極低速で回転する高出力発電機
【課題】 この高出力発電機は，ステータへの巻線の巻き数を低減するため２つの第１巻線と第２巻線に分割してインダクタンスを低減し，各相間にコンデンサを介在させ，コンデンサに電流を溜め，電圧を上昇させて出力をアップさせる。
【解決手段】 Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の三相巻線１４を構成する互いに独立した第１巻線１８と第２巻線１９は，１又は２スロット１１分ずらして櫛部１０に巻き上げられている。三相巻線１４の各相の出力ライン３６，３７，３８，４２間にはコンデンサ３０がそれぞれ配置され，第１巻線１８の出力ライン３６，３８にはスイッチ２６，２７，及び第２巻線１９の出力ライン３７，４２にはスイッチ２４，４３がそれぞれ設けられている。
【解決手段】 Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の三相巻線１４を構成する互いに独立した第１巻線１８と第２巻線１９は，１又は２スロット１１分ずらして櫛部１０に巻き上げられている。三相巻線１４の各相の出力ライン３６，３７，３８，４２間にはコンデンサ３０がそれぞれ配置され，第１巻線１８の出力ライン３６，３８にはスイッチ２６，２７，及び第２巻線１９の出力ライン３７，４２にはスイッチ２４，４３がそれぞれ設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，ハウジングに取り付けられたステータ，及び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を有する高出力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，永久磁石式発電機では，発電した電圧を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に，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，ノイズを発生させたり，それらの問題を低減する対策が大変である。
【０００３】
また，永久磁石式発電機について，本発明者は自己電圧制御型のものを開発して先に特許出願した。該永久磁石式発電機は，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であり，巻線によって三相交流を発生させるそれぞれのＵ相，Ｖ相及びＷ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がスイッチを介してそれぞれ接続されている。コイルの端子は電動機に接続されている。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は二次側を構成し，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１参照）。
【０００４】
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である３群の巻線群に分けられたものを開発して先に特許出願した。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予め決められた所定の電圧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，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，そして，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，１Ｕ，２Ｕ及び３Ｕ，１Ｖ，２Ｖ及び３Ｖ，及び１Ｗ，２Ｗ及び３Ｗが結線部において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（ＲＰＭ）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予め決められた所定の交流電圧を三相交流電源として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）。
【０００５】
また，本発明者は，発電機として２系統の電力発電特性を持つものを開発して先に特許出願した。該発電装置は，ステータが，ロータの外周との間に隙間を形成した内側円筒部，該内側円筒部上に円周方向に隔置してスロット部を形成するように立設した櫛部の先端部に位置する外側円筒部，予め決められたスロット部間に跨がって櫛部に分布巻き又は集中巻きされた少ない巻数の低電力用巻線と多い巻数の高電力用巻線とから構成された２系統の巻線，及び所定の低電力用巻線と高電力用巻線とに接続された端子を備えた端子線から構成され，ロータの極に対応する界磁極を中心に集中巻き又は分布巻きされた巻線は，発電される電圧を調整するため，ロータの回転の上昇に応じて複数個結線した直列結線を複数の並列結線に分割されており，巻線の端子線を結線する接続線にそれぞれ設けられスイッチがオン・オフによって発生する電力が調整されるものである（例えば，特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６４９９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４５５６号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人の発明者は，永久磁石式発電機について，上記の問題を解決するため，上記特許文献１〜３に示すように，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リングを配置し，磁束制御リングをステータに対して移動させ，磁束制御リング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ことを開発した。
【０００７】
しかしながら，上記の永久磁石式発電機は，例えば，自動車等の移動車では，ロータは高速から低速まで変化し，特に，極低速に対応するには，十分なものではなかった。即ち，永久磁石式発電機が高速回転で回転するエンジンに用いられる場合，その回転変動の幅は１０倍から１５倍に達する。しかも，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を要求されるので，この間の電圧を一定にすることは容易ではない。従来，永久磁石式発電機では，永久磁石の持つ磁力をロータとステータと間の空隙を設けることにより，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り，特に回転数が小さい領域においても発電電圧が小さくならず，所定の一定電圧を発電できるものが望まれている。
【０００８】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，ロータの回転数の小さい領域である極低速でも発電電圧が小さくならず所定の一定電圧を得るために，三相巻線の巻き数を余り大きくせずに，２つの巻線に分割してステータにそれぞれ巻き上げ，それぞれの三相巻線間にコンデンサをそれぞれ配置し，コンデンサに電流を溜めることを可能にし，それによって発電電圧を上昇させ，出力をアップさせることを特徴とする高出力発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機に関する。
【００１０】
また，この高出力発電機は，前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されているものである。
【００１１】
また，前記整流器は，前記第１出力ラインが第６スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第７スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されている。
【００１２】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されている。
【００１３】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電される。
【００１４】
この高出力発電機は，特に，前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことに特徴を有している。
【００１５】
この高出力発電機は，例えば，前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うものである。また，この高出力発電機は，例えば，前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うものである。また，この高出力発電機は，例えば，前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うものである。従って，この高出力発電機は，前記ロータの回転速度に応答して，前記第１〜第１０スイッチのオン・オフ制御することによって，予め決められた所定の電圧を確保するため，最適の出力を発電させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この高出力発電機は，上記のように構成されているので，三相巻線の巻き数を低減して２つの三相巻線から構成し，三相間にそれぞれコンデンサを配置して該コンデンサに電流を蓄え，その電流によって発電電力をアップさせることができる。この高出力発電機は，例えば，上記段落１５では３つの状態の出力を確保する結線を例示したが，その他の結線の制御を行うことも可能であり，ロータの回転速度に応答して第１〜第１０スイッチのオン・オフ制御を行うことによって，予め決められた所定の電圧を確保するため，最適の出力を発電させることができる。
一般的に，永久磁石をロータとする永久磁石式発電機では，特に回転数の小さい領域では発電電圧が小さく，発電電力も小さいものである。
発電機の起電力Ｅ０は，次式で示される。
Ｅ０＝４．４４・Φ・ｆ・Ｗｓ ・・・・・・・（１）
Ｅ＝Ｅ0 −Ｉ・〔Ｒ2 ＋（２π・ｆ・Ｌ）2 〕1 / 2 ・・・・・・・（２）
但し，Ｅ0 ：起電電圧，Φ：磁力，ｆ：周波数（回転数），Ｗｓ：巻線の巻き数，
Ｅ：作動電圧，Ｉ：電流，Ｌ：巻線インダクタンス
起電力Ｅ０は，巻線の巻き数，磁力及び周波数が大きくならないと，大きくならず，特に，低回転速度（低回転数）では起電力が大きくならないので，出力も大きくならない。巻線の巻き数を大きくすると，上記（２）に示すように，巻線のインダクタンスが大きくなり，発電電流が大きくならない。
【００１７】
この高出力発電機は，低速での電圧を大きくし，発電電力を大きくするためには巻線の巻き数を余り大きくせず，言い換えれば，インダクタンスを小さくした巻線を２個重ね合わせることが効果的であることに着眼し，各極，各相の巻線を２分割し，その相を１〜２スロット分ずらしてステータの櫛部に巻き込み，それぞれの相間にコンデンサを挟み込み，それぞれに出力電流を３相整流し，整流出力を並列，又は直列に重ね合わせることにより，発電電圧，発電電力を１．５倍以上に上昇させることができた。即ち，この高出力発電機は，巻線をスロットを１列又は２列ずらして巻き込み，並列に接続した場合，２つの巻線は相互に干渉を起し，巻線に環電流が流れ，発熱，出力ロスが発生するので，それをカバーするため，２つの巻線間にコンデンサをそれぞれ挟み込み，巻線を３相整流し，これらの出力を重ね合わせると，干渉がなく，積層効果によって電圧が上昇し，出力が上昇するようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，図面を参照して，この発明による高出力発電機の一実施例を説明する。この高出力発電機は，例えば，自動車等の負荷が大幅に変動する移動体に搭載されたエンジンからの動力で発電する発電機に適用して好ましいものである。
【００１９】
この高出力発電機は，永久磁石式発電機に関し，永久磁石式発電機では，電圧（Ｖ）と電流（Ａ）との相関は，概略的には図３に示すようになっており，ロータ３の回転数が大きいと発生する電圧が大きくなり，また，無負荷電圧状態が電流の上昇によって逆起電力の作用により，電圧が徐々に降下し，垂下する。ロータ３の回転数が大きければ，無負荷電圧が上昇するが，垂下電流は変わらない。永久磁石式発電機では，低速で出力を大きくするためには，無負荷電圧を大きくする必要があるが，巻線１４（総称）の巻き数を大きくすると垂下電流が小さくなり，巻線１４の巻き数を小さくすると垂下電流は大きくなるが，電圧は大きくならない。そこで，電力（Ｉ×Ｅ）を増やすため，電流Ｉを大きくしなければならないが，そのためには上記式（２）のＬ（巻線インダクタンス）を小さくしなければならない。この発明による高出力発電機は，Ｌ（巻線インダクタンス）を小さくするため，巻線１４を第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とに二分割し，それぞれの巻線数を小さく構成し，更に，各相間にコンデンサ３０を介在させて電流を一旦溜めるように構成したものである。
【００２０】
この高出力発電機は，上記の現象を実現するため，図１及び図２に示すように，三相巻線の巻線１４の巻き数を小さくして独立した三相巻線の第１巻線１８と第２巻線１９とに分割し，第１巻線１８と第２巻線１９とを重ね合わせることにより，電圧を大きくし，出力を大きくするものであり，そのために第１巻線１８と第２巻線１９とをステータ４の櫛部１０間の１又は２スロット１１分ずらして櫛部１０に巻き上げて出力が干渉することなく重ね合わせた構造に構成されている。即ち，この高出力発電機は，図示のように，低速時の電圧上昇効果と出力向上効果を得るため，第２巻線１９を第１巻線１８に対して１又は２個のスロット１１分ずらしてステータ４の櫛部１０に巻き上げている。図２では，第１巻線１８と第２巻線１９とは，スロット１つ分ずれて櫛部１０に巻き上げられているタイプが示されている。この高出力発電機は，特に，第１巻線１８と第２巻線１８との全巻端部からの出力ライン１７，３７及び中間部２８，３５からの中間出力ライン３８，４２からのＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサ３０をそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴としている。
【００２１】
この高出力発電機は，具体的には，第１巻線１８と第２巻線１９のＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）間，出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）間，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）間，及び中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）間に，コンデンサ３０をそれぞれ挟み込むことにより，極が移動する時に発生する逆起電電流がコンデンサ３０に一旦蓄えられ，Ｎ極がＳ極に変化し，電流の流れが徐々に逆転する時，その変換電流を放出し，電力を増加させ，出力を向上させる。従来の回路（図示せず）のように，３相間にコンデンサがない場合には，Ｎ極からＳ極への変換時にＳ極波形にＮ極の変換時に発生する大きな逆流電流が流れるので，波形が凹形になり，３相に重ね合わせた時，電圧上昇降下が少なくなる。
【００２２】
また，この高出力発電機は，第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）及び第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）の出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）には，スイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）（第１スイッチ），及びスイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）（第２スイッチ）がそれぞれ設けられている。更に，この高出力発電機は，それぞれの３相の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の全出力端１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）から延びる出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ），及び３相の第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）から延びる出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）は，三相全波整流回路におけるツェナダイオードである三相整流器２３（第１整流器），三相整流器２９（第２整流器）にそれぞれ結線されており，整流電力が直流又は並列に接続され，三相整流器２３，２９を通じて負荷１２に接続されている。
【００２３】
この高出力発電機には，第１巻線１８は中間部２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）に中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）が接続され，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられており，また，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）にはスイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）（第３スイッチ）がそれぞれ設けられ，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）はツェナダイオードである三相整流器４４（第３整流器）を通じて負荷１２に接続されている。また，この高出力発電機には，第２巻線１９は中間部３５（３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗ）に中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）が接続され，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられており，また，中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４１Ｗ）にはスイッチ４３（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）（第４スイッチ）がそれぞれ設けられ，中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）はツェナダイオードである三相整流器４５（第４整流器）を通じて負荷１２に接続されている。
【００２４】
この高出力発電機は，例えば，図５と図６に示すように，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収容すると共に磁路の一部を構成するハウジング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，回転軸２に固定されている永久磁石部材５を持つロータ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に絶縁軸受（図示せず）を介して回転可能に取り付けられた磁束制御リング７から成る磁束制御機構，及び磁束制御リング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又はモータ等のアクチュエータ２５から構成されている。ロータ３の一端には，押さえ板の端板３４を介して回転軸２にねじ等で固定されたストッパが位置し，他端には同様に押さえ板の端板３４を介して回転軸２にナット３３が螺入され，ナット３３を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る。また，回転軸２は，例えば，一端側に配置された軸受１３と他端側に配置された軸受１３とによって，ハウジング１に回転自在に支持されている。
【００２５】
この高出力発電機では，ステータ４は，ハウジング１に固定され，櫛部１０間にコイル即ち巻線１４（総称）を巻き上げるスロット１１を形成する櫛部１０を備えている。ロータ３は，ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２に固定され且つ周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２０を持つ永久磁石部材５を備えている。磁束制御リング７は，ステータ４とロータ３との間の隙間２２に配置され，ステータ４に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング１は，例えば，両側の一対の本体とこれらを連結する連結ボルト３１から成る。また，磁束制御リング７は，例えば，絶縁材から成る絶縁軸受（図示せず）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に支持されている。ステータ４は，ステータコア１５とステータコア１５に巻き上げられた巻線１４とから構成されている。ステータコア１５は，例えば，櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１０と櫛部１０間に形成されたスロット１１から形成されている。この高出力発電機では，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相電流を通電できる複数の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成されている。
【００２６】
磁束制御リング７は，周方向に隔置して配置され且つステータ４の櫛部１０と相対する突起した歯部８の角部にチャンファ部（図示せず）が設けられている。また，この高出力発電機は，ステータ４における先端部のチャンファ部（図示せず）と磁束制御リング７の歯部８のチャンファ部との間の空隙，ステータ４の先端部と歯部８の底部との間の空隙，及び磁束制御リング７の歯部８の先端とステータ４のスロット１１との間の空隙は，磁路空隙を形成するものである。この高出力発電機は，回転軸２の回転速度に応答して磁束制御リング７を移動させてステータ４との磁路空隙を増減させてステータ４を通る磁束を制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させる機能を有している。また，ロータ３は，例えば，回転軸２の外周に配置された継鉄６，継鉄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一種の保持パイプである補強部材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２０と，隣接する永久磁石片２０間に介在された非磁性材２１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，１２個の円弧状の永久磁石片２０を備え，永久磁石片２０は周方向に約３０°にわたって延びている。永久磁石部材５を構成する永久磁石片２０は，周方向に隣接する永久磁石片２０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。
【００２７】
この高出力発電機は，上記のように構成されており，永久磁石片２０の作用によって磁力を小さくすることができないので，高速時にロータ３とステータ４との隙間２２を磁束制御リング７の作動により増減することにより磁束を制御する機能を持っており，発電電圧を抑制することを図っている。ところで，磁束制御装置による磁束制御量は，５０〜６０％であるので，例えば，１０００ｒｐｍで所定の出力が出力されるようにセットされると，２０００ｒｐｍまでは負荷変動，回転変動があっても自由自在に出力を得ることができる。しかしながら，この高出力発電機は，回転数が小さい領域の極低速では，発電電圧が小さく，発電電力も小さい。起電力Ｅ０は，巻線数，磁力，周波数が大きくないと大きくならず，特に，低回転速度では起電力が大きくならないので出力も大きくならない。そこで，起電力Ｅ０をアップするため，巻線数を大きくすると，巻線１４のインダクタンスが大きくなり，発電電流が大きくならない。
【００２８】
この高出力発電機は，特に，低速での電圧を大きくし，発電出力を大きくするために，巻線１４の巻線数を余り大きくせず，そのため，巻線１４を第１巻線１８と第２巻線１９とに分割し，それぞれのインダクタンスを小さく構成し，これらの第１巻線１８と第２巻線１９とを重ね合わせることによって，巻線１４のインダクタンスを上げずに発電出力をおおきくすることを特徴としている。この高出力発電機は，具体的には，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ，Ｖ及びＷ相の３相電流を通電できる複数の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成され，それぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線間，即ち，１８Ｕと１８Ｖとの間，１８Ｕと１８Ｗとの間，１８Ｖと１８Ｗとの間，１９Ｕと１９Ｖとの間，１９Ｕと１９Ｗとの間，１９Ｖと１９Ｗとの間にコンデンサ３０がそれぞれ配設されていることを特徴としている。第１巻線１８と第２巻線１９は，それぞれを独立した２個の巻線１４から三相巻線に構成され，第２巻線１９を第１巻線１８に対して櫛部１０間の１個又は２個のスロット１１分ずらして櫛部１０に巻き込まれている。
【００２９】
また，この高出力発電機は，三相巻線の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の全出力端１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）から負荷１２への延びる出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）にはスイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）がそれぞれ設けられ，また，三相巻線の第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）の出力ライン２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）にはスイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）がそれぞれ設けられている。第１巻線１８は三相整流器２３を通じて負荷１２に接続され，次いで，第２巻線１９は三相整流器２９を通じて負荷１２に接続されている。また，三相整流器２３の出力側には，スイッチ（第７スイッチ）４０が設けられ，また，三相整流器２９の出力側には，スイッチ（第６スイッチ）４１が設けられている。三相整流器２３と三相整流器２９との間にはスイッチ（第５スイッチ）３９が設けられている。更に，巻線１４のうち第１巻線１８は，中間部２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）に出力端が設けられて中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）が延びており，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられ，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）にはスイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）がそれぞれ設けられ，出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）には並列に結線された三相整流器４４，４５を通じて負荷１２に接続されている。三相整流器４５には，スイッチ４３（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）（第４スイッチ）が設けられている。
【００３０】
この高出力発電機は，上記の構成されており，図４に示すように，コントローラは，例えば，ロータ３の回転速度に応答して各スイッチを切り換え制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電する。この例示は，代表的なものを示しており，その他のスイッチの切換え制御を行うことができることは勿論である。
（１）ロータ３が極低速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６及びスイッチ３９がオンし，スイッチ２７，スイッチ４０，スイッチ４１，スイッチ４３及びスイッチ４６〜４８がオフし，第１巻線１８及び第２巻線１９が付勢し，整流器２３と整流器２９が直列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が極低速の場合には，整流器２３と整流器２９が直列に結線されて第１巻線１８と第２巻線１９とが直列に結線され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
（２）ロータ３が低中速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６，スイッチ４０，及びスイッチ４１がオンし，スイッチ２７，スイッチ３９，スイッチ４３，及びスイッチ４６〜４８がオフし，第１巻線１８及び第２巻線１９が付勢し，整流器２３と整流器２９が並列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が低中速の場合には，整流器２３と整流器２９が並列に結線されて第１巻線１８と第２巻線１９とが並列に結線され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
（３）ロータ３が高速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６，スイッチ３９，及びスイッチ４７がオフし，スイッチ２７，スイッチ４０，スイッチ４１，スイッチ４３，スイッチ４６及びスイッチ４８がオンし，第１巻線１８の中間部２８（第１中間部）と第２巻線１９の中間部３５（第１中間部）から出力され，整流器２４と整流器４５が並列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が高速の場合には，整流器４４と整流器４５が並列に結線され，第１巻線１８と第２巻線１９との全出力ライン３６，３７は働かず，出力は第１巻線１８の中間部２８と第２巻線１９の中間部３５からの中間出力ライン３８，４２を通じて並列に結線された整流器４４と整流器４５で整流され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明による高出力発電機は，例えば，負荷が大幅に変動し，特に，ロータの回転が極低速になるような自動車等に搭載された永久磁石式発電機に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による高出力発電機の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の回路におけるステータへの巻線の巻き構造を示す説明図である。
【図３】永久磁石式発電機における電圧と電流との相関を示すグラフである。
【図４】この高出力発電機における負荷に対するスイッチのオン・オフを示す説明図である。
【図５】この高出力発電機の一実施例を示す断面図である。
【図６】図５の高出力発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
１０ 櫛部
１１ スロット
１２ 負荷
１４ 巻線（総称）
１７，１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ 全出力端
１８，１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ 第１巻線
１９，１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ 第２巻線
２０ 永久磁石片
２３ 整流器（第１整流器）
２４，２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ スイッチ（第２スイッチ）
２６，２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ スイッチ（第１スイッチ）
２７，２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ スイッチ（第３スイッチ）
２８，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ 中間部（第１中間部）
２９ 整流器（第２整流器）
３０ コンデンサ
３５，３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗ 中間部（第２中間部）
３６，３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ 出力ライン（第１巻線）
３７，３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ 出力ライン（第２巻線）
３８，３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ 中間出力ライン（第１中間出力ライン）
３９ スイッチ（第５スイッチ）
４０ スイッチ（第６スイッチ）
４１ スイッチ（第７スイッチ）
４２，４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ 中間出力ライン（第２中間出力ライン）
４３，４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ スイッチ（第４スイッチ）
４４ 整流器（第３整流器）
４５ 整流器（第４整流器）
４６ スイッチ（第１０スイッチ）
４７ スイッチ（第８スイッチ）
４８ スイッチ（第９スイッチ）
【技術分野】
【０００１】
この発明は，ハウジングに取り付けられたステータ，及び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を有する高出力発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来，永久磁石式発電機では，発電した電圧を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に，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，ノイズを発生させたり，それらの問題を低減する対策が大変である。
【０００３】
また，永久磁石式発電機について，本発明者は自己電圧制御型のものを開発して先に特許出願した。該永久磁石式発電機は，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であり，巻線によって三相交流を発生させるそれぞれのＵ相，Ｖ相及びＷ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がスイッチを介してそれぞれ接続されている。コイルの端子は電動機に接続されている。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は二次側を構成し，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１参照）。
【０００４】
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である３群の巻線群に分けられたものを開発して先に特許出願した。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予め決められた所定の電圧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，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，そして，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，１Ｕ，２Ｕ及び３Ｕ，１Ｖ，２Ｖ及び３Ｖ，及び１Ｗ，２Ｗ及び３Ｗが結線部において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（ＲＰＭ）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予め決められた所定の交流電圧を三相交流電源として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）。
【０００５】
また，本発明者は，発電機として２系統の電力発電特性を持つものを開発して先に特許出願した。該発電装置は，ステータが，ロータの外周との間に隙間を形成した内側円筒部，該内側円筒部上に円周方向に隔置してスロット部を形成するように立設した櫛部の先端部に位置する外側円筒部，予め決められたスロット部間に跨がって櫛部に分布巻き又は集中巻きされた少ない巻数の低電力用巻線と多い巻数の高電力用巻線とから構成された２系統の巻線，及び所定の低電力用巻線と高電力用巻線とに接続された端子を備えた端子線から構成され，ロータの極に対応する界磁極を中心に集中巻き又は分布巻きされた巻線は，発電される電圧を調整するため，ロータの回転の上昇に応じて複数個結線した直列結線を複数の並列結線に分割されており，巻線の端子線を結線する接続線にそれぞれ設けられスイッチがオン・オフによって発生する電力が調整されるものである（例えば，特許文献３参照）。
【特許文献１】特開２００３−２６４９９６号公報
【特許文献２】特開２００２−２０４５５６号公報
【特許文献３】特開２００１−２９８９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本出願人の発明者は，永久磁石式発電機について，上記の問題を解決するため，上記特許文献１〜３に示すように，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リングを配置し，磁束制御リングをステータに対して移動させ，磁束制御リング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ことを開発した。
【０００７】
しかしながら，上記の永久磁石式発電機は，例えば，自動車等の移動車では，ロータは高速から低速まで変化し，特に，極低速に対応するには，十分なものではなかった。即ち，永久磁石式発電機が高速回転で回転するエンジンに用いられる場合，その回転変動の幅は１０倍から１５倍に達する。しかも，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を要求されるので，この間の電圧を一定にすることは容易ではない。従来，永久磁石式発電機では，永久磁石の持つ磁力をロータとステータと間の空隙を設けることにより，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り，特に回転数が小さい領域においても発電電圧が小さくならず，所定の一定電圧を発電できるものが望まれている。
【０００８】
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，ロータの回転数の小さい領域である極低速でも発電電圧が小さくならず所定の一定電圧を得るために，三相巻線の巻き数を余り大きくせずに，２つの巻線に分割してステータにそれぞれ巻き上げ，それぞれの三相巻線間にコンデンサをそれぞれ配置し，コンデンサに電流を溜めることを可能にし，それによって発電電圧を上昇させ，出力をアップさせることを特徴とする高出力発電機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は，ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機に関する。
【００１０】
また，この高出力発電機は，前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されているものである。
【００１１】
また，前記整流器は，前記第１出力ラインが第６スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第７スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されている。
【００１２】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されている。
【００１３】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電される。
【００１４】
この高出力発電機は，特に，前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことに特徴を有している。
【００１５】
この高出力発電機は，例えば，前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うものである。また，この高出力発電機は，例えば，前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うものである。また，この高出力発電機は，例えば，前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うものである。従って，この高出力発電機は，前記ロータの回転速度に応答して，前記第１〜第１０スイッチのオン・オフ制御することによって，予め決められた所定の電圧を確保するため，最適の出力を発電させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
この高出力発電機は，上記のように構成されているので，三相巻線の巻き数を低減して２つの三相巻線から構成し，三相間にそれぞれコンデンサを配置して該コンデンサに電流を蓄え，その電流によって発電電力をアップさせることができる。この高出力発電機は，例えば，上記段落１５では３つの状態の出力を確保する結線を例示したが，その他の結線の制御を行うことも可能であり，ロータの回転速度に応答して第１〜第１０スイッチのオン・オフ制御を行うことによって，予め決められた所定の電圧を確保するため，最適の出力を発電させることができる。
一般的に，永久磁石をロータとする永久磁石式発電機では，特に回転数の小さい領域では発電電圧が小さく，発電電力も小さいものである。
発電機の起電力Ｅ０は，次式で示される。
Ｅ０＝４．４４・Φ・ｆ・Ｗｓ ・・・・・・・（１）
Ｅ＝Ｅ0 −Ｉ・〔Ｒ2 ＋（２π・ｆ・Ｌ）2 〕1 / 2 ・・・・・・・（２）
但し，Ｅ0 ：起電電圧，Φ：磁力，ｆ：周波数（回転数），Ｗｓ：巻線の巻き数，
Ｅ：作動電圧，Ｉ：電流，Ｌ：巻線インダクタンス
起電力Ｅ０は，巻線の巻き数，磁力及び周波数が大きくならないと，大きくならず，特に，低回転速度（低回転数）では起電力が大きくならないので，出力も大きくならない。巻線の巻き数を大きくすると，上記（２）に示すように，巻線のインダクタンスが大きくなり，発電電流が大きくならない。
【００１７】
この高出力発電機は，低速での電圧を大きくし，発電電力を大きくするためには巻線の巻き数を余り大きくせず，言い換えれば，インダクタンスを小さくした巻線を２個重ね合わせることが効果的であることに着眼し，各極，各相の巻線を２分割し，その相を１〜２スロット分ずらしてステータの櫛部に巻き込み，それぞれの相間にコンデンサを挟み込み，それぞれに出力電流を３相整流し，整流出力を並列，又は直列に重ね合わせることにより，発電電圧，発電電力を１．５倍以上に上昇させることができた。即ち，この高出力発電機は，巻線をスロットを１列又は２列ずらして巻き込み，並列に接続した場合，２つの巻線は相互に干渉を起し，巻線に環電流が流れ，発熱，出力ロスが発生するので，それをカバーするため，２つの巻線間にコンデンサをそれぞれ挟み込み，巻線を３相整流し，これらの出力を重ね合わせると，干渉がなく，積層効果によって電圧が上昇し，出力が上昇するようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下，図面を参照して，この発明による高出力発電機の一実施例を説明する。この高出力発電機は，例えば，自動車等の負荷が大幅に変動する移動体に搭載されたエンジンからの動力で発電する発電機に適用して好ましいものである。
【００１９】
この高出力発電機は，永久磁石式発電機に関し，永久磁石式発電機では，電圧（Ｖ）と電流（Ａ）との相関は，概略的には図３に示すようになっており，ロータ３の回転数が大きいと発生する電圧が大きくなり，また，無負荷電圧状態が電流の上昇によって逆起電力の作用により，電圧が徐々に降下し，垂下する。ロータ３の回転数が大きければ，無負荷電圧が上昇するが，垂下電流は変わらない。永久磁石式発電機では，低速で出力を大きくするためには，無負荷電圧を大きくする必要があるが，巻線１４（総称）の巻き数を大きくすると垂下電流が小さくなり，巻線１４の巻き数を小さくすると垂下電流は大きくなるが，電圧は大きくならない。そこで，電力（Ｉ×Ｅ）を増やすため，電流Ｉを大きくしなければならないが，そのためには上記式（２）のＬ（巻線インダクタンス）を小さくしなければならない。この発明による高出力発電機は，Ｌ（巻線インダクタンス）を小さくするため，巻線１４を第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とに二分割し，それぞれの巻線数を小さく構成し，更に，各相間にコンデンサ３０を介在させて電流を一旦溜めるように構成したものである。
【００２０】
この高出力発電機は，上記の現象を実現するため，図１及び図２に示すように，三相巻線の巻線１４の巻き数を小さくして独立した三相巻線の第１巻線１８と第２巻線１９とに分割し，第１巻線１８と第２巻線１９とを重ね合わせることにより，電圧を大きくし，出力を大きくするものであり，そのために第１巻線１８と第２巻線１９とをステータ４の櫛部１０間の１又は２スロット１１分ずらして櫛部１０に巻き上げて出力が干渉することなく重ね合わせた構造に構成されている。即ち，この高出力発電機は，図示のように，低速時の電圧上昇効果と出力向上効果を得るため，第２巻線１９を第１巻線１８に対して１又は２個のスロット１１分ずらしてステータ４の櫛部１０に巻き上げている。図２では，第１巻線１８と第２巻線１９とは，スロット１つ分ずれて櫛部１０に巻き上げられているタイプが示されている。この高出力発電機は，特に，第１巻線１８と第２巻線１８との全巻端部からの出力ライン１７，３７及び中間部２８，３５からの中間出力ライン３８，４２からのＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサ３０をそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴としている。
【００２１】
この高出力発電機は，具体的には，第１巻線１８と第２巻線１９のＵ相，Ｖ相及びＷ相の出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）間，出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）間，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）間，及び中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）間に，コンデンサ３０をそれぞれ挟み込むことにより，極が移動する時に発生する逆起電電流がコンデンサ３０に一旦蓄えられ，Ｎ極がＳ極に変化し，電流の流れが徐々に逆転する時，その変換電流を放出し，電力を増加させ，出力を向上させる。従来の回路（図示せず）のように，３相間にコンデンサがない場合には，Ｎ極からＳ極への変換時にＳ極波形にＮ極の変換時に発生する大きな逆流電流が流れるので，波形が凹形になり，３相に重ね合わせた時，電圧上昇降下が少なくなる。
【００２２】
また，この高出力発電機は，第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）及び第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）の出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）には，スイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）（第１スイッチ），及びスイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）（第２スイッチ）がそれぞれ設けられている。更に，この高出力発電機は，それぞれの３相の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の全出力端１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）から延びる出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ），及び３相の第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）から延びる出力ライン３７（３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ）は，三相全波整流回路におけるツェナダイオードである三相整流器２３（第１整流器），三相整流器２９（第２整流器）にそれぞれ結線されており，整流電力が直流又は並列に接続され，三相整流器２３，２９を通じて負荷１２に接続されている。
【００２３】
この高出力発電機には，第１巻線１８は中間部２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）に中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）が接続され，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられており，また，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）にはスイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）（第３スイッチ）がそれぞれ設けられ，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）はツェナダイオードである三相整流器４４（第３整流器）を通じて負荷１２に接続されている。また，この高出力発電機には，第２巻線１９は中間部３５（３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗ）に中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）が接続され，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられており，また，中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４１Ｗ）にはスイッチ４３（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）（第４スイッチ）がそれぞれ設けられ，中間出力ライン４２（４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ）はツェナダイオードである三相整流器４５（第４整流器）を通じて負荷１２に接続されている。
【００２４】
この高出力発電機は，例えば，図５と図６に示すように，回転子のロータ３と固定子のステータ４とを収容すると共に磁路の一部を構成するハウジング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，回転軸２に固定されている永久磁石部材５を持つロータ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に絶縁軸受（図示せず）を介して回転可能に取り付けられた磁束制御リング７から成る磁束制御機構，及び磁束制御リング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又はモータ等のアクチュエータ２５から構成されている。ロータ３の一端には，押さえ板の端板３４を介して回転軸２にねじ等で固定されたストッパが位置し，他端には同様に押さえ板の端板３４を介して回転軸２にナット３３が螺入され，ナット３３を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る。また，回転軸２は，例えば，一端側に配置された軸受１３と他端側に配置された軸受１３とによって，ハウジング１に回転自在に支持されている。
【００２５】
この高出力発電機では，ステータ４は，ハウジング１に固定され，櫛部１０間にコイル即ち巻線１４（総称）を巻き上げるスロット１１を形成する櫛部１０を備えている。ロータ３は，ハウジング１に回転可能に支持された回転軸２に固定され且つ周方向に隔置して配置された複数の永久磁石片２０を持つ永久磁石部材５を備えている。磁束制御リング７は，ステータ４とロータ３との間の隙間２２に配置され，ステータ４に対して相対回転して磁束を制御する。ハウジング１は，例えば，両側の一対の本体とこれらを連結する連結ボルト３１から成る。また，磁束制御リング７は，例えば，絶縁材から成る絶縁軸受（図示せず）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に支持されている。ステータ４は，ステータコア１５とステータコア１５に巻き上げられた巻線１４とから構成されている。ステータコア１５は，例えば，櫛歯状に周方向に隔置状態で位置する櫛部１０と櫛部１０間に形成されたスロット１１から形成されている。この高出力発電機では，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の３相電流を通電できる複数の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成されている。
【００２６】
磁束制御リング７は，周方向に隔置して配置され且つステータ４の櫛部１０と相対する突起した歯部８の角部にチャンファ部（図示せず）が設けられている。また，この高出力発電機は，ステータ４における先端部のチャンファ部（図示せず）と磁束制御リング７の歯部８のチャンファ部との間の空隙，ステータ４の先端部と歯部８の底部との間の空隙，及び磁束制御リング７の歯部８の先端とステータ４のスロット１１との間の空隙は，磁路空隙を形成するものである。この高出力発電機は，回転軸２の回転速度に応答して磁束制御リング７を移動させてステータ４との磁路空隙を増減させてステータ４を通る磁束を制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電させる機能を有している。また，ロータ３は，例えば，回転軸２の外周に配置された継鉄６，継鉄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一種の保持パイプである補強部材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２０と，隣接する永久磁石片２０間に介在された非磁性材２１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，１２個の円弧状の永久磁石片２０を備え，永久磁石片２０は周方向に約３０°にわたって延びている。永久磁石部材５を構成する永久磁石片２０は，周方向に隣接する永久磁石片２０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。
【００２７】
この高出力発電機は，上記のように構成されており，永久磁石片２０の作用によって磁力を小さくすることができないので，高速時にロータ３とステータ４との隙間２２を磁束制御リング７の作動により増減することにより磁束を制御する機能を持っており，発電電圧を抑制することを図っている。ところで，磁束制御装置による磁束制御量は，５０〜６０％であるので，例えば，１０００ｒｐｍで所定の出力が出力されるようにセットされると，２０００ｒｐｍまでは負荷変動，回転変動があっても自由自在に出力を得ることができる。しかしながら，この高出力発電機は，回転数が小さい領域の極低速では，発電電圧が小さく，発電電力も小さい。起電力Ｅ０は，巻線数，磁力，周波数が大きくないと大きくならず，特に，低回転速度では起電力が大きくならないので出力も大きくならない。そこで，起電力Ｅ０をアップするため，巻線数を大きくすると，巻線１４のインダクタンスが大きくなり，発電電流が大きくならない。
【００２８】
この高出力発電機は，特に，低速での電圧を大きくし，発電出力を大きくするために，巻線１４の巻線数を余り大きくせず，そのため，巻線１４を第１巻線１８と第２巻線１９とに分割し，それぞれのインダクタンスを小さく構成し，これらの第１巻線１８と第２巻線１９とを重ね合わせることによって，巻線１４のインダクタンスを上げずに発電出力をおおきくすることを特徴としている。この高出力発電機は，具体的には，ステータ４の櫛部１０に巻き上げられた巻線１４は，例えば，Ｕ，Ｖ及びＷ相の３相電流を通電できる複数の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）と第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）とから構成され，それぞれの相Ｕ，Ｖ，Ｗの巻線間，即ち，１８Ｕと１８Ｖとの間，１８Ｕと１８Ｗとの間，１８Ｖと１８Ｗとの間，１９Ｕと１９Ｖとの間，１９Ｕと１９Ｗとの間，１９Ｖと１９Ｗとの間にコンデンサ３０がそれぞれ配設されていることを特徴としている。第１巻線１８と第２巻線１９は，それぞれを独立した２個の巻線１４から三相巻線に構成され，第２巻線１９を第１巻線１８に対して櫛部１０間の１個又は２個のスロット１１分ずらして櫛部１０に巻き込まれている。
【００２９】
また，この高出力発電機は，三相巻線の第１巻線１８（１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ）の全出力端１７（１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ）から負荷１２への延びる出力ライン３６（３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ）にはスイッチ２６（２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ）がそれぞれ設けられ，また，三相巻線の第２巻線１９（１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ）の出力ライン２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）にはスイッチ２４（２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ）がそれぞれ設けられている。第１巻線１８は三相整流器２３を通じて負荷１２に接続され，次いで，第２巻線１９は三相整流器２９を通じて負荷１２に接続されている。また，三相整流器２３の出力側には，スイッチ（第７スイッチ）４０が設けられ，また，三相整流器２９の出力側には，スイッチ（第６スイッチ）４１が設けられている。三相整流器２３と三相整流器２９との間にはスイッチ（第５スイッチ）３９が設けられている。更に，巻線１４のうち第１巻線１８は，中間部２８（２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ）に出力端が設けられて中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）が延びており，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の相間にはコンデンサ３０がそれぞれ設けられ，中間出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）にはスイッチ２７（２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ）がそれぞれ設けられ，出力ライン３８（３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ）には並列に結線された三相整流器４４，４５を通じて負荷１２に接続されている。三相整流器４５には，スイッチ４３（４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ）（第４スイッチ）が設けられている。
【００３０】
この高出力発電機は，上記の構成されており，図４に示すように，コントローラは，例えば，ロータ３の回転速度に応答して各スイッチを切り換え制御し，予め決められた所定の一定電圧を発電する。この例示は，代表的なものを示しており，その他のスイッチの切換え制御を行うことができることは勿論である。
（１）ロータ３が極低速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６及びスイッチ３９がオンし，スイッチ２７，スイッチ４０，スイッチ４１，スイッチ４３及びスイッチ４６〜４８がオフし，第１巻線１８及び第２巻線１９が付勢し，整流器２３と整流器２９が直列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が極低速の場合には，整流器２３と整流器２９が直列に結線されて第１巻線１８と第２巻線１９とが直列に結線され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
（２）ロータ３が低中速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６，スイッチ４０，及びスイッチ４１がオンし，スイッチ２７，スイッチ３９，スイッチ４３，及びスイッチ４６〜４８がオフし，第１巻線１８及び第２巻線１９が付勢し，整流器２３と整流器２９が並列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が低中速の場合には，整流器２３と整流器２９が並列に結線されて第１巻線１８と第２巻線１９とが並列に結線され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
（３）ロータ３が高速の場合には，スイッチ２４，スイッチ２６，スイッチ３９，及びスイッチ４７がオフし，スイッチ２７，スイッチ４０，スイッチ４１，スイッチ４３，スイッチ４６及びスイッチ４８がオンし，第１巻線１８の中間部２８（第１中間部）と第２巻線１９の中間部３５（第１中間部）から出力され，整流器２４と整流器４５が並列に結線される。従って，この高出力発電機は，ロータ３が高速の場合には，整流器４４と整流器４５が並列に結線され，第１巻線１８と第２巻線１９との全出力ライン３６，３７は働かず，出力は第１巻線１８の中間部２８と第２巻線１９の中間部３５からの中間出力ライン３８，４２を通じて並列に結線された整流器４４と整流器４５で整流され，しかも各相間に配設されたコンデンサ３０の機能，即ち，コンデンサ３０に電流を溜め，溜められた電流は次の電流流れに加算され，その分の電圧がアップされ，発電電力がアップされ，予め決められた所定の一定電圧が発電されて負荷１２に出力する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明による高出力発電機は，例えば，負荷が大幅に変動し，特に，ロータの回転が極低速になるような自動車等に搭載された永久磁石式発電機に適用して好ましいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明による高出力発電機の一実施例を示す回路図である。
【図２】図１の回路におけるステータへの巻線の巻き構造を示す説明図である。
【図３】永久磁石式発電機における電圧と電流との相関を示すグラフである。
【図４】この高出力発電機における負荷に対するスイッチのオン・オフを示す説明図である。
【図５】この高出力発電機の一実施例を示す断面図である。
【図６】図５の高出力発電機におけるＡ−Ａ断面をハウジングを除いた状態で示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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
１０ 櫛部
１１ スロット
１２ 負荷
１４ 巻線（総称）
１７，１７Ｕ，１７Ｖ，１７Ｗ 全出力端
１８，１８Ｕ，１８Ｖ，１８Ｗ 第１巻線
１９，１９Ｕ，１９Ｖ，１９Ｗ 第２巻線
２０ 永久磁石片
２３ 整流器（第１整流器）
２４，２４Ｕ，２４Ｖ，２４Ｗ スイッチ（第２スイッチ）
２６，２６Ｕ，２６Ｖ，２６Ｗ スイッチ（第１スイッチ）
２７，２７Ｕ，２７Ｖ，２７Ｗ スイッチ（第３スイッチ）
２８，２８Ｕ，２８Ｖ，２８Ｗ 中間部（第１中間部）
２９ 整流器（第２整流器）
３０ コンデンサ
３５，３５Ｕ，３５Ｖ，３５Ｗ 中間部（第２中間部）
３６，３６Ｕ，３６Ｖ，３６Ｗ 出力ライン（第１巻線）
３７，３７Ｕ，３７Ｖ，３７Ｗ 出力ライン（第２巻線）
３８，３８Ｕ，３８Ｖ，３８Ｗ 中間出力ライン（第１中間出力ライン）
３９ スイッチ（第５スイッチ）
４０ スイッチ（第６スイッチ）
４１ スイッチ（第７スイッチ）
４２，４２Ｕ，４２Ｖ，４２Ｗ 中間出力ライン（第２中間出力ライン）
４３，４３Ｕ，４３Ｖ，４３Ｗ スイッチ（第４スイッチ）
４４ 整流器（第３整流器）
４５ 整流器（第４整流器）
４６ スイッチ（第１０スイッチ）
４７ スイッチ（第８スイッチ）
４８ スイッチ（第９スイッチ）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機。
【請求項２】
前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高出力発電機。
【請求項３】
前記整流器は，前記第１出力ラインが第６スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第７スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高出力発電機。
【請求項４】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の高出力発電機。
【請求項５】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴とする請求項４に記載の高出力発電機。
【請求項６】
前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の高出力発電機。
【請求項７】
前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項８】
前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項９】
前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機。
【請求項２】
前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高出力発電機。
【請求項３】
前記整流器は，前記第１出力ラインが第７スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第６スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高出力発電機。
【請求項４】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の高出力発電機。
【請求項５】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴とする請求項４に記載の高出力発電機。
【請求項６】
前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の高出力発電機。
【請求項７】
前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項８】
前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項９】
前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機。
【請求項２】
前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高出力発電機。
【請求項３】
前記整流器は，前記第１出力ラインが第６スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第７スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高出力発電機。
【請求項４】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の高出力発電機。
【請求項５】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴とする請求項４に記載の高出力発電機。
【請求項６】
前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の高出力発電機。
【請求項７】
前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項８】
前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項９】
前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに回転可能に支持された回転軸，前記回転軸に固定され且つ周方向に隔置した永久磁石片を持つ永久磁石部材を備えたロータ，及び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間に巻き込まれた巻線を備えたステータを有する永久磁石式発電機において，
前記巻線はＵ相，Ｖ相及びＷ相の三相であるそれぞれ独立した第１巻線と第２巻線から構成され，前記第１巻線と前記第２巻線とは前記櫛部間の１又は２スロット分ずらして前記櫛部に巻き上げられ，
前記第１巻線と前記第２巻線との全巻端部及び中間部からの前記Ｕ相，Ｖ相及びＷ相の出力を三相全波整流回路に接続すると共に各相間にコンデンサをそれぞれ挿入した回路を，並列又は直列にそれぞれ接続するスイッチング動作を出力に合わせて切換え制御することを特徴とする高出力発電機。
【請求項２】
前記第１巻線の前記三相のそれぞれの第１出力ラインには第１スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１出力ライン間には第１コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の前記三相のそれぞれの第２出力ラインには第２スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２出力ライン間には第２コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第１中間出力ラインには第３スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第１中間出力ライン間には第３コンデンサがそれぞれ配置され，前記第２巻線の中間部に設けられた前記三相のそれぞれの第２中間出力ラインには第４スイッチがそれぞれ設けられ且つ前記第２中間出力ライン間には第４コンデンサがそれぞれ配置され，前記第１と第２出力ライン及び前記第１と第２中間出力ラインは，前記三相全波整流回路における整流器を介して負荷にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項１に記載の高出力発電機。
【請求項３】
前記整流器は，前記第１出力ラインが第７スイッチを介して接続された第１整流器，前記第２出力ラインが第６スイッチを介して接続された第２整流器，前記第１中間出力ラインが第９スイッチを介して接続された第３整流器，前記第２中間出力ラインが第１０スイッチを介して接続された第４整流器，前記第１整流器と前記第２整流器とを第５スイッチを介して接続され，前記第３整流器と前記第４整流器とを第８スイッチを介して接続されていることを特徴とする請求項２に記載の高出力発電機。
【請求項４】
前記第１と前記第２整流器の出力端子及び前記第３と前記第４整流器の出力端子は，第１整流器と第２整流器との出力及び第３整流器と第４整流器との出力が直列又は並列になるように前記第５〜第１０スイッチを介して前記負荷に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の高出力発電機。
【請求項５】
前記第１〜第１０スイッチは，前記ロータの回転速度に応答してオン・オフ制御され，予め決められた所定の一定電圧が発電されることを特徴とする請求項４に記載の高出力発電機。
【請求項６】
前記ロータの極低速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを直列に接続し，前記ロータの低中速に応答して前記第１出力ラインと前記第２出力ラインとを並列に接続し，前記ロータの高速に応答して前記第１巻線の前記第１中間出力ラインと前記第２巻線の前記第２中間出力ラインとを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項５に記載の高出力発電機。
【請求項７】
前記ロータの極低速に応答して前記第１，第２及び第５スイッチがオンして前記第３，第４，第６及び第７スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを直列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項８】
前記ロータの低中速に応答して前記第１，第２，第６及び第７スイッチがオンして前記第３，第４及び第５スイッチがオフし，前記第１巻線と前記第２巻線を付勢して前記第１整流器と前記第２整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【請求項９】
前記ロータの高速に応答して前記第１，第２，第５及び第８スイッチをオフして前記第３，第４，第６，第７，第９及び第１０スイッチがオンし，前記第２巻線の前記第１と第２中間出力ラインを付勢して前記第１整流器と前記第２整流器及び前記第３整流器と前記第４整流器とを並列に接続する制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の高出力発電機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００６−３４５５９２（Ｐ２００６−３４５５９２Ａ）
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６６４６１（Ｐ２００５−１６６４６１）
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（５９９０１４５１８）フジセラテック株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１２月２１日（２００６．１２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年６月７日（２００５．６．７）
【出願人】（５９９０１４５１８）フジセラテック株式会社 (12)
【Ｆターム（参考）】
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