JP7309135B2 - 永久磁石式交流発電機 - Google Patents

Description

本発明は、永久磁石式発電機に関する。さらに詳述すると、本発明は、永久磁石式発電機の電圧制御機構に関するものである。

従来の車両用交流発電機としては、回転方向に極性が異なる複数の界磁極を有する回転子とその外側に複数のスロットが形成された固定子鉄心、及び固定子鉄心に電気位相角差を１２０度となるように巻装された３つのＹ結線された巻線を持つ三相交流が一般的である。この種の発電機において常に問題となるのはアイドリング時の低速回転において、出力が小さい事である。

そこで、巻線の巻き方を種々に変え、低速出力を向上させようとの試みがなされている。例えば、２ｎ個の界磁極を有するロータ－と隣り合うティースにより区画されたスロットが周方向に所定のピッチで２ｎ×６個形成されたステーターコア及びそれぞれ互いの間の電気位相角が１２０度となるようにステーターコアに巻装された３つの相からなるＹ結線を位相角３０度ずらした第１巻線と第２巻線とし、それぞれの出力を整流器によりＤＣ化し、合流させる車両用交流発電機がある（例えば特許文献１参照）。

また、本発明者等が発明した特許第５４６６７４２号では複数の永久磁石片を回転子に取り付け、その回転子の外側に、回転子のポ－ルに対応するステーターの歯を３以上で相数の２以上の整数倍設け、前記ローターのポールに対応する前記ステーターの巻き数が短節巻きの複数の巻線からなり、かつ、前記複数の巻線を巻き込む歯をずらして短節巻きされ、かつ、複数の巻線で占める巻き角がポール角に対応する巻線から発生する交流電力をそれぞれ独立して整流器を通した後に生成された直流電力を合算する発電機を提案した（特許文献２）。この発電機によれば、１つのステータに位相をずらした複数の巻線系を構成するので、小型で高出力とすることが期待される。

特開２０１２－１３０１５１号公報 特開２０１４－５０１８９号公報

しかしながら、特許文献１記載の車両用交流発電機の場合、低速時の出力を１５％程度増加させられるに過ぎないものである。

また、特許文献２記載の発電機の場合、例えば２本の巻線系を備えれば、理論的には、出力は２倍となるが、本発明者等が実験した結果、出力を2倍に近い値にすることはできたが、十分では無かった。

本発明は、小型でありながら、高出力を実現することができる永久磁石式交流発電機を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、永久磁石を配置したローターと、ローターのポールに対応する歯が相数である３の２以上の整数倍設けられてローターのポールに対応する巻線が巻かれたステーターと、発電電圧を一定にする制御装置とを有し、巻線が短節巻きの複数の巻線から成り、かつ複数の巻線を巻き込む歯をずらして短節巻きされた複数の巻線で占める巻き角がポール角に対応するように巻き込まれることによって位相をずらした複数の三相巻線系として構成され、複数の三相巻線系の出力がそれぞれ独立して負荷側整流器によって直流化されてから合流点で合流させられる永久磁石三相交流発電機において、制御装置は負荷側整流器のＤＣ線間に設けられた電圧測定器の測定電圧を基に、位相をずらした複数の三相巻線系毎に独立して制御することにより電圧を所定の電圧に一定化し、合流点と負荷側整流器との間のＤＣ出力のプラス電圧線間に抵抗器とインダクタンスとを配置した直列回路で前記プラス電圧線間を接続し、直列回路の両端に複数の三相巻線間の位相差に基づく電圧差が発生したときに電圧が高い方から低い方へと電流が流れることにより、またスパーク電圧が発生したときに自己誘導によって起電力を生じさせることにより、ＤＣ出力間の電圧差を低減させた後流で電流を合流させるようにしている。

ここで、制御装置は、複数の三相巻線系毎に、三相巻線のそれぞれの後流に第１のチョークコイルを配置し、その出力電流を三相整流器によりＤＣ変換し、負荷側に送ると共に第１のチョークコイルと負荷整流器の間に分岐点を設け、分岐点から延びる線上に第１のチョークコイルよりも小さなインダクタンスを持つ第２のチョークコイルを配置し、その延長線に電圧制御用三相整流器と電圧制御用三相整流器のＤＣ側に配置した電圧制御スイッチとを備え、電圧制御スイッチのスイッチングにより、負荷電圧を一定に制御するものであることが好ましい。

また、請求項２記載の永久磁石式発電機において、制御装置は、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時に、電圧制御スイッチをＯＮさせることが好ましい。。

さらに、請求項２記載の永久磁石式発電機において、三相巻線の端末の中性点に中性点として機能させる中性点切り替え装置が接続され、かつ制御装置が、複数の三相巻線系の中で一部の三相巻線系が故障を起こした場合、故障側の巻線系の中性点切り替え装置をＯＦＦすると共に、電圧制御スイッチをＯＮとし、故障側の異常電流の流れを防止した上で、正常側発電機用巻線のみの運転とすることが好ましい。

また、三相巻線はそれぞれ複数の巻線を直列に接続したものであり、それぞれの巻線の端末にそれぞれの端末を任意に中性点として機能させる中性点切り替え装置が接続され、かつロータシャフトの回転数を回転数センサで検出し、制御装置でロータシャフトの回転数に応じて中性点切り替え装置を制御し、中性点位置の選択的な変更により三相巻線の巻数を切り替えるものであることが好ましい。

さらに、制御装置は、三相巻線の最大巻数での最大出力到達点の回転数になったとき、電圧制御スイッチをＯＮさせ、次いで最大巻数の中性点切り替え装置をＯＦＦし、最大巻数位置の中性点切り替え装置よりも少ない巻数側の中性点切り替え装置をＯＮし、電圧制御スイッチをデューティー制御させることが好ましい。

さらに、制御装置は、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時、電圧制御スイッチをＯＮさせ、三相巻線の最大巻数の中性点切り替え装置をＯＦＦし、直前の巻数よりも少ない巻数の巻線の中性点切り替え装置をＯＮにする制御を行うことが好ましい。

さらに、制御装置は、巻数の多い巻線からそれよりも巻数の少ない巻線に切り替える時、電圧制御スイッチをＯＮし、次いで、作動中の多い巻数側の巻線の中性点切り替え装置をＯＦＦにした後、作動中の巻線よりも巻数の少ない側の巻線の中性点切り替え装置をＯＮとした後、電圧制御スイッチのスイッチングを行わせることが好ましい。

さらに、制御装置は、巻数の少ない巻線からそれよりも巻数の多い巻線に切り替える時、電圧制御スイッチをＯＮし、次いで作動中の少ない巻数側の巻線の中性点切り替え装置をＯＦＦし、作動中の巻線よりも巻数の多い側の巻線の中性点切り替え装置をＯＮし、電圧制御スイッチのスイッチングを行わせることが好ましい。

さらに、制御装置は、複数の三相巻線系の中で一部の三相巻線系が故障を起こした場合、故障側の巻線系の全ての中性点切り替え装置をＯＦＦすると共に、電圧制御スイッチをＯＮとし、故障側の異常電流の流れを防止した上で、正常側発電機用巻線のみの運転とすることが好ましい。

請求項１記載の発明にかかる永久磁石発電機によれば、電圧制御スイッチが出力側三相交流側整流器のＤＣ線間に設けられた電圧測定器の測定電圧を基に、独立してデューティー制御を行って電圧を一定にする事により、複数巻線間の発生電圧の差の拡大を防ぎつつ同一化することができる。その上に、複数の出力側三相交流の出口に配置された整流器のＤＣ出力のプラス電圧線間に配置された抵抗器又はインダクタンスの少なくとも一方または双方によって、それぞれの巻線で発生するサージ電流、電圧を低減、緩衝させるため、出力間の電圧差を低減させることができる。そして、電圧差が低減した後流で、電流を合流させるので、複数巻線による、電力合算効果を高める事ができる。

本発明を適用する永久磁石発電機の構造の一例を示しており、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 本発明に用いる位相をずらした複数の巻線の巻き方を示す説明図である。 円筒形のスロットと歯を展開図とし、三相巻線の巻き方を示した説明図である。 位相をずらした複数の巻線に発生する電圧である。 本発明の永久磁石発電機の一実施形態を示す回路図である。 本発明の永久磁石発電機の他の実施形態の回路図である。

以下、本発明の構成を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１に本発明の永久磁石発電機の一実施形態を示す。本実施形態の発電機は、６極三相交流発電機の例であり、図１に示すようにハウジング４と、該ハウジング４に回転可能に支持されたローターシャフト１と、ローターシャフト１に固定された永久磁石部材７とからなるローター３、及びローター３の外周側に配置され、且つ、ハウジング４に固定されたステーター２から構成されている。尚、ステーター２はステーターコア５とステーターコア５に巻き上げられたステーターコイル８から構成されている。

また、ローターシャフト１にはその一端部にエンジン、風車、水車等の駆動源から駆動力が入力する入力歯車等の入力手段が設けられている。ローター３はローターシャフト１の外周に配置された透磁性部材６の外周に配置された複数の永久磁石材片からなる永久磁石部材７、及び永久磁石部材７の外周面に固定された円筒状スリーブ９を備えている。ローター３を構成する永久磁石部材７と透磁性部材９との両端面には非磁性材からなる端板がそれぞれ配置され、ナット、フランジ等の固定手段でローターシャフト１に一体固定されている。尚、チョークコイル１５，１６，１７，１８はステータ２の外に配置されている。本明細書においてチョークコイル１５，１６，１７，１８に関しステータ２の外に配置されるとは、ローター３の界磁束と鎖交しない状況に配置されていることを意味するものであり、界磁束と鎖交しなければハウジングの外に配置されることに限定されない。

ここで、本実施形態の発電機のステータコア５は、ローター３の１つのポールに対応する歯１０を３以上で相数の２以上の整数倍設けている。例えば、本実施形態の場合、６極三相交流発電機に適用しているので、図１（Ｂ）及び図２に示すように、１極当たり６歯として合計３６歯が設けられている。そして、１つのポールに対応する巻線が短節巻きの複数の巻線から成り、かつ複数の巻線を巻き込む歯をずらして（つまり、位相をずらして）短節巻きされた複数の巻線で占める巻き角がポール角に対応するように巻き込むことで、位相をずらした複数の三相巻線系が構成されている。即ち、図２に示されているようにＵ１，Ｕ２、Ｖ１，Ｖ２，Ｗ１，Ｗ２がそれぞれ隣り合って巻かれ、三相発電機を構成している。

例えば、６歯／Ｐの三相発電機において、２本の巻線を１歯ずらして５本跨ぎで巻きかける場合を例に挙げると、図３に示すように、１本目の巻線（以下、第１の巻線系１１と呼ぶ）が巻き込む歯１０は＃１，＃２，＃３，＃４，＃５の５本になり、２本目の巻線（以下、第２の巻線系１２と呼ぶ）が巻き込む歯１０は＃２，＃３，＃４，＃５，＃６の５本になり、第１の巻線系１１及び第２の巻線系１２との複数の巻線で占める巻き角（即ち、第１の巻線系１１の巻き始めから第２の巻線系１２の巻き終わりまでのスロット間の角度を意味するものであり、それは電気角で１８０度である。）がポール角（電気角で１８０度）に対応するように巻き込まれることとなる。

さらに詳しくは、第１の巻線系１１のＵ相（Ｕ１）を例にとると、図３に示すように、＃１～＃５の歯１０までを右回りに巻き込むＮ極対応の巻きと＃７～＃１１の歯１０までを左回りに巻き込むＳ極対応の巻きとを一組として、＃１３～＃１７のＮ極対応の巻きと歯＃１８～＃２３のＳ極対応の巻きとの組、さらには＃２５～＃２９のＮ極対応の巻きと＃３１～＃３５のＳ極対応の巻きとの組との、計３組の短節巻きが直列に接続された状態で端子Ｘ1まで巻き上げられる。同様に、第２の巻線系１２のＵ相（Ｕ２）は、１歯ずらした＃２～＃６の歯からスタートし、３組の短節巻きが直列に接続された状態で端子Ｘ２まで巻き上げられる。他方、Ｖ相（Ｖ１，Ｖ２）はＵ相（Ｕ１，Ｕ２）からそれぞれ電気角で１２０度ずれた位置からスタートし、Ｗ相（Ｗ１，Ｗ２）はさらにＶ相（Ｖ１，Ｖ２）から１２０度ずれた位置からスタートし、それぞれ３組の短節巻きが直列に接続された状態で端子Ｙ１，Ｙ２，Ｚ１及びＺ２まで巻き上げられる。１歯ずらして同じように巻掛けられる。このような巻線構造により、第１の巻線１１と第２の巻線１２とは位相が１歯（電気角で３０度（１８０°／６歯））ずれるので、第１と第２の巻線１１，１２には独立の電圧が発生し、それを合計すれば２倍の電力が得られることになる。

尚、１ポールに対応する複数の巻線の間の巻きかける歯１０のずらし数は、少なくとも１歯以上であれば実施可能である。他方、余りずらす歯１０の数を増やすと、短節巻きの巻線で巻き込む歯１０の数が減ってしまう問題があり好ましくない。このことから、小さな発電機サイズのまま出力を増加させるという効果は、１歯ずらして巻線を巻きかけることが最も妥当ではあるが、必ずしも１歯ずらしに限られるものでもない。

本実施形態の巻線方式は、１磁極に対応するローターの歯１０に、短節巻きの巻線を少なくとも1歯ずらして複数巻き上げた場合に、それぞれの巻線に電圧が発生する特性を利用して、それぞれの巻線に発生した電力を合算して出力の増大を実現しようとするものである。このことから、位相をずらして配置される巻線は、１ポールに少なくとも２本、場合によっては３本以上とすることが可能である。一方、巻線が巻き込んでいる歯１０には回転子のポールからの磁力が通過するので、巻き込む歯１０の数が減少すれば磁力も減少し、発電電圧が低下する。したがって、巻き込む歯１０の数を余り減らさないで、巻線の数を増やすことが好ましく、２本（系）、又は３本（系）の三相巻線を巻いた方が合算する電力が増加することとなるので好ましい。

図４にはこの発電機による発電電圧波形を示す。第１の巻線系１１と第２の巻線系１２は電気角で３０度ずれ発電電圧が発生するので端子部分をそのまま結線すると線間の電圧差により、環電流が流れ、発熱が非常に大きくなる。また、永久磁石式発電機では、ロータの回転数の変化に伴って電圧が変化するので、これを特許第４９１３２３４号の電圧一定化制御装置あるいは異なる別の電圧一定化制御装置で一定にする。そこで、Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の第１の巻線で発生した電圧を一定にすると共に負荷側整流器２１，２２にて整流してＤＣ電力にし、第２の巻線で発生した電圧も一定にすると共に整流してＤＣ電力にすると、それぞれの電圧が揃い、合流できる。その結果、二つの巻線で発生した電力はほぼ２倍となり、コンパクトな発電機の構造体の中で強力な出力を得ることができると考えられた。

ところが、本発明者等の実験の結果、出力を2倍に近い値にすることはできたが、十分では無かった。当初、本発明者等は、特許4913234号の電圧一定化制御装置を用いて、整流器後の電圧に基づいて同一条件で電圧制御スイッチをスイッチングして一定電圧化させたが、本来の目的である出力の２倍化を実現出来ずに、１．７倍位となっていた。

そこで、本発明者等は、種々実験を行い原因を調査したところ、二つの電力の間に電圧差があり、高い方の電圧を持つ巻線が低い方からの電流の流れを邪魔する現象が起こることを知見するに至った。位相をずらした三相巻線は、図３に示すように、巻掛ける歯をずらして即ち位相をずらして２つの巻線系１１，１２として巻かれている。したがって、巻線の巻き位置が異なるので、磁力の大きさが若干異なり、起電電圧に差が発生する。その出力電圧の異なる電力が第１のチョークコイルを通過すると、そのインダクタンスの影響で電圧は降下し、整流器によりＤＣ化された後のＤＣ電圧に差が出ることを発見した。この現象の発見・測定は、両方の電圧がさほど差がない上に微妙に脈動しているので、実際には非常に難しく、知見するのは容易ではなかった。また、位相がある複数の三相巻線で発生した電圧は、１つの制御装置即ち１つの条件で電圧を同時に一定化しようと制御すれば、制御後の電圧の差が益々大きくなることを知見するに至った。

本発明はかかる知見に基づくものであり、例えば図５に示すように、各三相巻線系には、電圧を一定にする制御装置１３，１４をそれぞれ備え、複数の三相巻線の出力がそれぞれの負荷側整流器２１，２２のＤＣ線間に設けられた電圧測定器３５，３６の測定電圧を基に、位相をずらした複数の三相巻線系１１，１２毎に独立して制御することにより電圧を所定の電圧に一定化し、負荷側整流器２１，２２によって直流化されてから合流点３９で合流させられるようにしている。この独立した電圧制御により、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との制御後の電圧の差が大きくなることなく、近い値となった。

さらに、合流点３９の直前、即ち合流点３９と負荷側整流器２１，２２との間のＤＣ出力のプラス電圧線間に抵抗器３７又はインダクタンス３８の少なくともいずれか一方若しくは双方が配置されて、出力間の電圧差を低減させた後流で電流を合流させるようにしている。二つのDC電流を並列にして流す場合、電圧が揃わないと双方から均一に電流は流れない。しかし、整流器２１，２２のプラス側の導線の合流点直前に抵抗器３７とインダクタンス３８を配置する事により、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２のＤＣ電圧に差が生じた場合、高い電圧から低い電圧側に電流が流れることで、電圧差を更に小さくすることができる。例えば、２００Ｖ三相交流をつくる場合、整流器２１，２２の後の二つのＤＣ電圧（例えば、２５０～３００Ｖ）の差は精々5Ｖ程度であり、この間の抵抗として5Ω程度を挟めば、1Ａ程度が高い方から低い方に流れ均一電圧になる。また、インダクタンスはスパーク電圧が発生したとき、この電圧を吸収する役割を果たす。即ち、電圧の高い方から瞬間的に低い方に電流iが流れると、コイルには自己誘導によって起電力（e=－Ldi/dt，但し、Ｌはインダクタンス、tは時間、iは電流である。）が発生し、高い側の電圧がeだけ下がる。その結果、低い側の電圧と揃い、低い側からも電流が流れる。

ここで、負荷側整流器２１，２２のＤＣ出力のプラス電圧線間に配置される抵抗器３７又はインダクタンス３８は、いずれが作用するかは２つの電源で発生する電流波の特長によって決められるものであり、２つが同時に作用する場合もあれば、それぞれ単独で作用する場合もある。したがって、抵抗あるいはインダクタンスの何れか一方、好ましくは双方を設置することである。尚、インダクタンス38はフィルターとして機能するものであり、制御回路の第１及び第２のチョークコイル１５，１６のインダクタンス値が例えば15ｍＨ，1～2ｍＨと大きな値であるのに対し、100μＨ程度の小さな値を持つフィルターコイルである。

以上の構成により、合流点３９での第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との電圧が揃い、双方から均一に電流が流れ、理論値に近い出力が得られることは本発明者等の実験により確認された。

（第２の実施形態）
図５に、上述の複数巻線間の電圧差を出来るだけ抑えた永久磁石発電機に、特許４９１３２３４号の電圧一定化制御及び巻線切り替え方式を組み込んだ場合の制御回路の一実施形態を示す。

本実施形態にかかる永久磁石三相交流発電機は、複数の巻線例えば第１の巻線系１１と第２の巻線系１２とを１歯ずらして巻き上げた発電機において、複数の三相巻線系１１，１２毎に独立した電圧制御機構を備え、各巻線系で発生した電圧に基づいてそれぞれ独立して負荷電圧を一定に制御するようにしている。

電圧制御機構は、複数の三相巻線系１１，１２毎の発電電圧を測定する電圧計３５、３６と、制御装置基盤に取り付けられるヒートシンク温度計４０，４１と、電流計４２，４３と、ステーター温度計４４，４５と、ローターの極並びに回転数を検出する回転センサー４７，４８並びに制御装置１３，１４を備え、各センサからの検出信号は制御装置１３，１４にそれぞれ入力される。制御装置１３，１４は、主に、電圧計３５、３６が示す複数の三相巻線系１１，１２毎の発電電圧に基づいて所定電圧に設定する為のデューティー制御を行い、且つローターの回転数に応じて巻線の巻数・長さを切り替えることにより、電圧の一定化を図るようにしている。尚、電流計４２，４３は、計測された電流の大きさが所定値以下だと冷凍器がＯＦＦしているか、故障断線している、あるいは過大に流れれば巻線の途中でリークしている、との判断に使える。さらに、ステーター温度計４４，４５は、ステータの温度を検出し、ステーターのオーバーヒートを判断し、発電機の火災防止を図るために利用される。

本実施形態におけるステータコイル８を構成する複数の三相巻線は、それぞれ複数の巻線を直列に接続したものであり、それぞれの巻線の端末にそれぞれの端末を任意に中性点に接続させる中性点切り替え装置が接続されている。そして、この三相巻線は、制御装置１３，１４によって、回転数センサ４７，４８で検出されたロータシャフト１の回転数に応じて中性点切り替え装置を制御し、中性点位置の選択的な変更により巻数が切り替え可能とされている。例えば、各相毎に２本の巻線（３１Ｕと３２Ｕ、３１Ｖと３２Ｖ，３１Ｗと３２Ｗ）を直列接続して三相巻線を構成し、２本の巻線を接続した状態（３１＋３２）で用いる場合を巻数の多い巻線（長巻線とも言う）、負荷側の巻線３２のみを用いるときを巻数の少ない巻線（短巻線とも言う）とし、位相をずらした２つの巻線系１１，１２を構成して互いに独立した制御回路でそれぞれの巻線の端末に備えた中性点切り替え装置を切り替えるように構成されている。回転数に対応した巻き数を選定することで、高速回転時には巻き数を小さくして大幅な電圧の上昇を防ぐと共に極低速回転時には巻き数を大きくして電圧を上昇させるように発電出力させることができる。

ここで、中性点切り替え装置は、例えば三相整流器２３，２４，２５，２６と、各三相整流器２３，２４，２５，２６の直流出力端子間に設置される中性点切替スイッチ２７，２８，２９，３０とで構成され、制御装置１３，１４が回転センサー４７，４８から検出されたローターシャフト１の回転数に応じて中性点切替スイッチ（例えばトランジスター）２７，２８，２９，３０を選択的に断続して中性点位置を変更可能とするものである。

第１の巻線系１１を構成する三相巻線３１Ｕ，３２Ｕ、３１Ｖ，３２Ｖ，３１Ｗ，３２Ｗの長巻用中性点端子５１には引き出し線５３を介して整流器２３が接続され、そのＤＣ側には長巻用中性点切替スイッチ２７が配置される一方、各相の巻線３１と巻線３２との間の短巻用中性点端子５２にも引き出し線５４を設け、整流器２５に接続し、そのＤＣ側には短巻用中性点切替スイッチ２８が配置されている。他方、負荷側の巻線３２Ｕ、３２Ｖ，３２Ｗはそれぞれ第１のチョークコイル１５に接続され、その第１のチョークコイル１５の後端は三相交流出力をＤＣとするため整流器２１に接続され、ＤＣ出力はもう一方のＤＣ出力と３９のポイントで合流し、出力側に設定されたインバーター４６に接続される。第１のチョークコイル１５の後流に分岐点５０を設け、分岐点５０の後流に第２のチョークコイル１６を配置し、更に電圧制御用整流器１７１を置き、そのＤＣ化された電力はスイッチングを行う電圧制御スイッチ１９に接続されている。

また、位相をずらしたもう一つの巻線、即ち第２の巻線系１２を構成する三相巻線３３Ｕ，３４Ｕ、３３Ｖ，３４Ｖ，３３Ｗ，３４Ｗには、長巻用中性点６１に引き出し線６３を介して整流器２４が接続され、そのＤＣ側には長巻用中性点切替スイッチ２９が配置される一方、各相の巻線３３と巻線３４との間の短巻用中性点端子６２にも引き出し線６４を設け、整流器２６に接続し、そのＤＣ側には短巻用中性点切替スイッチ３０が配置されている。他方、負荷側の巻線３４Ｕ、３４Ｖ，３４Ｗはそれぞれ第１のチョークコイル１７に接続され、その第１のチョークコイル１７の後端は三相交流出力をＤＣとするため、整流器２２に接続されＤＣ出力はもう一つのＤＣ出力と合流点３９で合流し、出力側に設定されたインバーター４６に接続される。さらに、第１のチョークコイル１７の後流に分岐点６０を設け、分岐点６０の後流に第２のチョークコイル１８を配置し、更に電圧制御用整流器１７２を置き、そのＤＣ化された電力はスイッチングを行う電圧制御スイッチ２０に接続されている。

さらに、合流点３９の直前の合流点３９と負荷側整流器２１，２２との間のＤＣ出力のプラス電圧線間には、抵抗器３７又はインダクタンス３８の少なくともいずれか一方若しくは双方が配置されて、出力間の電圧差を低減させた後流で電流を合流させるようにしている。本実施形態の場合、抵抗器３７とインダクタンス３８を配置することにより、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２のＤＣ電圧に差が生じた場合、高い電圧から低い電圧側に電流が流れ、電圧差を更に小さくする事により、合流点３９で双方の電力を合算する効果を高めるようにしている。

尚、発電電圧は一般的に使用されている市中電力の電圧（１００Ｖ－ＡＣ、又は２００Ｖ－ＡＣ）に変換する事が流通している部品を使用する上で、好都合である。そこで、上記電圧の電力を作成する為にインバーター４６を用いて所定の直流を２相、３相交流に簡単に変換するようにしている。

このように構成された、第１の巻線系１１及び第２の巻線系１２の２つの三相巻線３１Ｕ～３２Ｗ、３３Ｕ～３４Ｗを有する永久磁石式発電機の電圧は回転の変動と共に変化するので、所定の電圧、通常は２００Ｖ（ＡＣ）一定に揃える為、制御装置１３，１４は、各々の電圧計３５、３６の電圧に基づいて独立に電圧制御スイッチ１９、２０のスイッチングを行う。例えば、本実施形態では、２つの３相発電した交流電力を整流後、直流電圧例えば２５０～３００Ｖ（ＤＣ）の電圧に変換する制御を行う。そして、整流後の直流（ＤＣ）電力を合算して、インバーター４６で３相の２００Ｖ（ＡＣ）交流（電力は２倍）に変換するようにしている。即ち、電圧計３５，３６の値が２５０～３００Ｖになる様に電圧制御スイッチ例えばＦＥＴ１９，２０をデューティー制御する。上記の様に２００Ｖ３相交流を作る場合、インバーター４６が必要な直流電圧は直流２５０～３００Ｖなので、制御装置１３，１４にその数値を記憶させて置き、電圧計３５，３６を測定し、その電圧になる様に電圧制御スイッチ１９，２０をデューティー制御する。

また、制御装置１３，１４は、ローターシャフト１の回転数に応じて、２つの巻線３１Ｕ～３２Ｗ、３３Ｕ～３４Ｗの巻数を変えて、発電機の低速時には巻線切り替えスイッチ２７、２９をＯＮし、高速度になり出力電圧が高くなった時には巻線切り替えスイッチ２７、２９をＯＦＦとし、短巻線スイッチ２８、３０をＯＮする制御を行う。これにより、高速回転時の大幅な電圧の上昇を防止させると共に極低速回転時の電圧を上昇させて発電出力させることで、設定電圧を一定電圧に制御させることができる。

そして、前段の電圧一定化処理によっても第１の巻線系１１と第２の巻線系１２のＤＣ電圧に差が生じた場合、合流点３９の直前のＤＣ出力のプラス電圧線間の抵抗器３７又はインダクタンス３８の少なくともいずれか一方若しくは双方によって、高い電圧から低い電圧側に電流が流れ、電圧差を更に小さくする事により、出力間の電圧差を低減させた後に電流が合流させられる。これによって、合流点３９で双方の電力を合算する効果を高める事ができた。

以上のように、制御装置は負荷側整流器のＤＣ線間に設けられた電圧測定器の測定電圧を基に、位相をずらした複数の三相巻線系毎に独立して制御することにより電圧を所定の電圧に一定化し、合流点と負荷側整流器との間のＤＣ出力のプラス電圧線間に抵抗器又はインダクタンスの少なくともいずれか一方若しくは双方が配置されて、出力間の電圧差を低減させた後流で電流を合流させることでＤＣ電圧の差を小さくするため、出力の２倍化を実現することができた。

（第３の実施形態）
一方、本発明者等は、自ら発明した特許4913234号と特許5466742号を組み合わせることで、より超小型、高出力の発電機を実現することができるものと考え、長年開発を続けた。そして、実験・研究の結果、両発明を組み合わせるには様々な阻害要因があることを明らかにした。そのうちの１つとして、図３に示すように、巻掛ける歯をずらして即ち位相をずらして複数の巻線例えば第１の巻線系１１と第２の巻線系１２として巻かれている永久磁石発電機において、さらに同巻線を回転数に応じて巻数を切り替え可能とする場合、巻線切り替え動作の中で大きな電圧差が発生して制御装置間で干渉が発生したり、逆流するなどの様々なトラブルを惹起することを知見するに至った。つまり、巻線切り替え動作の中で発生する電圧差が原因となるトラブルである。

具体的には、位相をずらした複数の巻線例えば第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との間では、巻線の巻き位置が異なることで磁力の大きさが若干異なり、起電電圧に差が発生して整流器２１、２２を通過した後のＤＣ電圧に差が出ることで、この制御系を制御する制御装置１３，１４の作動に時間差が発生する。このため、例えば、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との双方が長巻きを使用しているときに、短い巻線（第２巻線）の方に切り替えようとすると、一方が短い巻線に切り替わっても他方が長い巻線のままの瞬間があり（図４参照）、大きな電圧差が発生してしまうことを知見するに至った。本来、整流器は逆流しないものであるが、大きな電圧差が生ずると、逆流を起こし、スパークが飛んで制御機構が壊れてしまうことを知見するに至った。また、発電機の回転数が大きな時、長い巻線側の根元中性点をＯＮすると、急激な電圧上昇をもたらし、トランジスタースイッチ類の損傷をもたらした。さらに、長い巻線から短い巻線に動作を変更する時、巻数の多い巻線と巻数の少ない巻線の中性点切替スイッチが同時にＯＮされると、この線間に抵抗が無くなり、瞬間的に大電流が流れ、巻線の焼損が発生する。それと同時に複数の他の巻線との合流部に電圧差が発生し、出力部の三相整流器に逆電圧が掛るなど、制御機器類におおきな負担が掛ることを知見するに至った。

本発明は、かかる知見に基づくものであり、同一磁極内で位相をずらした複数の巻線間で生ずる電圧差を埋めるため、電圧制御系の電圧制御スイッチをＯＮさせ、電圧一定化のための第1、第２のチョークコイルを使って制御スイッチを介して電流を流す状態にするようにしたものである。

永久磁石発電機は、巻線の巻数が同じ場合、発電機の回転が増えると電圧も高くなる。そこで、制御装置１３，１４は、三相巻線の最大巻数での最大出力到達点の回転数となったとき、電圧制御スイッチ１９，２０をＯＮさせ、次いで最大巻数の中性点切り替え装置をＯＦＦ（つまり、長巻用中性点切替スイッチ２７，２９をＯＦＦ）し、最大巻数位置の中性点切り替え装置よりも短い巻数側の中性点切り替え装置をＯＮ（つまり、短巻用中性点切替スイッチ２８，３０をＯＮ）し、電圧制御スイッチ１９，２０のデューティー制御を実行する。これにより、巻線端部のサージ電圧が抑制され、電圧制御スイッチのＯＮが遅れている他方の巻線系への干渉が減少する。この制御は、最大巻数での巻線即ち長巻きでの最大出力点以上で出力させると、抵抗値の大きい長い巻線の銅損により、発電機が破損する虞があることから、これ以上の回転では最大巻数での巻線の使用をさせないための処置である。

また、この発電機の負荷が無い時、あるいは回転数が過大の時、巻線の電圧は回転の上昇に連れ上昇し、最高回転数の時には、例えば200Ｖ３相交流を作る場合、５００Ｖ程の相電圧になり、三相整流器のＤＣ側では１０００Ｖ以上の電圧が発生し、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との間の巻線間、チョークコイル巻線間のリークを誘う事になる。そこで、高回転領域、冷凍機スイッチがＯＦＦの時で発電電圧が非常に高くなる時は、先ず電圧制御スイッチ１９，２０をＯＮし、次いで巻線の巻数を作動中の巻線よりも少なく、より好ましくは最少の巻数となるように中性点切替スイッチを切り替えることより、発電機の短巻線に掛る無負荷電圧は例えば半分以下になって巻線に発生する大きな無負荷電圧の相互干渉を無くすことが好ましい。電圧制御スイッチをＯＮさせると、この回路に配置された第１のチョークコイルと第２のチョークコイルが電気抵抗となり、流れる電流は大幅に低下し、例えば上述の例では５Ａ以下となる。しかも、ＯＮされた巻線の中性点切替スイッチ部と制御スイッチ部では共に中性点である為、電圧が０Ｖとなり、極めて安全な状態となる。この状況では位相をずらせた複数の三相巻線間の干渉が起き難く、安全性が維持される。

例えば、第１の巻線系１１の短巻線３２の中性点切替スイッチ２８と電圧制御スイッチ１９をＯＮさせると、発電電力は短巻線３２、第１のチョークコイル１５、第２のチョークコイル１６と整流器１７１、電圧制御スイッチ１９の回路に流れ、各部の電圧は最大３００Ｖと非常に小さく、流れる電流は５Ａ以下となり、損失電力は１００Ｗ以下となり、高電圧化による損傷を回避できる。同様に、第２の巻線系１２では、中性点切替スイッチ３０及び電圧制御スイッチ２０をＯＮさせると、電流は整流器２６、巻線３４、第１のチョークコイル１７、第２のチョークコイル１８、整流器１７２、電圧制御スイッチ２０の経路に流れ、第１の巻線系１１と同じ効果を得る事が出来る。尚、発電機の負荷が無い時とは、例えば冷凍車の場合には、「冷凍機ＯＮ」でない時であって、「冷凍機ＯＮ」のスイッチ（図示省略）が存在するので、このスイッチにより判断される。ここで、発電機はエンジンによってドライブされているので、冷凍機スイッチとは関係なく、回転している。また、回転数が過大の時とは、例えば回転数が８０００ｒｐｍ以上の時である。

また、位相をずらした複数の巻線例えば第１の巻線系１１及び第２の巻線系１２において巻線の巻数の切り替えを行う場合には、複数の巻線間の位相差や出力電圧の差により、制御装置間で干渉が発生するという新たな問題が発生した。つまり、巻線切り替え動作の中で発生する電圧差が原因となるトラブルである。
例えば、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との双方のステータ巻線が長巻き（巻線３２＋巻線３１）、（巻線３４＋巻線３３）状態の場合、長巻線を作動させる為に長巻用中性点切替スイッチ２７、２９をＯＮさせ、短巻用中性点切替スイッチ２８，３０はＯＦＦにしてある。この状態では、例えば200Ｖ３相交流を作る場合、発電機の巻線で負荷の小さな状態では相電圧４００Ｖほどまで上昇し、整流器２１、２２のＤＣ電圧のピーク値が１０００Ｖ以上に上昇する。この状態で、巻線を短い巻線３２、３４に切り替える時、短巻側中性点切替スイッチ２８、３０と長巻側中性点切替スイッチ２７、２９が同時にＯＮする場合、瞬間的に大電流が巻線３１，巻線３３を通過し、焼損、リークが発生する。また、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との間の位相ずれに起因して、第１の巻線系１１が長巻線のままで、第２の巻線系１２が短巻線に切り替わると、電圧計３５の電圧は高くなり、電圧計３６の電圧が低くなるので整流器２２部には過大な電圧が掛かり、整流器２２のダイオードが破損する事がある。他方、短巻きから長巻きに切り替える時にも同様の現象が発生する。例えば、第１の巻線系１１の巻線が長巻き（巻線３２＋巻線３１）になって、第２の巻線系１２が短巻き（巻線３２のみ）状態であれば、電圧計３５の電圧は大きくなり、電圧計３６での電圧が低いままで上記と同様の現象が発生する。

そこで、巻線切り替え時には、第１の巻線系１１と第２の巻線系１２との双方の制御機構を同時に作用させて、先ず、電圧制御スイッチ１９，２０をＯＮさせる。すると、電流は第１の巻線系１１では巻線３１，３２と第２の巻線系１２では巻線３３、３４を通り、第１のチョークコイル１５、１７、第２のチョークコイル１６、１８、整流器１７１、１７２をそれぞれ通る回路に流れる。この回路ではチョークコイルのインダクタンスが大きいので通過電流は余り大きくなく、発電電圧はチョークコイル１５，１７，１６，１８の相互インダクタンスによって大きく消費される。

この状態の直後、巻数の多い巻線から少ない巻線に切り替えるときには、長巻用中性点切替スイッチ２７，２９をＯＦＦし、次いで短巻用中性点切替スイッチ２８，３０をＯＮすると、これら巻線系１１，１２の中で異常な電圧上昇が無く、スムーズな切り替えができることが本発明者等の実験により確認された。この制御は、長巻きの負荷の小さな時に上昇する高電圧化を防止するための制御である。発電機の巻線は無負荷の時に最大電圧となり、電流の増加に伴って電圧が垂下し、やがて、０Ｖになる。この無負荷又は小電流の時の高電圧化を防止する技術として有用である。

また、巻数の少ない巻線から多い巻線に切り替えるときには、短巻用中性点切替スイッチ２８、３０をＯＦＦし、長巻用中性点切替スイッチ２７、２９をＯＮさせ、電圧制御スイッチをデューティー制御させることにより、サージ電圧の発生と他方巻線への干渉を抑制してスムーズな切り替えができることが本発明者の実験により確認された。尚、制御装置１３，１４は、長い巻線から短い巻線に変更する時は、発電機のロータの回転数をセンサ４７，４８で検出して、一定回転以上であるとき、例えば３５００ｒｐｍを超えるときに、判断する。他方、制御装置１３，１４は、短巻きから長巻きに変換させる時は、発電機のロータ１の回転数をセンサ４７，４８で検出して、一定回転以下であるとき、例えば３５００ｒｐｍ以下になった時に、判断するように設定されている。

一方、巻線、スイッチ類の故障や断線などが発生した場合（これらを総称して故障と呼ぶ）、この発電機が例えば、自動車用に利用されている場合、非常に困る。例えば、第１の巻線系１１の制御スイッチ１９がＯＦＦの状態で、第２の巻線系１２が正常運転している場合、第１の巻線系１１のＵ，Ｖのショート部を通って負荷抵抗側に電流が流れ、発熱、干渉が発生し、第２の巻線系１２の側の電気系に異常をもたらす。

そこで、一方の巻線系、例えば第１の巻線系１１が故障しているとすると、第１の巻線系１１の長巻用中性点切替スイッチ２７及び中間点の巻線切り替えスイッチ即ち短巻用中性点切替スイッチ２８をＯＦＦ（即ち、故障側の巻線系の全ての中性点切り替え装置をＯＦＦ）し、電圧制御スイッチ１９をＯＮする。ここで、故障側の巻線系の電圧制御スイッチ１９は、デューティー制御はさせずに、ＯＮ動作が持続される。これによって、例えば故障場所が巻線部のＵ，Ｖ相間がショートしている場合、第１のチョークコイル１５、第２のチョークコイル１６の大きなインダクタンスにより漏電電流は非常に小さくなり、実害を及ぼさない。他方、故障側の巻線系の制御スイッチ１９がＯＮしていると、第２のチョークコイル１６の電気抵抗は非常に小さいので、ショート部を通った電流は、制御スイッチ１９側を通り、第２の巻線系１２には影響を及ぼさない。このため、故障側の異常電流の流れを防止した上で、もう一方の正常側のみの運転を可能とし、例えば発電機の故障対策を実施するまでの間、負荷の小さな状態で運転できたり、緊急時の避難が可能となり、信頼性の確保が出来る。ここで、故障していない巻線系側、例えば第２の巻線系１２側では、電圧制御スイッチ２０は、デューティー制御させられる。尚、故障発生は、例えば断線すれば、電流計４２，４３の検出値が０近くになることから、その値で判断することができる。

（第４の実施形態）
また、本発明者等は、上述の第１の実施形態の永久磁石発電機に、特許第４９１３２３４号の電圧一定化制御方式を組み込む試みの過程において、位相をずらした複数の巻線が巻かれている永久磁石発電機の巻線の巻数を一定にしていても（即ち、第２の実施形態の巻線の巻数切り替え方式を採用していなくとも）、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時に、発電機の巻線に異常な高電圧が発生し、行き場が無くなると複数の巻線間、チョークコイル巻線間のリークを誘うことを知見するに至った。また、位相をずらした複数の巻線系を有しているが故に、一部の巻線系が故障したときに、その他の巻線系が正常運転している場合でも、故障巻線系のショート部を通って負荷抵抗側に電流が流れ、発熱、干渉が発生し、正常運転側の巻線系の電気系に異常をもたらすことを知見するに至った。

本実施形態は、かかる知見に基づくものであり、例えば図６に示すように、各三相巻線を各々１本の巻線で構成し、位相をずらした複数の巻線（本実施形態では第１の巻線系１１，第２の巻線系１２）が巻かれている永久磁石発電機の巻線の巻数を一定にしていても、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時には、全ての巻線系１１，１２の制御装置１３，１４が電圧制御スイッチ１９，２０をＯＮさせるように制御するようにしている。ここで、電圧制御スイッチをＯＮさせるとは、デューティー制御をさせずに、ＯＮ動作が持続されることである。これによって、各電圧制御スイッチ１９，２０の回路に配置された第１のチョークコイル１５，１７と第２のチョークコイル１６，１８が電気抵抗となり、流れる電流は大幅に低下した微少電流となり、エネルギーの吸収が図られて巻線間のリークの発生が抑制される。

また、本実施形態にかかる永久磁石式発電機は、例えば図６に示すように、各三相巻線を各々１本の巻線Ｕ，Ｖ，Ｗで構成し、その末端の根元中性点端子５１，６１に中性点として機能させる中性点切り替え装置（三相整流器２３，２４とその直流出力端子間に設置される中性点切替スイッチ２７，２８とで構成される）が接続され、かつ制御装置１３，１４は、複数の三相巻線系の中で一部の三相巻線系が故障を起こした場合、故障側の巻線系の中性点切り替え装置をＯＦＦすると共に、電圧制御スイッチをＯＮとし、故障側の異常電流の流れを防止した上で、正常側発電機用巻線のみの運転とすることを可能とするように設けられている。これによって、図５に示す実施形態にかかる永久磁石式発電機と同様に、故障側の異常電流の流れを防止した上で、もう一方の正常側のみの運転を可能とし、例えば発電機の故障対策を実施するまでの間、負荷の小さな状態で運転でき、緊急時の避難が可能となる。

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施形態では、本発明者等が自ら発明した特許4913234号と特許5466742号とを組み合わせる永久磁石三相交流発電機の例を挙げて説明したが、これに特に限られず、特許第４９１３２３４号の電圧一定化制御方式とは異なる別の電圧一定化方式例えばブリッジトランジスターによる電圧一定化方式を採用したり、巻数一定のステータ巻線とすることも可能である。さらには、複数の巻線の間の電圧差を少なくする技術は、図１～図４に示す位相をずらした複数の巻線系の例に代えて、一般的な二層巻き発電機、例えば、誘導発電機を２台並べて出力を２倍にする様な場合に適用する事も可能である。

また、図５に示す回路においては、第１の巻線系１１及び第２の巻線系１２は、それぞれ２本の巻線と２つの中性点切り替え装置を設けることにより制御装置で選択的に巻線の数即ちステータ巻線の巻数を切り替え得るようにしているが、これに特に限られず、３本以上の巻線と３つ以上の中性点切り替え装置を備えるようにしても良い。例えば、３本の巻線でステータコイル８を構成する場合は、それぞれ、負荷側の巻線を第１とし、次を第２、第３とした場合、第１の巻線が最も長く（即ち最も巻数が多く）、第２及び第３の巻線は第1の巻線と同等以下の長さとし、それぞれの端末に中性点切り替え装置が接続されると共に、最後端を根本中性点とし、低速回転では全ての巻線（第1～第3）が連結され、速度上昇とともに連結する巻線を少なくして、中巻線（第1＋第2）、小巻線（第1）と切り替える制御を行うようにしても良い。また、上述の例に限らず、ステータコイル８を構成する複数の巻線の間の巻数の関係は特定のものに限られるものではなく、同じ巻数でも良いし、場合よっては第１の巻線よりも第２の巻線や第３の巻線の巻数の方が多くなっても良いし、逆に少なくなっても良い。つまり、巻線は巻き数Ｔ１，Ｔ２，…，Ｔｎの複数の巻線から成ると共に、出力巻線の巻き数はＴ１＜Ｔ１＋Ｔ２＜Ｔ１＋Ｔ２＋…＋Ｔｎの関係が成立するものであれば良い。

さらに、上述の実施形態では、位相をずらした第１の三相巻線系１１と第２の三相巻線系１２との２つの巻線系を構成して互いに独立した制御回路で制御するようにしているが、これに特に限られず、３つあるいはそれ以上の巻線系を構成するようにしても良い。例えば具体的には、３つの三相巻線系とする場合には、巻線の位相は、図３を参考に説明すれば、Ｕ1が＃1～＃4の歯１０を跨ぎ、Ｕ2が＃２～＃５の歯１０を、Ｕ3が＃3～＃6の歯１０を跨ぐように巻かれ、＃1～＃6の歯１０が磁石の１つのポールに相対するようになる。この場合、第１～第３のそれぞれの三相巻線系に、制御装置が設置され、電圧を一定にするため、各巻線系の発電電圧に基づいて独立して電圧制御スイッチをデューティー制御する。

１ ロータシャフト
２ ステータ
３ ロータ
４ ハウジング
５ ステータコア
７ 永久磁石部材
８ ステータ巻線
１０ ステータコアの歯
１１ 第１の三相巻線系
１３ 制御装置
１５ 第１のチョークコイル（大チョークコイル）
１６ 第２のチョークコイル（小チョークコイル）
１７１ 電圧制御用整流器
１９ 電圧制御スイッチ
２１ 負荷側整流器
２３ 長巻側の中性点整流器
２５ 短巻側の中性点整流器
２７ 長巻用中性点切替スイッチ
２８ 短巻用中性点切替スイッチ
３１ 巻線
３２ 巻線
３５ 電圧計
４０ ヒートシンク温度計
４２ 電流計
４４ ステーター温度計
４８ 速度センサー（回転センサー）
１２ 第２の三相巻線系
１４ 制御装置
１７ 第１のチョークコイル（大チョークコイル）
１８ 第２のチョークコイル（小チョークコイル）
１７２ 電圧制御用整流器
２０ 電圧制御スイッチ
２２ 負荷側整流器
２４ 長巻側の中性点整流器
２６ 短巻側の中性点整流器
２９ 長巻用中性点切替スイッチ
３０ 短巻用中性点切替スイッチ
３３ 巻線
３４ 巻線（負荷側）
３６ 電圧計
４１ ヒートシンク温度計
４３ 電流計
４５ ステーター温度計
４７ 速度センサー（回転センサー）
３７ 抵抗器
３８ インダクタンス
３９ 合流点
４６ インバータ

Claims (10)

1. 永久磁石を配置したローターと、前記ローターのポールに対応する歯が相数である３の２以上の整数倍設けられて前記ローターのポールに対応する巻線が巻かれたステーターと、発電電圧を一定にする制御装置とを有し、前記巻線が短節巻きの複数の巻線から成り、かつ前記複数の巻線を巻き込む歯をずらして短節巻きされた前記複数の巻線で占める巻き角がポール角に対応するように巻き込まれ、位相をずらした複数の三相巻線系として構成され、前記複数の三相巻線系の出力がそれぞれ独立して負荷側整流器によって直流化されてから合流点で合流させられる永久磁石式交流発電機において、
   前記制御装置は前記負荷側整流器のＤＣ線間に設けられた電圧測定器の測定電圧を基に、位相をずらした前記複数の三相巻線系毎に独立して制御することにより電圧を所定の電圧に一定化し、
   前記合流点と前記負荷側整流器との間のＤＣ出力のプラス電圧線間に抵抗器とインダクタンスとを配置した直列回路で前記プラス電圧線間を接続し、前記直列回路の両端に前記複数の三相巻線間の位相差に基づく電圧差が発生したときに電圧が高い方から低い方へと電流が流れることにより、またスパーク電圧が発生したときに自己誘導によって起電力を生じさせることにより、ＤＣ出力間の電圧差を低減させた後流で電流を合流させる
   ことを特徴とする永久磁石式交流発電機。
2. 前記制御装置は、前記複数の三相巻線系毎に、前記三相巻線のそれぞれの後流に第１のチョークコイルを配置し、その出力電流を三相整流器によりＤＣ変換し、負荷側に送ると共に前記第１のチョークコイルと負荷整流器の間に分岐点を設け、前記分岐点から延びる線上に前記第１のチョークコイルよりも小さなインダクタンスを持つ第２のチョークコイルを配置し、その延長線に電圧制御用三相整流器と前記電圧制御用三相整流器のＤＣ側に配置した電圧制御スイッチとを備え、前記電圧制御スイッチのスイッチングにより、負荷電圧を一定に制御することを特徴とする請求項１記載の永久磁石式交流発電機。
3. 前記制御装置は、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時に、前記電圧制御スイッチをＯＮさせることを特徴とする請求項２記載の永久磁石式交流発電機。
4. 前記三相巻線の端末の中性点に中性点として機能させる中性点切り替え装置が接続され、かつ前記制御装置は、前記複数の三相巻線系の中で一部の三相巻線系が故障を起こした場合、故障側の巻線系の前記中性点切り替え装置をＯＦＦすると共に、前記電圧制御スイッチをＯＮとし、故障側の異常電流の流れを防止した上で、正常側発電機用巻線のみの運転とすることを特徴とする請求項２記載の永久磁石式交流発電機。
5. 前記三相巻線はそれぞれ複数の巻線を直列に接続したものであり、それぞれの巻線の端末にそれぞれの端末を任意に中性点として機能させる中性点切り替え装置が接続され、かつ前記ロータシャフトの回転数を回転数センサで検出し、前記制御装置で前記ロータシャフトの回転数に応じて前記中性点切り替え装置を制御し、中性点位置の選択的な変更により前記三相巻線の巻数を切り替えることを特徴とする請求項２記載の永久磁石式交流発電機。
6. 前記制御装置は、前記三相巻線の最大巻数での最大出力到達点の回転数になったとき、前記電圧制御スイッチをＯＮさせ、次いで前記最大巻数の中性点切り替え装置をＯＦＦし、前記最大巻数位置の中性点切り替え装置よりも少ない巻数側の前記中性点切り替え装置をＯＮし、前記電圧制御スイッチをデューティー制御させることを特徴とする請求項５記載の永久磁石式交流発電機。
7. 前記制御装置は、発電機の負荷が無い時あるいは回転数が過大の時、前記電圧制御スイッチをＯＮさせ、前記三相巻線の最大巻数の中性点切り替え装置をＯＦＦし、直前の巻数よりも少ない巻数の巻線の中性点切り替え装置をＯＮにする制御を行うことを特徴とする請求項５記載の永久磁石式交流発電機。
8. 前記制御装置は、巻数の多い巻線からそれよりも巻数の少ない巻線に切り替える時、前記電圧制御スイッチをＯＮし、次いで、作動中の多い巻数側の巻線の前記中性点切り替え装置をＯＦＦにした後、作動中の巻線よりも巻数の少ない側の巻線の前記中性点切り替え装置をＯＮとした後、前記電圧制御スイッチのスイッチングを行わせることを特徴とする請求項５記載の永久磁石式交流発電機。
9. 前記制御装置は、巻数の少ない巻線からそれよりも巻数の多い巻線に切り替える時、前記電圧制御スイッチをＯＮし、次いで作動中の少ない巻数側の巻線の前記中性点切り替え装置をＯＦＦし、作動中の巻線よりも巻数の多い側の巻線の前記中性点切り替え装置をＯＮし、前記電圧制御スイッチのスイッチングを行うことを特徴とする請求項５記載の永久磁石式交流発電機。
10. 前記制御装置は、前記複数の三相巻線系の中で一部の三相巻線系が故障を起こした場合、故障側の巻線系の全ての前記中性点切り替え装置をＯＦＦすると共に、前記電圧制御スイッチをＯＮとし、故障側の異常電流の流れを防止した上で、正常側発電機用巻線のみの運転とすることを特徴とする請求項５記載の永久磁石式交流発電機。

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