JP2005295610A - 磁束制御型の永久磁石式発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 この永久磁石式発電機は，ロータの回転に応答して磁束を制御し，アウタステータを高周波交流の追随性の悪い材料で形成して磁束制御性を向上させる。
【解決手段】ロータ３とステータ４との間に磁束を制御する磁束制御部材７を設ける。ステータ４は，コイル１４を櫛部１０に巻き上げたインナステータ２０とそれに嵌合した磁路を構成するアウタステータ１７で構成されている。アウタステータ１７は，軟鋼，純鉄，１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼の高周波交流の追随性が悪い材料で形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明は，ハウジングに固定され且つ櫛部間のスロットに通して櫛部に複数のコイルを巻き上げたステータ，ハウジングに回転可能に支持され且つ周方向に順次配置された永久磁石片を備えた回転するロータ，及びステータとロータとの間の空隙に配置され且つ前記ステータに対して回転移動して磁束を制御する磁束制御部材を有する磁束制御型の永久磁石式発電機に関する。

近年，自動車の電気使用量は増加し，それに伴ってバッテリーが上がったり，バッテリー破裂等の事故が頻繁し，今後益々増加するものと警戒されている。また，自動車のパワーステアリング，ブレーキ装置，ナビゲーション，オーディオ，ＩＴ機器等の各種機器が普及し，自動車等の移動体の発電電力が不足している。従来型の自動車用発電機は，１２Ｖ，８０〜１００Ａが一般的であり，その出力は１〜１．２ｋｗであって現状必要とされる消費電力２ｋｗに満たないのが現状である。また，自動車では，近い将来必要となる消費電力は，２．５ｋｗ〜４ｋｗと見込まれている。

そこで，構造が簡単で大きな発電電力を得ることができる永久磁石式発電機が使用されるようになった。近年，それを組み込んだシステムが自動車用発電機，風力発電機等として利用されることが多くなってきた。永久磁石式発電機は，磁束密度が大きいので，発電電力が大きく効率が良いことが知られているが，ロータの回転が早くなると，発電電圧が上昇し，一定電圧にすることができない。即ち，永久磁石式発電機は，ロータに永久磁石片を用いるので，磁力が変化しない構造になっており，エンジン等の駆動源の回転が変動すると，ロータの回転数が変化し，発電電圧が変化し，その発電電力をそのまま機器に用いることは不可能である。例えば，永久磁石式発電機は，発電した電力を電動機に送る場合に，電圧が変動してもその機能が十分に発揮できるが，該電力を自動車に搭載されている全ての機器を駆動しているバッテリ電圧に合わせる場合に，電圧変動を一定の電圧に揃える操作をしなければならない。即ち，自動車用発電機では，その電圧が１２Ｖ又は２４Ｖに定められているにもかかわらず，自動車用エンジンでは，回転数が６００ｒｐｍから６０００ｒｐｍまで大幅に変化する。従って，６００ｒｐｍで１２Ｖにセットされた発電電圧では，６０００ｒｐｍでは１２０Ｖにまで変化し，殆どの電気機器は高電圧のため破壊されてしまう。そこで，自動車用発電機は，エンジン回転数が常に変動するにもかかわらず，出力電圧を一定にする必要がある。

上記のことを解決するため，永久磁石式発電機では，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ため，ロータとステータとの間に磁束制御リングを相対回転可能に配置し，磁束制御リングのステータに対する相対移動によって磁束を制御して一定電圧を発電するようにしたものが知られている（例えば，特許文献１参照）。

また，永久磁石式発電機として，発電電圧を一定電圧にするため，ロータとステータとの間に，ステータの櫛部と同一ピッチを持った櫛歯状の回転可能な磁束制御リングを配設し，ロータの低速回転時ではステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とを整合一致させ，ロータの高速時にはステータの櫛部と磁束制御リングの歯部とをずらして両者間に大きな空隙を発生させ，磁路抵抗を増加させて磁束を制御するものが知られている（例えば，特許文献２参照）。

また，永久磁石式発電機における磁束制御装置としては，筒部材の内周面が切り欠かれた長手方向に延びる磁路制御用凹溝が周方向に等間隔に隔置して形成され，凹溝間の凸部の内周面がステータの外周面に密接して摺動移動する面を形成しているものが知られている。ステータの巻線は，櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個の巻線群，例えば，３群の巻線群１Ｕ−１Ｖ−１Ｗ，２Ｕ−２Ｖ−２Ｗ，及び３Ｕ−３Ｖ−３Ｗに分けられている。コントローラは，ロータの回転数に応答して筒部材のステータに対する位置制御と巻線群の直列及び／又は並列の結線の制御を行なう。コントローラは，例えば，高い電圧側は，巻線群を直列に結線して高電圧を発生させ，また，低い電圧で電流の多い側は巻線群を並列に結線して低電圧で大電流を発生させることができる。上記永久磁石式発電機は，ステータに巻き上げられた分割型の巻線を持ち，コントローラは，高電圧を得る場合には分割型の巻線の途中から引き出したラインから出力するように構成され，ロータの回転数の増加に従って巻線の巻数が減少するように制御する（例えば，特許文献２参照）。
特開平７−２３６２６０号公報 特開２００２−２８１６９５号公報 特開２００２−２０４５５６号公報

しかしながら，永久磁石式発電機において，ロータとステータの間にその磁路間の磁路抵抗を増減させる磁束制御部材を配置したものについて，磁束制御部材が円周方向に移動し，磁束制御部材の櫛状歯部とステータの櫛部の先端部との間の空隙が大きくなったとき，永久磁石の磁力は，ステータの半径方向に流れるものと磁束制御部材の周辺方向に流れるものに分離される。この磁路のうちステータ外周方向へ流れる磁力は，巻き線に作用して発電電流を作る。磁束制御を行ったとき，ステータ側に流れる磁束ができるだけ小さい方が制御性が良いことになる。永久磁石式発電機の磁束制御性は，ロータの回転数が高いほど大きいほうが制御性が良い。しかしながら，ロータの回転数が小さい場合，磁力の通りが良いほど発電電圧が良いほど起電力が大きくなるので，その性能は良いが回転数が大きいと，その必要性が無い。ステータ材料は珪素鋼板が使われていることが多いが珪素鋼板は交流磁界に対して，約１０００Ｈｚ程まで極めて良好に追随する。しかしながら，永久磁石式発電機は，回転数が小さい場合，磁力の通りが良いほど良い。ステータ材料は珪素鋼板が使われていることが多いが，珪素鋼板は交流磁界に対し，約１０００Ｈｚ程まで極めて良好に追随する。しかしながら，高周波ではこの追随性は不要である。

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，軟鋼や純鉄が約５００Ｈｚ程でその透磁性が悪化するという原理を利用し，ロータに永久磁石部材を配設し，ステータをインナステータとアウタステータとに分離し，アウタステータをインナステータに比較して高周波時に透磁性が悪化する材料で作製し，低速時には磁路を流れる磁束を抑制せず，高周波時にはステータの磁路を流れる磁束を抑制するため，ロータとステータとの間に配置した磁束制御部材をステータに対して相対移動させて磁路空隙を制御すると共に，磁束制御性を更に向上させ，それによってロータの回転変動にかかわらず常に予め決められた一定電圧を確実に発電できるように構成した磁束制御型の永久磁石式発電機を提供することである。

この発明は，ハウジングに固定され且つ櫛部間の複数のスロットにコイルを巻き上げたステータ，前記ハウジングに回転可能に支持され且つ周方向に順次配置された複数の直方形状の永久磁石片を備えたロータ，前記ステータと前記ロータとの間の空隙に配置され且つ前記ステータに対して相対移動して磁束を制御する磁束制御部材及び前記磁束制御部材を前記ステータに対して回転移動させるアクチュエータを有する永久磁石式発電機において，前記ステータは，内周側に前記櫛部をそれぞれ連結するブリッジ部を備え且つ外周側を前記櫛部間を開放したインナステータと，前記インナステータの外周面に嵌合し且つ円周上に磁路を形成するアウタステータとから構成され，前記アウタステータは，少なくとも軟鋼，純鉄，１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼等の高周波交流磁束の追随性が悪い材料で形成されていることを特徴とする永久磁石式発電機に関する。

この永久磁石式発電機は，前記インナステータと前記アウタステータとの嵌合部には微小エアギャップが形成されている。

この永久磁石式発電機は，前記アウタステータの前記磁路を１極に相当する複数個の前記櫛部の磁路に相当する通路面積より小さい面積を持つように構成されている。

前記インナステータは，珪素鋼板等の透磁率と高周波交流の追随性が良い材料で形成され，前記アウタステータは，初透磁率が悪く，高周波磁力の追随性が悪い材料から成る薄板材を積層して構成されている。

前記アウタステータを構成する前記薄板材は，１枚１枚独立してそれぞれが絶縁材で電気的に絶縁されている。

前記磁束制御部材は，パーマロイ，珪素含有率の大きい鋼板等の透磁率の大きい薄板を積層して構成されている。

前記アウタステータの外周面には，積層板の外周径が異なるフィン状段部が形成されている。

前記アウタステータの積層材は，前記軟鋼と珪素鋼板の組み合わせによって構成されている。

前記ロータは，多極ロータに構成され，回転数が大きくなったとき，交流周波数が６００Ｈｚを超え，磁束飽和するように積層材を組み合わせるように構成されている。

この磁束制御型の永久磁石式発電機は，上記のように，ステータ外周部のアウタステータを純鉄又は軟鋼，１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼の薄板にて作製されているので，高周波領域にて磁束の交番性が損なわれ，磁束制御状態が増大し，磁束制御率を向上させることができ，特に，大きな磁力を用いて大きな発電電力を発生させる永久磁石式発電機ではロータの回転数が小さい時には大きな電圧が発生し，ロータの回転数が大きくなると，その発電電圧が抑制される特性を構成することができる。

永久磁石式発電機の発電特性が次式で表され，回転速度の上昇と共に電圧は上昇する。 Ｅ＝４．４４×Ｗｓ・Φ・ｆ
ここで，Ｅ：電圧，Ｗｓ：巻き線数，Φ：磁力，ｆ：周波数である。
上記の式で制御性のある項目は存在しない。そこで，この永久磁石式発電機では，磁力の強さを制御するためにロータとステータの間に磁束制御部材を設け，磁路に空隙を与える構造を構成し，磁路を流れる磁束を制御したところ，ステータ側に移動する磁力を６０％ほど減少させることができた。ところが，永久磁石式発電機におけるロータの回転数が増加し，発電電圧が大幅に増加すると，より大きな磁束制御性が要求されるようになった。そこで，永久磁石式発電機の磁束制御性を解明すると，ロータから発生する磁力は放射性があるので，ステータ側に流れ易くなっている。ステータ側に流れる磁力がロータの回転が高速のときだけ流れ難くすることができれば，磁束制御性は大きく改善される。この永久磁石式発電機は，これを解決するため，軟鋼や純鉄の薄板が珪素鋼板と比較して高周波交流が飽和する特性を持っていることを利用し，軟鋼や純鉄の薄板をステータのアウタステータに使用すると，交流磁力は外周に交流磁束が通り難い部材を持つステータの櫛部に流れ難くなり，磁束制御部材を通り抜ける磁力が増し，必要とする高速時の制御性が大幅に改善された。１３Ｃｒ−Ｆｅは，軟鋼と同様に，交番磁束の飽和性が良いばかりか電気抵抗が軟鋼の６倍以上，珪素鋼板の２倍以上大きいので，渦電流が発生し難くなり，効率向上に寄与される。そこで，１３Ｃｒ−Ｆｅの材料を磁路を構成するアウタステータに用いることが望ましいことが分かった。

そこで，この永久磁石式発電機は，上記のことを考慮し，磁力をより多く流したい磁束制御部材やインナステータには珪素鋼板を用い，アウタステータには軟鋼等を用いたところ，低速での通過磁力を大きくし，高速での通過磁力を抑えることになり，磁束制御性を大幅に改善することになった。また，この永久磁石式発電機は，磁路を構成する部材が連続体だと誘導電流が流れて発熱するので，特に，磁路を構成する磁束制御部材，アウタステータ及びインナステータを薄板の積層構造に構成されている。また，この永久磁石式発電機は，ステータについて，アウタステータの磁力が交流磁力によって飽和すると，ステータ側の磁力は抑制され，殆どの磁力は周方向に流れ，発電電力が低減する。その結果，図４に示すように，回転数が大きい部分の無負荷電圧がサチュレートし，更に，磁束制御状態では軟鋼などの持つ初透磁率が小さいことにより，低負荷時の磁束制御性が良好となる効果が得られる。

以下，図面を参照して，この発明による磁束制御型の永久磁石式発電機の一実施例を説明する。この永久磁石式発電機は，例えば，回転軸２を風力発電機の風車，自動車のエンジン，排気タービン，蒸気タービン，燃焼器等の駆動源に連結し，回転軸２に固定してロータ３を回転駆動して発電するものである。この永久磁石式発電機は，発電された電力を自動車等の電子機器，ヒータ，補機等で消費するのに適用できる。

この永久磁石式発電機は，図１に示すように，ロータ３とステータ４とを収容するハウジング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，ロータ３の一端には押さえ板４１を介して回転軸２に設けられたねじ４０に固定ナット４２が螺入され，他端には押さえ板４５とスペーサ４６が介在されており，全体としては固定ナット４２をねじ４０に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は，例えば，一端がスペーサ４３を介して回転軸２のねじ４９にナット４４を螺入することによって，ハウジング１に軸受１３を介して回転自在に支持され，更に，回転軸２の端部に位置する入力となるベルトプーリ４７は，ナット４８が回転軸２のねじ４９に螺入して固定され，ベルトプーリ４７にはエンジンの出力軸に取り付けたベルトが掛けられる。

この永久磁石式発電機は，図１に示すように，回転軸２に固定されている永久磁石部材５を備えたロータ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に軸受を介して回転可能に取り付けられた磁束制御部材７，及び磁束制御部材７をロータ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電磁弁，モータ等のアクチュエータ２５から構成されている。ステータ４は，ハウジング１に固定され，櫛部１０間のスロット１１にコイル１４を巻き上げている。磁束制御部材７は，ステータ４とロータ３との間の隙間２３に配置され，磁束制御部材７とロータ３との間には隙間２３が存在している。磁束制御部材７は，アクチュエータ２５によってロッド２６等を介して，ステータ４に対して相対移動して磁束制御部材７とステータ４との間の磁束が制御されるように構成されている。ハウジング１は，例えば，図示のように，両側の一対の本体部１Ａ，１Ｂとこれらを連結するボルト３６から成り，本体部１Ａと１Ｂとの間には，リング状継鉄部材であるアウタステータ１７が配設されている。また，アウタステータ１７は，両側からハウジング１の本体部１Ａ，１Ｂによって支持されている。磁束制御部材７は，例えば，図示していないが，軸受を介してハウジング１に回転自在に支持され，ステータ４に対して回転移動可能である。

ステータ４は，櫛状円筒部材であるインナステータ２０とインナステータ２０の外周面に嵌合された円筒状のアウタステータ１７から構成されている。インナステータ２０は，周方向にスロット１１を形成して隔置状態に延びる櫛部１０，内周側で隣接する櫛部１０を互いに連結するブリッジ部２８及びブリッジ部２８より内周側で内方に延びる櫛状集合部２１から構成されている。櫛状集合部２１は，２個の櫛部１０をブリッジ部２８によって集合する構造に形成されており，幅が大きく形成されているので，磁束制御部材７との磁束制御が良好に行えるようになっている。インナステータ２０は，櫛部１０間のスロット１１にコイル１４が巻き上げられている。インナステータ２０は，隣接する櫛部１０間が外開き開口１８に形成されている。櫛部１０は，外開きに形成されているので，櫛部１０にコイル１４を巻き上げる際に，インナステータ２０の外周側から行うことができ，極めて容易に達成できる。アウタステータ１７には，インナステータ２０の櫛部１０を嵌合する長手方向に延びる凹溝２９が形成されている。インナステータ２０へのアウタステータ１７の嵌合は，インナステータ２０の櫛部１０の拡大状態の先端部３２がアウタステータ１７の凹溝２９に嵌合し，先端部３２と凹溝２９との間には接着剤としての樹脂材２７が介在して微小なエアギャップを形成するように構成されている。更に，櫛状集合部２１は，その内側先端の両側角部にチャンファ部３１が形成されている。

この発明による永久磁石式発電機は，特に，アウタステータ１７は，軟鋼，純鉄，１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼等の高周波交流磁束の追随性が悪い材料で形成されており，また，インナステータ２０は，珪素鋼板等の透磁率と高周波交流の追随性が良い材料で形成されていることを特徴としている。また，アウタステータ１７は，初透磁率が悪く，高周波磁力の追随性が悪い材料から成る薄板材を積層して構成されている。また，アウタステータ１７を構成する薄板材は，１枚１枚が独立してそれぞれが絶縁材で電気的に絶縁されている。インナステータ２０は，珪素鋼板等から成る薄板材を積層して構成されている。この永久磁石式発電機は，ステータ４のアウタステータ１７を高周波交流の追随性が悪い材料で形成したので，図４に示すように，ロータ３の回転数が大きい部分の無負荷電圧が，実線で示す珪素鋼板の場合に比較して，点線で示すようにサチュレートし，磁束制御状態では初透磁率が小さくなる効果があり，より顕著な磁束制御性が得られる。

更に，この永久磁石式発電機では，アウタステータ１７の磁路は，インナステータ２０における１極に相当する複数個の櫛部１０の磁路に相当する通路面積より小さい面積を持つように構成されている。また，アウタステータ１７の外周面には，切欠き部２４が形成され，例えば，長手方向に６枚の積層板の外周径がそれぞれ異なるものから成り，異なる外周径を順次に積層することによってフィン状の段部が形成されており，フィン状段部により表面積が大きくなると共に，外周径の大きい板体が小さい板体より突出し，冷却フィンの機能を果たしている。また，アウタステータ１７の積層材は，磁束の抑制程度では．場合によっては，軟鋼，純鉄又は１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼の薄板材と，珪素鋼板の薄板材との組み合わせによって構成することもできる。

ロータ３は，例えば，回転軸２の外周に配置された透磁部材６，透磁部材６の外周面に配置された永久磁石部材５，及び永久磁石部材５の外周面に固定された保持パイプ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１９と，隣接する永久磁石片１９間に介在された非磁性部材２２とから構成されている。また，ロータ３の永久磁石部材５は，図２又は図３では，６個の円弧状の永久磁石片１９を備えており，永久磁石片１９はほぼ６０°に相当している。ロータ３の永久磁石部材５を構成する永久磁石片１９は，周方向に隣接する永久磁石片１９が交互に異なった磁極即ちＮ極とＳ極とが交互に配置されるように配列されている。また，ロータ３は，複数の永久磁石片１９から多極ロータに構成され，回転数が大きくなったとき，交流周波数が６００Ｈｚを超え，磁束飽和するように構成されている。

磁束制御部材７は，周方向に隔置して配置され且つステータ４の櫛状集合部２１と相対する突起した櫛状歯部８，及び櫛状歯部８間に凹溝１２を形成するように櫛状歯部８を連結するブリッジ部９から構成され，全体的に円筒状に形成されている。また，磁束制御部材７の櫛状歯部８には，その先端の両側角部にチャンファ部３０が形成されている。また，磁束制御部材７の凹溝１２の底部間はチャンファ部３０間の空隙より小さい空隙に形成されている。磁束制御部材７は，パーマロイ，珪素含有率の大きい鋼板等の透磁率の大きい薄板材を積層して構成されている。この永久磁石式発電機では，図２に示す状態では，磁束制御部材７の櫛状歯部８とステータ４の櫛状集合部２１とが互いに対向して整合状態になっており，インナステータ２０を通る磁束が抑制されていない状態である。また，図３に示すように，コントローラの指令でアクチュエータ２５が駆動して磁束制御部材７がステータ４に対して相対移動した状態であり，ステータ４の櫛状集合部２１のチャンファ部３１と磁束制御部材７の櫛状歯部８のチャンファ部３０との間に，最大の磁路空隙３３が形成され，インナステータ２０を通る磁束が低減された抑制状態になっている。

磁束制御部材７は，周方向に隔置して配置され，ステータ４の櫛部１０間のスロット１１の幅より小さい幅を有する断面四角形状の櫛状歯部８，隣接する櫛状歯部８を互いに連繋するブリッジ部９，櫛状歯部８間に形成された非透磁部の凹溝１２が周方向に順次配置され，全体として円筒状に形成されている。磁束制御部材７の櫛状歯部８の周方向の幅は，ステータ４を構成するステータコア１５の櫛部１０間のスロット１１の幅より小さい幅に設定されている。櫛状歯部８は，先端部の両側角部にチャンファ部３０が形成されている。また，ステータ４の櫛状集合部２１の先端部の両側角部にチャンファ部３１が形成されている。従って，磁束制御部材７がステータ４に対して相対移動し，図３に示す位置になると，磁束制御部材７のチャンファ部３０とインナステータ２０のチャンファ部３１との間に予め決められた所定量のクリアランス即ち磁路空隙３３が形成される。また，磁路空隙３３は，櫛状歯部８のチャンファ部３０と櫛状集合部２１のチャンファ部３１との間に確実に形成され，磁束制御性をアップさせている。また，磁束制御部材７は，アクチュエータ２５によって回転移動が制御される時には，磁束制御部材７に移動方向の上下流の一方のクリアランスと他方のクリアランスとは同程度のクリアランス量に制御されるようになっている。

また，この永久磁石式発電機は，磁束制御部材７をステータ４に対して回転移動させて磁束制御部材７とステータ４との間の空隙量を制御し，予め決められた一定の発電電圧を得るように制御することを特徴としている。磁束制御部材７を回転駆動するアクチュエータ２５は，磁束制御部材７の端部に固定されたロッド２６を備えた電磁弁又はモータ等から構成されている。例えば，アクチュエータ２５がモータで形成された場合には，ロッド２６の先端に形成したウォームを，磁束制御部材７の一端から延出したバーにウォームホイールに噛み合わせ，アクチュエータ２５を作動してロッド２６を回転させてバーを介して磁束制御部材７を回転移動させればよい。又は，アクチュエータ２５が電磁弁に形成された場合には，ロッド２６の先端を磁束制御部材７の一端から延出したバーに固定し，アクチュエータ２５を作動してロッド２６を進退させ，バーを介して磁束制御部材７を回転移動させればよいが，この場合には，図示していないが，リターンスプリングを設けて電磁弁の付勢が解除されると磁束制御部材７を元の位置に復帰させるように構成することが好ましい。コントローラは，ポジションセンサによって磁束制御部材７の複数位置を選定し，電磁弁のロッド２６を移動させて磁束制御部材７を僅かな回転移動させる制御をするように構成できる。アクチュエータ２５は，磁束制御部材７に一端を固定したロッド２６は，他端が電磁弁に挿通されているので，電磁弁のコイルへの電流を制御することによってロッド２６が出入し，その時，磁束制御部材７は，僅かな正転又は逆転をし，ステータ４の櫛状集合部２１と磁束制御部材７の非透磁部の凹溝１２との位置が移動するものであり，例えば，ポジションセンサによってロッド２６の位置を確かめ，電磁弁に負荷する電圧を変化させる。電磁弁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，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，磁束制御部材７を所望の位置に停止できる。また，磁束制御部材７には，リターンスプリング（図示せず）が設けられているので，磁束制御部材７は電磁弁の付勢や不付勢に応じて常にステータ４に対する位置が定まる状態になる。

この永久磁石式発電機は，上記のとおりであり，磁束制御部材７の櫛状歯部８の外周面は，ステータ４の櫛状集合部２１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，磁束制御部材７をアクチュエータ２５によってステータ４に対して相対的に僅かに回転移動させて磁束制御部材７のステータ４に対する位置を変更させて櫛部１０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。磁束制御部材７の櫛状歯部８のチャンファ部３０とインナステータ２０のチャンファ部３１との間に形成されるクリアランスは，アクチュエータ２５によって磁束制御部材７の櫛状歯部８をステータコア１５の櫛状集合部２１に対して相対移動させることによって形成される。

この発明による永久磁石式発電機は，例えば，風力発電機，自動車用発電機，産業用発電機等の発電機として使用して好ましく，例えば，出力軸が回転変動する風車，自動車のエンジン，排気タービン，蒸気タービン，燃焼器等の駆動源に回転軸を連結し，回転軸に固定したロータを回転駆動して発電するものであり，発電された電力を自動車等の電子機器，補機，ヒータ，照明等の機器で消費することができる。

この発明による永久磁石式発電機の一実施例を示す概略断面図である。 図１の永久磁石式発電機の磁束を通す状態を説明するＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１の永久磁石式発電機の磁束を抑制した状態を説明するＡ−Ａ断面を示す断面図である。 ステータを形成する材料が珪素鋼板の場合と軟鋼の場合の周波数に対する無負荷電圧を示すグラフである。

符号の説明

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
７ 磁束制御部材
８ 櫛状歯部
９，２８ ブリッジ部
１０ 櫛状歯部
１１ スロット
１２ 凹溝
１４ コイル
１７ アクチュエータ
１８ 外開き開口
１９ 永久磁石片
２０ インナステータ
２１ 櫛状集合部
２５ アクチュエータ
２９ 凹溝
３０，３１ チャンファ部
３３ 磁路空隙

Claims (9)

1. ハウジングに固定され且つ櫛部間の複数のスロットにコイルを巻き上げたステータ，前記ハウジングに回転可能に支持され且つ周方向に順次配置された複数の直方形状の永久磁石片を備えたロータ，前記ステータと前記ロータとの間の空隙に配置され且つ前記ステータに対して相対移動して磁束を制御する磁束制御部材及び前記磁束制御部材を前記ステータに対して回転移動させるアクチュエータを有する永久磁石式発電機において，
   前記ステータは，内周側に前記櫛部をそれぞれ連結するブリッジ部を備え且つ外周側を前記櫛部間を開放したインナステータと，前記インナステータの外周面に嵌合し且つ円周上に磁路を形成するアウタステータとから構成され，
   前記アウタステータは，少なくとも軟鋼，純鉄，１３Ｃｒ−Ｆｅステンレス鋼等の高周波交流磁束の追随性が悪い材料で形成されていることを特徴とする永久磁石式発電機。
2. 前記インナステータと前記アウタステータとの嵌合部には微小エアギャップが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の永久磁石式発電機。
3. 前記アウタステータの前記磁路を１極に相当する複数個の前記櫛部の磁路に相当する通路面積より小さい面積を持つように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の永久磁石式発電機。
4. 前記インナステータは，珪素鋼板等の透磁率と高周波交流の追随性が良い材料で形成され，前記アウタステータは，初透磁率が悪く，高周波磁力の追随性が悪い材料から成る薄板材を積層して構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
5. 前記アウタステータを構成する前記薄板材は，１枚１枚独立してそれぞれが絶縁材で電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項４に記載の永久磁石式発電機。
6. 前記磁束制御部材は，パーマロイ，珪素含有率の大きい鋼板等の透磁率の大きい薄板を積層して構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
7. 前記アウタステータの外周面には，積層板の外周径が異なることによってフィン状段部が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
8. 前記アウタステータの積層材は，前記軟鋼と珪素鋼板の組み合わせによって構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
9. 前記ロータは，多極ロータに構成され，回転数が大きくなったとき，交流周波数が６００Ｈｚを超え，磁束飽和するように積層材を組み合わせるように構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。

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