JPH08251894A - 電圧制御機構を備えた交流発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロータに永久磁石が用いられた発電機におい
て、そのロータの回転数の変化に起因する起電力の変化
を好適に抑制し得、しかも耐久性があり、軸方向寸法を
小さくし得る発電機を提供する。 【構成】 ロータ１０がアウタロータとされて内周側に
永久磁石３６が備えられているため、その回転数が増加
するに従って、永久磁石３６に作用する遠心力が増大す
るが、永久磁石３６は嵌合溝４４内において弾性部材４
８により内周側へ付勢されているため、遠心力が増大す
ると弾性部材４８の付勢力に抗してステータヨーク１４
の幅広部２２の外周面から離隔させられる。発電機の起
電力Ｅは、ロータ１０の回転数が増加するに従って増大
させられるが、その回転数の増加に伴って増大する遠心
力の作用により永久磁石３６がステータヨーク１４から
離隔させられるため、両者間の磁束密度Ｂが小さくされ
てその間の空隙を径方向に貫通する磁束φが少なくさ
れ、ロータ１０の回転数の増加に伴う起電力Ｅの変化を
抑制することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車等の発電に用い
られる交流発電機に関し、特に、界磁ロータの回転数の
変化に起因する起電力の変化を抑制する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車や二輪車等には、多数の電装部品
により電力が消費されるため、エンジンの回転を利用し
てその電装部品に電力を供給すると共に蓄電池を充電す
るためにオルタネータ等の交流発電機が備えられてい
る。例えばこのオルタネータでは、界磁極を有する界磁
ロータと３相巻線型の誘導電機子巻線を有する固定電機
子（ステータ）とが径方向に所定の空隙を隔てて同軸的
に配置されて、それら界磁ロータと電機子との相対回転
に基づいて電機子巻線を通過する磁束が変化させられる
ことにより起電力を得るものである。

【０００３】ところで、自動車等のエンジンの回転数は
アイドリング時等の低負荷時と高速走行時とで大きく異
なるが、上記オルタネータ等の交流発電機の誘導起電力
は、界磁ロータの回転速度と、界磁極と固定電機子との
間の空隙を径方向に貫通する磁束とによって決定され
る。ところが、磁束は界磁極の起磁力と上記空隙（例え
ばその大きさや透磁率等）とによって定められるもので
あるため、界磁ロータの起磁力および空隙が一定であれ
ば磁束が一定となって、エンジンの回転数（すなわち界
磁ロータの回転速度）が増加するに従って、誘導起電力
が増大させられることとなる。そのため、低速回転時に
も十分な起電力を得るようにすると、高速回転時の起電
力が過大となり得るのである。

【０００４】

【発明が解決すべき課題】そこで、従来では、界磁ロー
タの界磁巻線に与えられる電流値をエンジンの回転数に
逆比例するように変化させるボルテージレギュレータが
備えられ、界磁ロータの起磁力を変化させて起電力が一
定範囲内に保たれるように制御されている。誘導起電力
Ｅは、電機子の巻線数をＮ，時間をｔとしたとき下記
(1)式で表されるため、起磁力および空隙が一定の場合
には、磁束φの時間変化である「ｄφ／ｄｔ」がエンジ
ンの回転数が増加するに従って増大させられて、前記の
ように起電力Ｅが増大させられることとなる。したがっ
て、上記のように、エンジンの回転数が増大するに従っ
て起磁力を小さくすれば、「ｄφ／ｄｔ」の変化を抑制
して、起電力Ｅを高速回転時に過大とならない範囲に制
御することが可能となるのである。 Ｅ＝Ｎ（ｄφ／ｄｔ） ・・・ (1)

【０００５】しかしながら、界磁ロータに界磁巻線を用
いる場合には、回転体である界磁ロータに励磁電流を供
給するためのスリップリングやブラシが必要となるの
で、それらの摩耗により耐久性に限界が生じると共に、
軸心方向寸法が大きくなって十分に小型化することがで
きないという問題がある。

【０００６】本発明は、以上の事情を背景として為され
たものであり、その目的とするところは、界磁ロータに
永久磁石が用いられた交流発電機において、その界磁ロ
ータの回転数の変化に起因する起電力の変化を好適に抑
制し得、しかも耐久性があり、軸心方向寸法を小さくし
得る交流発電機を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成するた
め、本発明の要旨とするところは、複数の永久磁石を有
し、円筒状の外周面または内周面に複数の界磁極が周方
向に配列されてその円筒の軸心回りに回転可能に設けら
れた界磁ロータと、その界磁ロータの界磁極と径方向に
所定の空隙を隔てたヨークと、そのヨークに巻回された
電機子巻線とを備えてその軸心回りに回動不能に設けら
れた固定電機子とを備えた交流発電機であって、(a) 前
記界磁ロータの回転数が増加するに従って前記界磁極と
ヨークとの間に形成される空隙を変化させることによ
り、その空隙を径方向に貫通する磁束が少なくなるよう
に調節する磁束制御装置が設けられていることにある。

【０００８】

【作用】このようにすれば、交流発電機には、界磁ロー
タの回転数が増加するに従って界磁極とヨークとの間に
形成される空隙を変化させることにより、その空隙を径
方向に貫通する磁束が少なくなるように調節する磁束制
御装置が設けられる。そのため、エンジンの回転数すな
わち界磁ロータの回転数が増加した場合には、磁束制御
装置により界磁極とヨークとの間の空隙が変化させら
れ、その増大した回転数に応じて固定電機子の電機子巻
線を通過する磁束が少なくされることにより起電力の変
化が抑制される。すなわち、前述のように、空隙を径方
向に貫通する磁束は起磁力と空隙とによって定められる
ものであることから、その空隙を変化させることによっ
ても界磁ロータの回転数の増大に応じて磁束を少なくす
ることができるのである。

【０００９】

【発明の効果】上記により、従来の交流発電機のように
界磁ロータの界磁巻線に与えられる電流値を変化させて
起磁力を変化させる制御を行う必要がないため、界磁ロ
ータに永久磁石が用いられ得てその軸心方向寸法が小さ
くされると共に、スリップリングやブラシを必要としな
いことから耐久性が高く、エンジンの回転数の増加に伴
う起電力の変化を抑制できる交流発電機が得られる。

【００１０】ここで、好適には、前記界磁ロータの界磁
極は、その界磁ロータの内周面に備えられ、前記固定電
機子は、その界磁極の外周側に備えられており、(b) 前
記磁束制御装置は、その界磁ロータの径方向に移動可能
に設けられた界磁極をその界磁ロータの内周面から軸心
側に付勢する弾性部材を備え、その界磁ロータの回転数
が増加するに従って増大する遠心力によって、その界磁
極がその弾性部材の付勢力に抗して前記固定電機子のヨ
ークの外周面から離隔させられて、磁束密度を小さくす
るものである。

【００１１】このようにすれば、交流発電機は界磁ロー
タが固定電機子の外周側に備えられた所謂アウタロータ
型に構成され、その界磁ロータの内周側に周方向に配列
された複数の界磁極が、その界磁ロータの内周面との間
に備えられた弾性部材によりその内周面から軸心側に付
勢された状態で備えられる。そのため、界磁ロータの回
転数が増加するに従って界磁極に与えられる遠心力が増
大すると、複数の界磁極はその増大した遠心力と弾性部
材の付勢力とが釣り合うように外周側に移動させられ、
界磁極と固定電機子のヨークとの間隔が広がって磁束密
度が小さくなる。磁束φは、磁束密度をＢ，磁極面積を
Ｓとしたとき、下記 (2)式で表されることから、磁束密
度Ｂが小さくなれば界磁極とヨークとの間に形成される
空隙を径方向に貫通する磁束φが少なくなり、起電力の
変化を抑制できることとなる。 φ＝Ｂ×Ｓ ・・・ (2)

【００１２】なお、更に好適には、上記弾性部材として
は、界磁極がヨークの外周面から離隔されるに従って付
勢力が大きくされる非線形の弾性定数を有するものが用
いられる。このようにすれば、上記遠心力が角速度すな
わち回転数の２乗に比例して大きくなることに起因して
界磁極がヨークの外周面から必要以上に離隔させられる
ことが、弾性部材から与えられる付勢力が大きくなるこ
とによって抑制されて、磁束φに比例する起電力Ｅの必
要以上の低下が好適に抑制される。

【００１３】また、好適には、前記磁束制御装置は、
(d) 前記界磁ロータと前記固定電機子とをその軸心方向
に相対移動させる軸心方向相対移動装置と、(e) 起電力
を検出すると共にその起電力に基づいてそれら界磁ロー
タと固定電機子との軸心方向の相対移動量を決定してそ
の相対移動量を示す移動量信号を発生し、その移動量信
号に基づいて前記相対移動装置を制御する軸心方向相対
位置制御装置とを含み、その界磁ロータの回転数が増加
するに従ってそれら界磁ロータと固定電機子とをその軸
心方向に相対移動させることにより、その界磁ロータの
界磁極とその固定電機子のヨークとの対向面積を減少さ
せるものである。

【００１４】このようにすれば、磁束制御装置は、界磁
ロータと固定電機子とをその軸心方向に相対移動させる
軸心方向相対移動装置と、起電力を検出してその起電力
に基づいて上記相対移動量を決定して移動量信号を発生
させ、その移動量信号に基づいて軸心方向相対移動装置
を制御する軸心方向相対位置制御装置とを含んで構成さ
れる。そのため、界磁ロータの回転数が増加するに従っ
て起電力が増大させられると、界磁ロータの界磁極と固
定電機子のヨークとの対向面積すなわち実質的な磁極面
積Ｓがその増大量に応じて減少させられるように、それ
ら界磁ロータおよび固定電機子が軸心方向に相対移動さ
せられ、界磁極とヨークとの間に形成される空隙を径方
向に貫通する磁束φが少なくされて、起電力の増加が抑
制される。

【００１５】また、好適には、前記磁束制御装置は、
(f) 前記界磁ロータと前記固定電機子との間の空隙に挿
入可能に設けられた磁気シールド部材と、(g) それら界
磁ロータおよび固定電機子と磁気シールド部材とを前記
軸心方向に相対移動させる相対移動装置と、(h) 起電力
を検出すると共にその起電力に基づいてそれら界磁ロー
タおよび固定電機子と磁気シールド部材との軸心方向相
対移動量を決定してその軸心方向相対移動量を示す移動
量信号を発生し、その移動量信号に基づいて前記相対移
動装置を制御する軸心方向相対位置制御装置とを含み、
その界磁ロータの回転数が増加するに従ってその磁気シ
ールド部材によりその界磁ロータの界磁極とその固定電
機子のヨークとの対向面積を減少させるものである。

【００１６】このようにすれば、磁束制御装置は、界磁
ロータと固定電機子との間の空隙に挿入可能に設けられ
た磁気シールド部材と、それら界磁ロータおよび固定電
機子と磁気シールド部材とを界磁ロータの軸心方向に相
対移動させる相対移動装置と、起電力を検出してその起
電力に基づいて上記相対移動量を決定して移動量信号を
発生させ、その移動量信号に基づいて相対移動装置を制
御する軸心方向相対位置制御装置とを含んで構成され
る。そのため、界磁ロータの回転数が増加するに従って
起電力が増大させられると、界磁ロータの界磁極と固定
電機子のヨークとの対向面積がその増大量に応じて減少
させられるように、それら界磁ロータおよび固定電機子
とその磁気シールド部材とが軸心方向に相対移動させら
れる。

【００１７】上記により、磁気シールド部材のシールド
効果が完全である場合には、実質的な磁極面積Ｓが減少
させられて前記 (2)式に従って磁束φが少なくされ、不
完全である場合にはその介挿部分において界磁極とヨー
クとの間の空隙を径方向に貫通する磁束が少なくされ、
何れにしても空隙を径方向に貫通する磁束φが少なくさ
れて、起電力の変化が抑制される。なお、上記軸心方向
相対位置制御装置としては、印加電圧に従って位置変化
するソレノイドや、電流値に従って湾曲するバイメタル
等が好適に用いられる。

【００１８】また、好適には、前記磁束制御装置は、
(i) 前記界磁ロータを軸心方向に移動可能に支持する回
転軸と、(j) その界磁ロータを軸心方向の一方向に付勢
する弾性部材と、 (k)その界磁ロータの一端に設けら
れ、その界磁ロータと一体的に回転させられることによ
り、前記弾性部材の付勢力に抗してその界磁ロータに軸
心方向の他方向に向かう推力を発生させる回転翼とを含
み、その界磁ロータの回転数が増加するに従って前記推
力が増大させられることにより、その界磁ロータの界磁
極と前記固定電機子のヨークとの対向面積が減少させら
れるものである。

【００１９】このようにすれば、磁束制御装置は、界磁
ロータをその軸心方向に移動可能に支持する回転軸と、
その界磁ロータを軸心方向の一方向に付勢する弾性部材
と、その界磁ロータの一端に設けられて一体的に回転さ
せられることにより軸心方向の他方向に向かう推力を発
生させる回転翼とを含んで構成される。そのため、この
回転翼から界磁ロータに与えられる推力はその回転数が
増加するに従って増大して、界磁ロータは弾性部材の付
勢力に抗して軸心方向の他方向に移動させられることと
なり、界磁極と固定電機子との対向面積すなわち実質的
な磁極面積Ｓが減少させられて、界磁極とヨークとの間
に形成される空隙を径方向に貫通する磁束φが少なくさ
れ、起電力の変化が抑制される。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

【００２１】図１および図２は、本発明の一実施例であ
る電圧制御機能を備えた交流発電機の回転軸に垂直な断
面および平行な断面の要部をそれぞれ示す図である。こ
の交流発電機は、例えば自動車等に用いられるオルタネ
ータであり、エンジンの回転に伴って回転させられる図
示しない回転軸に取り付けられて、例えば図の矢印方向
に回転させられるロータ１０と、そのロータ１０の内周
側に回転不能に固定されたステータ１２とを備えた、所
謂アウタロータ型の発電機である。本実施例において
は、ロータ１０が界磁ロータに、ステータ１２が固定電
機子にそれぞれ相当する。

【００２２】上記ステータ１２は、例えば、珪素鋼から
構成されたステータヨーク１４に電機子巻線としてのコ
イル１６が巻回されたものである。ステータヨーク１４
は、略円柱状の基部１８と、その基部１８の外周面から
外周方向に向かって突き出して、周方向に等間隔で８箇
所に設けられた軸心方向略全長に亘る長さの複数の突部
２０とを有した断面星型形状に形成されている。上記複
数の突部２０は、先端部に幅（ステータ１２の周方向寸
法）が比較的大きくされ、且つその先端面の断面形状が
円弧状とされた蒲鉾状の幅広部２２を備えており、基部
１８側の幅が比較的小さくされた部分に上記コイル１６
が巻回されている。ステータ１２は、中央部に軸心方向
に貫通して設けられた貫通穴２４に、図示しない両端部
において支持される円筒状の固定軸２６が嵌め込まれる
ことにより、その固定軸２６回りに回動不能に取り付け
られている。なお、本実施例においては、上記ステータ
ヨーク１４がヨークに相当する。

【００２３】一方、ロータ１０は、例えば炭素鋼や純鉄
のような磁性材料から成る有底円筒状のロータヨーク２
８と、そのロータヨーク２８の円筒部の軸心方向の２位
置において、周方向に等間隔でそれぞれ８箇所に設けら
れた嵌合穴３０に支持部材３２の軸部３４が摺動可能に
嵌め込まれることにより、そのロータヨーク２８の内周
側に取り付けられた８個の永久磁石３６とを備えて、ロ
ータヨーク２８の開放端部に蓋部材３８が図示しないボ
ルト等によって固定されることにより中空円柱状に形成
されている。そして、ロータヨーク２８の底部および蓋
部材３８の中央部に設けられた貫通穴に嵌め着けられた
一対の転がり軸受４０，４０が、上記固定軸２６に嵌め
着けられることにより、ロータ１０とステータ１２とは
同軸的に組み立てられている。

【００２４】上記永久磁石３６は、例えば、Nd-Fe-B 合
金を超急冷した後に粉砕して得た粉体を、磁界をかけな
がら加圧成形するホットフォーム法により作製された異
方性の希土類鉄磁石（ネオジウム鉄磁石）であり、例え
ば、最大エネルギー積（ＢＨ）_MAX ＝30〜40MGOe程度の
特性を有している。この永久磁石３６は、長さ（ロータ
１０の軸心方向長さ）および幅が前記ステータヨーク１
４の幅広部２２と略同様とされて、その幅広部２２側に
対向する一面はその幅広部２２の外周面の形状に倣って
凹状とされていると共に、その一面の磁極が周方向に交
互にＮ極，Ｓ極となるように設けられている。すなわ
ち、本実施例においては、上記永久磁石３６の一面が界
磁極に相当する。

【００２５】また、上記支持部材３２は、例えば炭素鋼
や純鉄のような磁性材料から成るものであり、前記永久
磁石３６と略同様の長手方向（ロータ１０の軸心方向）
長さと、その永久磁石３６よりも大きい幅寸法とを有し
た磁石固着部４２と、その磁石固着部４２の長手方向の
中間部の２位置において、ロータヨーク２８の外周側に
向かって立設された前記軸部３４とを備えている。

【００２６】一方、ロータヨーク２８の内周面には、幅
寸法が上記磁石固着部４２と同様にされ、ロータ１０の
径方向の深さがその磁石固着部４２の厚さよりも十分大
きくされた嵌合溝４４が、その内周面の軸心方向の略全
長に亘って設けられている。その嵌合溝４４の幅方向中
央部には、前記嵌合穴３０が設けられており、上記支持
部材３２すなわち永久磁石３６は、軸部３４がその嵌合
穴３０に嵌め込まれると共に、磁石固着部４２が嵌合溝
４４に嵌め込まれることにより、ロータ１０の径方向に
移動可能に設けられている。なお、上記嵌合溝４４の幅
方向両側の周縁部には、反対側の周縁部に向かって鍔部
４６がそれぞれ形成されており、ロータヨーク２８の内
周側へ抜けることが防止されている。また、上記軸部３
４には、例えばその付勢力が圧縮量の２乗に比例するよ
うな非線形特性を有するつるまきバネや皿バネ等の弾性
部材４８が嵌め着けられており、磁石固着部４２（永久
磁石３６）は、その弾性部材４８により軸心側すなわち
ステータ１２方向へ付勢されている。

【００２７】以上のようなロータ１０およびステータ１
２とを備えた発電機は、例えば、自動車のエンジン等の
回転に伴って回転させられる図示しない回転軸にロータ
１０が接続されて用いられる。ロータ１０が固定軸２６
の軸心回りに回転させられると、ステータ１２のステー
タヨーク１４の幅広部２２に対向する永久磁石３６の極
性が順次反転させられることにより、ステータ１２に設
けられたコイル１６に誘導起電力が発生し、そのコイル
１６からリード５０，５０、図示しない整流回路等を通
して図示しない蓄電池に電力が蓄えられる。

【００２８】この場合において、本実施例によれば、ロ
ータ１０がアウタロータとされて内周側に界磁極すなわ
ち永久磁石３６が備えられているため、エンジンの回転
数（すなわちロータ１０の回転数）が増加するに従っ
て、永久磁石３６に作用する遠心力が増大するが、その
永久磁石３６は嵌合溝４４内において弾性部材４８によ
り軸心側へ付勢されているため、遠心力が増大すると弾
性部材４８の付勢力に抗して外周側、すなわち、ステー
タ１２から離隔する方向に移動させられることとなる。
すなわち、本実施例においては、支持部材３２，嵌合溝
４４，および弾性部材４８により磁束制御装置が構成さ
れている。

【００２９】発電機の起電力Ｅは、ステータ１２のコイ
ル１６の巻線数をＮ，時間をｔとしたとき下記 (1)式
（再掲）で表されることから、磁束φが同様であればそ
の時間変化である「ｄφ／ｄｔ」はロータ１０の回転数
が増加するに従って増大させられるが、このとき、本実
施例においては、ロータ１０の回転数の増加に伴って増
大する遠心力の作用により永久磁石３６がステータヨー
ク１４の幅広部２２の外周面から離隔させられて、両者
間に形成される空隙が大きく変化させられるため、ステ
ータヨーク１４と永久磁石３６との間の磁束密度Ｂが小
さくされる。これにより、Ｓを磁極面積としたとき下記
(2)式（再掲）に従って、上記空隙を径方向に貫通する
磁束が少なくされて、「ｄφ／ｄｔ」の増大に起因して
誘導起電力Ｅが増大することが抑制されることとなる。
したがって、エンジンの回転数の増加に伴う起電力変化
を抑制でき、ロータ１０に永久磁石を用い得ることから
その軸心方向寸法が小さく、スリップリングやブラシを
必要としないことから耐久性が高い交流発電機が得られ
る。 Ｅ＝Ｎ（ｄφ／ｄｔ） ・・・ (1) φ＝Ｂ×Ｓ ・・・ (2)

【００３０】しかも、本実施例においては、弾性部材４
８の特性が非線形とされて圧縮量が大きくなるに従って
付勢力が増大させられることから、遠心力が回転数の２
乗に比例するのに対して、起電力が回転数に比例するこ
とに起因して、その起電力が必要以上に低下することが
抑制される。したがって、一層起電力の変化を小さい範
囲に抑制できる。

【００３１】また、本実施例においては、永久磁石３６
は、最大エネルギー積（ＢＨ）_MAXが比較的高い異方性
のネオジウム鉄磁石から形成されると共に、透磁率の高
い炭素鋼等から成る支持部材３２に固着されて、嵌合穴
３０にその支持部材３２の軸部３４が摺動可能に嵌め込
まれることにより、ロータヨーク２８に取り付けられて
いるため、ロータヨーク２８とステータヨーク１４とを
通って対向する一対の永久磁石３６を結ぶ磁気回路が形
成され、従来のロータ１０の磁極を電磁石で形成した場
合と同様な高い起電力を得ることができる。

【００３２】次に、本発明の他の実施例を説明する。な
お、以下の実施例において、前述の実施例と共通する部
分は同一の符号を付して説明を省略する。

【００３３】図３乃至図５は、ロータ１０がステータ１
２の内周側に備えられたインナロータ型の発電機におい
て、図２に対応する断面の構造を模式的に示す図であ
る。図３の実施例において、ロータ１０は、外周側に界
磁極としての複数個の永久磁石３６を備えて回転軸５２
に取り付けられている。一方、ステータ１２の図示しな
いステータヨークに巻回された複数個のコイル１６は、
図示しない支持部材により回転不能且つ回転軸５２の軸
心方向に平行な方向に移動可能に設けられており、その
軸心方向の一方の端部において、中央部に回転軸５２が
非接触に貫通させられる貫通穴を有する円板状部材５４
が取り付けられている。

【００３４】上記円板状部材５４には、回転軸５２の軸
心方向と平行な方向の突き出し量が可変とされたアクチ
ュエータ５６のロッド５８が取り付けられており、この
アクチュエータ５６が制御装置６０からの移動量信号Ｓ
_m に従ってロッド５８の突き出し量を変化させることに
より、ステータ１２のコイル１６の軸心方向位置が変化
させられる。上記制御装置６０は、コイル１６からの出
力すなわち誘導起電力を検出すると共に、その誘導起電
力に基づいて上記コイル１６の軸心方向の移動量を決定
して、その移動量を表す移動量信号Ｓ_m を発生させるも
のである。

【００３５】本実施例においては、ロータ１０の回転数
が増加すると、前記 (1)式に従って誘導起電力Ｅが増大
するが、制御装置６０がその変化を検出すると、増大量
に応じた移動量信号Ｓ_m を発生させる。そして、アクチ
ュエータ５６がその移動量信号Ｓ_m に従ってロッド５８
を引き込んで突き出し量を小さくすると、コイル１６
（すなわちステータヨーク）が図の右方に移動させられ
る。これにより、永久磁石３６（すなわち界磁極）とコ
イル１６との対向面積すなわち実質的な磁極面積Ｓが小
さくされると、前記 (2)式に従って前述の実施例と同様
に永久磁石３６とコイル１６との間に形成される隙間を
貫通する磁束φが少なくされて、誘導起電力Ｅの変化が
抑制される。なお、上記アクチュエータ５６としては、
印加電圧により位置変化するソレノイドや、流す電流に
より湾曲するバイメタル等が好適に用いられる。

【００３６】すなわち、前述の図１および図２に示す実
施例においては、磁束密度Ｂが変化させられていたが、
上記実施例のように、磁極面積Ｓが変化させられても良
く、結局、磁束密度Ｂ或いは磁極面積Ｓが変化させられ
ることにより、磁束φが変化させられれば、誘導起電力
Ｅの変化を抑制することができるのである。なお、本実
施例においては、永久磁石３６とコイル１６との対向面
積が小さくされることにより、界磁極とステータヨーク
との間の空隙はその容積が小さくなるように変化させら
れている。また、本実施例においては、コイル１６，円
板状部材５４，アクチュエータ５６，およびロッド５８
により軸心方向相対移動装置が構成され、制御装置６０
が軸心方向相対位置制御装置に相当し、これらアクチュ
エータ５６等から成る軸心方向相対移動装置および制御
装置６０により磁束制御装置が構成されている。

【００３７】図４に示される実施例においては、ステー
タ１２のコイル１６が回転軸５２の軸心方向にも移動不
能に固定されており、そのコイル１６と永久磁石３６と
の間に例えばパーマロイ等から成る有底円筒状の磁気シ
ールド部材６２が備えられている。この磁気シールド部
材６２は、底部に回転軸５２が非接触で貫通させられる
貫通穴が設けられると共に、その底部に前記アクチュエ
ータ５６のロッド５８が取り付けられており、前記図３
に示す実施例と同様に、制御装置６０からの移動量信号
Ｓ_m を受けたアクチュエータ５６の作動により、回転軸
５２の軸心方向と平行な方向に移動させられる。

【００３８】本実施例においては、ロータ１０の回転数
が増加して誘導起電力Ｅが増大させられ、制御装置６０
によりその増大量に応じた移動量信号Ｓ_m がアクチュエ
ータ５６に送られると、アクチュエータ５６は、ロッド
５８の突き出し量を大きくすることにより、磁気シール
ド部材６２による遮蔽面積を増加させる。この磁気シー
ルド部材６２が、コイル１６および永久磁石３６間に介
挿された状態においては、両者の対向面積が小さくされ
るため、永久磁石３６（すなわち界磁極）とコイル（す
なわちステータヨーク）との間の空隙を径方向に貫通す
る磁束φが少なくされ、回転数増大に伴う誘導起電力Ｅ
の変化が抑制されることとなる。

【００３９】すなわち、磁気シールド部材６２の遮蔽効
果が十分高い場合には、有効な磁極面積Ｓ（すなわち、
実質的な対向面積）が減少させられて前記 (2)式に従っ
て磁束φが少なくされ、遮蔽効果が比較的低い場合に
は、その介挿部分において上記空隙を径方向に貫通する
磁束φが少なくされ、何れにしても空隙を径方向に貫通
する磁束φが少なくされて、起電力変化が抑制されるの
である。なお、本実施例においては、ロッド５８および
アクチュエータ５６から相対移動装置が構成され、制御
装置６０が軸心方向相対位置制御装置に相当する。

【００４０】図５に示す実施例においては、ロータ１０
は、回転軸５２と相対回転不能且つ軸心方向に移動可能
に取り付けられており、その軸心方向の一方の端部に回
転翼６４が備えられていると共に、その一方の端部とス
テータ１２の底面６６との間には、つるまきバネ等の弾
性部材６８が備えられている。この弾性部材６８は、ロ
ータ１０を底面６６から離隔する一方向に常時付勢する
ものである。また、上記回転翼６４は、ロータ１０に伴
って回転させられることにより、弾性部材６８の付勢方
向とは反対方向の推力すなわち、ロータ１０を底面６６
に接近させる推力を発生させるものであり、その推力
は、ロータ１０の回転数が増加するに従って増大させら
れる。

【００４１】本実施例においては、ロータ１０の回転数
が増加すると、上記のように回転翼６４の推力が増大さ
せられるため、ロータ１０は、弾性部材６８の付勢力に
抗して底面６６に接近する方向に移動させられる。すな
わち、回転翼６４から与えられる推力と、弾性部材６８
から与えられる付勢力とが釣り合う位置に移動させられ
る。これにより、永久磁石３６（すなわち界磁極）とコ
イル１６（すなわちステータヨーク）との対向面積すな
わち実質的な磁極面積Ｓが小さくされて、前記(2)式に
従ってそれら永久磁石３６とコイル１６との間の空隙を
径方向に貫通する磁束φが少なくなり、回転数の増加に
よる誘導起電力Ｅの変化が抑制されることとなる。

【００４２】すなわち、本実施例においては、前記図３
に示される実施例と同様に、永久磁石３６とコイル１６
との間の空隙の容積が変化させられることにより、空隙
を径方向に貫通する磁束が少なくなるように調節されて
いる。また、本実施例においては、回転軸５２，回転翼
６４，および弾性部材６８から磁束制御装置が構成され
ている。なお、上記回転翼６４の推力すなわち形状と、
弾性部材６８の付勢力は、ロータ１０の回転数が増加す
るに従って、そのロータ１０とコイル１６との対向面積
が線形的に変化するように決定されることが望ましい。

【００４３】以上、本発明の一実施例を図面を参照して
詳細に説明したが、本発明は、更に別の態様でも実施さ
れる。

【００４４】例えば、前述の図１および図２に示される
実施例においては、磁極数およびコイル１６の数が何れ
も８とされていたが、これら磁極数およびコイル１６の
数は適宜変更されるものであり、単相に限らず三相交流
発電機にも本発明は同様に適用され得る。

【００４５】また、実施例においては、永久磁石３６に
（ＢＨ）_MAX ＝30〜40MGOe程度の特性を有する異方性の
ネオジウム鉄磁石を用いたが、その他の（ＢＨ）_MAX が
比較的低い等方性のネオジウム鉄磁石、サマリウム−コ
バルト磁石等の希土類磁石、或いはフェライト磁石等が
用いられても良い。用いられる永久磁石３６の特性は、
必要とされる誘導起電力等により適宜定められるもので
ある。

【００４６】また、図３乃至図５に示される実施例にお
いては、インナロータ型の発電機に本発明が適用された
場合について説明したが、図１および図２に示されるよ
うなアウタロータ型の発電機にもこれらの実施例は適用
され得る。

【００４７】また、図３の実施例においては、ステータ
１２のコイル１６（すなわちステータヨーク）を軸心方
向に移動不能に固定し、反対にロータ１０を軸心方向に
移動させる構成としても差し支えない。

【００４８】また、図４の実施例においては、磁気シー
ルド部材６２を軸心方向の移動不能に固定し、ロータ１
０およびステータ１２を軸心方向に移動させる構成とし
ても良い。すなわち、図３および図４の実施例において
は、ロータ１０とステータ１２、或いは、ロータ１０お
よびステータ１２と磁気シールド部材６２とが軸心方向
に相対移動させられれば、何れが移動させられても差し
支えないのである。

【００４９】また、図３および図４の実施例において
は、制御装置６０によって起電力を直接検出することに
より、アクチュエータ５６によるコイル１６等の移動量
を決定していたが、起電力は間接的に検出されても良
い。すなわち、起電力はロータ１２の回転数に比例して
増大することから、エンジン或いはロータ１２の回転数
を検出することにより、起電力を間接的に検出し、これ
に基づいてアクチュエータ５６を制御しても良いのであ
る。

【００５０】また、実施例においては、ロータ１０（界
磁ロータ）の界磁極は、永久磁石３６の一面により形成
されていたが、例えば、ロータヨーク２８にステータヨ
ーク１４に向かって（すなわち、アウタロータ型におい
ては内周側に、インナロータ型においては外周側に）突
き出す突き出し部を周方向に所定の間隔で設けると共
に、永久磁石３６を隣接する突き出し部の中間部に備
え、その突き出し部の一面により界磁極を形成しても良
い。

【００５１】その他、一々例示はしないが、本発明は、
その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加え得るもので
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の発電機の要部断面を示す図
である。

【図２】図１におけるII−II視断面を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例の構造を模式的に示す図で
ある。

【図４】本発明の更に他の実施例の構造を模式的に示す
図である。

【図５】本発明の更に他の実施例の構造を模式的に示す
図である。

【符号の説明】

１０：ロータ（界磁ロータ） １２：ステータ（固定電機子） １４：ステータヨーク（ヨーク） １６：コイル（電機子巻線） ３６：永久磁石（界磁極） ｛支持部材３２，嵌合溝４４，弾性部材４８｝（磁束制
御装置）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の永久磁石を有し、円筒状の外周面
   または内周面に複数の界磁極が周方向に配列されて該円
   筒の軸心回りに回転可能に設けられた界磁ロータと、該
   界磁ロータの界磁極と径方向に所定の空隙を隔てたヨー
   クと、該ヨークに巻回された電機子巻線とを備えて該軸
   心回りに回動不能に設けられた固定電機子とを備えた交
   流発電機であって、 前記界磁ロータの回転数が増加するに従って前記界磁極
   と前記ヨークとの間に形成される空隙を変化させること
   により、該空隙を径方向に貫通する磁束が少なくなるよ
   うに調節する磁束制御装置が設けられていることを特徴
   とする電圧制御機構を備えた交流発電機。
2. 【請求項２】 前記界磁ロータの界磁極は、該界磁ロー
   タの内周面に備えられ、前記固定電機子は、該界磁極の
   外周側に備えられており、 前記磁束制御装置は、該界磁ロータの径方向に移動可能
   に設けられた界磁極を該界磁ロータの内周面から軸心側
   に付勢する弾性部材を備え、該界磁ロータの回転数が増
   加するに従って増大する遠心力によって、該界磁極が該
   弾性部材の付勢力に抗して前記固定電機子のヨークの外
   周面から離隔させられて、磁束密度を小さくするもので
   ある請求項１の電圧制御機構を備えた交流発電機。
3. 【請求項３】 前記磁束制御装置は、 前記界磁ロータと前記固定電機子とをその軸心方向に相
   対移動させる軸心方向相対移動装置と、 起電力を検出すると共に該起電力に基づいて該界磁ロー
   タと該固定電機子との軸心方向の相対移動量を決定して
   該相対移動量を示す移動量信号を発生し、該移動量信号
   に基づいて前記相対移動装置を制御する軸心方向相対位
   置制御装置とを含み、該界磁ロータの回転数が増加する
   に従って該界磁ロータと該固定電機子とをその軸心方向
   に相対移動させることにより、該界磁ロータの界磁極と
   該固定電機子のヨークとの対向面積を減少させるもので
   ある請求項１の電圧制御機構を備えた交流発電機。
4. 【請求項４】 前記磁束制御装置は、 前記界磁ロータと前記固定電機子との間の空隙に挿入可
   能に設けられた磁気シールド部材と、 該界磁ロータおよび該固定電機子と該磁気シールド部材
   とを前記軸心方向に相対移動させる相対移動装置と、 起電力を検出すると共に該起電力に基づいて該界磁ロー
   タおよび該固定電機子と該磁気シールド部材との軸心方
   向相対移動量を決定して該軸心方向相対移動量を示す移
   動量信号を発生し、該移動量信号に基づいて前記相対移
   動装置を制御する軸心方向相対位置制御装置とを含み、
   該界磁ロータの回転数が増加するに従って該磁気シール
   ド部材により該界磁ロータの界磁極と該固定電機子のヨ
   ークとの対向面積を減少させるものである請求項１の電
   圧制御機構を備えた交流発電機。
5. 【請求項５】 前記磁束制御装置は、 前記界磁ロータを軸心方向に移動可能に支持する回転軸
   と、 該界磁ロータを軸心方向の一方向に付勢する弾性部材
   と、 該界磁ロータの一端に設けられ、該界磁ロータと一体的
   に回転させられることにより、前記弾性部材の付勢力に
   抗して該界磁ロータに軸心方向の他方向に向かう推力を
   発生させる回転翼とを含み、該界磁ロータの回転数が増
   加するに従って前記推力が増大させられることにより、
   該界磁ロータの界磁極と前記固定電機子のヨークとの対
   向面積が減少させられるものである請求項１の電圧制御
   機構を備えた交流発電機。