JP2013070587A - Dc motor, dc generator and dc transformer - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problems of a conventional DC rotary apparatus in which a commutator for arranging a direction of a current, which changes with rotation, in a constant direction is required and it makes a structure of the DC rotary apparatus be complicated, whose manufacture is not easy and in which the problems are left in characteristics, life and cost.SOLUTION: A rotor is constituted of a fixed magnet so that one magnetic pole is formed on a surface side of the rotor and a shaft section side of the rotor becomes the other pole. Thus, radial magnetic flux toward a stator inner face from the rotor is generated over the whole circumference of the rotor. Since a crossing relation of a direction of current flowing in a conductor wire inside the stator and the radial magnetic flux always becomes constant, the rotor always rotates in the constant direction in a motor and a "commutator" which is indispensable in the conventional DC rotary apparatus is not required at all in the DC motor, a DC generator and a DC transformer.

Description

本発明は直流回転機械に係り、特に、整流子を必要としない直流電動機、直流発電機、及び直流変圧機に関する。  The present invention relates to a DC rotating machine, and more particularly, to a DC motor, a DC generator, and a DC transformer that do not require a commutator.

従来の直流回転機器(直流電動機、直流発電機)においては、周知のように、常に一定方向に回転力が得られるように、あるいは、常に一方向への電流を外部回路に取り出せるようにするために、「整流子」が必要であった。整流子は「ブラシ」と接触しながら回転するので、接触不良、破壊、雑音の発生などによる問題がある。さらにまた、直流電動機・発電機に共通するが、固定子の内部空間において、多くの場合、固定子や回転子の磁極(N極、S極)が偏在しているので、電流、トルクなどが変動し、動作の不安定性、交流分による渦電流損失の発生などが避けられない欠点があった。  In a conventional DC rotating device (DC motor, DC generator), as is well known, in order to always obtain a rotational force in a certain direction, or to always take out a current in one direction to an external circuit. In addition, a “commutator” was required. Since the commutator rotates while being in contact with the “brush”, there are problems due to poor contact, destruction, generation of noise, and the like. Furthermore, although common to DC motors / generators, the stator and rotor magnetic poles (N pole, S pole) are often unevenly distributed in the internal space of the stator. Fluctuations, instability of operation, and eddy current loss due to AC components are unavoidable.

公開特許公報 特開2009−189224JP Patent Publication No. 2009-189224

多田 隈進、石川 芳博、常広 譲 著、「電気機器学基礎論」、電気学会、2004年9月20日 発行Tada, Shinshin, Ishikawa, Yoshihiro, Tsunehiro, Joe, “Electrical Equipment Fundamentals”, The Institute of Electrical Engineers of Japan, September 20, 2004

上述のように、従来の直流回転機器(直流電動機、直流発電機)においては、回転によって変わる電流の向きを一方向にするための整流子があり、そのため、電流の脈流、脈流による渦電流損失・雑音があり、電気的性能が不安定でかつ機器が壊れやすかった。また、従来の直流電動機、直流発電機では、回転円周内に磁極対(S/N)が一対以上あるので、回転に際して引力と反力が働き、回転トルクが変動する。このため振動が発生し、回転エネルギーの損失や騒音の発生などの欠点があった。  As described above, in the conventional DC rotating equipment (DC motor, DC generator), there is a commutator for making the direction of the current changed by the rotation in one direction. There was current loss and noise, electrical performance was unstable, and the equipment was fragile. Moreover, in the conventional DC motor and DC generator, since there are one or more pairs of magnetic poles (S / N) in the rotation circumference, attraction and reaction force act during rotation, and the rotation torque varies. For this reason, vibration is generated, and there are disadvantages such as loss of rotational energy and generation of noise.

また、直流の電圧を自由に変換する直流変圧機がなかったので、発電、送電、配電を効率よく行うことが出来なかった。このため、直流を利用した、発電から送電、配電を自由に効率よく組み合わせた電力発電、送電、配電からなる送・配電網を組むことが不可能であった。
本発明の目的は、整流子を必要とせず、また、回転トルク変動の極めて少ない直流電動機、直流発電機、直流変圧機を提供することにある。
Further, since there was no DC transformer that freely converts DC voltage, it was not possible to efficiently generate, transmit, and distribute power. For this reason, it has been impossible to assemble a power transmission / distribution network composed of power generation, power transmission, and power distribution that uses DC directly and efficiently from power generation to power transmission and distribution.
An object of the present invention is to provide a direct current motor, a direct current generator, and a direct current transformer that do not require a commutator and have very little rotational torque fluctuation.

従来の問題点を解消する本発明の原理を、図1を用いて説明する。図1(A)は、本発明による電動機の回転軸を通る垂直面で切断した断面の模式図である。また、図1(B)は、図1(A)のP−P面から見た模式断面図である。図1(A)に見るように、磁性体からなる固定子は、円筒状の固定子本体120とその両側に接続・固定されているサイドヨーク125とで構成されている。サイドヨークには、その中央部に貫通孔を設け、回転子軸受け部117としている。回転子110は、固定子の内部に収容されており、その一部又は全部が固定磁石(永久磁石)で構成されている。図示のように固定子本体と対面している回転子の表面は、すべて、例えばN極(又はS極)であり、表面から離れている回転子軸部115はS極(又はN極)であるように磁化された回転子である。  The principle of the present invention for solving the conventional problems will be described with reference to FIG. FIG. 1A is a schematic view of a cross section cut along a vertical plane passing through the rotating shaft of the electric motor according to the present invention. FIG. 1B is a schematic cross-sectional view as seen from the PP plane of FIG. As shown in FIG. 1 (A), a stator made of a magnetic material is composed of a cylindrical stator body 120 and side yokes 125 connected and fixed to both sides thereof. The side yoke is provided with a through hole at the center thereof to form a rotor bearing portion 117. The rotor 110 is accommodated in the stator, and a part or all of the rotor 110 is composed of a fixed magnet (permanent magnet). As shown in the figure, the surface of the rotor facing the stator body is all N pole (or S pole), for example, and the rotor shaft portion 115 away from the surface is S pole (or N pole). It is a rotor that is magnetized.

上記構造の回転子の場合には、図1(B)に示すように、回転子表面のN極から発した放射状の磁束105は、対面する固定子本体120の内面に進入し、固定子本体の内部を通って両端にあるサイドヨーク125に流入する。更に磁束は回転子軸部115から回転子内部を通ってN極に還流している。  In the case of the rotor having the above structure, as shown in FIG. 1 (B), the radial magnetic flux 105 emitted from the north pole of the rotor surface enters the inner surface of the stator body 120 facing, and the stator body Flows into the side yokes 125 at both ends. Further, the magnetic flux returns from the rotor shaft 115 to the N pole through the inside of the rotor.

一方、固定子本体には電動機の駆動用コイルが巻かれている。本例では、図1(B)に示すように4箇所に分散して配置された、第1巻き線130、第2巻き線140、第3巻き線150、第4巻き線160がある。各巻き線は、例えば第1巻き線130に見るように、固定子本体の貫通孔(図示せず)を通して内部導体線132が敷設された後、再び貫通孔を通して導体線は固定子本体の外側に出たのち、固定子本体の外面に添うように敷設されるリターン線135となる。巻き線の両端部も固定子本体の外側に引き出されて、引き出し導体線137、138となっている。  On the other hand, a motor driving coil is wound around the stator body. In this example, there are a first winding 130, a second winding 140, a third winding 150, and a fourth winding 160, which are arranged in four locations as shown in FIG. 1B. For example, as shown in the first winding 130, each winding has an inner conductor wire 132 laid through a through hole (not shown) in the stator main body, and then the conductor wire passes through the through hole again. After that, the return line 135 is laid so as to follow the outer surface of the stator body. Both ends of the winding are also drawn out to the outside of the stator body to form lead conductor wires 137 and 138.

なお、以上に記載した各呼称の「線」(例えば「内部導体線」)とは、当然ながら表面に絶縁膜被覆が施された導体線を指す。また、磁性体材料としては例えば珪素鋼、パーマロイ、固定磁石としてはフェライト磁石、ネオジウム磁石などであるが、これらに限定されるものではない。以下の明細書中での記述についても同様である。さらに、図面は模式的に描かれたものであり、巻き線数が極端に少ない「単層巻き」として描かれているが、もちろん「多層巻き」構造でもよく、巻き線数も図示に限定されるものではない。  In addition, the “line” (for example, “internal conductor line”) of each name described above naturally refers to a conductor line whose surface is coated with an insulating film. Examples of the magnetic material include silicon steel and permalloy, and examples of the fixed magnet include a ferrite magnet and a neodymium magnet, but are not limited thereto. The same applies to the description in the following specification. Furthermore, the drawing is schematically drawn and is drawn as a “single layer winding” with an extremely small number of windings. Of course, a “multilayer winding” structure may be used, and the number of windings is limited to the illustration. It is not something.

固定子本体の内面に敷設される内部導体線(例えば132)については、導体線の配置方向を回転子の軸方向と、大略、同一にしてある。今、巻き線に電流を流した場合には、例えば、図1(B)の第1巻き線130の矢羽根・矢尻印のような電流方向になり、当然ながら各内部導体線には皆同一の方向に電流が流れる。そして、この電流は回転子の外周面から固定子本体の内周面に向かう放射状の磁束と直交しており、かつ、「フレミングの左手則」により磁束との相互作用が最も大きくなる交差関係にあり、固定磁石で構成された回転子はフレミングの左手則に従う方向に回転する。  For the internal conductor wires (for example, 132) laid on the inner surface of the stator body, the arrangement direction of the conductor wires is substantially the same as the axial direction of the rotor. Now, when a current is passed through the winding, for example, the current direction is as indicated by the arrow blades and arrowheads of the first winding 130 in FIG. Current flows in the direction of. This current is orthogonal to the radial magnetic flux from the outer peripheral surface of the rotor to the inner peripheral surface of the stator body, and has a cross relationship that maximizes the interaction with the magnetic flux by the “Fleming's left-hand rule”. Yes, a rotor composed of fixed magnets rotates in a direction that follows Fleming's left-hand rule.

以上の説明では、固定子本体の内面に敷設する複数の内部導体線の方向と回転子の軸方向とを、大略、平行にするとしてきたが、これは導体線中の電流と固定子〜回転子間の磁束とを直交させ、その交互作用を最大に成らしめるためである。しかしながら、内部導体線方向と回転子軸方向とを、大略、平行とすることが必須の要件ではない。場合によっては、内部導体線の方向が回転子の軸方向と斜めに交差するように内部導体線を配置しても差し支えない。この場合には、磁束との交互作用を考慮すると、斜め交差により内部導体線の有効な長さは実際の長さよりも短くなってしまうので、その分だけ製造に要する導体線量を多く使うことになるが、回転中の単位時間当たりに換算した導体線の有効長さは導体線が磁束と直交する場合と比べて殆ど変わらない(但し、導体線群を分割して分散配置した場合には、分散度合いが多いほどロスが多くなる)。以上を考慮・容認できれば、内部導体線の方向が回転子の軸方向と斜めに交差するような内部導体線の敷設も可能である。  In the above description, the direction of the plurality of internal conductor wires laid on the inner surface of the stator main body and the axial direction of the rotor have been generally made parallel, but this means that the current in the conductor wire and the stator to rotation This is to make the magnetic flux between the children orthogonal and maximize the interaction. However, it is not an essential requirement that the inner conductor line direction and the rotor axis direction be substantially parallel. In some cases, the inner conductor line may be arranged so that the direction of the inner conductor line obliquely intersects the axial direction of the rotor. In this case, considering the interaction with the magnetic flux, the effective length of the inner conductor wire will be shorter than the actual length due to the diagonal crossing, so the conductor dose required for manufacturing will be increased accordingly. However, the effective length of the conductor wire converted per unit time during rotation is almost the same as when the conductor wire is orthogonal to the magnetic flux (however, when the conductor wire group is divided and arranged in a distributed manner, The greater the degree of dispersion, the greater the loss.) If the above can be considered and accepted, it is possible to lay the inner conductor wire so that the direction of the inner conductor wire obliquely intersects the axial direction of the rotor.

ここで注目すべきことは、内部導体線に流れる電流の方向と放射状磁束の交差関係は、回転子の回転位相角とは無関係に回転子の回転方向は常に一定していることである。このことにより、回転子は、整流子が存在しなくても常に一定方向に回転することが可能となる。  It should be noted here that the crossing relationship between the direction of the current flowing through the inner conductor wire and the radial magnetic flux is that the rotation direction of the rotor is always constant regardless of the rotation phase angle of the rotor. This makes it possible for the rotor to always rotate in a certain direction even if there is no commutator.

以上は、電動機について説明したが、上記と全く同様の構造からなる発電機を考えた場合、固定磁石からなる回転子を外力で回転させた場合に、電動機の場合と全く同じ原理により、巻き線から取り出される発電起電力の極性方向は、回転子の回転位相角とは無関係に常に一定している。このことにより、整流子を必要としない直流発電機が実現できる。  The above is a description of the electric motor. However, when a generator having the same structure as described above is considered, when a rotor made of a fixed magnet is rotated by an external force, the winding is performed according to the same principle as that of the electric motor. The polarity direction of the generated electromotive force taken out from is always constant regardless of the rotational phase angle of the rotor. As a result, a DC generator that does not require a commutator can be realized.

次に、本発明の直流変圧機について説明する。図1(B)に見るように、4個の巻き線(第1〜4巻き線)が固定子本体に設けられている場合を考える。第1巻き線130を変圧機の1次側巻き線、第2〜4巻き線140、150、160を2次側巻き線とする。今、第1巻き線(1次巻き線)に直流電圧を加えると、電動機の機能により回転子が回転する。これにより、第2〜4巻き線には、巻き線数に応じた発電起電力が発生し、変圧機の2次側出力となる。したがって、直流電動機と直流発電機を直結させて直流変圧を行う従来の方式に比べて、本発明では回転式の一個の変圧機だけで直流電圧の変圧が可能になる。  Next, the DC transformer of the present invention will be described. Consider the case where four windings (first to fourth windings) are provided on the stator body as seen in FIG. The first winding 130 is a primary winding of the transformer, and the second to fourth windings 140, 150, 160 are secondary windings. Now, when a DC voltage is applied to the first winding (primary winding), the rotor rotates due to the function of the electric motor. Thereby, in the 2nd-4th winding, the generated electromotive force according to the number of windings generate | occur | produces, and it becomes the secondary side output of a transformer. Therefore, compared to the conventional method in which direct current transformation is performed by directly connecting a direct current motor and a direct current generator, in the present invention, it is possible to transform direct current voltage with only one rotary transformer.

以上述べた本発明の電動機、発電機、変圧機の主な特徴を下記に示す。
(1)回転子の主面(固定子本体内面に対面している面)の磁極をN極(又はS極)の一極だけとし、回転子の軸部分側を他の一極であるS極(又はN極)となるように回転子を構成する。これにより、回転子主面から固定子本体内面に向かう放射状の磁束が、回転子主面の全周に亘って発生する。
(2)上記固定子の内面には複数の内部導体線を敷設し、導体線の配置方向を回転子の軸方向と、大略、同一の方向とするが、導体線の使用量のロス分を容認できれば、斜め方向に内部導体線を敷設しても差し支えない。
(3)以上の構成により、内部導体線に流れる電流と放射状磁束の交差関係は、回転子の回転位相角とは無関係に常に一定となるので、電動機にあっては回転子が常に一定方向に回転し、また、発電機(又は変圧機)にあっては発電起電力の極性が常に一定になる。
(4)すなわち、従来の直流回転機器に不可欠であった「整流子」を一切必要としない、直流電動機、直流発電機、直流変圧機が得られる。
(5)回転円周内にはNまたはS極の一極しか存在しないので、回転に対するトルク変動が極めて少なく、このため、回転時の振動やエネルギー損失が少なく、極めてスムーズで静かな回転が得られる。
The main features of the electric motor, generator, and transformer of the present invention described above are shown below.
(1) The magnetic pole of the main surface of the rotor (the surface facing the inner surface of the stator body) is only one pole of the N pole (or S pole), and the rotor shaft portion side is the other pole S The rotor is configured to have poles (or N poles). Thereby, a radial magnetic flux from the rotor main surface toward the stator main body inner surface is generated over the entire circumference of the rotor main surface.
(2) A plurality of internal conductor wires are laid on the inner surface of the stator, and the arrangement direction of the conductor wires is substantially the same direction as the axial direction of the rotor. If acceptable, the inner conductor wires may be laid diagonally.
(3) With the above configuration, since the crossing relationship between the current flowing in the inner conductor wire and the radial magnetic flux is always constant regardless of the rotational phase angle of the rotor, the rotor is always in a constant direction in an electric motor. In the generator (or transformer), the polarity of the generated electromotive force is always constant.
(4) That is, a DC motor, a DC generator, and a DC transformer that do not require any “commutator” that is indispensable for conventional DC rotating devices can be obtained.
(5) Since there is only one pole of N or S in the rotation circumference, there is very little torque fluctuation with respect to rotation, so there is little vibration and energy loss during rotation, and extremely smooth and quiet rotation is obtained. It is done.

次に、本発明を構成する巻き線(内部導体線)、回転子、サイドヨークなどについて、以下に詳細を説明する。  Next, the details of the winding (internal conductor wire), the rotor, the side yoke and the like constituting the present invention will be described below.

まず、内部導体線を敷設する方法として、図1(A)、図1(B)に示すようにコイル状の巻き線を例に挙げた。この場合に、固定子内面の内部導体線を敷設する部分に「スロット」を設け、この中に内部導体線を挿入する方式でも良い。また、内部導体線の一本ずつを、その両端を延伸して固定子本体を貫通する引出し窓から固定子外部に引き出しても良い。この場合の引き出し線は、巻き線の場合のリターン線135、145に相当するが、固定子の外部にあるため、放射状磁束とは一切交差しないので、引き出し線同士を自由に引き回して接続することができる。内部導体線に電流を供給する直流電源との整合性を図る目的で、例えば、内部導体線を数本まとめて並列接続を成し、更に、この並列接続された導体線群の幾つかを直列接続することができる。これにより内部導体線群の合成抵抗値を所望の値に調整し、駆動用直流電源の電圧・電流との整合を取ることが容易になる。  First, as a method of laying an internal conductor wire, a coiled wire was taken as an example as shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). In this case, a method may be employed in which “slots” are provided in the portion where the inner conductor wire is laid on the inner surface of the stator, and the inner conductor wire is inserted therein. Alternatively, each of the inner conductor wires may be drawn out of the stator from an extraction window that extends through both ends and penetrates the stator body. The lead wires in this case correspond to the return wires 135 and 145 in the case of windings, but since they are outside the stator, they do not intersect with the radial magnetic flux at all, so the lead wires should be freely routed and connected. Can do. In order to achieve consistency with a DC power supply that supplies current to the internal conductor lines, for example, several internal conductor lines are connected in parallel and some of the parallel connected conductor lines are connected in series. Can be connected. This makes it easy to adjust the combined resistance value of the inner conductor line group to a desired value and to match the voltage / current of the driving DC power supply.

さらに、内部導体線を敷設する別の方式として、予め内部導体線群を基板上に設け、これを固定子本体の内面に取り付ける方式がある。具体的には、可撓性のあるプリント基板上に複数本の導体線を印刷配線し、各導体線の両端に引き出し線を接続した「内部導体線ユニット」である。あるいはまた、磁性体からなる板状コアの表面に複数本の導体線を巻きつけて「巻き線ユニット」とする。表面に導体線を巻きつける際のリターン線は、板状コアの側壁をめぐり、表面の内部導体線と平行になるリターン部分については、実質的に磁気シールドされたトンネル内をリターンするように構成される。  Furthermore, as another method for laying the internal conductor wires, there is a method in which the internal conductor wire group is provided on the substrate in advance and this is attached to the inner surface of the stator body. Specifically, it is an “internal conductor line unit” in which a plurality of conductor lines are printed on a flexible printed board and lead wires are connected to both ends of each conductor line. Alternatively, a “winding unit” is formed by winding a plurality of conductor wires around the surface of a plate-like core made of a magnetic material. The return line when winding the conductor wire on the surface goes around the side wall of the plate core, and the return part that is parallel to the inner conductor wire on the surface is configured to return inside the tunnel that is substantially magnetically shielded Is done.

以上述べた「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に装着する方式は、図1(A)、図1(B)に示す巻き線方式に比べて製作が容易である。特に、変圧機を製作する際には、各種の変圧比仕様に対応した「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」を予め準備しておくことができるので、製造上、大きな利点がある。  The method of mounting the “inner conductor wire unit” or “winding unit” described above on the inner surface of the stator body is easier to manufacture than the winding method shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B). is there. In particular, when a transformer is manufactured, an “internal conductor line unit” and a “winding unit” corresponding to various types of transformation ratio specifications can be prepared in advance, which has a great advantage in manufacturing.

上記の「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」の引き出し線を固定子の外部に取り出すには、固定子本体やサイドヨークに設けられた引き出し窓を用いる。このときに、引き出し窓が固定子本体やサイドヨーク内の磁束の流れを極力妨げることのないように、その形状を磁束の方向に沿う長孔とし、そのサイズも必要最小限に抑える必要がある。これにより、リード線引き出し窓の設置による固定子本体やサイドヨーク部分の磁気抵抗の増加を最小限に抑える。  In order to take out the lead wires of the above “internal conductor wire unit” and “winding unit” to the outside of the stator, a lead window provided in the stator main body and the side yoke is used. At this time, in order not to obstruct the flow of magnetic flux in the stator main body and the side yoke as much as possible, it is necessary to make the shape a long hole along the direction of the magnetic flux, and to keep the size to the minimum necessary. . This minimizes an increase in the magnetic resistance of the stator main body and side yoke due to the installation of the lead wire extraction window.

以上述べた内部導体線については、コイル状巻き線、内部導体線ユニット、巻き線ユニットを問わず、これを固定子本体の内面全面に亘って敷設してもよく、また、何箇所かに分割・分散して敷設してもよい。  The inner conductor wire described above may be laid over the entire inner surface of the stator main body, regardless of whether it is a coiled winding, an inner conductor wire unit, or a winding unit.・ It may be laid in a distributed manner.

次に、回転子の構造について述べる。上述のように、回転子の主面(固定子本体の内面に対面している面)の磁極をN極(又はS極)の一極だけとし、回転子の軸部分側を他の一極であるS極(又はN極)とする。上記の極性になるように回転子全部を固定磁石で構成する。あるいは、回転子を磁性体で構成し、その一部に固定磁石を組み込む構造としても良い。この場合には、回転子全体でみたときに最も磁気抵抗が大きい回転子軸近傍の部材に棒状の固定磁石を組み込む構造が好適であり、磁気抵抗の低減にも効果がある。  Next, the structure of the rotor will be described. As described above, the magnetic pole of the main surface of the rotor (the surface facing the inner surface of the stator body) is only one pole of N pole (or S pole), and the shaft portion side of the rotor is the other pole. S pole (or N pole). The entire rotor is composed of a fixed magnet so as to have the above polarity. Or it is good also as a structure which comprises a rotor with a magnetic body and incorporates a fixed magnet in the one part. In this case, a structure in which a rod-like fixed magnet is incorporated in a member in the vicinity of the rotor shaft having the largest magnetic resistance when viewed as a whole of the rotor is suitable, which is effective in reducing the magnetic resistance.

本発明における固定子本体〜サイドヨーク〜回転子からなる磁気回路の磁気抵抗の低減に関しては、上記の改善策の他に、回転子軸受け部での工夫がある。すなわち、軸受け部分ではサイドヨークと回転子軸との間にギャップができているので、この部分では磁気抵抗が増加している。このため、サイドヨークの軸受け部分の板厚を周縁部分に比べて厚くする構造とした。これにより、回転子軸面とこれに対向するサイドヨーク軸受け面との対向面積が増加するので、この部分の磁気抵抗の増加を低減できる。  Regarding the reduction of the magnetic resistance of the magnetic circuit composed of the stator main body, the side yoke, and the rotor in the present invention, in addition to the above improvement measures, there is a device in the rotor bearing portion. That is, since a gap is formed between the side yoke and the rotor shaft in the bearing portion, the magnetic resistance is increased in this portion. For this reason, the thickness of the bearing portion of the side yoke is made thicker than that of the peripheral portion. As a result, the facing area between the rotor shaft surface and the side yoke bearing surface facing the rotor shaft surface increases, so that an increase in magnetic resistance at this portion can be reduced.

本発明の直流電動機は、出力トルク変動がなく、静かで効率が高く、低雑音で故障が少なく、優れた耐久性を示す。また、本発明の直流発電機では、脈流の少ない直流電流が容易に発生し、しかも、低雑音で故障が少なく、優れた耐久性を示す。さらに、本発明により実現できた直流変圧機は、脈流の少ない直流電圧を種々の安定した直流電圧に変換するのみならず、脈流のある直流電圧から、脈流、雑音等の少ない所望の直流電圧に変換することができる。特に本発明の直流変圧機は、効率的な直流送電・変電・配電システムに応用することができる。  The DC motor of the present invention has no output torque fluctuation, quiet and high efficiency, low noise and few failures, and exhibits excellent durability. In addition, the direct current generator of the present invention easily generates a direct current with less pulsating current, has low noise, has few failures, and exhibits excellent durability. Furthermore, the DC transformer realized by the present invention not only converts a DC voltage with a small pulsating current into various stable DC voltages, but also a desired voltage with a low pulsating current, noise, etc. from a DC voltage with a pulsating current. It can be converted to a DC voltage. In particular, the DC transformer of the present invention can be applied to an efficient DC power transmission / transformation / distribution system.

本発明の電動機の模式断面図Schematic sectional view of the electric motor of the present invention 図1(A)のP−P切断面における模式断面図Schematic sectional view taken along the line PP in FIG. 本発明の実施例1における電動機の模式断面図Schematic sectional view of the electric motor in Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施例1における回転子の模式断面図Schematic sectional view of the rotor in Example 1 of the present invention 本発明の実施例1における巻き線の模式平面図The schematic top view of the winding in Example 1 of this invention 本発明の実施例1における固定子軸受け端部の模式断面図Schematic cross-sectional view of the stator bearing end in Example 1 of the present invention 本発明の実施例2における回転子の模式断面図Schematic sectional view of the rotor in Example 2 of the present invention 本発明の実施例3における電動機の模式断面図Schematic sectional view of the electric motor in Embodiment 3 of the present invention 本発明の実施例3における「内部導体線ユニット」の模式平面図Schematic plan view of “internal conductor line unit” in Example 3 of the present invention 本発明の実施例4における「巻き線ユニット」の模式断面図Model sectional drawing of the "winding unit" in Example 4 of this invention 本発明の実施例4における「巻き線ユニット」の模式平面図Schematic plan view of “winding unit” in Embodiment 4 of the present invention

以下に、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。  Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2(A)は、本発明の実施例1による電動機の回転子軸方向に平行な断面図であり、図2(B)は本例における回転子の具体的な構造を示す断面模式図である。磁性体からなる円筒状の固定子本体220の側方に同じく磁性体からなるサイドヨーク225が接続されて電動機の固定子を構成している。  2A is a cross-sectional view parallel to the rotor axial direction of the electric motor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing a specific structure of the rotor in this example. is there. A side yoke 225 made of a magnetic material is connected to the side of a cylindrical stator body 220 made of a magnetic material to constitute a stator of the electric motor.

本例では固定子本体の2箇所に第1巻き線230、第2巻き線240の二つの巻き線が設けられており、これが電動機の駆動用コイルになっている。以下、巻き線の構造を第1巻き線について説明する。図2(C)は、第1巻き線を固定子本体の内側から見た模式平面図である。固定子本体220に貫通して設けられた導体線の引き出し窓222を通って、導体線が固定子本体の内側・外側を通ってコイル状に巻かれており、巻き線の両端は引き出し導体線237、238として固定子本体の外側に引き出されている。固定子本体の内側には、回転子210の軸方向にほゞ平行な方向に導体線(内部導体線232)が敷設されていることになる。  In this example, two windings of a first winding 230 and a second winding 240 are provided at two locations on the stator body, and these are the driving coils of the motor. Hereinafter, the winding structure will be described for the first winding. FIG. 2C is a schematic plan view of the first winding as viewed from the inside of the stator body. The conductor wire is wound in a coil shape through the inside and outside of the stator body through the conductor wire lead-out window 222 provided through the stator body 220, and both ends of the winding are drawn out to the lead conductor wire. 237 and 238 are drawn to the outside of the stator body. Inside the stator main body, conductor wires (internal conductor wires 232) are laid in a direction substantially parallel to the axial direction of the rotor 210.

今、巻き線に電流を流したとすると、当然ながら、各内部導体線232には、それぞれ同一方向に電流が流れる。また、導体線を取り出すために設けられている引き出し窓222は、固定子本体の中を流れる磁束に対して少なからず障害になるので、細長い貫通孔の方向を磁束の流れ方向に平行になるようにし、また、必要以上にそのサイズを大きくしないように留意する必要がある。これにより、固定子本体内の磁気抵抗の増加を低減できる。  Assuming that a current is passed through the winding, the current flows in the same direction in each internal conductor wire 232 as a matter of course. Further, the lead-out window 222 provided for taking out the conductor wire is not a little obstacle to the magnetic flux flowing in the stator body, so that the direction of the elongated through hole is made parallel to the magnetic flux flow direction. In addition, care must be taken not to increase the size more than necessary. Thereby, the increase in the magnetic resistance in a stator main body can be reduced.

上記のように構成された固定子の中に回転子210が収容されている。サイドヨークの中心部分には、回転子軸215を支持するための回転子軸受け部217がサイドヨークを貫通する形で設けられている。また、回転子軸215と連結し、回転子軸よりも直径の大きな内部軸部212が設けられている。図1(A)に示したように、回転子の中を通る磁束に対して、直径が細くなる回転子軸215の部分では比較的大きな磁気抵抗が生じる。このため、回転子本体211と回転子軸215の間にある内部軸部212は、回転子軸215よりも直径を太くして磁気抵抗の増加を抑えている。  The rotor 210 is accommodated in the stator configured as described above. A rotor bearing portion 217 for supporting the rotor shaft 215 is provided at the center portion of the side yoke so as to penetrate the side yoke. Further, an internal shaft portion 212 that is connected to the rotor shaft 215 and has a diameter larger than that of the rotor shaft is provided. As shown in FIG. 1A, a relatively large magnetic resistance is generated at the portion of the rotor shaft 215 whose diameter is reduced with respect to the magnetic flux passing through the rotor. For this reason, the inner shaft portion 212 between the rotor body 211 and the rotor shaft 215 has a diameter larger than that of the rotor shaft 215 to suppress an increase in magnetic resistance.

同じような理由で、回転子軸受け部217に接するサイドヨークの貫通孔の部分におけるサイドヨークの肉厚を厚くして、回転子軸受け部での磁気抵抗の増加を抑えている。  For the same reason, the thickness of the side yoke in the portion of the through hole of the side yoke in contact with the rotor bearing portion 217 is increased to suppress an increase in magnetic resistance at the rotor bearing portion.

次に、回転子について説明する。図2(B)は、本例の回転子の詳細構造を示す軸方向の模式断面図である。回転子210は、磁性体からなる回転子本体211と円柱状固定磁石からなる内部軸部212と磁性体からなる回転子軸215とで構成されている。固定子と回転子で構成される磁気回路では、回転子軸付近で最も磁気抵抗が高くなるので、この付近に位置する内部軸部212を固定磁石で構成することが、磁気回路の磁気抵抗の増加を低減する上で効果的である。  Next, the rotor will be described. FIG. 2B is a schematic cross-sectional view in the axial direction showing the detailed structure of the rotor of this example. The rotor 210 includes a rotor body 211 made of a magnetic material, an internal shaft portion 212 made of a cylindrical fixed magnet, and a rotor shaft 215 made of a magnetic material. In a magnetic circuit composed of a stator and a rotor, the magnetic resistance is highest near the rotor shaft. Therefore, the internal shaft portion 212 located near the rotor shaft can be composed of a fixed magnet. It is effective in reducing the increase.

また、固定磁石で構成されている回転子は、サイドヨークとの間に磁気吸引力が発生する。この吸引力は、軸方向でほゞバランスするが、完全にはゼロにはならないので、内部軸部212とサイドヨーク225との間で摩擦抗力が発生する。このため、内部軸部の側面とサイドヨークの内側面の間にスラストベアリング265を挿入して、摩擦抗力の低減を図っている。同様に、回転子軸受け部217で生じる摩擦抗力の低減のために、ラジアルベアリング260を設けている。  Further, a magnetic attraction force is generated between the rotor composed of the fixed magnets and the side yoke. This suction force is almost balanced in the axial direction, but is not completely zero, so that a frictional drag is generated between the inner shaft portion 212 and the side yoke 225. For this reason, the thrust bearing 265 is inserted between the side surface of the inner shaft portion and the inner surface of the side yoke to reduce the frictional drag. Similarly, a radial bearing 260 is provided to reduce the frictional drag generated at the rotor bearing portion 217.

図2(A)に示す本例の直流電動機では、第1巻き線230と第2巻き線240を固定子外部で直列に接続し、これに電流を供給すれば、回転子が回転する。第1巻き線と第2巻き線の仕様が同一であれば、これらを並列接続して運転することも可能である。また、本例では固定子が二つの巻き線を持つ構造を示したが、二つ以上の巻き線であってもよく、また、一つの巻き線を固定子本体の内面全面に亘って敷設しても良い。更には、巻き線を複数に分けて敷設する方式では、各巻き線を直列・並列・直並列など所望の接続を行えば、駆動用の直流電源との整合が取りやすくなる。  In the DC motor of this example shown in FIG. 2A, the rotor rotates when the first winding 230 and the second winding 240 are connected in series outside the stator and current is supplied thereto. If the specifications of the first winding and the second winding are the same, it is possible to operate them by connecting them in parallel. In this example, the stator has a structure having two windings. However, two or more windings may be used, and one winding is laid over the entire inner surface of the stator body. May be. Furthermore, in the system in which the windings are divided into a plurality of pieces, matching with the driving DC power source is facilitated if each winding is connected in a desired manner such as in series, parallel, or series-parallel.

次に、図2に示す直流電動機を直流変圧機として使用する例を説明する。今、第1巻き線230のみに直流電圧を加えて回転子を回転させ、第2巻き線240から発生起電力を取り出せば、直流変圧機として動作させることができる。この場合、一次側の第1巻き線の巻き線数と2次側の第2巻き線の巻き線数の比に相当する変圧比で直流電圧を変圧できる。  Next, an example in which the DC motor shown in FIG. 2 is used as a DC transformer will be described. Now, if a DC voltage is applied only to the first winding 230 to rotate the rotor and the generated electromotive force is taken out from the second winding 240, it can be operated as a DC transformer. In this case, the DC voltage can be transformed at a transformation ratio corresponding to the ratio of the number of turns of the primary winding on the primary side to the number of turns of the secondary winding on the secondary side.

なお、本例のような変圧機として動作させる場合には、回転子軸受け端部を図2(D)に示す構造とすることが可能になる。図2(D)は、回転子軸受け端部の模式断面図であり、回転子軸215の終端部分に磁性体からなるシールドキャップ227を設けている。変圧機においては回転子軸をサイドヨークの外側まで露出させる必要がないので、シールドキャップにより回転子軸端部からサイドヨークの外側に漏れ出す磁束をシールドすることができる。また、図示を省略するが、シールドキャップとサイドヨークを一体化して、回転子軸受け部分を袋状の構造としてシールド効果を得ることも可能である。  When operating as a transformer as in this example, the rotor bearing end can be structured as shown in FIG. FIG. 2D is a schematic cross-sectional view of the rotor bearing end portion, and a shield cap 227 made of a magnetic material is provided at the terminal portion of the rotor shaft 215. In the transformer, since it is not necessary to expose the rotor shaft to the outside of the side yoke, the magnetic flux leaking from the end of the rotor shaft to the outside of the side yoke can be shielded by the shield cap. Although not shown, it is also possible to obtain a shielding effect by integrating the shield cap and the side yoke so that the rotor bearing portion has a bag-like structure.

図3は、本発明の実施例2による回転子の構造を示す模式断面図である。本例の回転子310は、円筒状固定磁石313と磁性体から成る回転子本体311、回転子軸315とで構成されている。円筒状固定磁石は磁性体からなる回転子本体に嵌合・固着されている。また、円筒状固定磁石の外側面はN極(又はS極)であり、内側面はS極(又はN極)となっている。上記の円筒状固定磁石を回転子本体に嵌合・固着したことにより、回転子軸の部分はS極(又はN極)に磁化される。なお、回転子本体311の形状は、これに限定されるものではなく、図2(B)に示したように、回転子本体の肩部にテーパをつけた形状も有りうる。  FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the rotor according to the second embodiment of the present invention. The rotor 310 of this example includes a cylindrical fixed magnet 313, a rotor body 311 made of a magnetic material, and a rotor shaft 315. The cylindrical fixed magnet is fitted and fixed to a rotor body made of a magnetic material. Further, the outer surface of the cylindrical fixed magnet is an N pole (or S pole), and the inner surface is an S pole (or N pole). By fitting and fixing the cylindrical fixed magnet to the rotor body, the rotor shaft portion is magnetized to the S pole (or N pole). Note that the shape of the rotor main body 311 is not limited to this, and there may be a shape in which the shoulder of the rotor main body is tapered as shown in FIG.

内部導体線を固定子本体の内面に敷設する際の別の方式を以下に述べる。本例では、3個の「内部導体線群」を可撓性のあるプリント基板上に印刷法により形成し、これを「内部導体線ユニット」として固定子本体の内面に固定している。図4(A)は、上記のプリント基板式の3個の「内部導体線ユニット」410を固定子本体内面に装着した構造を示す模式断面図であり、また、図4(B)は、上記のプリント基板式「内部導体線ユニット」の模式平面図である。  Another method for laying the inner conductor wire on the inner surface of the stator body will be described below. In this example, three “inner conductor line groups” are formed on a flexible printed board by a printing method, and are fixed to the inner surface of the stator body as “inner conductor line units”. FIG. 4A is a schematic cross-sectional view showing a structure in which the above-mentioned three printed circuit board type “internal conductor wire units” 410 are mounted on the inner surface of the stator main body, and FIG. FIG. 3 is a schematic plan view of a printed circuit board type “internal conductor line unit”.

図4(B)に見るように、可撓性のあるプリント配線用基板432の上に印刷法により内部導体線430が設けられている。図示を一部省略しているが、各導体線の端末433には、各導体線を固定子の外部に引き出すためのリード線437が接続されており、これらのリード線は纏められて引き出し窓422を通して固定子外部に引き出されている。本例では、引き出し窓はサイドヨークに貫通孔として設けられているが、固定子本体の所望の場所であっても良い。  As shown in FIG. 4B, an internal conductor line 430 is provided on a flexible printed wiring board 432 by a printing method. Although a part of the illustration is omitted, lead wires 437 for pulling out each conductor wire to the outside of the stator are connected to the terminal 433 of each conductor wire. It is pulled out of the stator through 422. In this example, the drawer window is provided as a through hole in the side yoke, but may be a desired location of the stator body.

このとき、引き出し窓が、サイドヨークや固定子本体の内部の磁束の流れの抵抗となることを最小限に抑える必要がある。このため、磁束の流れ方向に対する引き出し窓の断面積を必要最小限とし、また、引き出し窓の長手方向に沿う形状中心線を、固定子又はサイドヨークの中を流れる磁束の方向に平行となるように引き出し窓を配設する。  At this time, it is necessary to minimize that the extraction window becomes a resistance to the flow of magnetic flux inside the side yoke and the stator body. For this reason, the sectional area of the extraction window with respect to the flow direction of the magnetic flux is minimized, and the shape center line along the longitudinal direction of the extraction window is parallel to the direction of the magnetic flux flowing in the stator or the side yoke. A drawer window is disposed on the wall.

リード線により引き出された各内部導体線については、これらを直列に接続したのち、同種の別箇所の「内部導体線ユニット」と直列、又は並列接続して、直流電動機にあっては、これを駆動用の内部導体線群として用い、また、直流発電機にあっては、これを発電起電力を取り出すための内部導体線群として用いる。  For each internal conductor wire drawn out by the lead wire, connect them in series, then connect them in series or in parallel with another “internal conductor unit” of the same type. It is used as an internal conductor line group for driving, and in the case of a DC generator, it is used as an internal conductor line group for taking out the generated electromotive force.

内部導体線を固定子本体の内面に敷設する際の更に別の方式を以下に述べる。本例では、板状磁性体コアに導体線を巻き線し、この「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に固定している。図5(A)は、上記の「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に固定した状態の模式部分断面図である。また、図5(B)は、上記の「巻き線ユニット」の模式平面図である。  Still another method for laying the inner conductor wire on the inner surface of the stator body will be described below. In this example, a conductor wire is wound around the plate-like magnetic core, and this “winding unit” is fixed to the inner surface of the stator body. FIG. 5A is a schematic partial cross-sectional view of the above-described “winding unit” fixed to the inner surface of the stator body. FIG. 5B is a schematic plan view of the “winding unit”.

以下、巻き線ユニット520Aの詳細を以下に説明する。図示のように、磁性体からなる板状コア510は、固定子本体420の内面に密着・固定されるので、固定子の内面の曲率に倣って湾曲している。また、板状コアの内部導体線530と平行する側壁部分には「庇状凹部」を設けている。隣り合う板状コアが各々の側壁部分で密着したときに、固定子本体の内壁と庇状凹部とで磁気シールドトンネルを形成する。  Details of the winding unit 520A will be described below. As shown in the figure, the plate-like core 510 made of a magnetic material is closely attached to and fixed to the inner surface of the stator main body 420, and therefore bends following the curvature of the inner surface of the stator. In addition, a “ridge-shaped recess” is provided in a side wall portion parallel to the inner conductor wire 530 of the plate core. When adjacent plate cores are brought into close contact with each side wall portion, a magnetic shield tunnel is formed by the inner wall of the stator body and the bowl-shaped recess.

次に、巻き線ユニット520Aを例にして、更に詳しく巻き線状態について説明する。図5(A)の内部導体線530に記している矢羽根印や矢尻印は、仮に内部導体線に電流を流したとしたら、各内部導体線にはこのような向き(又は逆向き)に電流が流れることを示している。各スロット560にある内部導体線530の中を流れる電流は全て同じ方向に流れる。本例では、回転子に対面する板状コア面に、回転子軸方向とほゞ平行な方向にスロット560が設けられている。これにより、板状コア上での内部導体線の位置決めと固定が容易になる。  Next, the winding state will be described in more detail using the winding unit 520A as an example. If the arrow feather mark and arrowhead mark written on the internal conductor line 530 in FIG. 5 (A) are assumed to flow an electric current through the internal conductor line, each internal conductor line has such a direction (or reverse direction). It shows that current flows. All the currents flowing through the inner conductor lines 530 in each slot 560 flow in the same direction. In this example, a slot 560 is provided on a plate-like core surface facing the rotor in a direction substantially parallel to the rotor axial direction. This facilitates the positioning and fixing of the inner conductor wire on the plate-like core.

以下に板状コアの巻き線状態を図5(A)、図5(B)を参照しながら説明する。巻き線導体線は、例えば、板状コアの側壁にある「庇状凹部」の中をリターン線の2(532)として通り、次にコア上面のスロット560の中を通って反対側のスロット出口からリターン線の1(531)として最初の「庇状凹部」に向かう。更に、このリターン線531は、一度通過した「庇状凹部」の中を通り、リターン線の1(531)としてコア側壁を通り、再びコア面上の次のスロットの中に入る。  Hereinafter, the winding state of the plate-like core will be described with reference to FIGS. 5 (A) and 5 (B). For example, the winding conductor wire passes through the “corrugated recess” on the side wall of the plate-like core as a return wire 2 (532), then passes through the slot 560 on the upper surface of the core, and the slot outlet on the opposite side. To the first “saddle-shaped recess” as 1 (531) of the return line. Further, the return line 531 passes through the “trench-shaped recess” once passed, passes through the core side wall as a return line 1 (531), and again enters the next slot on the core surface.

以上を繰り返して巻き線作業が進行する。スロットの半数が巻き線されたときに、リターン線の2(532)をそれまでと反対側にある「庇状凹部」の中を通るように変更する。その後は、同様の巻き線作業を行い、全部のスロットに内部導体線を配設し、巻き線の両端にある導体線を引き出し導体線537として、所望の引き出し窓(図示せず)から固定子の外部に引き出す。  The winding operation proceeds by repeating the above. When half of the slots are wound, the return line 2 (532) is changed so as to pass through the “saddle-shaped recess” on the opposite side. Thereafter, the same winding operation is performed, the inner conductor wires are arranged in all the slots, and the conductor wires at both ends of the winding are used as the lead conductor wires 537 from the desired lead window (not shown) to the stator. Pull out outside.

本例では、固定ボルト580を用いて巻き線ユニット520A、520B、520Cを固定子本体の内面に密着・固定している。なお、上記によらずに、接着剤により固着させてもよく、密着・固定がなされれば、固定方法を限定するものではない。  In this example, the winding units 520A, 520B, and 520C are adhered and fixed to the inner surface of the stator body using the fixing bolt 580. In addition, you may make it adhere with an adhesive agent irrespective of the above, and if it adheres and fixes, a fixing method will not be limited.

なお、本例では固定子本体のほゞ内面全面に亘って巻き線ユニットを敷設する例を示したが、巻き線ユニットの幾つかを固定子本体の内面に分散配置しても良い。このとき、隣り合う巻き線ユニットが存在しない巻き線ユニットでは、側壁にある庇状凹部のみでは磁気シールドトンネルを形成できない。このため、このような巻き線ユニットの板状コアの側壁側には、U字溝を設ける。この構造を持つ巻き線ユニットを固定子本体の内面に取り付ければ、板状コアの端部に設けられたU字溝と固定子本体の内面壁とで囲まれた空間を磁気シールドトンネルとして使用することができる。  In this example, the winding unit is laid over the entire inner surface of the stator body. However, some of the winding units may be distributed on the inner surface of the stator body. At this time, in a winding unit in which there is no adjacent winding unit, a magnetic shield tunnel cannot be formed only with the hook-shaped recesses on the side wall. For this reason, a U-shaped groove is provided on the side wall side of the plate-like core of such a winding unit. If the winding unit having this structure is attached to the inner surface of the stator body, the space surrounded by the U-shaped groove provided at the end of the plate core and the inner wall of the stator body is used as a magnetic shield tunnel. be able to.

固定子の外部に引き出した導体線により、幾つかの巻き線ユニット同士を必要に応じて直列や並列に接続することができる。直流電動機とする場合には、これらの巻き線ユニットは駆動用の内部導体線群として機能し、また、直流発電機とする場合には、発電起電力の取り出し用の内部導体線群となる。  Several winding units can be connected in series or in parallel as required by the conductor wire drawn out of the stator. In the case of a DC motor, these winding units function as an internal conductor line group for driving, and in the case of a DC generator, they become an internal conductor line group for extracting generated electromotive force.

なお、上述のように、本発明の回転子の構造については幾つかの実施例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、「課題を解決するための手段」の項で述べたように、磁性体材料からなる固定子の一部に固定磁石を組み込んで、回転子全体が磁化された状態が実現できればよい。固定磁石の組み込み方、回転子の各部の寸法比などは、用いる固定磁石や磁性体材料の特性、及びその加工上の制約などを考慮して決定される。  As described above, some examples of the structure of the rotor of the present invention have been shown, but the present invention is not limited to this. That is, as described in the section “Means for Solving the Problems”, it is only necessary that a fixed magnet is incorporated in a part of a stator made of a magnetic material so that the entire rotor is magnetized. The method of incorporating the fixed magnet, the dimensional ratio of each part of the rotor, and the like are determined in consideration of the characteristics of the fixed magnet and the magnetic material used, the restrictions on the processing, and the like.

また、実施例の説明においては内部導体線の方向を回転子軸方向に、大略、一致させるとしているが、これは必須の要件ではない。すなわち、両者の方向に角度ズレが生じても内部導体線の実際の物理的長さに比べて電磁的実効長が減少するだけであり、これを容認できれば、内部導体線の方向を回転子軸方向からずらして内部導体線を敷設することもできる。これによれば、斜め巻きした「巻き線ユニット」を用いることも可能である。  In the description of the embodiments, the direction of the internal conductor line is generally matched with the rotor axis direction, but this is not an essential requirement. In other words, even if an angle deviation occurs in both directions, the electromagnetic effective length is only reduced compared to the actual physical length of the inner conductor wire, and if this is acceptable, the direction of the inner conductor wire is changed to the rotor shaft. The internal conductor wire can also be laid out of the direction. According to this, it is also possible to use a “winding unit” wound obliquely.

更には、以上述べてきた種々の構造をもつ電動機においては、複数の内部導体線群が何箇所かに分散して敷設されていれば、これを直流変圧機として動作させることが可能である。すなわち、一箇所の内部導体線群を一次側の入力端子とし、残り他の箇所の導体線群を二次側の出力端子とする直流の変圧機となる。従来の方式に比べて、本発明では回転式の一個の変圧機だけで直流電圧の変圧が可能になる。  Furthermore, in the electric motors having the various structures described above, if a plurality of internal conductor wire groups are distributed and laid at several places, it can be operated as a DC transformer. In other words, the DC transformer is configured such that one internal conductor line group serves as a primary-side input terminal, and the remaining other conductor wire groups serve as secondary-side output terminals. Compared with the conventional system, in the present invention, DC voltage can be transformed with only one rotary transformer.

本発明の直流電動機、直流発電機は、従来から広く用いられている直流電動機、直流発電機との互換性が高く、産業上幅広く利用・応用が可能である。又、本発明の直流変圧機は、直流の変圧を必要とする設備・装置に利用可能である。  The DC motor and DC generator of the present invention are highly compatible with DC motors and DC generators that have been widely used so far, and can be widely used and applied industrially. Moreover, the direct current transformer of the present invention can be used for facilities and devices that require direct current transformation.

110、210、310・・・回転子
115、215、315・・・・・回転子軸
117、217・・・・・回転子軸受け部
120、220、420・・・・・固定子本体
125、225・・・・・サイドヨーク
130、230・・・・・第1巻き線
132、142、232、242、430、530・・・内部導体線
135、145、235、245・・・・・リターン線
137、138、147、148・・・引き出し導体線
140、240・・・・・第2巻き線
190、290・・・・・固定子据付用脚
211、311・・・・・回転子本体
212・・・・・内部軸部
220・・・・・固定子本体
222、422・・・・・引き出し窓
237,238、247、248・・・引き出し導体線
260・・・・・ラジアルベアリング
265・・・・・スラストベアリング
313・・・・・円筒状固定磁石
410・・・・・内部導体線ユニット
432・・・・・プリント配線用基板
520A、B、C・・・・・巻き線ユニット
531・・・・・リターン線の1
532・・・・・リターン線の2
580・・・・・固定ボルト
110, 210, 310 ... rotor 115, 215, 315 ... rotor shaft 117, 217 ... rotor bearing 120, 220, 420 ... stator body 125, 225... Side yoke 130, 230... First winding 132, 142, 232, 242, 430, 530... Internal conductor wire 135, 145, 235, 245. Wires 137, 138, 147, 148 ... Lead conductor wires 140, 240 ... Second winding 190, 290 ... Stator installation legs 211, 311 ... Rotor body 212... Internal shaft portion 220... Stator body 222, 422... Drawer windows 237, 238, 247, 248... Lead conductor wire 260. ········································································································ Cylindrical Fixed Magnet 410 ··· Internal Conductor Wire Unit 432 ··· Printed Wiring Boards ... 1 of the return line
532: Return line 2
580: Fixing bolt

Claims (7)

直流電動機、若しくは直流発電機であって、
回転子と固定子とで構成され、
上記回転子はその全部が固定磁石で構成されるか、又はその一部が固定磁石、
残部が磁性体で構成され、
上記固定子は磁性体から成る固定子本体とサイドヨークとで構成され、
複数本の導体線から成る内部導体線群を、上記回転子と対面する固定子本体の内面全面に亘って、又は、上記の内部導体線群を分割・分散して上記固定子本体内面の所望位置に敷設し、
上記の内部導体線の方向と回転子軸方向との成す角度については、平行か、又は斜めに交差する関係にあり、
上記各内部導体線の両端の線を、上記固定子本体又は上記サイドヨークに設けられた引き出し窓を通して外部に引き出し、
上記引き出し窓にあっては、引き出し窓形状の長手方向に沿う引き出し窓中心線を、上記固定子本体又は上記サイドヨークの中を流れる磁束の方向と平行になるように引き出し窓を配設し、
固定子外部に取り出された上記内部導体線の両端線またはこれらの両端に接続されたリード線を直列、並列、又は上記の並列した線群を更に直列接続し、
上記により接続された内部導体線群を、直流電動機にあっては駆動用の導体線群として、又、直流発電機にあっては発電起電力の取り出し導体線群として用いることを特徴とする直流電動機若しくは直流発電機。
A DC motor or a DC generator,
It consists of a rotor and a stator,
The rotor is entirely composed of a fixed magnet, or a part of the rotor is a fixed magnet,
The balance is made of magnetic material,
The stator is composed of a stator body made of a magnetic material and a side yoke,
Desired inner conductor line group consisting of a plurality of conductor wires over the entire inner surface of the stator body facing the rotor, or by dividing / dispersing the inner conductor wire group Laying in position,
The angle formed by the direction of the inner conductor line and the rotor axis direction is parallel or obliquely intersected,
Pull out the wires at both ends of each of the internal conductor wires to the outside through the extraction window provided in the stator body or the side yoke
In the extraction window, the extraction window is arranged so that the extraction window center line along the longitudinal direction of the extraction window shape is parallel to the direction of the magnetic flux flowing in the stator body or the side yoke,
The internal conductor wires taken out of the stator are connected to both ends of the internal conductor wires or lead wires connected to both ends in series, in parallel, or in parallel with the parallel wire groups described above,
The internal conductor wire group connected as described above is used as a conductor wire group for driving in a DC motor, and as a conductor wire group for taking out electromotive force in a DC generator. Electric motor or DC generator.
上記固定子外部に取り出した内部導体線の各両端の導線の各々を直列接続する代わりに、上記固定子本体をコアとして内部導体線を含む導体線をコイル状に巻き線したことを特徴とする請求項1に記載の直流電動機若しくは直流発電機。Instead of connecting each of the conductive wires at both ends of the internal conductor wire taken out from the stator in series, a conductor wire including the internal conductor wire is wound in a coil shape with the stator body as a core. The DC motor or DC generator according to claim 1. 上記固定子内面に1個又は分割して敷設する各々の内部導体線群として、可撓性のあるプリント基板上に印刷法により内部導体線群を形成した「内部導体線ユニット」を用いることを特徴とする請求項1に記載の直流電動機若しくは直流発電機。The use of an “internal conductor line unit” in which an internal conductor line group is formed on a flexible printed circuit board by a printing method as each internal conductor line group that is laid separately or separately on the inner surface of the stator. The direct current motor or direct current generator according to claim 1 characterized by things. 上記固定子本体の内面形状に倣う湾曲した形状と高透磁率とを有する板状コアに、内部導体線を含む導体線を巻き線した「巻き線ユニット」を構成し、
上記「巻き線ユニット」にあっては、リターン線(磁束と直交する正規の内部導体線以外の巻き線部分)は、上記板状コアの側壁を通って板状コアの表面の内部導体線となり、
又、上記リターン線が磁束と直交する側壁を通るに際しては、上記板状コアの端部にある庇状部分またはU字溝部分と上記固定子内面壁とで形成される磁気シールドトンネル内にリターン線を通し、
上記固定子内面に1個または分割して敷設する各々の内部導体線群として、上記構成に成る「巻き線ユニット」を上記固定子内面に固着させたことを特徴とする請求項1に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
A “winding unit” is formed by winding a conductor wire including an internal conductor wire on a plate-like core having a curved shape following the inner surface shape of the stator body and a high magnetic permeability,
In the “winding unit”, the return wire (the winding portion other than the regular inner conductor wire orthogonal to the magnetic flux) becomes the inner conductor wire on the surface of the plate core through the side wall of the plate core. ,
Further, when the return line passes through the side wall perpendicular to the magnetic flux, the return line returns into the magnetic shield tunnel formed by the flange-shaped portion or U-shaped groove portion at the end of the plate-shaped core and the inner wall of the stator. Through the wire,
2. The “winding unit” having the above-described configuration is fixed to the inner surface of the stator as a group of internal conductor wires that are individually or dividedly laid on the inner surface of the stator. DC motor or DC generator.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転子において、
回転子が回転子本体と回転子軸近傍に位置する内部軸部と回転子軸の三者で構成され、
回転子本体と回転子軸は磁性体材料で構成され、
回転子本体と回転子軸との中間に位置する内部軸部は、回転子軸よりも太く、
かつ、回転子本体よりも細い直径を有し、
上記の内部軸部は円柱状の固定磁石で構成され、互いに対向する側の内部軸部の磁極が同一の極性となるようにして、回転子本体・内部軸部・回転子軸の三者の中心軸を一致させてこれらを組み立てて一体化して回転子を構成したことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
In the rotor as described in any one of Claims 1-4,
The rotor is composed of a rotor body, an inner shaft portion located in the vicinity of the rotor shaft, and a rotor shaft.
The rotor body and rotor shaft are made of magnetic material,
The inner shaft portion located between the rotor body and the rotor shaft is thicker than the rotor shaft,
And it has a smaller diameter than the rotor body,
The internal shaft part is composed of a cylindrical fixed magnet, and the magnetic poles of the internal shaft parts on the opposite sides have the same polarity so that the rotor body, the internal shaft part, and the rotor shaft The DC motor or DC generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotor is configured by assembling and integrating the center axes so as to be integrated.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の回転子において、
磁性体から成る回転子本体と回転子軸とで構成された回転子に対し、
上記の回転子本体の主面(固定子本体の内面に対面する面)に、円筒状固定磁石を嵌合・固着し、
上記の円筒状固定磁石は、円筒状外側面がN極(又はS極)であり、その内側面がS極(又はN極)であるように磁化されており、
上記の構成から成る回転子を用いたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
In the rotor as described in any one of Claims 1-4,
For a rotor composed of a rotor body made of magnetic material and a rotor shaft,
A cylindrical fixed magnet is fitted and fixed to the main surface of the rotor body (the surface facing the inner surface of the stator body),
The cylindrical fixed magnet is magnetized so that the cylindrical outer surface is the N pole (or S pole) and the inner surface is the S pole (or N pole),
The DC motor or DC generator according to any one of claims 1 to 4, wherein a rotor having the above configuration is used.
請求項1〜6のいずれか一項に記載する直流電動機において、複数個に分割した内部導体線群の一つを一次側の入力端子とし、残る他の内部導体線群を二次側の出力端子として使用し、一次側入力端子に変圧すべき電圧を加えて上記の直流電動機を動作させ、二次側出力端子から変圧された電圧を得ることを特徴とする直流変圧機。The DC motor according to any one of claims 1 to 6, wherein one of the plurality of divided inner conductor wire groups is used as a primary side input terminal, and the remaining other inner conductor wire groups are output as a secondary side. A DC transformer that is used as a terminal, applies a voltage to be transformed to a primary side input terminal, operates the DC motor, and obtains a transformed voltage from a secondary side output terminal.
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