，Ｔ２４，Ｔ４８が中性点端子（Ｎ）に接続される（図１２）。
また、Ｕ相の出力端は、Ｔ１とＴ２５を接続した部分となり、Ｖ相の出力端は、Ｔ３とＴ２７を接続した部分となり、Ｗ相の出力端は、Ｔ５とＴ２９を接続した部分となる（図１２）。

その結果、ステータ構造体１における電機子巻線回路の等価回路図は、図１２のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、直列に接続された４個のコイル群が並列に接続されて各相の回路を形成する４コイル２並列回路（標準電圧巻線）を構成することができる（第２の接続例）。

次に、巻線部１０１における電機子巻線回路の第３の接続例について、図１３及び図１４により説明する。
図７の回路において、Ｕ相コイルを構成するため、トライアックＱ４３，Ｑ４５，Ｑ４６，Ｑ４７，Ｑ４８，Ｑ４９，Ｑ６４，Ｑ６５をオン（導通）状態とし、Ｖ相コイルを構成するため、トライアックＱ５０，Ｑ５２，Ｑ５３，Ｑ５４，Ｑ５５，Ｑ５６，Ｑ６６，Ｑ６７をオン（導通）状態とし、Ｗ相コイルを構成するため、トライアックＱ５７，Ｑ５９，Ｑ６０，Ｑ６１，Ｑ６２，Ｑ６３，Ｑ６８，Ｑ６９をオン（導通）状態とすれば（図１３）、Ｔ２とＴ７，Ｔ１４とＴ１９，Ｔ２６とＴ３１，Ｔ３２とＴ３７，Ｔ３８とＴ４３，Ｔ２０とＴ２５，Ｔ１とＴ１３，Ｔ８とＴ２０が接続され、Ｔ４とＴ９，Ｔ１６とＴ２１，Ｔ２８とＴ３３，Ｔ３４とＴ３９，Ｔ４０とＴ４５，Ｔ２２とＴ２７，Ｔ３とＴ１５，Ｔ１０とＴ２２が接続され、Ｔ６とＴ１１，Ｔ１８とＴ２３，Ｔ３０とＴ３５，Ｔ３６とＴ４１，Ｔ４２とＴ４７，Ｔ２４とＴ２９，Ｔ５とＴ１７，Ｔ１２とＴ２４が接続される一方、Ｔ４４，Ｔ４６，Ｔ４８が中性点端子（Ｎ）に接続される（図１４）。
また、Ｕ相の出力端は、Ｔ１とＴ１３を接続した部分となり、Ｖ相の出力端は、Ｔ３とＴ１５を接続した部分となり、Ｗ相の出力端は、Ｔ５とＴ１７を接続した部分となる（図１４）。

その結果、ステータ構造体１における電機子巻線回路の等価回路図は、図１４のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、直列に接続された４個のコイル群に対して２個のコイル群が並列接続されて各相の回路を形成する２コイル並列＋４コイル直列回路（１．５倍電圧巻線）を構成することができる（第３の接続例）。
第３の接続例によれば、各相において４個のコイルが直列に接続されたコイル群に対して２個のコイルが接続された両端が出力端となるので、各相において４個のコイルが直列に接続されたコイル群の両端が出力端となる第２の接続例（標準電圧巻線）に比較して略１．５倍程度の出力電圧を得ることができる。

次に、巻線部１０１における電機子巻線回路の第４の接続例について、図１５及び図１６により説明する。
図７の回路において、Ｕ相コイルを構成するため、トライアックＱ４３，Ｑ４４，Ｑ４５，Ｑ４６，Ｑ４７，Ｑ４８，Ｑ４９をオン（導通）状態とし、Ｖ相コイルを構成するため、トライアックＱ５０，Ｑ５１，Ｑ５２，Ｑ５３，Ｑ５４，Ｑ５５，Ｑ５６をオン（導通）状態とし、Ｗ相コイルを構成するため、トライアックＱ５７，Ｑ５８，Ｑ５９，Ｑ６０，Ｑ６１，Ｑ６２，Ｑ６３をオン（導通）状態とすれば（図１５）、Ｔ２とＴ７，Ｔ８とＴ１３，Ｔ１４とＴ１９，Ｔ２６とＴ３１，Ｔ３２とＴ３７，Ｔ３８とＴ４３，Ｔ２０とＴ２５が接続され、Ｔ４とＴ９，Ｔ１０とＴ１５，Ｔ１６とＴ２１，Ｔ２８とＴ３３，Ｔ３４とＴ３９，Ｔ４０とＴ４５，Ｔ２２とＴ２７が接続され、Ｔ６とＴ１１，Ｔ１２とＴ１７，Ｔ１８とＴ２３，Ｔ３０とＴ３５，Ｔ３６とＴ４１，Ｔ４２とＴ４７，Ｔ２４とＴ２９が接続される一方、Ｔ４４，Ｔ４６，Ｔ４８が中性点端子（Ｎ）に接続される（図１６）。
また、Ｕ相の出力端はＴ１となり、Ｖ相の出力端はＴ３となり、Ｗ相の出力端はＴ５となる（図１６）。

その結果、ステータ構造体１における電機子巻線回路の等価回路図は、図１６のように中性点を備えたスター結線の三相回路となり、直列に接続された８個のコイル群が各相の回路を形成する８コイル直列回路（２倍電圧巻線）を構成することができる（第４の接続例）。
第４の接続例によれば、各相において８個のコイルが直列に接続されたコイル群の両端が出力端となるので、各相において４個のコイルが直列に接続されたコイル群の両端が出力端となる第２の接続例（標準電圧巻線）に比較して略倍程度の出力電圧を得ることができる。

巻線部１０１における上記した４種類の電機子巻線回路に対応する各トライアックＱ群のスイッチング制御は、コントロール部４１０のからの切替許可信号がジェネレータコントロールユニット８００に出力され、ジェネレータコントロールユニット８００からの制御信号に基づいて行われるが、三相であるためにトライアックＱ群のＵ，Ｖ相、Ｗ相においてトライアックＱ群の導通のタイミングが異なるように制御される。
すなわち、回路選択制御部３００には、図１７に示すようなＵ，Ｖ相、Ｗ相のトライアックＱ群の導通タイミングを制御するため、一般的に使用されている切替タイミング検出回路を備えて構成されている。切替タイミング検出回路は、各相電圧のゼロクロスを検知するＵ相検知、Ｖ相検知、Ｗ相検知を有して構成されるが各相の検知回路は同じ構成であるため、Ｕ相検知を例に説明する。

Ｕ相電圧のゼロクロスの検知回路は、Ｕ２４のコイルの両端の電圧を検出することで位相を検知し、電源回路３１０を備えることでゼロクロスのタイミングで発光するフォトカプラ３１１の光により、トランジスタ３１２がオンとなり、ジェネレータコントロールユニット８００のＣＰＵデータポート３１３からトライアックＱ群を導通させるための制御信号が出力され、フォトカプラ３１４を介して双方向ダイオード３１５をオンさせてトライアックＱ１を導通させるように構成している。トライアックＱ１は、図７におけるＵ相の２３個の各トライアックを代表して表したもので、各トライアックにおける所望のトライアック群は制御信号によりゼロクロスのタイミング時に導通する。
また、フォトダイオード３２０はモニタ用に設けたものであり、前記した操作部５００のインジケーター５０６に対応している。
切替タイミング検出回路を有することで、ゼロクロス位置を検知して各相に対してのスイッチング素子のオン・オフ制御を行うので、スイッチング素子の切替時において三相交流駆動時における急激な電圧の印加を防止することができる。

インバータ式磁石式発電機システムにおいて、上述した第１乃至第４の接続例で電機子巻線回路を構成した場合の磁石式発電機の無負荷出力電圧特性を図１８に示す。図１８における１／４電圧出力巻線が第１の接続例、ＳＴＤ電圧巻線が第２の接続例、１．５倍電圧巻線が第３の接続例、２倍電圧巻線が第４の接続例をそれぞれ示している。
以下、図１８を参照して発電機の動作について説明する。
（１）操作部５００における選択切替スイッチ５０１で「固定」を選択した場合、発電機における標準的な運転状況である図１８におけるＳＴＤ電圧巻線（第２の接続例）の領域Ｂで発電機のエンジンが駆動（通常は３５００ｒｐｍで運転）される。
（２）操作部５００における選択切替スイッチ５０１で「可変」を選択した場合、可変選択時におけるモード選択スイッチ５０２により、電機子巻線回路の自動切替を行う運転モード１〜３、電機子巻線回路を２倍巻線電圧に固定して運転する運転モード４が選択できる。

「ａ」モード選択スイッチ５０２により運転モード１（自動切替運転）を選択した場合
この場合は、電機子巻線回路が、ＳＴＤ電圧巻線（第２の接続例）、１．５倍電圧巻線（第３の接続例）、２倍電圧巻線（第４の接続例）の間で自動的に運転が切り替わる。
エンジン回転数の範囲は、１５００〜４０００ｒｐｍとしている。
ＳＴＤ電圧巻線で立ち上げ、エンジン起動後は、領域Ｂで発電機が運転される。運転時においては、インバータユニット４００において電圧ＥＤＣ及び電流Ｉｄが常時監視され、５分間平均の負荷率が６０％未満である場合には、電機子巻線回路を１．５倍電圧巻線（第３の接続例）に切り替えて運転する。５分間平均の負荷率が３０％未満である場合には、電機子巻線回路を２倍電圧巻線（第４の接続例）に切り替えて運転する。
負荷率に変動があり増加傾向の場合は、５分間平均で下限閾値の電圧値（例えば下限電圧１６３Ｖ）の下方領域に５秒間５回入ったら、容量が増加したと考え一段低い電圧巻線に切り替える。
また、電圧値が上昇した場合、インバータユニット４００におけるインバータ回路４０３のＦＥＴに過電圧がかかって破損しないように、低い出力電圧の電機子巻線回路に切り替えるための上限電圧が設定されている。
電機子巻線回路を切り替える閾値や回数はジェネレータコントロールユニット８００のＣＰＵを動作させるソフトウエアの処理で自由に設定することができる。
上記構成によれば、可変出力特性を活かすことで、定格回転回数を半分まで落としても、回路選択制御部で電機子回路をＳＴＤ電圧巻線から２倍電圧巻線に切り替えることで定格電圧出力を確保することできる。
また、電圧ＥＤＣ及び電流Ｉｄを常時監視し、負荷の変動により電機子巻線回路を切り替えることで、エンジン回転数を低くして運転が可能となるので、燃費改善を行うことができる。

接続される負荷がある程度特定される場合には、運転モード２〜４を選択する。
「ｂ」モード選択スイッチ５０２により運転モード２（自動切替運転）を選択した場合
この場合も、電機子巻線回路が、ＳＴＤ電圧巻線（第２の接続例）、１．５倍電圧巻線（第３の接続例）、２倍電圧巻線（第４の接続例）の間で自動的に運転が切り替わるが、ＳＴＤ電圧巻線（第２の接続例）で立ち上げた後、すぐに１．５倍電圧巻線（第３の接続例）に切り替えて運転する。
エンジン回転数の範囲は、１６７０〜３０００ｒｐｍとしている。
運転時においては、インバータユニット４００において電圧ＥＤＣ及び電流Ｉｄが常時監視され、５分間平均の負荷率が３０％未満である場合には、電機子巻線回路を２倍電圧巻線（第４の接続例）に切り替えて運転する。
負荷率に変動があり増加傾向の場合は、５分間平均で下限閾値の電圧値（例えば下限電圧１６３Ｖ）の下方領域に５秒間５回入ったら、容量が増加したと考え２倍電圧巻線から１．５電圧巻線に切り替える。
過負荷が生じた場合、負荷断となり、インバータ回路４０３からの出力を停止させる。

「ｃ」モード選択スイッチ５０２により運転モード３（自動切替運転）を選択した場合
この場合は、電機子巻線回路が、１．５倍電圧巻線（第３の接続例）、２倍電圧巻線（第４の接続例）の間で自動的に運転が切り替わる。
エンジン回転数の範囲は、１５００〜２５００ｒｐｍとしている。
１．５電圧巻線（第３の接続例）で立ち上げた後、すぐに２倍電圧巻線（第４の接続例）に切り替えて運転する。
運転時においては、インバータユニット４００において電圧ＥＤＣ及び電流Ｉｄが常時監視され、５分間平均の負荷率が３０％未満である場合には、電機子巻線回路を２倍電圧巻線（第４の接続例）に切り替えて運転する。
負荷率に変動があり増加傾向の場合は、５分間平均で下限閾値の電圧値（例えば下限電圧１６３Ｖ）の下方領域に５秒間５回入ったら、容量が増加したと考え２倍電圧巻線から１．５電圧巻線に切り替える。

「ｄ」モード選択スイッチ５０２により運転モード４（固定運転）を選択した場合
この場合は、電機子巻線回路が、２倍電圧巻線（第４の接続例）に固定して運転を行う。
エンジン回転数の範囲は、１５００〜２０００ｒｐｍとしている。

操作部５００の起動時スイッチ５０５をオンした場合は、エンジンの起動時に適した発電機側の電機子巻線回路である１／４電圧巻線が選択される。
この場合、電機子巻線回路を１／４電圧巻線とすることで、駆動するための印加電圧（１０Ｖ程度）を小さくした場合においても、始動に必要な回転数（５００回転）を得ることができるので、昇圧回路を必要としないバッテリ電圧からの直接駆動で電動機として始動することができる。
エンジン回転確立後にはバッテリ電圧をオフとし、ＳＴＤ電圧巻線モードに切り替えて駆動する。

上述した磁石式発電機によれば、第１乃至第４の接続例で示したように、ターミナルＴ１〜Ｔ４８に対して回路選択制御部３００によるスイッチング素子（トライアック）群のオン・オフ制御により、巻線の接続を制御して電機子巻線回路の回路を選択できるので、各コイル群（電機子巻線）を直並列に接続して得られる回路に対応する複数通りの出力電圧特性を得ることができ、発電機において負荷に対応して最適な電圧を供給できる固定回転・可変電圧出力を可能とすることができる。

また、回路選択制御部３００による駆動するための印加電圧が小さい電機子巻線回路（１／４電圧巻線：第４の接続例）の選択により、電動機として運転する場合に１コイル用の印加電圧を必要とするだけなので、バッテリ電源でダイレクト駆動する直流電動機として磁石式発電機を動作させることが可能となる。そのため、バッテリ電源の直流電圧を昇降するための昇降装置や始動用モータを不要とすることができる。

また、固定子電機子巻線部分の構造を共通にしたまま、回路選択制御部３００によるスイッチング素子の接続で出力電圧仕様を複数通りに容易に切り換えることができるため、出力特性に応じた電機子巻線の製造が不要となる。その結果、ステータ構造体１における電機子巻線の製造工程において、他の電圧仕様に切り換えるための段取り替えが発生しないため、段取り替え工程が削減され、多品種管理のコストも削減できる効果がある。

また、一つの電機子巻線仕様で全ての電圧タイプに対応できるため、造り溜めができる。したがって、原材料費が安くなっている時期を見計らい適時生産を計画して、造り溜めをすることにより電機子巻線の量産を可能とし、実質的な製造コストの削減が期待でできるという利点もある。
また、タップを設けることができる接続端子（専用端子）やカプラ構造であれば、その部分を除く電機子巻線を巻く部分を他の仕様にも使用できるので、他仕様が必要となった場合に接続端子とカプラの金型のみで他仕様の製造ができるので、最小の金型投資で済ませることが可能となる。

上述した磁石式発電機の例では、回路選択制御部３００で選択可能な電機子巻線回路を接続例１〜接続例４で説明したが、スイッチング素子（トライアック）によるオン・オフ制御により各タップ１〜４８の接続を工夫することにより、種々の電機子回路を設計することができ、それに応じて種々の出力特性を得ることができる。

また、上記例では、界磁に永久磁石を使用した磁石式発電機について巻線部１０１及び回路選択制御部３００から構成される巻線接続制御装置を適用した例を説明したが、発電機や電動機の電機子巻線構造、電動機の界磁巻線等における巻線構造に適用することで、外部接続電線による接続の仕方を調整して出力特性を変化させることができる。
電動機として使用する場合には、スイッチング素子としてＦＥＴを使用することで、導通時のオン抵抗の軽減を図ることができる。

本発明の一実施形態に係る磁石式発電機を備えたインバータ発電装置のシステム全体を示す構成説明図である。 本発明の巻線接続制御装置を備えた磁石式発電機で使用するステータ構造体の正面説明図である。 ステータ構造体の側面説明図である。 ステータ構造体の背面説明図である。 ステータの展開図である。 ステータ構造体の電機子巻線部分の等価回路図である。 スイッチング素子（トライアック）を表示した巻線接続制御装置の等価回路図である。 巻線部の簡易等価回路図である。 本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した巻線接続制御装置の接続状態を示す回路説明図である。 本発明の一実施形態において第１の接続例を適用した巻線接続制御装置の巻線部の等価回路図である。 本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した巻線接続制御装置の接続状態を示す回路説明図である。 本発明の一実施形態において第２の接続例を適用した巻線接続制御装置の巻線部の等価回路図である。 本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した巻線接続制御装置の接続状態を示す回路説明図である。 本発明の一実施形態において第３の接続例を適用した巻線接続制御装置の巻線部の等価回路図である。 本発明の一実施形態において第４の接続例を適用した巻線接続制御装置の接続状態を示す回路説明図である。 本発明の一実施形態において第４の接続例を適用した巻線接続制御装置の巻線部の等価回路図である。 巻線接続制御装置における切替タイミング検出回路の回路説明図である。 巻線接続制御装置において第１乃至第４の接続例を適用した電機子巻線回路を有する磁石式発電機における無負荷時の回転数に対する三相整流後の出力電圧特性を示すグラフ図である。

符号の説明

１…ステータ構造体、 ５…ステータ巻線、 １０…ステータコア、 ２０（２０Ａ〜２０Ｄ）…カプラ、 ２５…接続端子、 １００…磁石式発電機、 １０１…巻線部、 １０２…回転子、 １０３…永久磁石、 ２００…エンジン、 ３００…回路選択制御部、 ４００…インバータユニット、 ４０１…整流回路、 ４０２…平滑用コンデンサ、 ４０３…インバータ回路、 ５００…操作部、 ５０１…選択切替スイッチ、 ５０２…モード選択スイッチ、 ６００…モータドライブユニット、 ７００…バッテリ、 ８００…ジェネレータコントロールユニット、 Ｔ１〜Ｔ４８…ターミナル（接続端子）。

Claims (5)

1. スロット数に対応する複数の突極が配されたコアの前記各突極に巻回された巻線に対して、スロット毎に前記巻線両端に設けた接続端子と、前記接続端子同士の短絡・解放を行う複数のスイッチング素子から構成されるスイッチング素子群とを設け、前記接続端子間の短絡・解放の切替により複数種の巻線回路を構成可能とする巻線部と、
   前記巻線部における前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の巻線回路を選択する回路選択制御部と、
   を具備し、
   前記回路選択制御部は、
   複数の突極に対応する複数巻線を１組としそれぞれＵ相巻線，Ｖ相巻線線，Ｗ相巻線を備えた三相回路を２個形成可能とし、
   前記２個の三相回路の各相における各巻線の一端同士、他端同士をそれぞれ各双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相が並列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相における隣接する各巻線の端部同士を双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相が直列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子で接続するとともに
   前記三相回路の各相における複数巻線について、並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とする双方向スイッチング素子を備えて成る
   ことを特徴とする巻線接続制御装置。
2. 電機子巻線と磁石を備えた磁石式発電機において、
   前記電機子巻線を構成する各コイルの両端に形成した接続端子と、前記接続端子同士の短絡・解放を行う複数のスイッチング素子から構成されるスイッチング素子群とを設け、前記接続端子間の短絡・解放の切替により複数種の電機子巻線回路を構成可能とする電機子巻線部と、
   前記電機子巻線部における前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の電機子巻線回路を選択する回路選択制御部と、
   を具備し、
   前記回路選択制御部は、
   複数の突極に対応する複数巻線を１組としそれぞれＵ相巻線，Ｖ相巻線線，Ｗ相巻線を備えた三相回路を２個形成可能とし、
   前記２個の三相回路の各相における各巻線の一端同士、他端同士をそれぞれ各双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相が並列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相における隣接する各巻線の端部同士を双方向スイッチング素子で接続し、
   前記２個の三相回路の各相が直列接続するように巻線間を双方向スイッチング素子で接続するとともに、
   前記三相回路の各相における複数巻線について、並列接続された巻線群に対して直列接続された巻線群を接続可能とする双方向スイッチング素子を備えて成る
   ことを特徴とする磁石式発電機。
3. 前記回路選択制御部は、各相電圧のゼロクロスを検知する切換タイミング検出回路を備える一方、前記発電機の駆動時における出力電圧又は負荷電流が上限閾値又は下限閾値に達しているどうかを検知し、前記ゼロクロスのタイミングで前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで電機子巻線回路を切り替える請求項２に記載の磁石式発電機。
4. 前記回路選択制御部は、手動による選択操作により、前記スイッチング素子群の各スイッチング素子のオン・オフ制御を行うことで複数種の電機子巻線回路の切換を行う各運転モードを選択する請求項２に記載の磁石式発電機。
5. 前記電機子巻線回路は、標準電圧に対して１／４電圧が出力される１／４電圧出力巻線を有する一方、
   バッテリ電源を備え、前記回路選択制御部により前記１／４電圧が出力される電機子巻線回路を選択することで、前記バッテリ電源でダイレクト駆動する直流電動機として動作可能とした請求項２に記載の磁石式発電機。

Images