JP2006191790A

JP2006191790A - 発電機

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Inventors: Toshio Takegawa; 敏夫竹川
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Abstract

【課題】相数倍の電流を取り出し、より高効率、高出力電力を発電する。
【解決手段】発電機１を、Ｎ極ポールコア８ｂとＳ極ポールコア９ｂを夫々等角度間隔で交互に複数個配設されて回転可能に保持された磁極ロータ７と、前記磁極ロータ７に対設し、ステータ極１７の極部毎に交流発電する様に巻装されたステータコイル１６と、各ステータコイル１６毎の全波整流回路１８と、個々の全波整流回路１８の出力側に接続された個々独立した平滑回路４９とを備えて、多相交流発電電力を直流電力に変換するように構成する。さらに平滑回路４９の出力側における正（＋）極の線端を、順方向電流のみ通過させる整流器４０の入力側に接続し、整流器４０の出力側（＋）線端を（＋）集結回線４５ａに接続して構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、略相数倍の電流を取り出す発電をする発電機に関する。

従来、多相交流変換形の直流電力を発電する発電機（以下、単に「在来機」とする）は、等分間隔の相間電気角（電気角３６０°／相数）になる様に配設された個々独立したステータ極、又は各極のステータコイルによって、順次各相で交流起電力を発生する。各相の交流波形は、いわゆるブリッジ形多相又は単相形全波整流回路（以下、単に全波整流回路とする）等で全波整流される。そして、各相の単相全波整流波形（電気角３６０°に２山波形を形成）を形成する「脈流直流」は、綾状になって多相連山波形を形成し、負荷回路（集合回路）へ集電される。前記多相連山波形は、「不完全直流」を示している。そして、前記「不完全直流」は、全波整流回路の出力端と負荷回路との間に設けた平滑用コンデンサーで「完全に近い直流」に平滑される。

例えば、特許文献１に記載されたタンデム・ロータ機構のタンデム式三相交流発電機は、２系統をもって発電しているので、上記電気回路を２組組み込んで構成されている。各系統の各相の電力波形は、ブリッジ形三相全波整流回路で全波整流されて、電気角３６０°の間に６個の山が等間隔で綾状の連山波形の「不完全直流」となる。その後、この連山波形の「不完全直流」は、各系統毎に１個設けられた平滑用コンデンサーで「完全に近い直流」となる。

又、特許文献２に記載された直流発電機は、個々独立したステータの設置総数（極数）を１２個（１２極）として構成されている。そして、全波整流回路で整流された電圧重合波形は、図２６に示す様に、山頂部に電気角３６０°（Ｐｒ）間で１２個（１相当り２個）の小山（ｍ１間）を有する綾状の１２相連山波形となる。この１２相連山波形の「不完全直流」は、負荷回路に１個設けられている平滑用コンデンサーで「完全に近い直流」となる。

更に、特許文献３に記載された直流発電機の整流波形（電圧波形）は、図２７に示す様に、Ｐｒ間で７極の７相連山波形（ｍ２幅の小山×１４山）となる。この７相連山波形の「不完全直流」は、１個の平滑用コンデンサーで「完全に近い直流」となる。

そして、特許文献４に記載された分散電源用発電装置の整流回路において、各相毎に設けられた上側コンデンサーの正側線端は、正側集合回線を介して正側出力端子に直接的に集合接続されている。よって、各相個々に発生する電力は、自相の上側コンデンサーと同時に他相の上側コンデンサーにも影響を与えていた。従って、全相の上側コンデンサーが同時に働くため、その作用は、特許文献２、及び３に示す負荷回路（出力集合回線）に１個設けた平滑用コンデンサーの平滑作用と類似する。すなわち、この場合も「不完全直流」は、１個の平滑用コンデンサーと略同等の作用で「完全に近い直流」になるといえる。尚、当文献５の目的は、低出力時の電圧ドロップによる損失を減少させることを目的としている。

ここで、上記夫々の「不完全直流」について、その発生と「完全に近い直流」への変換を図２８の一例回路で説明する。この一例回路は、同種形の在来機と同様に発生させた三相交流を直流に変換するものである。すなわち、ブリッジ形三相全波整流回路で三相交流各相の起電力が整流されると、各相の出力波形は単相全波整流波形（電気角３６０°（Ｐｒ）に２山の電圧波形）となる。前記各単相全波整流波形は、電気角３６０°（Ｐｒ）÷（３相×２山）の電気角をもって順次ずれて綾状の三相連山波形（Ｐｒ間で６山波形）となる。この段階で、三相連山波形の「不完全直流」が出来る。前記三相連山波形の各山頂部にできる小谷と小谷との間の小山ｍ３において、各小山毎に出力電流が負荷回路に流れる。従って、１相当りの出力電流発生量は、小山毎の小電流となる。この状態の「不完全直流」は、平滑用コンデンサーへ送られて「完全に近い直流」になる。この時点の１相当りの取り出し直流電流発生量は、全相の直流電流発生総量に対して略「１００／相数」％の小電流（Ｐｒ間でｍ３が２個）となる。よって、この一例回路では、相数を増減しても全相の直流電流発生総量の上限は変化せず略同じであるため、その増量はゼロ又は極微量にとどまる。

この一例回路と同様に、上記４者の在来機においても、順次各相で発生する「不完全直流」の各脈流波形は、綾状の多相連山波形になり、波形の高い所、つまり各相の電圧の高い所（ｍ１〜ｍ３）に限り、各相の限られた電流が出力側へ流れるため、１相当りの出力側の直流電流発生量は略「１／相数」になるだけである。すなわち、相数を総合計すると相数の増減に対して直流電流発生総量の変化は極少である。よって、この時に生じる出力直流電流の発生総量は、上限が常に所定の限界（飽和）レベルで略一定（飽和）量となる。

又、在来機は、［磁極ロータの磁極の設置総数Ｘ÷ステータコア部の設置総数Ｙ］、又は、［ステータコア部の設置総数Ｙ÷磁極の設置総数Ｘ］の両者の値が整数にならない様にし、且つ、ステータ極を全て等分割間隔で配設して構成されていた。例えば、特許文献３においては、３６０°を等分割した等間隔角度（５１．４３度）で７個（７極）の個々独立したステータ（１４個のコア）を配設して構成されている。磁極ロータの磁極の設置総数１６極によって、７相（電気角３６０°（Ｐｒ）の間に１４山の整流波形）の発電をしていた。また、特許文献５においては、磁極ロータの界磁極の設置総数とステータ極の設置総極数（相数の整数倍）との比は、２：３となる。よって、界磁極が１６極であれば、ステータ極は等分割間隔の２４極としていた。このように、在来機は、各相間が等分割位相間隔（全て同じずれ間隔波形）をもった発電を行うことで、各相の小山のピーク値を等間隔で発生させていた。すなわち、在来機は、各相の小山の発生位置に偏りの無い綾状の多相連山波形を「不完全直流」の段階で得ることによって、波形の変動幅を小さく抑えると共に変動周期を単一化し、「完全に近い直流」を得やすくしていた。

特開平５−３０８７５１号公報特開２００１−９５２２０号公報特開２００２−２６２５３１号公報特開２００４−２４８３９１号公報特開平５−１４６１２５号公報

しかし、これらの同種形の在来機では、磁極の設置総数とステータ極の設置極総数との比を調整したり、又は相総数をいくら増やしたとしても、出力直流電流の発生総量を所定の限界レベル以上に増加させることはできず、少しでも多くの発電電流を取り出すことのできる発電機の実現が切望されていた。

また、同在来機では、各相間が等分割位相間隔をもった発電を行うため、［磁極ロータの磁極の設置総数Ｘ÷ステータコア部の設置総数Ｙ］、又は、［ステータコア部の設置総数Ｙ÷磁極の設置総数Ｘ］の両者の値を整数にならないようにしなければならず、設置総数Ｘ，Ｙの組み合わせ自由度が制限される問題があった。

上記課題を解決するため、請求項１の発明に係る発電機は、回転可能に軸支されたロータ軸に、界磁極を形成するＮ磁極とＳ磁極を夫々等しい磁極間隔で交互に複数個配設されて成る磁極ロータと、ステータ鉄心にステータコイルを巻装して形成され、磁極ロータの磁極対向側に、所定の間隔で複数個配設されたステータ極と、前記各ステータ極のステータコイル毎、又は、磁極ロータの回転に伴いステータ極で交流起電力波形が同位相で発生するステータコイル群毎、の少なくとも一方に設けた整流回路と、個々の整流回路の出力側に接続された個々独立した平滑回路と、個々の平滑回路の出力側における正（＋）極の線端に入力側が接続された個々独立した整流器と、を備え、２相以上複数相をもって１系統とし、前記系統を少なくとも１つ設け、前記整流器の出力側（＋）線端を前記系統毎の（＋）集結回線に集合結線してなるように構成される。

これに対して、例えば特許文献１〜３に記載された同種形の在来機の電気回路では、三者共に、平滑用コンデンサーが負荷回路（集合回路）に１個のみ設置されているだけである。又、特許文献４の実施の形態による電気回路では、各相毎に設けられたコンデンサーの正側線端と正側出力端子との間に夫々独立した整流器（各相毎）が設けられていない。そのために、各相個々に発生する電力は、自相の上側コンデンサーと同時に他相の上側コンデンサーにも影響を与えていた。

図１の説明図をもって本発明機を説明すると、先ずその構成は、各ステータコイル極部毎又は各相毎に全波整流回路（３個）及び平滑回路（３個）と整流器（シリコン・ダイオード等）（３個）をいずれも個々独立に設けてなる。前記の結線については、前記整流器の出力側（＋）線端が負荷回路（集合回路）の（＋）集合回線に集合接続されている。この回路によって、ステータの各ステータコイル極部で発生する交流起電力は、各ステータコイル極部毎、又は各相毎に個々独立に設けた全波整流回路で整流され、単相全波整流の「脈流直流」（電気角３６０°（Ｐｒ）に（＋）方向へ２山波形が形成）が生成される。

そして、この「脈流直流」（Ｐｒ間に２山波形）は、個々独立に設けた平滑回路を通過すると「完全に近い直流」になる。ここでの電圧と電流の波形は、図８と同様の高原形波形になる。前記の「完全に近い直流」の（＋）側は、個々独立の整流器（シリコーン・ダイオード等）（逆止め、一方向整流）を一方向へ通過（他相の平滑回路に影響を与えない）させる。負荷回路（集合回路）の（＋）回線に集電した各相電力は、ここで三相重合するので図９と同様の「完全な直流」になり、同時に各相毎に、単相交流と同じ様に、１相当り１００％に近い、又は１００％の電流を取り出した略三相倍の直流電流を発生させる。
前記の発電総電流の算出計算式（本発明機）は、
Ｉ＝Ｉａ×（Ｓｎ÷Ｐｎ）×Ｐｎ＝Ｉａ×Ｓｎ
となる。
ここで、Ｉ・・・発電総電流、Ｉａ・・・ステータ１極当りの交流発生電流（実効値）、Ｓｎ・・・ステータの極数、Ｐｎ・・・相数、である。
ところが、同種形の在来機の発電電流の算出計算式は、
Ｉ＝Ｉａ×（Ｓｎ÷Ｐｎ）
となる。

上記構成の本発明機においては、２相以上複数相の多相交流を「完全な直流」に変換し、しかも、単相交流の電流を取り出す場合と同様に、各相電流を１００％近く、又は１００％取り出すことができる。よって、本発明機は、その出力電流について、在来機の所定限界レベル以上の発生総量を得ることができる。すなわち、１相当りの最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことが出来る。よって、相数を多くするほど、多くの電流を取り出し、出力負荷へ流すことができ、相数を設定限界まで多くすることによって同種形の在来機より高効率、高出力電力の発電ができる。

また、請求項２の発明に係る発電機は、ステータ極が、磁気絶縁して個々独立して形成され、磁極ロータの同一磁極間の磁極間隔が、前記磁極に対向するステータ極間のステータ極間隔と異なるものであるように構成される。

また、請求項３の発明に係る発電機は、磁極ロータが、ロータ軸の回転方向にＮ磁極とＳ磁極を交互に配置し、且つ、ロータ軸方向にほぼ同位相で、Ｎ磁極とＳ磁極を向かい合わせて一対としたツイン磁極部を備えるように形成され、ステータ鉄心は、一対のコア部を突設するように断面略コ字状に形成され、一方のコア部の突端をツイン磁極部の一方の磁極に対向させ、他方のコア部の突端をツイン磁極部の他方の磁極に対向させ、一対のコア部をロータ軸の軸方向に沿うように配置されるように構成される。

また、請求項４の発明に係る発電機は、磁極ロータが、ロータ軸の回転方向にＮ磁極とＳ磁極を交互に配置して形成され、ステータ鉄心が、一対のコア部を突設するように断面略コ字状に形成され、コア部の両突端を磁極ロータの磁極に対向させて、一対のコア部をロータ軸の回転方向に沿うように配置されるように構成される。

また、請求項５の発明に係る発電機は、磁極ロータの磁極の設置総数Ｘに対し、ステータ極の設置総極数Ｓｎ個の夫々取付位置におけるピッチ角度θｎが、
θｎ＝｛３６０°−（３６０°÷Ｘ）｝÷Ｓｎ
であり、前記ステータ極間の間隔角度が、１箇所のみ広いものであるように構成される。

ところで、同種形の在来機で多相発電させるには［磁極ロータの磁極の設置総数Ｘ÷ステータコア部の設置総数Ｙ］の値が整数にならない様な個数を組み合わせなければならない。これに対して、請求項５の発明に係る発電機は、前記の値が整数になっても、又、整数にならない値になっても、多相発電が出来得る様に構成される。よって、設置総数の組み合わせ自由度を高めることができる。またステータ極の設置総数Ｓｎは、相の総数と絶対的に同数となる。しかも、ステータ極の取付配置ピッチ角度θｎは、磁極ロータのＮ磁極間ピッチ角度（Ｐｒ間）とは絶対的に異なった角度となる。よって、ステータ極がいかなる設置総数Ｓｎであっても多相発電ができるため、より高効率、高出力発電に助勢する。

請求項１の発明によれば、出力定格電圧における出力負荷電流１００％時では、１相当り１００％に近い、又は１００％の電流を取り出すことが出来るので、１相当り最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことができ、ステータ極の設定限度まで多相にするほど高効率、高出力電力の発電ができる。

請求項２，３，４の発明によれば、磁極ロータの励磁磁力とステータ鉄心の磁界磁力の反発作用又は吸引作用から生ずる磁極ロータの回転方向に作用するプラストルクとマイナストルクを各磁極部とステータ鉄心との間において全体でバランスさせてゼロに近づけることができる。また、磁極ロータの励磁磁力は、ステータ鉄心に磁界が生じていない場合でも、ステータ鉄心に対して吸着力を及ぼしているが、この吸着力はロータの回転方向へ引っ張る作用と、回転方向とは逆方向へ引っ張る作用とが拮抗して全体としてバランスがとれてロータの回転負荷トルクを減少させることとなる。このため、吸着力による動力損失に対する影響は、ロータのいかなる位相においても極めて少ない。従って、機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を高めることができる。

請求項５の発明によれば、如何なる磁極設置総数（偶数でも良い）個をもつ磁極ロータに対して、ステータ極の設置総数Ｓｎが如何なる個数であっても高出力で多相発電ができ、設置総数の組み合わせ自由度を高めると共に、より高効率、高出力発電を助勢する。

以下、本発明に係る発電機の実施の一形態を図面に基づいて説明する。図２は、本発明に係る発電機の第１実施形態を示す要部断面正面図である。図３は、図２の発電機のＡ−Ａ線断面図である。図４は、図２の発電機の発電原理を説明する模式図である。

１は本発明に係る発電機、２はアルミニューム等の非磁性体材質のケーシング、３，４は非磁性体材質の左右のエンドフレーム、５，６は軸受け部である。磁極ロータ７は、界磁主磁束を伝受するＮ磁極８のＮ磁束伝受部８ａをもつ８個の円筒櫛状のＮ極ポールコア８ｂと、Ｓ磁極９のＳ磁束伝受部９ａをもつ８個の円筒櫛状のＳ極ポールコア９ｂとを、互いに軸方向で向き合わせると共に噛み合わせる様にして、合計１６個のＮ極ポールコア８ｂとＳ極ポールコア９ｂを等しい磁極間隔で交互に配設して構成されている。そして、磁極ロータ７は、Ｎ極ポールコア８ｂとＳ極ポールコア９ｂとを非磁性体金属のジョイント・リング１０で接合して円筒ロータ状に形成されている。更にＮ磁極８の一端（左側）は、磁極ロータ７を回転可能とするように、非磁性体金属のロータ軸１１の軸鍔１１ａにボルトにて一体的に接合されている。

磁極ロータ７の円筒内側には、軸心に電線穴１２ｄを開けた励磁鉄芯軸１２が設けられている。磁極ロータ７は、前記励磁鉄芯軸１２の軸方向左鍔部１２ａとＮ極ポールコア８ｂの内周面との隙間（ギャップ）を僅かに開け、又、同右鍔部１２ｂとＳ極ポールコア９ｂの内周面との隙間（ギャップ）を僅かに開けて、回転可能に形成されている。そして、励磁鉄芯軸１２の中央部のリング状溝部１２ｃに励磁コイル１３を巻き、前記コイルの巻装線端１３ａ，１３ｂは直流電源制御装置１４の（＋），（−）端子に接続されている。

磁極ロータ７のＮ磁極８及びＳ磁極９の磁極外周対向側には、磁極ロータ７の回転方向に沿って、８個のステータ極１７が所定間隔で配設されている。各ステータ極１７は、ステータ鉄心１５にステータコイル１６を巻装して形成されている。ステータ鉄心１５は、連結梁の両端から一対のコア部１５ａ，１５ｂが突設されるように断面略コ字状に形成されている。ステータコイル１６を巻装したコア部１５ａ，１５ｂの両突端は、磁極ロータ７の回転方向に沿って配置されている。またコア部１５ａ，１５ｂは、その両突端を、磁極ロータ７が回転できるように、Ｎ極ポールコア８ｂ及びＳ極ポールコア９ｂの外周面に対向させて隙間（ギャップ）を僅かに開けて対応させている。各ステータ極１７は、磁気絶縁して個々独立するように、ステータ鉄心１５を介してボルトでケーシング２の内周面に取り付けられている。

また、ステータ極１７の取付け配置ピッチ（所定間隔）角度θｎは、磁極ロータ７のＮ磁極８とＳ磁極９の設置総数Ｘに対し、ステータ極１７の設置総数（極数）Ｓｎ個として、計算式｛３６０°−（３６０°÷Ｘ）｝÷Ｓｎ＝θｎに当て嵌めて計算される。ここで、図３から、Ｘ＝１６、Ｓｎ＝８となる。
よって、
ピッチ角度θｎ＝｛３６０°−（３６０°÷１６）｝÷８＝４２．１９°
と成る。但し、１個所のみピッチ角度は６４．６７°となって広くなる。また、本発電機１において、磁極８，９の設置総数Ｘとステータ極１７の設置総数Ｓｎの関係は、Ｘ／Ｓｎの値（＝１６／８）が整数となるものになっている。

図４に示すように、各ステータコイル１６のステータコイル両線端１６ａ，１６ｂは、個々独立した８個の全波整流回路１８の入力側端子１８ａ，１８ｂに接続されている。尚、前記全波整流回路１８は、４個の整流器（シリコン・ダイオード等）１８ｅで構成されている。前記全波整流回路１８の出力側（＋）線端１８ｃは、各ステータ極１７毎に設けた個々独立した８個の平滑回路４９の入力側（＋）端子４９ａに接続されている。又、前記全波整流回路１８の（Ｏ）線端１８ｄは、前記平滑回路４９の（Ｏ）端子４９ｂに接続されている。

平滑回路４９の出力側（＋）線端４９ｃは、各ステータ極１７毎に設けた８個の整流器（シリコン・ダイオード等）４０の入力側に接続されている。更に、前記整流器４０の出力側（＋）線端４０ａは、（＋）集結回線４５ａに集合（並列）結線され、（＋）集結回線４５ａを介して（＋）出力部端子４３ａに接続されている。そして、前記（＋）出力部端子４３ａは、負荷回路４１の（＋）線端に接続されている。他方、前記平滑回路４９の（Ｏ）線端４９ｄは、（Ｏ）集結回線４５ｂに集合結線され、前記（Ｏ）集結回線４５ｂを介して（Ｏ）出力部端子４３ｂに接続されている。そして、前記（Ｏ）出力部端子４３ｂは、負荷回路４１の（Ｏ）線端に接続されている。尚、平滑回路４９は、平滑用コンデンサー４９ｅ，４９ｆの（＋）側にコイル４９ｇを設け形成されている。又、平滑回路４９と整流器４０とを合わせて相回路４２とする。本発電機１は、この相回路４２を８回路備えている。又、（＋）出力部端子４３ａ及び（Ｏ）出力部端子４３ｂとは、一対の電力出力部４３を形成している。

尚、ステータ極１７のコア部１５ａの鉄心幅Ｗ１は、他方のコア部１５ｂの鉄心幅Ｗ２と略同じとする。コア部１５ａとコア部１５ｂとのコア間隔Ｐｓは、磁極ロータ７のＮ極ポールコア８ｂ、又はＳ極ポールコア９ｂの磁極幅Ｐｐと略同じとする。同一磁極間のピッチ間隔Ｐｒは電気角３６０°とし、磁極幅Ｐｐの２倍とする。またピッチ間隔Ｐｒは、磁極に対向する２つのステータ極１７間のステータ極間隔Ｐｔと異なるものとする。

次に、第１実施形態の発電機１の諸作用について説明する。
図２と図３において、励磁鉄芯軸１２の励磁コイル１３に、電源制御装置１４より直流電流を送電して印加し、左鍔部１２ａにＮ極の界磁主磁束をつくり、右鍔部１２ｂではＳ極をつくる。前記のＮ極の界磁主磁束は、左鍔部１２ａの外周面から僅かな隙間（ギャップ）を渡って磁極ロータ７のＮ磁極８のＮ磁束伝受部８ａへ伝導し、Ｎ極ポールコア８ｂへ伝送される。他方、Ｓ極の界磁主磁束は、右鍔部１２ｂの外周面から僅かな隙間を渡ってＳ磁極９のＳ磁束伝受部９ａへ伝導し、Ｓ極ポールコア９ｂへ伝送される。

磁極ロータ７が回転すると、Ｎ極ポールコア８ｂのＮ極の界磁主磁束は、ステータ極１７のコア部１５ａ，１５ｂの突端内周面へ、隙間（ギャップ）を渡ってＮ界磁が交互に伝導する。前記コア部１５ａ、又は１５ｂの一方に伝受したＮ極の界磁主磁束は、各ステータ鉄心１５を順次伝って、逆側コア部のＳ磁極側方向へ流れる。この間、各ステータコイル１６に順次単相の交流起電力が発生する。この時の交流起電力における電圧発生位相と電流発生位相は、本第１実施形態の場合、全波整流回路１８がステータコイル１６の巻装両端に直接的に接続されている故に、交流起電力が全波整流回路１８を通過して直流になるので力率１（常時）になる。従って、図５の各相の単相交流波形で示すように、電圧は、電流と同位相になる。

上記ステータ極１７の取付ピッチ（間隔）角度θｎは、前述したように、｛３６０°−（３６０°÷Ｘ）｝÷Ｓｎ＝θｎの計算式で計算され、４２．１９°になる。また、１個所のみ広い間隔（角度）６４．６７°となる。この様に変則的な配置にすることにより、磁極８，９の設置総数Ｘ（１６個）と全ステータ極１７のコア部１５ａ，１５ｂの設置総数Ｙ（１６個）とが同数、あるいは、ステータ極１７の設置総数（極数）Ｓｎが如何なる個数であっても、多相の交流起電力は、各相間が等分割位相間隔となるように各ステータ極１７で順次発生する。

図６のように、上記８極八相交流起電力の各相の交流波形（位相を異にした波形）は、発生順に１相ずつ順次並べると八相交流波形となる。前記電圧、電流は、１相ずつ単独に流れる。各相の電流は、電力出力部４３（４３ａ，４３ｂ）で８相重合され「完全な直流」となり、それぞれ略１００％取り出される。

この電流の取り出し作用を詳細に説明する。図４に示す様に、各ステータ極１７で発生した各交流起電力は、ステータコイル両線端１６ａ，１６ｂから、各全波整流回路１８の入力側端子１８ａ，１８ｂを通って整流回路１８に入る。ここで各交流起電力は、図７の様な単相全波整流の脈流波形（Ｐｒ間に２山）を各相毎に形成する単相全波整流の「脈流直流」（不完全直流）となる。

そして、各相の全波整流回路１８において、整流された「脈流直流」（直流成分）は全波整流回路１８の出力側（＋）線端１８ｃから個々独立した平滑回路４９の入力側（＋）端子４９ａを通って平滑回路４９に入る。尚、平滑用コンデンサー４９ｅでは全波整流回路１８から入力された「脈流直流」を不完全ながら「略直流」にする。コイル４９ｇは、この「略直流」の直流成分を通す。更に平滑用コンデンサー４９ｆによって、より磨きをかけられ、図８のような各相毎に「完全に近い直流」になる。この時点でも、各相では、独立した直流であるから１相毎に単相交流と同じ様に１相当り１００％に近い、又は１００％の電流を取り出すことが出来ている。

各相毎の「完全に近い直流」の（＋）側の電圧、電流は、全相、略同電圧、略同電流量となるように予め設定されており、各平滑回路４９の出力側（＋）線端４９ｃから各整流器４０の入力側に流れて、逆止弁の役目をする整流器４０を一方向へ通過する。そして、負荷回路４１の（＋）線端に接続された（＋）集結回線４５ａに流れる。上記の各整流器４０は、各相回路４２の自己の（＋）直流だけ通過させ、他の（＋）直流は通さない様にブロックして、他の直流電力が自己の平滑回路４９へ回り込まない様にし、他の影響を受けない様にする。この整流器４０の働きによって、各相夫々の「完全に近い（＋）直流」は、（＋）集結回線４５ａを介して（＋）出力部端子４３ａに集結し、重合して「完全な直流」になる。尚、仮に全ての整流器４０がない場合は、各相で順次発生する電力が他の全ての平滑用コンデンサー４９ｅ、４９ｆに影響を与え、結果は同種形の在来機と略同じ事（作動）となり、１相分の限界レベルまでの電流しか取り出すことはできない。

他方、（Ｏ）成分は、各ステータコイル１６に交流が発生すると、負荷回路４１の（Ｏ）線端に接続された（Ｏ）集結回線４５ｂから各平滑回路４９の（Ｏ）端子４９ｂを通り、更に全波整流回路１８を通ってステータコイル線端１６ａ、又は１６ｂへ交互に（Ｏ）極の作用をする。

上記の各相の「完全に近い直流」の（＋）側の電圧、電流は、上記夫々整流器４０を等間隔の位相差をもって順次通過する。そして（＋）集結回線４５ａへ流れて（＋）出力部端子４３ａで集電すると、ここで８相の「完全に近い直流」が重合する。すなわち、図９に示す８相重合の「完全な直流」が出来る。尚、上記各相の「完全に近い直流」でも、全て略同電圧、略同電流量である。

また、図８に示すように、８個（８極）のステータ極１７（８相）の電圧は少し高い所が２ヶ所あり、出力負荷が少ない場合は少しでも電圧が高い相の所から電流が流れる。又、力率１、あるいは遅れ力率の無負荷電圧は出力負荷１００％時の定格電圧より高いので、図１０の様に、出力負荷電流が１００％に近づくにつれて電圧は下がって定格電圧に近づく。定格電圧へ下がるまでの間に全相の電流を略１００％引き出すことが出来る。

仮に図１０の様に狭い範囲で各ステータ極１７の電圧が全てバラバラの電圧差があった場合でも、本発明機の全ステータ極１７の交流起電力は、略力率１（略１００％力率）であるので、各電圧対電流の特性曲線は図１０の様になり、無負荷電圧時より出力負荷電流が多くなるほど、８個（８極）のステータ極１７（８相）の電圧は定格電圧（出力負荷１００％）に近づき、更に、負荷電流１００％になれば定格電圧まで下がる。

従って、前記の様に８個（８極）のステータ極１７の発生電圧がバラバラであっても、図１０の（ａ）間においては、８極（８相）夫々から電流を取り出すことが出来る。そして、出力負荷電流は１００％に達し、電圧は定格電圧になった時、８個（８極）全てのステータ極１７（８相）より、単相交流と同じ様に、１相当り１００％に近い、又は１００％の直流電流を取り出すことが出来る。

よって、以上詳述したように、第１実施形態の発電機１によれば、１相当り最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことができるので、相数が多い（設定限度まで）ほど多くの直流電流を取り出すことが出来、高効率、高出力の直流電力の発電ができる。また、如何なる磁極設置総数（偶数でも良い）個をもつ磁極ロータ７に対して、ステータ極１７の設置総数Ｓｎが如何なる個数であっても高出力で多相発電ができ、設置総数の組み合わせ自由度を高めると共に、より高効率、高出力発電を助勢する。

次に、本発明に係る発電機の第２実施形態を説明する。図１１に示すように、本発電機５０において、ステータ極１７の取付ピッチ（間隔）角度は、｛３６０°−（３６０°÷Ｘ）｝÷Ｓｎ＝θｎの計算式で計算すると、磁極８，９の設置総数Ｘの１４個に対して、ステータ極１７の設置総数（極数）Ｓｎが６個（６極）となることから、θｎは５５．７°のピッチ角度になり、１個所のみ広い間隔（角度）８１．５°となっている。また、本発電機５０において、磁極８，９の設置総数Ｘとステータ極１７の設置総数Ｓｎの関係は、Ｘ／Ｓｎの値（＝１４／６）が整数とならないものとなっている。また磁極ロータ７の同一磁極間のピッチ間隔Ｐｒは、磁極に対向する２つのステータ極１７間のステータ極間隔Ｐｔと異なるものである。その他の構成については、第１実施形態の発電機１と同様であり省略する。この第２実施形態の発電機５０によれば、第１実施形態の発電機１と同様の作用効果を得ることができる。

次に、本発明に係る発電機の第３実施形態を説明する。本発電機１００は、図１２に示すように、８組の相回路４２を２組の相回路４２と残りの６組の相回路４２との２系統に分割し、夫々別々の負荷回路１２１、２２１（２回路）に集合結線して構成されている。即ち、本発電機１００では、２組の相回路４２を第１系統、残りの６組の相回路４２を第２系統として２系統に組み分けして構成されている。そして、第１及び第２系統毎に、各整流器４０の出力端の正（＋）極を集合接続して形成された（＋）出力部端子１２３ａ、２２３ａと、各平滑回路４９における出力側の（Ｏ）極を集合接続して形成された出力部端子１２３ｂ、２２３ｂとからなる２対の電力出力部１２３、２２３を備えるように構成されている。そして、第１系統の電力出力部１２３は負荷回路１２１に、又第２系統の電力出力部２２３は負荷回路２２１に接続されている。また、ステータ極１７のコア部１５ａ，１５ｂ毎に独立して巻装されたステータコイル１６は、対応する両端を互いに接続して、整流回路１８の入力側に並列接続されている。その他の構成については、第１実施形態のものと同様であるため、その説明を省略する。

このような発電機１００の場合には、発電機１と同様の作用効果を得ることができ、加えて、第１及び第２系統毎に各一対の電力出力部１２３、２２３を設けたので、使用目的に合った個々の負荷回路１２１，２２１を電力出力部１２３，２２３に接続ができる。更に、電力出力部１２３，２２３の間にスイッチ２４ａ，２４ｂを設けて、接続、又は分離（分割使用）させることも出来るので、多目的に使用できる。そして、負荷回路１２１、２２１の夫々に対して、直流電力を、高効率、高出力で供給することができる。

次に、図１３は本発明に係る発電機の第４実施形態を示す正面図であり、上半分を断面図で示している。図１４は図１３の断面図を示し、右半分がＢ−Ｂ矢示断面図、左半分がＣ−Ｃ矢示断面図である。また、図１６は原理を示す模式図を示している。そして、図１５は第５実施形態を示し、図１４と同様の位置での断面図である。

本発電機２０１のケーシング２を構成する左右のエンドフレーム２０３，２０４には、軸承部２０５，２０６が形成されている。該軸承部２０５，２０６により２組のランデル形の磁極ロータ２０７ａ，２０７ｂを一対とするロータ２０７が支承されている。ロータ２０７のロータ軸２０８の外周には、２対の巻線枠２０９（２０９ａ，２０９ｂ，２０９ｃ，２０９ｄ）が嵌着されている。該巻線枠２０９には励磁コイル２１０が右巻に巻装されている。そして、励磁コイル２１０の巻装端部２１０ａ，２１０ｂは、ロータ軸２０８の一端部に嵌着した一対のスリップリング２１１ａ，２１１ｂに接続されている。スリップリング２１１ａ，２１１ｂには、付勢バネ２１２ａ，２１２ｂの付勢力により弾出するブラシ２１３ａ，２１３ｂが摺接している。

ロータ軸２０８に嵌着した２対の巻線枠２０９は軸方向左右外周にＮ極，Ｓ極が交互に計１４個づつの歯形部２１４（２１４ａ，２１４ｂ，２１４ｃ，２１４ｄ）として、等角度間隔で、配置されて左右の磁極ロータ２０７ａ，２０７ｂを形成している。各歯形部２１４には、先端部を軸方向内向きに屈曲させて左右異極を対向させたツイン磁極部２１５を形成する磁極部のポールコア２１５ａ，２１５ｂと、先端部を軸方向外向きに屈曲させたポールコア２１５ｃ，２１５ｄが交互に略同位相で形成されている。これにより、２対のポールコア２１５ａ，２１５ｂと２１５ｃ，２１５ｄからなるツイン磁極部２１５が１４組形成され、一対の界磁極を有するロータ２０７が形成される。また、左右のエンドフレーム２０３，２０４間には、円筒状の固定フレーム２１６が配設されケーシング２０２を構成し、固定フレーム２１６の内周には、等角度間隔に１２個のステータ鉄心２１７を設けたステータ極２１８が形成されている。

尚、各ステータ極２１８が独立した電機子電流を発生させるため、また、磁界を独立に作用させて発電効率を高めるために、ステータ極２１８と固定フレーム２１６の間を磁気絶縁する必要があり、固定フレーム２１６の材質をアルミ等の非磁性材料で形成している。また、ポールコア２１５ａ，２１５ｂの個数Ｘとステータ極２１８の設置総数Ｓｎの関係は、上記の場合、Ｘ＝１４、Ｓｎ＝１２であり、Ｘ／Ｓｎ若しくはＳｎ／Ｘの値がいずれも整数とならないようにしたＸ＞Ｓｎであるが、Ｘ＜Ｓｎであっても良い。この時、同一磁極のポールコア２１５ａ間のピッチ間隔は、磁極に対向する２つのステータ極２１８間のステータ極間隔と異なるものになる。

ステータ鉄心２１７は、連結梁の両端から一対の分割コア部２１７ａ，２１７ｂが突設され、断面略コ字状に形成されている。分割コア部２１７ａ，２１７ｂは、ステータ鉄心２１７が一対の磁極ロータ２０７ａ，２０７ｂを跨ぐように、ロータ軸の軸方向に沿って配置されている。すなわち、一方の分割コア部２１７ａは、突端をポールコア２１５ａ，２１５ｃの外周に空隙を介して対向させて配置されている。また、他方の分割コア部２１７ｂは、突端をポールコア２１５ｂ，２１５ｄの外周に空隙を介して対向させて配置されている。

各分割コア部２１７ａ，２１７ｂには、ステータコイル２１９が巻装される。ステータコイル２１９は、分割コア部２１７ｂに対してはポールコア２１５ｂ側から見て右巻に巻装されている。そして、右巻に巻装したステータコイル２１９は、分割コア部２１７ａに対しては、ポールコア２１５ａに向かって右巻の延長に巻装されている。

図１６に示すように、各ステータコイル２１９の巻装両端２１９ａ，２１９ｂは、それぞれ４個のダイオードからなる全波整流回路１８の入力端子に接続されている。全波整流回路１８の出力側（＋）線端は、各ステータ極２１８毎に設けた個々独立した１２個の平滑回路４９の入力側（＋）端子４９ａに接続されている。又、前記全波整流回路１８の（Ｏ）線端は、前記平滑回路４９の（Ｏ）端子４９ｂに接続されている。

第１実施形態の発電機１と同様に、平滑回路４９の出力側（＋）線端４９ｃは、各ステータ極２１８毎に設けた１２個の整流器４０の入力側に接続されている。更に、前記整流器４０の出力側（＋）線端４０ａは、（＋）集結回線４５ａに集合（並列）結線され、（＋）集結回線４５ａを介して（＋）出力部端子４３ａに接続されている。そして、前記（＋）出力部端子４３ａは、負荷回路４１の（＋）線端に接続されている。尚、全波整流回路１８と負荷回路４１との間の回路については、第１実施形態のものと同様の構成であるため、その他の結線の説明を省略する。

また、上記ブラシ２１３ａは直流電源回路２２３のプラス側端子に、ブラシ２１３ｂはマイナス側端子にそれぞれ接続される。直流電源回路２２３は、開閉スイッチ２２４及び可変抵抗器２２５が直列に介装されている。

上記構成の発電機２０１の作用について説明する。直流電源回路２２３の開閉スイッチ２２４を閉じるとともに、可変抵抗器２２５を調節して所定の直流電源を励磁コイル２１０に印加する。そして、ロータ２０７を回転させる。励磁コイル２１０は右巻に巻装されているため、右ねじの法則に基づきポールコア２１５ａ，２１５ｄ側がＳ極となりポールコア２１５ｂ、２１５ｃ側がＮ極となって、界磁主磁束Φは図１６に示す方向に生じる。この界磁主磁束Φは、ステータ極２１８の分割コア部２１７ａ，２１７ｂを順次サークルで交差する。

そして、ポールコア２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄが回転して、磁力線がステータ鉄心２１７に対して増大方向へ変化すると共に、ほぼ同時に回転方向前方の異極ポールコアによる磁力線が反比例して減少方向へ変化する場合は、ファラデーの電磁誘導の法則及びレンツの法則に基づき、両極複合による相互誘導作用によりステータコイル２１９に複合効果のプラスの起電力が発生する。

また、磁力線がステータ鉄心２１７に対して、減少方向へ変化すると共に、ほぼ同時に回転方向後方の異極ポールコアによる磁力線が入って、反比例して増加方向へ変化する場合は、両極複合による相互誘導作用によりステータコイル２１９に複合効果のマイナスの起電力が発生する。このように、ポールコア２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄが個々独立したステータ鉄心２１７を通過する毎に、ステータコイル２１９に個々独立した誘導起電力が誘起され交流電流が発生する。発生した交流電流は、各々ステータ極２１８毎に全波整流回路１８により整流されて相回路４２を介して負荷回路４１に流れる。

個々独立したステータ極２１８のステータコイル２１９に交流電流が誘起されると、この交流電流により、ステータ鉄心２１７には、Ｎ極とＳ極の界磁主磁束Φの流れ方向に対して、逆方向へ磁界磁力が生じる。この磁界磁力と、ポールコア２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄの励磁磁力との間で、反発作用をする誘起反発磁力が生じ、また逆に吸引作用をする誘起吸引磁力（合成磁力）が発生する。この両磁力は、ロータ２０７の回転方向へ作用するプラス誘起反発磁力及びプラス誘起吸引磁力（モーター作用）と、逆回転方向へ作用するマイナス誘起反発磁力及びマイナス誘起吸引磁力（ブレーキ作用）とに分かれる。

しかしながら、本発電機２０１では、常に略力率１でそれぞれのステータコイル２１９に交流電流を誘起させることによって、プラス誘起反発磁力及びプラス誘起吸引磁力を、マイナス誘起反発磁力及びマイナス誘起吸引磁力よりも大きくさせている。

また、ポールコア２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄの励磁磁力は、ステータ鉄心２１７に磁界が生じていない場合でも、ステータ鉄心２１７の分割コア部２１７ａ，２１７ｂに対して、ロータ２０７の回転方向へ吸着作用をするプラス吸着磁力及びロータ逆回転方向へ吸着作用をするマイナス吸着磁力を及ぼしている。

しかしながら、本発電機２０１では、ツイン磁極部２１５の一方磁極部における磁極の設置総数Ｘとステータ極２１８の設置総数Ｓｎとの関係が、Ｘ＞Ｓｎ又はＸ＜Ｓｎであって、Ｘ／Ｓｎ若しくはＳｎ／Ｘの値がいずれも整数とならないようにし、ロータ２０７の同一極性の磁極間の磁極間隔を、ツイン磁極部２１５に対向するステータ極２１８間のステータ極間隔と異なるものとすることによって、上記プラス吸着磁力とマイナス吸着磁力とは、互いに拮抗してバランスをとり、ロータ２０７がいかなる位相でも打ち消し合う。

すなわち、本発電機２０１が発電する際、ロータ２０７には、プラス誘起反発磁力、プラス誘起吸引磁力及びプラス吸着磁力を足し合わせてなる回転方向へのプラストルクと、マイナス誘起反発磁力、マイナス誘起吸引磁力及びマイナス吸着磁力を足し合わせてなる逆回転方向へのマイナストルクとが所定の比率で作用するが、総合作用によって、マイナストルクを大幅に減少させプラストルクの比率を増大させることができる。よって、機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの変換効率を高めることができる。尚、本発電機２０１では、第１実施形態の発電機１と同様に１相当り最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことができる。

図１７，図１８は第６，７実施形態を示し、上記第４，第５実施形態の変形例である。図１７の磁極ロータ２０７は、ポールコア２１５ｇ，２１５ｈ，２１５ｉ，２１５ｊを永久磁石としている。また図１８のステータ極２１８は、ステータ鉄心２１７の一対の両突端２１７ｅ，２１７ｆをロータ軸に並行に軸方向に沿って形成されステータコイル２１９を巻装して構成されている。また、磁極ロータ２０７は、ロータ軸２０８に直交する２枚の円盤の対向面側から内側へポールコア２１５ｋ，２１５ｌ、及び２１５ｍ，２１５ｎを突設して構成されている。そして、磁極ロータ２０７は、ステータ鉄心２１７を左右から挟む形で配置されている。この時、ステータ鉄心２１７の一対の両突端２１７ｅ，２１７ｆは、ポールコア２１５ｋ，２１５ｌ、及び２１５ｍ，２１５ｎに対向するように配置されている。図１８の２１５ｋ，２１５ｌ，２１５ｍ，２１５ｎは、図１７と同様に永久磁石としているが、励磁コイル式でもよい。この第６，７実施形態の場合も、第４，第５実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図１９は、本発明に係る発電機の第８実施形態を示す正面図であり、上半分を断面図で示している。図２０は、図１９のＤ−Ｄ矢示断面図である。図２１は、図１９の発電機の発電原理を説明する模式図である。本発電機３０１のケーシング２を構成する左右のエンドフレーム３０３，３０４には軸承部３０５，３０６が形成されている。該軸承部３０５，３０６によりランデル形の磁極ロータ３０７が支承されている。磁極ロータ３０７のロータ軸３０８の外周には巻線枠３０９（３０９ａ，３０９ｂ）が嵌着されている。該巻線枠３０９には励磁コイル３１０が巻装されている。そして、励磁コイル３１０の巻装両端３１０ａ，３１０ｂは、ロータ軸３０８の一端部に嵌着した一対のスリップリング３１１ａ，３１１ｂに接続されている。スリップリング３１１ａ，３１１ｂには、付勢バネ３１２ａ，３１２ｂの付勢力により弾出するブラシ３１３ａ，３１３ｂが摺接している。

ロータ軸３０８に嵌着した巻線枠３０９には、軸方向左右外周に磁束が流れやすい金属でできた磁極３１４のＳ極ポールコア３１４ａとＮ極ポールコア３１４ｂが計１６個設けられている。前記各コアは、先端部を軸方向内向きにして、各々交互に等角度間隔で、歯車状に配設した界磁極を有する磁極ロータ３０７を形成している。そして、左右のエンドフレーム３０３，３０４間には円筒状の固定フレーム３１５が配設されてケーシングを構成している。固定フレーム３１５の内周には、略等角度間隔でステータ極３１８が配設されている。ステータ極３１８は、ロータ回転方向で前後に一対の前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂとを突設するように断面略Ｃ状溝形鉄心をもって形成したステータ鉄心３１６と、そのステータ鉄心３１６の前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂに巻装したステータコイル３１７とから形成されている。ステータ鉄心３１６は、ケイ素綱板を積層して構成されている。前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂとのロータ回転方向の鉄心幅Ｗ１，Ｗ２はコア間隔Ｐｓより狭くして形成されている。かかるステータ極３１８は、前側コア部３１６ａ・後側コア部３１６ｂの両突端をＳ極ポールコア３１４ａ及びＮ極ポールコア３１４ｂの外周に僅かな空隙をあけて対向させて、一対のコア部をロータ軸の回転方向に沿うように配置されている。尚、磁極３１４は、その同一磁極間のピッチ間隔Ｐｒの１／２ピッチである磁極幅Ｐｐが前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂ間のコア間隔Ｐｓと略同寸となるよう配設されている。

ステータコイル３１７は、後側コア部３１６ｂに対しては磁極ロータ３０７の磁極３１４側から見て右巻に巻装されている。そして、右巻に巻装したステータコイル３１７は前側コア部３１６ａに対しては、磁極ロータ３０７の磁極３１４に向かって右巻の延長に巻装されている。

尚、固定フレーム３１５は非磁性体材料であるアルミで形成されており、これによって各ステータ鉄心３１６間が磁気絶縁され、ステータ鉄心３１６毎に独立した電機子電流が発生し、磁界が独立に作用する。また、Ｓ極ポールコア３１４ａとＮ極ポールコア３１４ｂとの設置総数Ｘと、ステータ極３１８の設置総数Ｓｎとの関係は、Ｘ／Ｓｎの値が整数とならないようになっている。すなわち、磁極ロータ３０７の同一極性の磁極間の磁極間隔は、磁極３１４に対向するステータ極３１８間のステータ極間隔と異なるものとなっている。本発電機３０１では、Ｘ＝１６，Ｓｎ＝７である。

図２１に示すように、各ステータコイル３１７の巻装両端３１７ａ，３１７ｂは、それぞれ４個のダイオードからなる全波整流回路１８の入力端子に接続されている。全波整流回路１８の出力側（＋）線端は、各ステータ極３１８毎に設けた個々独立した７個の平滑回路４９の入力側（＋）端子４９ａに接続されている。又、前記全波整流回路１８の（Ｏ）線端は、前記平滑回路４９の（Ｏ）端子４９ｂに接続されている。

第１実施形態の発電機１と同様に、平滑回路４９の出力側（＋）線端４９ｃは、各ステータ極３１８毎に設けた７個の整流器４０の入力側に接続されている。更に、前記整流器４０の出力側（＋）線端４０ａは、（＋）集結回線４５ａに集合（並列）結線され、（＋）集結回線４５ａを介して（＋）出力部端子４３ａに接続されている。そして、前記（＋）出力部端子４３ａは、負荷回路４１の（＋）線端に接続されている。尚、全波整流回路１８と負荷回路４１との間の回路については、第１実施形態のものと同様の構成であるため、その他の結線の説明を省略する。

また、図１９に示すように、励磁用直流電源回線３２２の一方は、ブラシ３１３ａからプラス接続電線３２３と開閉スイッチ３２４を介して直流電源制御装置３２５のプラス側端子に接続されている。そして、他方は、ブラシ３１３ｂからマイナス接続電線３２６を介して直流電源制御装置３２５のマイナス側端子に接続されている。

次に、かかる発電機３０１の作用について説明する。励磁用直流電源回線３２２の開閉スイッチ３２４を閉じ、直流電源制御装置３２５で自動または手動で調節して所定の直流電源を励磁コイル３１０に印加する。そして、駆動モータ等の外部の機械的動力で磁極ロータ３０７を回転させる。励磁コイル３１０は右巻に巻装されているため、右ねじの法則に基づきＳ極ポールコア３１４ａ側はＳ極となり、Ｎ極ポールコア３１４ｂ側はＮ極となる。そのＳ極とＮ極とによって発生する界磁主磁束φは図２１に示す方向へ生じる。磁極ロータ３０７が回転すると、ポールコア３１４ａ及び３１４ｂは、ステータ極３１８の前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂに対して、Ｎ極とＳ極とが交互に変わる。よって界磁主磁束φの流れ方向は、各ステータ鉄心３１６の前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂとの間で円周方向（磁極ロータ３０７の回転方向に対して前後方向）へ交互に変わって往来する。

そして、Ｓ極ポールコア３１４ａとＮ極ポールコア３１４ｂが回転移動して、界磁主磁束φの磁力線がステータ鉄心３１６の前側コア部３１６ａと後側コア部３１６ｂに対して増大方向へ変化する。同時に、平行作用する前方（ロータ回転方向に対して・以下同様）の異極ポールコアの磁力線が反比例して減少方向へ変化する場合は、ファラデーの電磁誘導の法則及びレンツの法則に基づき、両極複合による相互誘導作用によりステータコイル３１７に複合効果のプラス，マイナス交互（交流）の起電力が発生する。

また、プラスまたはマイナス起電力の発生がピークになる位置から、Ｓ極ポールコア３１４ａ，Ｎ極ポールコア３１４ｂがさらに回転移動して、前側コア部３１６ａ、後側コア部３１６ｂに対して磁力線が減少方向へ変化する。その変化と共に、後方の異極ポールコアによる磁力線が同時に入り、反比例して増加方向へ変化する場合は、両極複合による相互誘導作用によりステータコイル３１７にプラス（ピーク）から０を通過してマイナス（ピーク）へ、またはマイナス（ピーク）から０を通過してプラス（ピーク）へと交互にサイクルで移り、誘導起電力が発生する。このように、Ｓ極ポールコア３１４ａとＮ極ポールコア３１４ｂとが交互に各コア部３１６ａ，３１６ｂを通過する毎に、ステータコイル３１７に個々独立した交流が発生する。その発生した交流は、各々ステータ極３１８毎に設けられた全波整流回路１８により整流され、相回路４２を介して直流電力となり負荷回路４１に流れる。

磁極ロータ３０７が回転することで、ステータコイル３１７には、相互誘導作用により誘導交流起電力が誘起し、交流電流（プラス電流とマイナス電流とが交互に流れる）が発生すると同時に磁界が発生する。その磁界は、界磁主磁束φの正逆交互への流れ方向に対してそれぞれ逆らう方向へ磁界磁力を発生させる。そして、ステータ鉄心３１６の前側コア部３１６ａ、後側コア部３１６ｂで発生する磁界磁力と、磁極３１４のＮ極ポールコア３１４ｂ、Ｓ極ポールコア３１４ａで生ずる界磁主磁束φによる励磁磁力との間には、反発作用をする誘起反発磁力と、逆に吸引作用をする誘起吸引磁力とが発生する。この両磁力は、磁極ロータ３０７の回転方向へ作用するプラス誘起反発磁力及びプラス誘起吸引磁力（モーター作用）と、逆方向へ作用するマイナス誘起反発磁力及びマイナス誘起吸引磁力（ブレーキ作用）とに分かれる。

しかしながら、本発電機３０１では、常に略力率１でそれぞれのステータコイル３１７に交流電流を誘起させることによって、プラス誘起反発磁力及びプラス誘起吸引磁力を、マイナス誘起反発磁力及びマイナス誘起吸引磁力よりも大きくさせている。

一方、Ｓ極ポールコア３１４ａ，Ｎ極ポールコア３１４ｂの励磁磁力は、ステータ鉄心３１６に磁界が生じていない場合でも、ステータ鉄心３１６のコア部３１６ａ，３１６ｂに対して吸着磁力を及ぼしている。しかしながら、ポールコア３１４ａ，３１４ｂの総計個数Ｘとステータ極３１８の設置総数Ｓｎとの関係を、Ｘ／Ｓｎの値が整数とならないようにし、磁極ロータ３０７の同一極性の磁極間の磁極間隔を、磁極３１４に対向するステータ極２１８間のステータ極間隔と異なるものとしたため、この吸着磁力は、全ポールコア３１４ａ，３１４ｂと全ステータ鉄心３１６のコア部３１６ａ，３１６ｂとの間で磁極ロータ３０７の回転方向へ引っ張るプラス吸着磁力と、回転方向とは逆方向へ引っ張るマイナス吸着磁力とが拮抗して、磁極ロータ３０７がいかなる位相でも打ち消し合い、実質上ロータの回転負荷トルクを減少させることとなる。このため、吸着磁力による動力損失に対する影響は、磁極ロータ３０７のいかなる位相でも低減される。

すなわち、本発電機３０１が発電する際、磁極ロータ３０７には、プラス誘起反発磁力、プラス誘起吸引磁力及びプラス吸着磁力を足し合わせてなる回転方向へのプラストルクと、マイナス誘起反発磁力、マイナス誘起吸引磁力及びマイナス吸着磁力を足し合わせてなる逆回転方向へのマイナストルクとが所定の比率で作用するが、総合作用によって、マイナストルクを大幅に減少させプラストルクの比率を増大させることができる。よって、第８実施形態の発電機３０１によれば、機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの変換効率をより一層高めることができる。尚、本発電機３０１では、第１実施形態の発電機１と同様に１相当り最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことができる。また、上述のように、この本発電機３０１の作用効果は、第２実施形態の発電機２０１の作用効果と同様となる。加えて、第１実施形態の発電機１についても、発電機２０１，３０１と同様の作用効果を得ることができる。

次に、図２２は本発明に係る発電機の第９実施形態を示し、図１９のＤ−Ｄ矢示断面図である。本第９実施形態の発電機３５０は、第８実施形態の発電機３０１と比較して、ステータ極３５８のステータ鉄心３５６の形状が異なっている。すなわち、第９実施形態では、第１実施形態の発電機１と同様にステータ鉄心３５６が断面略コ字状に形成されているのに対して、第８実施形態では、ステータ鉄心３１６が断面略コ字状の両突端を内側へ曲げた断面略Ｃ字状となるように形成されている。その他の構成や作用効果は、第８実施形態の発電機３０１と同様である。

次に、本発明に係る発電機の発電出力特性について説明する。
本発電機の発電出力特性を得るため、発電機のロータ軸と駆動モータ（２００Ｖ、１．５ｋＷ、４Ｐ、定格電流６Ａ、三相交流モータ、図示略）のモータ軸とをカップリングにてジョイントして、磁極ロータを駆動回転（１７９８〜１７１４ｒｐｍ）させ、直流電力を発電させる実験を、信頼できる第三者に委託して行った。

本実験では、図１１の第２実施形態として記載した発電機５０を使用した。また発電機５０の磁極ロータは外径φ１７４となるように形成した。そして、磁極ロータには、励磁鉄芯軸に巻いた励磁コイルに直流電圧を５０．３Ｖ〜５３．９Ｖの間で印加し、一定の電流３Ａを流すことで、両磁極に生ずる励磁磁力について所定量を確保した。またステータ極では、各コア部にステータコイル（径φ１）を２９０回巻きして、所定量の磁界磁力を確保した。

本実験では、６個のステータ極毎に発電した出力電力に対して略１００％の出力負荷を与え、各ステータ極の出力を１個（１相）ずつ加算した。そして、加算する毎に、発電機５０の電力出力部４３における発電出力の電流と電圧とを測定した。同時に駆動モータにおける負荷電流と回転数とを測定した。

図２３上段のグラフは、発電機５０における出力電圧の実測結果である。この結果から、ステータ極の出力を加算することによって、出力電圧は２９２．６Ｖ〜３１４．６Ｖの間で増減することがわかる。
図２３下段のグラフは、発電機５０における出力電流の実測結果である。この結果から、相数が多くなるに連れて直流電流が一次関数的に増加していることがわかる。

図２４上段のグラフは、駆動モータにおける回転数の実測結果である。この結果から、磁極ロータの有励磁（励磁電流３Ａ一定）において、出力無負荷時より出力負荷が大きく（６相まで）なるに連れてモータ回転数は比例して上がることがわかる。同時に磁極ロータを回転させる駆動トルクは反比例して下がることがわかる。ここで、駆動トルクの特性はモータ回転数と同様に変化する。
図２４下段のグラフは、駆動モータにおける負荷電流の実測結果である。この結果から、励磁ロータの有励磁（電流３Ａ一定）において、発電出力無負荷時より出力負荷が大きく（６相まで）なるに連れてモータの負荷電流値が反比例して小さくなって行く（８．４Ａ→５．１Ａ）ことがわかる。

次に、発電機５０の発電実験から得た発電出力特性について考察する。
在来発電機の場合、負荷回路へ取り出すことができる出力電流は、ステータ極で誘起される交流波形の相数に関わらず１相当りの最大発生電流量一定となっていた。これに対して、本発電機５０では、１相当りの最大発生電流量の略６倍（６相分）の電流を取り出すことができている。これは、他の相回路４３から回り込む出力電流を整流器４０によって阻止させたことによるものと思われる。また、在来発電機の場合、発電電力に対する出力負荷が多くなるほど、比例して磁極ロータ側に大きなロータ回転駆動負荷が掛かっていた。よって、モータの負荷電流値においては、ステータ発電側の出力負荷が大きくなるに連れて、前記出力負荷に比例してモータ負荷電流値は上がり、図２４の破線で描くように右上がりとなった。又、モータ回転数とロータ駆動トルクにおいては、ステータ発電側の出力負荷が大きく（６相まで）なるに連れて、前記出力負荷の増加と反比例して回転数は徐々に減少し、ロータ駆動トルク値は逆に上がっていた。これに対して、本発電機５０では、駆動モータ負荷電流及び回転駆動負荷を減少できている。これは、１相当り最大発生電流量に対して略６倍（６相分）の電流量を取り出したことによって発生する強力な磁界磁力が、略力率１において、磁極ロータに対し、プラストルクを増加させ、マイナストルクを低減させたことによるものと思われる。なお、本発明に係る他の発電機の発電出力特性が上記発電出力特性と同等の変化傾向を示すことは、他の検証実験によって確認済みである。

すなわち、実験的事実としての上記発電出力特性から、本発明に係る発電機は、１相当りの最大発生電流量の略相数倍の電流を取り出すことができ、在来発電機より高効率で高出力発電するものであると言える。

尚、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下列挙するように、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各部の形状並びに構成を適宜に変更して実施することも可能である。
（１）磁極ロータの配置・設置数、ステータ極の形状・配置・設置数、並びにステータコイル、全波整流回路と平滑回路等の回路構成、及び整流器の種類等は適宜変更可能である。例えば、磁極ロータにあっては、ランデル形の他、セーレント形、風車形、タンデム形あるいは永久磁石を用いたロータ形（図１７の第６実施形態の磁極ロータ２０７を参照）、２枚等の円盤形（図１８の第７実施形態の磁極ロータ２０７を参照）、椀形等の回転体とすることができる。
（２）本発明において、整流器４０は、逆止弁の役目をするものであれば、シリコン・ダイオード等の整流素子単体に限らず、サイリスタ等の多数素子から構成しても良い。
（３）電力出力部は、１対や２対に限らず、相回路の設定総数の限度以内で、複数対設けることができる。そして、ステータ極の設定総数の限度以内で、少なくとも１つの系統の外に少なくとも１つの在来形の交流を直流に変換する回路（個々独立に整流回路と平滑回路を備えた回路）を組入れることも可能である。

（４）ステータ極は、磁極ロータの磁極外面対向側に限らず、磁極ロータの内側にステータ極が配置されてなる発電機の場合には、磁極内面対向側に配設しても良い。
（５）平滑回路は、公知（図示）の回路構成を必ずしも使用する必要はなく、例えば平滑回路の中のコイルは（＋）側１個（図示）のみでなくて（＋）側と（Ｏ）側共に各１個を使用しても良く、又、コイルの代りにダイオード等を使用しても良い。又、１個のコンデンサーでも良い。
（６）整流回路は、全波整流回路に限らず、半波整流回路に変えて構成することも可能である。
（７）ステータコイルと整流回路との間には、力率改善用リアクトル、又は力率改善用コンデンサーを設けても良い。この場合、力率を改善させ変換効率を向上可能である。

（８）全波整流回路１８及び相回路４２は、例えば図２５に示すように、９極ステータコイルを有して三相交流電力をつくる第１０実施形態の発電機４００のように、同位相に属するステータコイル群Ｉのみについて、これに含まれるステータコイル毎に１回路ずつ計３回路を組み込むと共に、同位相に属するステータコイル群ＩＩ，ＩＩＩ毎に１回路ずつ計２回路を組み込んで、総計５回路を設けて構成する等、任意のステータコイル群に含まれるステータコイル毎に１回路ずつ組み込んで構成しても良い。これらの場合も、第１〜第９実施形態の発電機と同様の作用効果を得ることができる。
（９）磁極ロータの励磁回路は、他励式のみならず自励式を採用しても良い。
（１０）ステータ極の磁気絶縁手段にあっては、ステータ鉄心とフレームとの間に磁気絶縁材の間座を設けた構成とすることも可能である。
（１１）電力出力部と負荷回路（出力電気負荷）との間に、サーボアンプ等を設けることもできる。
（１２）本発電機は、整流器４０において、逆止弁の役目も果たすサイリスタ形、又は出力側に相互インダクタンス（変圧器）付の同期周波数式インバータ等を、ダイオードの換わりに組み入れて構成することもできる。或いは、電圧形等の同期周波数式インバータ等を、系統毎の（＋）集結回線と個々の整流器の出力側（＋）線端との間にそれぞれ設けて構成しても良い。前記２者の同期周波数式インバータにおいては、各ステータ極毎、又は各相毎に発生する交流発電電力を直流電力に変換した後、その直流電力を、全ての同期周波数式インバータに対して単一パルス信号（電流）発生装置より所定の同期パルス信号を送ることによって、所定の同期周波数の交流電力に変換できる。したがって、各電力出力部では、出力定格電圧における出力負荷電流１００％時で取り出された１相当り１００％に近い、又は１００％の直流電流に基づき、１相当り最大発生電流量の略相数倍の交流電流を系統毎に取り出すことができ、ステータ極の設定限度まで多相にするほど高効率、高出力の交流電力の発電ができる。
（１３）整流回路及び相回路は、第１実施形態の発電機等に限らず、同期発電機や誘導発電機等の他の発電機について、ステータコイル毎、又はステータコイル群毎に相当する個所に設けても良い。この場合も、本発明の効果と同様に、１相当り最大発生電流量の略相数倍の直流電流または交流電流の少なくとも一方を取り出すことが可能となる。

本発明に係る発電機の基本回路構成と各部の波形を示す説明図である。本発明に係る発電機の第１実施形態を示す要部断面正面図である。図２の発電機のＡ−Ａ線断面図である。図２の発電機の回路図である。全波整流回路を通過後の電圧と電流の発生位相を示す説明図である。各ステータ極で発生した直後における交流起電力の各単相交流波形を示す説明図である。単相全波整流の脈流波形を示す説明図である。平滑回路により平滑された脈流波形を示す説明図である。集電後の波形を示す説明図である。力率１の場合の負荷時における各相の特性曲線を示す説明図である。本発明に係る第２実施形態を示す断面図である。本発明に係る第３実施形態を示す回路図である。本発明に係る発電機の第４実施形態を示す正面図説明で、上半分を断面図で示している。図１３を正面図とする第４実施形態を示す縦断面図で、右半分はＢ−Ｂ矢示断面図、左半分はＣ−Ｃ矢示断面図である。図１３を正面図とする第５実施形態を示す縦断面図で、右半分はＢ−Ｂ矢示断面図、左半分はＣ−Ｃ矢示断面図である。図１３の発電機の発電原理を説明する模式図である。本発明の第６実施形態を示す概略説明図である。本発明の第７実施形態を示す概略説明図である。本発明の第８実施形態を示す発電機の正面一部断面図である。図１９におけるＤ−Ｄ線断面図である。図２０に示すステータ鉄心及び磁極の展開図である。本発明に係る発電機の第９実施形態を示す断面図である。図１１の発電機の出力電圧及び出力電流の実測結果を示す特性図である。駆動モータの回転数及び負荷電流の実測結果を示す特性図である。本発明に係る発電機の第１０実施形態を示す説明図である。従来の発電機における整流波形の電圧波形図である。従来の発電機における整流波形の電圧波形図である。従来の回路構成と各部の波形を示す説明図である。

符号の説明

１，５０，１００，２０１，３０１，３５０，４００・・発電機、２・・ケーシング、３，４・・エンドフレーム、５，６・・軸受け部、７，２０７ａ，２０７ｂ，３０７・・磁極ロータ、８・・Ｎ磁極、８ａ・・Ｎ磁束伝受部、８ｂ，３１４ｂ・・Ｎ極ポールコア、９・・Ｓ磁極、９ａ・・Ｓ磁束伝受部、９ｂ，３１４ａ・・Ｓ極ポールコア、１０・・ジョイント・リング、１１・・ロータ軸、１１ａ・・軸鍔、１２・・励磁鉄芯軸、１２ａ・・左鍔部、１２ｂ・・右鍔部、１２ｃ・・リング状溝部、１２ｄ・・電線穴、１３・・励磁コイル、１３ａ，１３ｂ・・巻装線端、１４・・直流電源制御装置、１５・・ステータ鉄心、１５ａ，１５ｂ・・コア部、１６・・ステータコイル、１６ａ，１６ｂ・・ステータコイル両線端、１７・・ステータ極、１８・・単相形全波整流回路、１８ａ，１８ｂ・・入力側端子、１８ｃ・・出力側（＋）線端、１８ｄ・・（Ｏ）線端、１８ｅ・・整流器、４９・・平滑回路、４９ａ・・入力側（＋）端子、４９ｂ・・（Ｏ）端子、４９ｃ・・出力側（＋）線端、４９ｄ・・（Ｏ）線端、４９ｅ，４９ｆ・・平滑用コンデンサー、４９ｇ・・コイル、４０・・整流器、４０ａ・・出力側（＋）線端、４１，１２１，２２１・・負荷回路、４５ａ・・（＋）集結回線、４５ｂ・・（Ｏ）集結回線、４２・・相回路、４３，１２３，２２３・・電力出力部、４３ａ，１２３ａ，２２３ａ・・（＋）出力部端子、４３ｂ，１２３ｂ，２２３ｂ・・（Ｏ）出力部端子、２４ａ，２４ｂ・・スイッチ、２１５ａ，２１５ｂ，２１５ｃ，２１５ｄ・・ポールコア、Ｐｐ・・磁極幅、Ｐｒ・・Ｎ磁極ピッチ間隔（電気角３６０°）、Ｐｓ・・コア間隔、Ｐｔ・・ステータ極間隔、Ｓｎ・・ステータ極の設置総数、Ｗ１・・鉄心幅、Ｗ２・・鉄心幅、Ｘ・・磁極の設置総数、Ｙ・・ステータコア部の設置総数、θｎ・・ピッチ角。

Claims

回転可能に軸支されたロータ軸に、界磁極を形成するＮ磁極とＳ磁極を夫々等しい磁極間隔で交互に複数個配設されて成る磁極ロータと、
ステータ鉄心にステータコイルを巻装して形成され、磁極ロータの磁極対向側に、所定の間隔で複数個配設されたステータ極と、
前記各ステータ極のステータコイル毎、又は、磁極ロータの回転に伴いステータ極で交流起電力波形が同位相で発生するステータコイル群毎、の少なくとも一方に設けた整流回路と、
個々の整流回路の出力側に接続された個々独立した平滑回路と、
個々の平滑回路の出力側における正（＋）極の線端に入力側が接続された個々独立した整流器と、を備え、
２相以上複数相をもって１系統とし、前記系統を少なくとも１つ設け、前記整流器の出力側（＋）線端を前記系統毎の（＋）集結回線に集合結線してなる、
ことを特徴とする発電機。
ステータ極は、磁気絶縁して個々独立して形成され、
磁極ロータの同一磁極間の磁極間隔は、前記磁極に対向するステータ極間のステータ極間隔と異なるものである、
ことを特徴とする請求項１に記載の発電機。
磁極ロータは、ロータ軸の回転方向にＮ磁極とＳ磁極を交互に配置し、且つ、ロータ軸方向にほぼ同位相で、Ｎ磁極とＳ磁極を向かい合わせて一対としたツイン磁極部を備えるように形成され、
ステータ鉄心は、一対のコア部を突設するように断面略コ字状に形成され、
一方のコア部の突端をツイン磁極部の一方の磁極に対向させ、他方のコア部の突端をツイン磁極部の他方の磁極に対向させ、一対のコア部をロータ軸の軸方向に沿うように配置される、
ことを特徴とする請求項２に記載の発電機。
磁極ロータは、ロータ軸の回転方向にＮ磁極とＳ磁極を交互に配置して形成され、
ステータ鉄心は、一対のコア部を突設するように断面略コ字状に形成され、
コア部の両突端を磁極ロータの磁極に対向させて、一対のコア部をロータ軸の回転方向に沿うように配置される、
ことを特徴とする請求項２に記載の発電機。
磁極ロータの磁極の設置総数Ｘに対し、ステータ極の設置総極数Ｓｎ個の夫々取付位置におけるピッチ角度θｎは、
θｎ＝｛３６０°−（３６０°÷Ｘ）｝÷Ｓｎ
であり、
前記ステータ極間の間隔角度は、１箇所のみ広いものである、
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の発電機。