JP2008118743A - 弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】この永久磁石式発電機は，磁束制御装置による磁路空隙の増減で制御すると共に，出力巻線に弱め磁界を付勢して所定の一定電圧を発電する。
【解決手段】この永久磁石式発電機は，ロータ３とステータ４との間にリング状の磁束制御籠７を持つ磁束制御機構を設けると共に，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた３相の一次巻線３８と二次巻線３９から成る出力巻線６５と出力巻線６５に直列にそれぞれ接続された逆向きに巻き上げられた３相の弱め磁界巻線５２とを設ける。ロータ３の回転数と負荷に応答して出力巻線６５に設けたスイッチ５５，５６と弱め磁界巻線５２に設けたスイッチ５７のＯＮ・ＯＦＦ制御と磁束制御籠７による磁路空隙の制御をして所定の電圧を発電する。
【選択図】図１

Description

この発明は，ハウジングに取り付けられたステータ，ステータに対して回転する永久磁石部材を備えたロータ，及びステータに対して回転揺動して磁路空隙を増減して磁束制御すると共に，弱め磁界をステータに付勢して発電電圧を所定の電圧値に制御する永久磁石式発電機に関する。

従来，永久磁石式発電機は，発電した電圧を所定の一定電圧にするためには，スイッチングレギュレタ等を用いて電流を切り刻む操作をしなければならないが，大電圧及び／又は大電流をオン・オフするためには大型のパワートランジスタが必要になり，装置が大型化し，冷却損失が大きくなり，高価になったり，また，発電電圧を一定にするため電流を切り刻む時に，発生する過大な突入電流によって電波障害を起こしたり，ノイズが発生したりするので，それらの問題を低減する対策が望まれている。

また，永久磁石回転電機について，大きな変換機やリアクトルが必要な無効電流調整装置や機械的変位機構等を必要とせず，簡素で部品点数が少なく小型で，信頼性に優れ，電機子巻線電圧を調整可能にしたものが知られている。該永久磁石回転電機は，電機子巻線群を有する固定子と，永久磁石による界磁極を有する回転子と，制御電流が供給され，永久磁石からの磁束の磁路形成部の磁気抵抗を変化させる制御巻線群と，制御巻線群に流れる正方向及び負方向の制御電流を制御することによって，電機子巻線群に誘起される電圧を制御する制御回路とを有している（例えば，特許文献１参照）。

また，本発明者は，永久磁石式発電・電動機として，磁束制御装置を備え，巻線として櫛部に異なった巻数で巻き上げられた複数個の巻線群を備えたものを開発した。該永久磁石式発電・電動機は，ロータの回転数に応答して筒部材のステータコア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ことによって所定の電圧値を得るように制御している。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，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，ステータコアに巻き上げられた分割型の巻線では，高電圧側は途中から引き出された巻線の線材から出力するように構成して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。また，三相交流を発生させる巻線は，それぞれ直列に結線され，結線部にはラインを通じてスイッチがそれぞれ設けられている。コントローラは，ロータの回転数に応答して，筒部材を構成する半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／又は並列の結線を，スイッチのスイッチングの制御を行なうことによって所定の電圧値を得ることができるように制御する（例えば，特許文献２参照）。

また，電動機のロータとして，弱め磁束制御の際に，ロータの磁力を抑えるために加える磁束を，従来より大きくするものが知られている。該電動機のロータは，永久磁石を設けており，永久磁石をロータの回転方向に対して後側の方を前側より厚くして，後側部分の磁力を前側より強くしたものであり，弱め磁束のための磁束を強くかけ，より高い回転数を得るものである（例えば，特許文献３参照）。

また，本出願人は，自己電圧制御型永久磁石式発電機として，コイルを発電機の外側に配置し，コイルでブレーキ電圧を発生させて常に一定電圧を発電させるものを開発した。該自己電圧制御型永久磁石式発電機は，巻線によって三相交流を発生させる三相の端子に巻線に発生する発電電圧を抑制させる巻き数に設定されたコイルをスイッチを介して接続している。コイルは，継鉄に逆向きに巻き上げられて変圧器の一次側を構成し，変圧器の継鉄に巻き上げられたコイルが構成し，二次側のコイルが一定電圧を出力する出力端子に接続されている（例えば，特許文献４参照）。
特開２００４−３２０９７２号公報 特開２００２−２０４５５６号公報 特開２０００−２７８９００号公報 特開２００３−２６４９９６号公報

ところで，上記の従来の発電機の問題を解決する開発された磁束制御装置を備えた永久磁石式発電機は，ステータとロータとの間にステータに対して相対移動する磁束制御籠を配置し，磁束制御籠をステータに対して移動させ，磁束制御籠の歯部とステータの櫛部との間の磁路空隙を増減させ，それによってステータ側への磁束の流れを制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させるものであるが，例えば，風力を用いる風力発電・電動機では，ロータが強い風速から無風状態まで変化し，その変化に対応するには，磁束制御籠の磁路空隙の制御のみでは対応できないことが分かった。即ち，永久磁石式発電機の発電能力は，アイドリングから７０００ｒｐｍまで非常に高いレベルが要求されるので，この間の電圧を所定の一定電圧にすることは容易ではない。従来，永久磁石式発電機は，永久磁石の持つ磁力をロータとステータと間の磁路空隙を設けることにより，ステータを流れる磁束を制御していたが，限られた空隙で磁束制御を行うことには限度があった。

ところで，弱め磁界については，永久磁石の磁力に対し，磁力の方向と逆向きに磁力を作ると，ステータ即ち巻線に入る磁力は減少し，誘起発電量が減少する。磁力Φは，電流ＡとターンＴとの積（Φ＝Ａ・Ｔ）で表わされるので，同じ磁力を得るにも巻き数が大きければ電流は小さくなる。従って，弱め磁界を発生させるのは，巻線の巻き数を多巻きにして，巻線に流す電流を小さくすることが有利である。また，通常の発電機では，ロータとステータが非常に小さいクリアランスで回転しているので，ロータから入ってくる磁力が大変強く，５０００ガウス以上が流入する。ところが，永久磁石式発電機が磁束制御装置を備えて，磁束制御籠の揺動によって磁路空隙を制御すると，ステータには１０００ガウス程度しか流入しないので，低い磁力を阻止するためには僅かな電流を用いれば有利であることになる。

この発明の目的は，上記の問題を解決するため，ロータとステータとの間の磁路空隙を増減する磁束制御機構を設けた永久磁石式発電機において，所定の電圧の制御ができなくなるロータの回転が大きくなった状態で，磁路において磁束制御用磁界として弱め磁界を発生させるのに自身で発電した電力を用いて小さな電流を弱め磁界側に流すことによって，他の制御装置を用いることなく少量の電流で弱め磁界を発生させて所定の電圧に制御することを可能にし，ステータに三相の出力巻線と巻き方向が逆向きに巻き上げられた三相の磁束制御用巻線である弱め磁界巻線とを巻き上げ，特に，発電機の高速回転時に弱め磁界を付勢すると共に磁路空隙を制御して回転数の広範囲にわたって予め決められた所定の一定電圧を発電することができる弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機を提供することである。

この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸に設けられ且つ周方向に隔置した永久磁石片を備えた回転数が変動するロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部に巻き上げた巻線を備えたステータ，前記ロータと前記ステータとの間で前記ステータに対して移動可能に配置されたリング状で且つ歯車状の磁束制御籠，及び前記ステータの前記櫛部と前記磁束制御籠の歯部との間に形成される磁路空隙の増減により前記ステータに流れる磁束を制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において，前記ステータには，前記櫛部に巻き上げられた３相の出力巻線と，前記出力巻線の最上端部に弱め磁界用スイッチを介してそれぞれ接続された前記出力巻線とは逆向きにそれぞれ巻き上げられた３相の弱め磁界巻線とが設けられ，前記出力巻線の前記端部には出力用スイッチを介して出力ラインが設けられ，コントローラは，前記ロータの前記回転数と負荷とに応答して前記出力ラインに設けた整流器前に設けた電圧センサの電圧が予め決められた所定電圧値になるように，前記出力用スイッチと前記弱め磁界用スイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うと共に，前記磁束制御装置による前記磁路空隙を制御することを特徴とする弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機に関する。

また，この永久磁石式発電機は，前記出力巻線と前記弱め磁界巻線との間には，電圧増加巻線が前記ステータに巻き上げられている。

また，前記コントローラは，前記電圧センサの電圧値と前記所定電圧値との差に応答して，前記磁束制御籠の位置と前記巻線の巻き数を選択し，前記弱め磁界巻線に電流を流すか否かを選択すると共に，前記磁束制御機構による前記磁路空隙を変化させて常に前記所定電圧値になるように制御する。

また，前記出力巻線は，中点から延びるＵ相，Ｖ相及びＷ相から成る３相星型に前記ステータに巻き上げられ，前記出力巻線は前記中点に近い一次巻線と該一次巻線に直列に結線された二次巻線から構成し，前記出力ラインは，前記一次巻線の前記端部に第１スイッチを介して接続された第１出力ラインと前記二次巻線の端部に第２スイッチを介して接続された第２出力ラインとから構成され，前記弱め磁界巻線の巻き数を前記出力巻線と前記電圧増加巻線との巻き数の和より小さく構成し，前記コントローラは，前記所定電圧値になるように，前記第１スイッチ，前記第２スイッチ及び前記弱め磁界スイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うと共に，前記磁束制御機構による前記磁路空隙を制御する。

また，この永久磁石式発電機は，前記出力巻線の電線の断面積は，前記中点に近い前記一次巻線が最大であり，前記中点から遠くなるに従って順次小さくなっている。

また，前記コントローラは，前記磁束制御装置，前記巻線の前記巻き数の切り換え，次いで前記弱め磁界巻線の順による制御を行い，前記回転数と前記負荷にかかわらず，前記磁束制御装置による電圧制御が不能になった時，前記巻線の前記巻き数の切り換えによる制御を行い，前記前記巻線の前記巻き数の切り換えによる電圧制御が不能になった時，前記弱め磁界巻線による制御を行う。

また，前記コントローラは，前記ロータが低速に応答して前記第２出力ラインから出力すると共に前記磁束制御装置の制御を行って予め決められた所定の一定電圧を発電する。更に，前記コントローラは，前記磁束制御機構の制御を行って発電電圧が予め決められた所定の一定電圧を超えることに応答して，前記弱め磁界巻線を付勢して予め決められた所定の一定電圧に制御する。

また，前記コントローラは，前記ロータが高速に応答して前記第１出力ラインからの出力に切り換えると共に，前記磁束制御機構の制御を行って予め決められた所定の一定電圧を発電する。更に，前記コントローラは，前記磁束制御機構の制御を行って発電電圧が予め決められた所定の一定電圧を超えることに応答して，前記弱め磁界用巻線を付勢して予め決められた所定の一定電圧に制御する。

この永久磁石式発電機は，上記のように構成されているので，小形化に形成でき，高回転速度，例えば，１８０００ｒｐｍに対応して発電効率をアップでき，ロータの回転範囲を大幅に増加させることができるものであり，発電機の回転数が高速になると，スイッチをオンして弱め磁界を付勢し，ステータに流れる磁束を抑制し，発電電圧を所定の電圧に制御することができ，発電機の回転数の広範囲にわたって予め決められた所定の一定電圧に制御するものであり，磁束制御用磁界としての弱め磁界の電流を小さくするために磁束制御用巻線である弱め磁界巻線の巻き数を一次巻線と二次巻線から成る本巻線即ち出力巻線の巻き数とほぼ同数に構成し，出力巻線の発生電圧を高くし，弱め磁界の逆向きの巻線に電流を流すため，電圧増加巻線を出力巻線の上に重ね合わせて巻き数を大きくし，弱め磁界巻線を一次巻線，二次巻線及び電圧増加巻線の巻き数の和が弱め磁界の逆向き巻線の巻き数より大きくなり，出力巻線側から弱め磁界巻線側に電流が流れ，巻線磁路に弱め磁界を発生させ，回転が増加して電圧が大きくなると，電流が自動的に増加し，自動的に弱め磁界が大きくなり，発電電圧を所定の電圧に制御し易くなるものである。

以下，図面を参照して，この発明による弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機の実施例を説明する。この永久磁石式発電機は，主として，リング状の磁束制御籠７を備えた磁束制御装置によってステータ４の櫛部１０と磁束制御籠７の歯部８との間の磁路空隙を変化させてステータ４を通る磁束を制御すると共に，一次巻線３８と二次巻線３９から構成した三相の出力巻線６５をスイッチ５５，５６で切り換え制御し，更に，出力巻線６５にスイッチ５７を介して磁束制御用巻線である弱め磁界巻線５２を直列にそれぞれ接続したものであり，ロータ３の回転速度に応答してスイッチ５５〜５７のＯＮ・ＯＦＦ制御によって一次巻線３８又は二次巻線３９からの出力に切り換えると共に，弱め磁界巻線５２に少量の電流を流して出力巻線６５に弱め磁界を発生させ，予め決められた所定の電圧を発電させることを特徴とするものである。

まず，図６〜図８を参照して，この永久磁石式発電機における磁束制御用磁界としての弱め磁界について説明する。この永久磁石式発電機では，巻線１４に交差する磁力と電圧は相が一致しているが，電流は９０°遅れて発生する。この電流を同じ相に逆方向に巻き上げた巻線５２に流すと，磁界が逆方向に発生し，これが弱め磁界となって巻線１４における磁束制御の機能を果たすことになる。この永久磁石式発電機は，上記弱め磁界を発生させる弱め磁界巻線５２を三相の出力巻線６５の最上端部にスイッチ５７を介して直列にそれぞれ接続したものである。図６に示すように，この永久磁石式発電機は，ステータ４の櫛部１０には，一次巻線３８と二次巻線３９から成る出力巻線６５，磁束制御用巻線としての弱め磁界巻線５２が巻き上げられ，ステータ４とロータ３との間には磁束制御装置を構成する磁束制御籠７が配置されている。磁束制御籠７は，ステータ４に対して櫛部１０と歯部８との間の磁路空隙を変化させるため回転揺動するように構成されている。図６の（Ａ）は，磁束制御籠７による磁路空隙が最小であって磁束を抑制しない状態であり，図６の（Ｂ）は，磁束制御籠７による磁路空隙が最大であって磁束を抑制する状態である。この永久磁石式発電機は，所定の電圧を発電させるため，磁束制御装置を制御し，磁束制御装置での磁束制御では不能になった時に，出力巻線６５を構成する一次巻線３８（図１）と二次巻線３９（図１）との切り換え制御を行い，更に，出力巻線６５の切り換えでの磁束制御では不能になった時に，弱め磁界を付勢する制御を行うように構成されている。図７に示すように，巻線１４に交差する磁力と電圧は，相が一致するが，電流は９０度遅れて発生する。この電流を同じ相に逆方向に巻いた弱め磁界巻線５２に流すと，磁界が逆方向になって弱め磁界が発生する。また，図８のグラフに示すように，発電機の回転数の増加に従って発電電圧が増加する。この永久磁石式発電機は，所定の一定電圧を発電させるため，発電機の回転数が低い時には，出力巻線６５を全出力となる一次巻線３８と二次巻線３９とからの発電に切り換え，所定の回転数以上になると，一次巻線３８のみからの部分出力に切り換え制御する。この永久磁石式発電機では，弱め磁界巻線５２への電流を小さくするため，出力巻線６５と弱め磁界巻線５２がほぼ同数の巻き数に構成されているので，弱め磁界を流すため，電圧増加巻線５３を二次巻線３９に直列に接続している。電圧増加巻線５３をステータ４に巻き上げることによって，出力巻線６５と弱め磁界巻線５２との間に電圧増加巻線５３の巻き数分の電圧差Ｄが発生し，弱め磁界巻線５２に電流を流すことができ，弱め磁界が発生するようになる。

次に，図１を参照して，この永久磁石式発電機におけるステータ４に巻き上げた巻線１４について説明する。永久磁石式発電機のステータ４に巻き上げられた一次巻線３８，二次巻線３９，電圧増加巻線５３，及び弱め磁界巻線５２について説明する。巻線１４は，例えば，ステータ４のステータコア１５の櫛部１０に巻き上げられた一次巻線３８と一次巻線３８に直列に接続された二次巻線３９から成る出力巻線６５，二次巻線３９の出力端に直列に接続された電圧増加巻線５３，及び電圧増加巻線５３にスイッチ５７を介して直列に接続された弱め磁界巻線５２から構成されている。一次巻線３８，二次巻線３９及び電圧増加巻線５３は，ステータ４に同一方向に巻き上げられ，また，弱め磁界巻線５２はこれらとは逆向きにステータ４に巻き上げられている。巻線１４は，具体的には，図１に示すように，三相交流を発電するタイプに結線され，中点５８から三方にそれぞれ延びる三相星型に構成されており，Ｕ相の一次巻線３８Ｕとそれに直列に結線された二次巻線３９Ｕ，Ｖ相の一次巻線３８Ｖとそれに直列に結線された二次巻線３９Ｖ，及びＷ相の一次巻線３８Ｗとそれに直列に結線された二次巻線３９Ｗから形成されている。一次巻線３８の出力端子からの発電電力は，一次巻線３８のみであって少巻き巻線となって部分出力が発電され，一次巻線３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ（総称は３８）の出力端子６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗ（総称は６２）からライン６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗ（総称は６４）を通じてスイッチ５５Ｕ，５５Ｖ，５５Ｗ（総称は５５）及び整流器６０を介して負荷５４へと出力される。また，二次巻線３９の出力端子からの発電電力は，一次巻線３８と二次巻線３９との和から成る多巻き巻線となって全出力が発電され，二次巻線３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗ（総称は３９）の出力端子６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ（総称は６１）からライン６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗ（総称は６３）を通じてスイッチ５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗ（総称は５６）及び整流器６０を介して負荷５４へと出力される。更に，二次巻線３９の出力端には，電圧増加巻線５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗ（総称は５３）が直列にそれぞれ接続されている。この永久磁石式発電機は，特に，電圧増加巻線５３には，スイッチ５７Ｕ，５７Ｖ，５７Ｗ（総称は５７）を介して出力巻線６５とは逆向きに巻き上げられた弱め磁界巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ（総称は５２）が接続されていることを特徴とする。弱め磁界巻線５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗは，中点５９から延びる三相星型に構成されている。

図２〜図５を参照して，この永久磁石式発電機の具体的な例について説明する。この永久磁石式発電機は，例えば，ステータ４が取り付けられたハウジング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た回転軸２，回転軸２に固定された永久磁石部材５から成るロータ３，ロータ３の外周側に配置され且つハウジング１に固定されたステータ４，ステータ４とロータ３との間に配設してステータ４に対して相対移動可能に取り付けられたリング状で且つ歯部８を持つ歯車状の磁束制御籠７，及び磁束制御籠７をロータ３の回転速度に対応させてステータ４に対して相対移動させるアクチュエータ２５から構成されている。ステータコア１５のアウタステータコア即ち円筒部材のリング状継鉄部材１７は，ハウジング１の一部を構成してヨークを構成している。また，回転軸２には，その一端部に，風車等の駆動源からの駆動力が入力する入力歯車４７が固定されている。永久磁石式発電機は，ロータ３を構成する回転軸２の両端が軸受１３でハウジング１に回転可能に支持されている。ロータ３は，回転軸２の外周に取り付けられた冷却用の通風孔２８を備えた透磁部材６，透磁性部材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２７に永久磁石部材５を保持するため固定された円筒状スリーブ１６を備えている。ロータ３は，回転軸２の一端に形成されたねじ４０に押さえ板４１を介して固定ナット４２が螺入されて一端が固定され，回転軸２の他端はスペーサ４６と押さえ板４５を介して軸受１３で固定されている。回転軸２の一端には，軸受１３がスペーサ４３を介して一端に形成されたねじ４９にナット４４が螺入して固定されている。回転軸２の他端には，ロータ３を回転駆動する入力歯車４７が配置され，入力歯車４７は回転軸２の他端に形成されたねじ４９にナット４８が螺入して固定されている。また，磁束制御籠７とロータ３との間には，相対回転を可能にするように可及的に小さい隙間２２が形成されている。また，この永久磁石式発電機は，ロータ３の透磁性部材６とハウジング１には冷却風が流れる通風孔２８，３７が形成されている。永久磁石片１９は，外周面２７が円弧面に形成され，周方向に非磁性材３５を介在させて複数個配設されている。透磁性部材６は，例えば，透磁材と非磁性材が周方向に交互に配置して軸方向に延びて円筒状に形成されている。

ステータ４は，周方向に所定間隔のスロット部１１を形成するように隔置されたインナステータコアである櫛状円筒部材３０とアウタステータコアであるリング状継鉄部１７とから成る薄板積層形のステータコア１５，及びステータコア１５に巻き上げられた巻線１４から構成されている。櫛状円筒部材３０は，内側櫛部３２と外側櫛部３３とから成る櫛部１０と，内側櫛部３２と外側櫛部３３との間にあって櫛部１０を連繋するブリッジ部３１から構成されている。内側櫛部３２は，外側櫛部３３に対応した状態で形成されているが，それに限るものではなく，図示していないが，隣接する２本の外側櫛部３３に跨がって１本が集合する状態に形成し，言い換えれば，スロット部１１に対応した位置に形成してブリッジ部３１で連結されている。巻線１４は，櫛部１０における外側櫛部３３間に形成されたスロット部１１に位置して外側櫛部３３に巻き上げられ，巻線１４を成形固定するためスロット部１１内に非磁性材３６が充填されている。ステータコア１５におけるスロット部１１と櫛部１０との内周側には，磁束制御籠７が接触状態に且つステータ４に対して揺動回転可能に配置されている。磁束制御籠７は，例えば，ステータ４を構成するステータコア１５の櫛部１０を流れる磁束を制御するためのリング状の形状であり，ハウジング１に軸受（図示せず）を介して回転揺動自在に取り付けられている。ステータ４を構成するステータコア１５は，例えば，巻線１４の占積率をアップさせるため，内側櫛部３２と外側櫛部３３を持つようにブリッジ部３１で互いに接続された櫛状円筒部材３０に形成され，櫛状円筒部材３０の櫛部１０間に外側の開口即ち外開きの外側開口５３から巻線１４を巻き上げた後に，櫛状円筒部材３０のインナステータコアの外周面に外筒部材でなるリング状継鉄部材１７のアウタステータコアを嵌合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とロータ３との間でステータ４に対して相対回転即ち揺動可能に配置された磁束密度を調整して電圧を制御する磁束制御籠７，磁束制御籠７をステータ４に対してロッド２６を介して揺動させるアクチュエータ２５，及びロータ３の回転速度に応答して磁束制御籠７の揺動量を制御するコントローラ６９を有する。磁束制御籠７は，外周側がステータ４の櫛部１０と同数であって凹部１２で隔置され且つ櫛部１０に接触可能な歯部８と，内周側で歯部８を互いに連繋する円筒部９とから構成されたリング状で歯車状の連続体に形成されている。また，磁束制御籠７は，図４及び図５に示すように，ステータ４の櫛部１０側に位置する周方向に順次配列された歯部８と，ロータ３側に位置して歯部８が一体に構成された連続体の円筒部９とから形成されている。櫛部１０には周方向両端に実質的に４５°のチャンファ５１が施され，また，歯部８には周方向両端に実質的に４５°のチャンファ５０が施されている。磁束制御籠７は，透磁性の珪素鋼板，ニッケル−鉄系合金板の板材を積層して構成され，板材は樹脂材又はセラミックス材の絶縁部材によって接着されている。また，磁束制御籠７の歯部８は，周方向に隔置して配置され且つステータ４の櫛部１０間のスロット部１１の幅より小さい幅に形成され，歯部８の外面２３が櫛部１０の内面２４に対向状態に接触可能に構成されている。また，ステータコア１５の櫛部１０には，その内周端面の角部にチャンファ５１が形成され，また，磁束制御籠７の歯部８には，その外周端面の角部にチャンファ５０が形成されている。磁束制御籠７の円筒部９は，永久磁石部材５からの磁束の流れをスムーズにして磁束の漏れを低減する集磁部として機能する。

コントローラは，磁束制御籠７のステータ４に対する揺動によって，歯部８の外面２３と，櫛部１０の内面２４との対向面積即ち接触面積との量を制御するように構成されている。コントローラの指令によってアクチュエータ２５を作動してロッド２６のピニオン２９に螺合した磁束制御籠７に設けたラックが揺動し，磁束制御籠７がステータ４に対して相対揺動すると，歯部８の外面２３と櫛部１０の内面２４との密接状態は調整され，磁束制御籠７の歯部８からステータコア１５の櫛部１０へ流れる磁束が制御されることになる。例えば，コントローラは，ロータ３の低速時には，図４に示すように，アクチュエータ２５を作動して歯部８と櫛部１０との合口が整合状態になる制御を行い，また，ロータ３の高速時には，図５に示すように，アクチュエータ２５を作動して歯部８を櫛部１０間のスロット部１１へと移動させ，櫛部１０との対向面積を低減させる制御を行う。また，コントローラは，ロータ３のステータ４に対する回転速度，即ち，周波数ｆとステータ４の櫛部１０を流れる磁束φとの積（＝ｆ×φ）が一定になるように，アクチュエータ２５によって磁束制御籠７を揺動させて予め決められた所定の一定の電圧を発電させる制御を行う。コントローラの制御によって磁束制御籠７が移動して磁束制御籠７の歯部８がステータコア１５の櫛部１０間に位置した状態では，図５に示すように，櫛部１０のチャンファ５１と歯部８のチャンファ５０との間には，高精度に隙間Ｓが形成され，ロータ３からステータ４へ流れる磁束は最も抑制される状態になる。

次に，図９〜図１２を参照して，この発明による弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機の作動処理フローを説明する。ここで，多巻き巻線は，一次巻線３８と二次巻線３９が直列に結線された状態であり，また，少巻き巻線は，一次巻線３８のみが負荷５４に結線される状態である。この永久磁石式発電機の発電が開始されるに際して，コントローラに発電されるべき予め決められた一定電圧Ｖ０（例えば，Ｖ０＝１２Ｖ〜１３Ｖ）に設定されたとし，その上限電圧Ｖ１と下限電圧Ｖ２（例えば，Ｖ１＝１４Ｖ，Ｖ２＝１１Ｖ）が記憶される。この永久磁石式発電機は，少巻き巻線（一次巻線３８単独）又は多巻き巻線（一次巻線３８と二次巻線３９の直列結線）が付勢されて発電を行っているものとし，少巻き巻線又は多巻き巻線によって発電された発電電圧Ｖが一定電圧Ｖ０の範囲内であるか否かを判断するため，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以上であるか否かを判断し（Ｓ１），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以上であれば，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であるか否かを判断し（Ｓ２），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であれば，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ３），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。即ち，コントローラは，発電電圧Ｖが常に上限電圧Ｖ１以下で且つ下限電圧Ｖ２以上であるように制御するものである。

ステップＳ１において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い場合には，磁束制御籠７をステータ４の櫛部との間の磁路空隙が最小になる揺動角Δθを０°にする側へ回転揺動させ（Ｓ４），次いで，発電された電圧ＶがＶ０の範囲にあるか否かを判断するため，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以上であるか否かを判断し（Ｓ５），Ｖ２以上であれば，Ｖが上限電圧Ｖ１以下であるか否かを判断し（Ｓ６），Ｖ２以下であれば，予め決められた所定の時間Δｔだけその状態を保持し（Ｓ７），再びステップＳ１に戻って処理を繰り返す。
ステップＳ５において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い場合には，磁束制御籠７をステータ４の櫛部との間の磁路空隙を最小になるように磁束制御籠７を揺動角Δθが０°になっているか否かを判断し（Ｓ８），揺動角Δθが０°になっていない時には発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低いか否かを判断し（Ｓ８Ａ），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い時には，発電電圧Ｖが少巻き巻線の発電であって少巻き巻線での発電に限界があるので，少巻き巻線から多巻き巻線へ切り換え（Ｓ９），図１０に示すステップＳ１０へ進み，弱め磁界用スイッチ５７をＯＮして弱め磁界巻線５２を付勢する（Ｓ１０）。また，ステップＳ８Ａにおいて，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い時には，発電電圧Ｖが適正値であるので，その状態をΔｔ秒間保持し（Ｓ８Ｂ），その後，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ６において，Ｖが上限電圧Ｖ１以下でない時には，発電電圧を下げるため，磁路空隙を大きくするため磁束制御籠７を揺動角Δθ／２を５°側に揺動させ（Ｓ１１），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であるか否かを判断し（Ｓ１２），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下である時には予め決められた所定の時間，Δｔ秒間その状態を保持し（Ｓ１３），その後，処理をステップＳ１に戻って繰り返す。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下でない時にはステップＳ１１を繰り返し，磁束制御籠７を揺動角Δθ／２を５°側に揺動させる処理を繰り返す。

ステップＳ１０において，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＮして弱め磁界を付勢し，次いで，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以上であるか否かを判断し（Ｓ１４），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以上である時には，磁路空隙を大きくするため磁束制御籠７を揺動角
Δθ／２だけ５°側へ回転揺動させ（Ｓ１５），また，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以上でない時には，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ２０），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い時には，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持する（Ｓ２１）。その後，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない時には，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ，弱め磁界による磁束制御を停止する（Ｓ２２）。ステップＳ１５において磁束制御籠７を揺動させると，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断し（Ｓ１６），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ１７），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ１８），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない場合には，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ，弱め磁界による磁束制御を停止する（Ｓ１９）。

ステップＳ２において，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以上であれば，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧の範囲を超えるので，ステータ４に流れる磁束を制御する処理を行うため，磁束制御籠７の揺動角Δθを５°回転移動させて磁束を制御し（Ｓ２３），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断する（Ｓ２４）。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持する（Ｓ２５）。その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い場合には，磁束制御籠７の揺動角Δθが５°回転移動しているか否かを判断し（Ｓ２６），磁束制御籠７の揺動角Δθが５°回転移動していれば，発電電圧Ｖが多巻き巻線によるものであって大き過ぎるので，多巻き巻線から少巻き巻線へ切り換え処理を行う（Ｓ２７）。次いで，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ２８），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断する（Ｓ２９）。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧の範囲内の適正値であるので，予め決められた所定の時間のΔｔ秒間その状態を保持し（Ｓ３０），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ２８において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い場合には，磁束制御籠７による磁束制御を行わないようにするため，磁束制御籠７を揺動角Δθが０°側になるように揺動即ち回転移動させ（Ｓ３１），次いで，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ３２），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内の適正値であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ３３），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ３２において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い場合には，再度，磁束制御籠７を揺動角Δθが０°側になるように回転移動をさせることを繰り返す。また，ステップＳ２９において，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い場合には，磁路空隙を大きくするため，磁束制御籠７を揺動角Δθを５°側へ回転移動させ（Ｓ２９Ａ），次いで，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断し（Ｓ２９Ｂ），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には適正な発電電圧Ｖであるので，その状態をΔｔ秒間保持し，その後，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い場合には発電電圧Ｖを適正値にするため磁束制御籠７を揺動角Δθを５°側へ回転移動させ，次いで，磁束制御籠７の揺動角Δθが５°に達したか否かを判断し（Ｓ２９Ｄ），磁束制御籠７の揺動角Δθが５°に達している時には，図１２に示すステップＳ５０へ進み，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＮする（Ｓ５０）。ステップＳ２９Ｄにおいて磁束制御籠７の揺動角Δθが５°に達していない時には，磁束制御籠７の揺動角Δθを５°側に回転移動させる処理を繰り返す（Ｓ２９Ａ）。

ステップＳ１９において，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ，次いで，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以上であるか否かを判断し（Ｓ３４），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以上であれば，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であるか否かを判断し（Ｓ３５），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であれば，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ３６），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。ステップＳ３４において発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２以下であれば，磁束制御籠７による磁束制御をしないようにするため，磁路空隙を最小にするため，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°側に回転移動させて磁束制御を無くし（Ｓ３７），次いで発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より大きいか否かを判断し（Ｓ３８），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より大きい場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔ，その状態を保持し（Ｓ３６），その後にステップＳ１に戻って処理を繰り返す。発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より大きくない場合には，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°側に回転移動させる処理を続行する。また，ステップＳ３５において，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より大きい場合には，磁束制御籠７による磁束制御を行うため，磁束制御籠７の揺動角Δθを５°側に回転移動させて磁路空隙を大きくして磁束制御をする（Ｓ３９）。そこで，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断し（Ｓ４０），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ４１），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低くない場合には，磁束制御籠７の揺動角Δθを５°側に回転移動させて磁束制御籠７による磁束制御をする。

ステップＳ２２において，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ，次いで，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高いか否かを判断し（Ｓ４２），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より高い時には，磁束制御籠７による磁束制御を行うため，磁路空隙を大きくするため磁束制御籠７を揺動角Δθを５°側になるように回転移動させ（Ｓ４３），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断する（Ｓ４４）。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低い場合には，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ４５），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低くない場合には，磁束制御籠７を揺動角Δθを５°側への回転移動を続行する。次いで，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ４６），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ４５において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない場合には，磁束制御籠７による磁束制御を行わないようにするため，磁束制御籠７を揺動角Δθを０°側への回転移動させ（Ｓ４７），次いで，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ４８），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔ，その状態を保持し（Ｓ４９），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない場合には，磁束制御籠７を揺動角Δθを０°側への回転移動させる処理を続行する。

ステップＳ２９において，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低くない場合には，発電電圧Ｖが高過ぎるので，発電電圧Ｖを低くするため，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＮして弱め磁界を付勢する（Ｓ５０）。次いで，発電電圧Ｖが一定電圧Ｖ０の範囲内であるか否かを判断するため，発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１より低いか否かを判断し（Ｓ５１），発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以上であれば，異常信号を発して発電を停止する（Ｓ５５）。発電電圧Ｖが上限電圧Ｖ１以下であれば，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ５２）し，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔ，その状態を保持し（Ｓ５３），弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ（Ｓ５４），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ５２において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない場合には，磁束制御籠７の磁束制御を無くすようにするため，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°側に回転移動させて磁束制御を無くし（Ｓ５６），次いで発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高いか否かを判断し（Ｓ５７），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高い場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ５８），弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ（Ｓ５９），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，ステップＳ５７において，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より高くない場合には，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°であるか否かを判断し（Ｓ６０），磁束制御籠７の揺動角Δθを０°でない場合には，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°側への回転移動を続行し，磁束制御籠７の揺動角Δθを０°の場合には，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低いか否かを判断し（Ｓ６１），発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低くない場合には，発電電圧Ｖが予め決められた一定電圧Ｖ０の範囲内であるので，予め決められた所定の時間Δｔその状態を保持し（Ｓ５８），弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ（Ｓ５９），その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。また，発電電圧Ｖが下限電圧Ｖ２より低い場合には，弱め磁界巻線５２のスイッチ５７をＯＦＦして弱め磁界を消失させ（Ｓ６２），発電電圧Ｖを高めるようにし，その後に，ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

この発明による弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機は，例えば，風力，自動車用エンジン等の回転が大幅に逐次変動する駆動源を用いて発電する発電機に適用して好ましいものである。

この発明による永久磁石式発電機に組み込まれた巻線の一次巻線，二次巻線，及び弱め磁界巻線の切り換えを行う回路図である。 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２の永久磁石式発電機であって磁束制御籠の歯部をステータの櫛部に整合させた状態を示す断面図である。 図２の永久磁石式発電機における磁束制御籠の作動状態を示し，ステータの櫛部と磁束制御籠の歯部とが整合した磁束を抑制しない状態を示す拡大説明図である。 図２の永久磁石式発電機における磁束制御籠の作動状態を示し，ステータの櫛部と磁束制御籠の歯部とが非整合した磁束を抑制する状態を示す拡大説明図である。 図２の永久磁石式発電機に組み込まれた磁束制御装置，出力巻線及び弱め磁界巻線との関係を示し，（Ａ）は磁束制御装置による磁束を抑制しない状態を示し，（Ｂ）は磁束制御装置による磁束を抑制する状態を示す説明図である。 この永久磁石式発電機における永久磁石片による磁力と電圧及び電流との関係を示す説明図である。 この永久磁石式発電機における回転数に対する出力巻線，電圧増加巻線，及び弱め磁界巻線による発電電圧の関係を示すグラフである。 図１の永久磁石式発電機の作動を示す処理フロー図である。 図１の永久磁石式発電機の作動を示す図９の処理に続く処理フロー図である。 図１の永久磁石式発電機の作動を示す図１０の処理に続く処理フロー図である。 図１の永久磁石式発電機の作動を示す図９の処理に続く処理フロー図である。

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 磁束制御籠
８ 歯部
１０ 櫛部
１４ 巻線
１９ 永久磁石片
３８，３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ 一次巻線
３９，３９Ｕ，３９Ｖ，３９Ｗ 二次巻線
５２，５２Ｕ，５２Ｖ，５２Ｗ 弱め磁界巻線
５３，５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗ 電圧増加巻線
５４ 負荷
５５，５５Ｕ，５５Ｖ，５５Ｗ スイッチ
５６，５６Ｕ，５６Ｖ，５６Ｗ スイッチ
５７，５７Ｕ，５７Ｖ，５７Ｗ スイッチ
５８，５９ 中点
６０ 整流器
６１，６１Ｕ，６１Ｖ，６１Ｗ 出力端子
６２，６２Ｕ，６２Ｖ，６２Ｗ 出力端子
６３，６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗ ライン
６４，６４Ｕ，６４Ｖ，６４Ｗ ライン
６５ 出力巻線

Claims (10)

1. ハウジングに回転可能に支持された回転軸に設けられ且つ周方向に隔置した永久磁石片を備えた回転数が変動するロータ，前記ハウジングに固定され且つ周方向に隔置して立設された櫛部に巻き上げた巻線を備えたステータ，前記ロータと前記ステータとの間で前記ステータに対して移動可能に配置されたリング状で且つ歯車状の磁束制御籠，及び前記ステータの前記櫛部と前記磁束制御籠の歯部との間に形成される磁路空隙の増減により前記ステータに流れる磁束を制御する磁束制御機構を有する永久磁石式発電機において，
   前記ステータには，前記櫛部に巻き上げられた３相の出力巻線と，前記出力巻線の最上端部に弱め磁界用スイッチを介してそれぞれ接続された前記出力巻線とは逆向きにそれぞれ巻き上げられた３相の弱め磁界巻線とが設けられ，
   前記出力巻線の前記端部には，出力用スイッチを介して出力ラインが設けられ，
   コントローラは，前記ロータの前記回転数と負荷とに応答して前記出力ラインに設けた整流器前に設けた電圧センサの電圧が予め決められた所定電圧値になるように，前記出力用スイッチと前記弱め磁界用スイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うと共に，前記磁束制御装置による前記磁路空隙を制御することを特徴とする弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機。
2. 前記出力巻線と前記弱め磁界巻線との間には，電圧増加巻線が前記ステータに巻き上げら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. 前記コントローラは，前記電圧センサの電圧値と前記所定電圧値との差に応答して，前記磁束制御籠の位置と前記巻線の巻き数を選択し，前記弱め磁界巻線に電流を流すか否かを選択すると共に，前記磁束制御機構による前記磁路空隙を変化させて常に前記所定電圧値になるように制御す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. 前記出力巻線は，中点から延びるＵ相，Ｖ相及びＷ相から成る３相星型に前記ステータに巻き上げられ，前記出力巻線は前記中点に近い第１巻線と該第１巻線に直列に結線された第２巻線から成り，前記出力ラインは，前記第１巻線の前記端部に第１スイッチを介して接続された第１出力ラインと前記第２巻線の端部に第２スイッチを介して接続された第２出力ラインとから構成され，前記弱め磁界巻線の巻き数は前記出力巻線と前記電圧増加巻線との巻き数の和より小さく構成し，前記コントローラは，前記所定電圧値になるように，前記第１スイッチ，前記第２スイッチ及び前記弱め磁界スイッチのＯＮ・ＯＦＦ制御を行うと共に，前記磁束制御機構による前記磁路空隙を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の永久磁石式発電機。
5. 前記出力巻線の電線の断面積は，前記中点に近い前記第１巻線が最大であり，前記中点から遠くなるに従って順次小さくなっ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. 前記コントローラは，前記磁束制御装置，前記巻線の前記巻き数の切り換え，次いで前記弱め磁界巻線の順による制御を行い，前記回転数と前記負荷にかかわらず，前記磁束制御装置による電圧制御が不能になった時，前記巻線の前記巻き数の切り換えによる制御を行い，前記前記巻線の前記巻き数の切り換えによる電圧制御が不能になった時，前記弱め磁界巻線による制御を行う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. 前記コントローラは，前記ロータが低速に応答して前記第２出力ラインから出力すると共に前記磁束制御装置の制御を行って予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする請求項３〜６のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
8. 前記コントローラは，前記磁束制御機構の制御を行って発電電圧が予め決められた所定の一定電圧を超えることに応答して，前記弱め磁界巻線を付勢して予め決められた所定の一定電圧に制御することを特徴とする請求項７に記載の永久磁石式発電機。
9. 前記コントローラは，前記ロータが高速に応答して前記第１出力ラインからの出力に切り換えると共に，前記磁束制御機構の制御を行って予め決められた所定の一定電圧を発電することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の永久磁石式発電機。
10. 前記コントローラは，前記磁束制御機構の制御を行って発電電圧が予め決められた所定の一定電圧を超えることに応答して，前記弱め磁界用巻線を付勢して予め決められた所定の一定電圧に制御することを特徴とする請求項９に記載の弱め磁界と磁路空隙制御を用いた永久磁石式発電機。

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