JP3177118U - 偶数台連結回転子を有する単相交流発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】駆動負荷を軽減させ、動力装置の燃費を低減させ、かつ、発電量を増加させた単相交流発電機を提供する。
【解決手段】固定子鉄芯の内周面の対向する２箇所に無負荷空間を設けた固定子を、各固定子の無負荷空間が同一位置となるように軸方向に２Ｎ台（Ｎは正の整数）並べて配置する。動力装置の出力軸に接続された回転子側のシャフト軸上に、２極の鉄芯コイルを巻いた電磁石から成る回転子を２Ｎ台の固定子内でそれぞれ回転可能なよう２Ｎ台並べて配置し、そのうち任意のＮ台の回転子を同じ向きに取り付け、残りのＮ台の回転子を任意の回転子に対して軸中心に９０°回転させた状態で取り付ける。シャフト軸を回転させることによりこれら２Ｎ台の回転子を同時回転させると、任意のＮ台の回転子の進入行程と残りのＮ台の回転子の退却行程とが同時に行なわれる。
【選択図】図９

Description

本考案は、エンジン等の動力装置で駆動される単相交流発電機に関し、偶数台の回転子を備え、発電機の駆動負荷の軽減と、エンジン等の燃費の大幅な低減を達成し得るよう構成した単相交流発電機に関するものである。

現在一般的に使用されている小型の単相交流発電機は、固定子内に２極の回転子が１台設けられているだけであるため、必ずしも効率が良くなかった。
これを改善するため、下記特許文献１及び２には回転子の進入行程と退却行程が同時に行なわれる発電機が開示されている。
然しながら、一度に大量の電力出力を必要とする電源車や、高効率での電力発生が必要な風力発電などの分野においては、発電効率の一層の向上が求められていた。

特開平９−３７５２８号公報 特開平９−２８５０８２号公報

本考案の目的とするところは、従来公知の単相交流発電機における駆動負荷の一層の軽減と、動力装置の燃費の改善等を達成し、一度に大量の電力出力を必要とする電源車や、高効率での電力発生が必要な風力発電などの分野で好適に利用し得る交流発電機を提供せんとするにある。

上記目的を達成するため、本考案に係る単相交流発電機は、固定子鉄芯の内周面の対向する２箇所に無負荷空間を設けた固定子を、各固定子の前記無負荷空間が同一位置となるように軸方向に２Ｎ台（ここで、Ｎは正の整数）並べて配置すると共に、動力装置の出力軸に接続された回転子側のシャフト軸上に、２極の鉄芯コイルを巻いた電磁石から成る回転子を前記２Ｎ台の固定子内でそれぞれ回転可能なよう２Ｎ台並べて配置し、そのうち任意のＮ台の回転子を同じ向きに取り付け、残りのＮ台の回転子を前記任意の回転子に対して軸中心に９０°回転させた状態で取り付け、上記シャフト軸を回転させることによりこれら２Ｎ台の回転子を同時回転させると、前記任意のＮ台の回転子の進入行程と残りのＮ台の回転子の退却行程とが同時に行なわれるよう構成したことを特徴とする、偶数台連結回転子を有する単相交流発電機として構成される。

例えば、前記Ｎ＝１とし、２台の固定子と２台の回転子を用いる場合において、１台の固定子とこれに対応する回転子とから成る発電部分を１つのハウジングでカバーして第１発電機とし、もう１台の固定子とこれに対応する回転子とから成る発電部分をもう１つのハウジングでカバーして第２発電機とし、これら２台の発電機の回転子を直列に連結した構成とすることが可能である。

或いはまた、前記Ｎ＝１とし、２台の固定子と２台の回転子を用いる場合において、各回転子とこれに対応する各固定子とから成る２台の発電部分を１つのハウジングでカバーした構成とすることも可能である。

更にまた、前記Ｎ＝２とし、４台の固定子と４台の回転子を用いる場合において、各回転子とこれに対応する各固定子とから成る４台の発電部分を１つのハウジングでカバーした構成とすることも可能である。

前記動力装置としては、内燃機関、外燃機関、風車、水車のいずれをも用いることが可能である。

尚、前記Ｎの数値としては、現実的にはＮ＝４程度まで、即ち、２Ｎ＝８台程度までの回転子を連結するのが通常であるが、必ずしもこれに限定されるものではない。

前記構成を有する本考案に係る偶数台連結回転子を有する単相交流発電機においては、回転子側のシャフト軸上に例えば４台の回転子を直列に並べて配置し、そのうち任意の２台の回転子に対して残りの２台の回転子を軸中心に９０度回転させた状態で取り付け、固定子側の２極間の無負荷空間を利用して、前記任意の２台の回転子の進入行程と残りの２台の回転子の退却行程とが同時に行なわれるように構成したことによって、回転子の回転時の起電力負荷トルクを軽減させ、動力装置であるエンジン等の燃費を節減させることが可能となった。即ち、４台の回転子を用いた場合、従来の発電機に比べて、発電量で４倍の発電が可能であり、エンジン駆動の燃料や馬力も１／４に節減でき、エンジン動力源は、例えば４連結でも２連結の場合とほぼ同じ動力源で済むものである。

本考案に係る２連結回転子を有する単相交流発電機に動力装置としてのエンジンを取り付けて成る発電装置本体を示す説明図である。 図１中のＡ−Ａ線に沿った拡大断面図（進入行程）である。 図１中のＢ−Ｂ線に沿った拡大断面図（退却行程）である。 本考案に係る単相交流発電機の回路構成の一例を示す説明図である。 本考案に係る２連結回転子を有する単相交流発電機の他の実施例を、そのハウジングを縦方向に破断し、側面方向から見た固定子と、固定子内部から取り出した回転子を側面方向から見た状態を示しており、（Ｃ）図はそのハウジング内に２台の固定子が連結された状態を示し、（Ｄ）図はシャフト軸上に２台の回転子が連結された状態を示す説明図である。 本考案に係る４連結回転子を有する単相交流発電機に動力装置としてのエンジンを取り付けて成る発電装置本体を示す説明図である。 図５に示した発電装置本体の単相交流発電機部分の断面図であり、（Ｅ）図は図５におけるＥ−Ｅ線に沿った拡大断面図（退却行程）、（Ｆ）図は図５におけるＦ−Ｆ線に沿った拡大断面図（退却行程）である。 図５に示した発電装置本体の単相交流発電機部分の断面図であり、（Ｇ）図は図５におけるＧ−Ｇ線に沿った拡大断面図（進入行程）、（Ｈ）図は図５におけるＨ−Ｈ線に沿った拡大断面図（進入行程）である。 図５に示した発電装置本体の単相交流発電機において、そのハウジングを縦方向に破断し、側面方向から見た固定子と、固定子内部から取り出した回転子を側面方向から見た状態を示しており、（Ｉ）図はそのハウジング内に４台の固定子が連結された状態を示し、（Ｊ）図はシャフト軸上に４台の回転子が連結された状態を示す説明図である。 ４台の回転子のその他の取付け実施例を示す説明図である。 ４台の回転子の更に別の取付け実施例を示す説明図である。

以下、本考案に係る偶数台連結回転子を有する単相交流発電機の好ましい実施例を図面に基いて説明するが、本考案はこの実施例に限らず、本考案の技術的範囲内で、さまざまな設計変更を行うことが可能である。

先ず、図１に示した実施例について説明する。この実施例は、前記Ｎ＝１とし、２台の固定子と２台の回転子を用いる場合（「２連結回転子」という。）に該当する。
この図１に示した発電装置本体１は、取付けフレーム２に、第１発電機５Ａと第２発電機５Ｂとを直列に連結した単相交流発電機５と、動力装置４とを取り付け、動力装置４を駆動して単相交流の発電を行うように構成したものである。動力装置４としては、図示した例では、燃料タンク３に入れたガソリンにより駆動されるガソリンエンジン等の内燃機関が用いられているが、大型の発電機の場合には、蒸気タービンやガスタービン等の外燃機関を用いたり、水力発電や風力発電の場合には水車や風車を用いることも可能である。
前記第１発電機５Ａは、図２に示す如く、１台の固定子５０５Ａとこれに対応する回転子６０２Ａとから成る発電部分を１つの円筒状のハウジング５０２Ａでカバーして成り、また前記第２発電機５Ｂは、図３に示す如く、１台の固定子５０５Ｂとこれに対応する回転子６０２Ｂとから成る発電部分を１つの円筒状のハウジング５０２Ｂでカバーして成るものであり、これら２台の発電機の回転子を直列に連結して単相交流発電機５を構成し、これを動力装置４により駆動するようにしたものである。

前記第１発電機５Ａと前記第２発電機５Ｂは、共に同一の構成を有し、図２及び図３に示す如く、それらの固定台５０１Ａ、５０１Ｂ上に円筒状のハウジング５０２Ａ、５０２Ｂが取り付けられ、その内部に固定子５０５Ａ、５０５Ｂが取り付けられるようになっている。また、これらの発電機の回転子６０２Ａ、６０２Ｂは、鉄芯コイルを巻いた２極の電磁石から成り、前記動力装置４の出力軸に接続されたシャフト軸６００上に取り付けられ、各回転子６０２Ａ、６０２Ｂが前記固定子５０５Ａ、５０５Ｂ内でそれぞれ回転可能なように軸支されている。

更に具体的には、第１及び第２発電機５Ａ、５Ｂの各固定子５０５Ａ、５０５Ｂは、固定子鉄芯５０６Ａ、５０６Ｂの鉄芯歯形５０９Ａ、５０９Ｂに固定子側鉄芯コイル５１０Ａ、５１０Ｂを巻き付けて成るものである。本考案の単相交流発電機５の固定子５０５Ａ、５０５Ｂにおいては、各固定子鉄芯５０６Ａ、５０６Ｂの内周面の対向する２箇所に無負荷空間５０７Ａ、５０７Ｂ、並びに、５０８Ａ、５０８Ｂが形成されており、第１及び第２発電機５Ａ、５Ｂを連結するときは、各固定子の前記無負荷空間５０７Ａと５０７Ｂ、並びに、５０８Ａと５０８Ｂがそれぞれ同一位置となるように設置するものである。図示した実施例においては、一方の無負荷空間５０７Ａ、５０７Ｂが上側となり、他方の無負荷空間５０８Ａ、５０８Ｂが下側となるように取り付けられている。但し、これに限定されるものではなく、前記無負荷空間が例えば左右に配置されるように構成してもよい。

また、本考案に係る単相交流発電機５のシャフト軸６００上に取り付けられる前記第１及び第２発電機５Ａ、５Ｂの回転子６０２Ａ、６０２Ｂは共に、図示する如く、互いに反対位置に設けられるＮ極６０３Ａ、６０３ＢとＳ極６０４Ａ、６０４Ｂとの２極の電磁石から構成される。磁極には、Ｎ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０５ＢとＳ極鉄芯コイル６０６Ａ、６０６Ｂが巻かれると共に、回転子の先端部には前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０５Ｂ、６０６Ａ、６０６Ｂに着磁用電流を供給するための励磁コイル６０７Ａ−１、６０７Ａ−２、６０７Ｂ−１、６０７Ｂ−２が巻かれている。６１１Ａ、６１１Ｂは、放電キャッチセンサーや後述の整流器等を収容するケーシングである。
即ち、図示した実施例の発電機５Ａ、５Ｂは、ブラシレスの自励式単相交流発電機であり、電磁石から成る回転子６０２Ａ、６０２Ｂの電磁石を着磁するために前記Ｎ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０５ＢとＳ極鉄芯コイル６０６Ａ、６０６Ｂに供給すべき電流は、回転子上に別途巻かれた前記励磁コイル６０７Ａ−１、６０７Ａ−２、６０７Ｂ−１、６０７Ｂ−２に生じる誘導電流を整流して得られる直流電流を用いるようにしてある。その具体的構成を図４を併せて参照しつつ説明する。

図４には、本考案に係るブラシレス方式の単相交流発電機の回路構成の一例が示されている。前記第１発電機５Ａと第２発電機５Ｂとは、後述する如く、シャフト軸６００上における回転子の取付け角度が異なる点を除いて同一の構成を有するものであるので、図４中では第１発電機５Ａのみを示してある。また、図１〜図３で示したものと同一の構成要素については、同一の指示記号を付してある。
図４に示す如く、前記第１発電機５Ａは、前記固定子側鉄芯コイル５１０Ａ（図２参照）を構成する誘導コイル５１０Ａ−１（母線）と界磁コイル５１０Ａ−２とを有する。また、前記回転子６０２Ａ上には、Ｎ極鉄芯コイル６０５Ａ、Ｓ極鉄芯コイル６０６Ａ、励磁コイル６０７Ａ、６０８Ａ、整流器６０９Ａ、６１０Ａが取り付けられる。
更に、図４中、４０１はこの発電機を駆動するエンジンのクランク軸に取り付けられたプラグ点火用永久磁石式小型発電機、４０２はバッテリー、４０３は発電装置の前記フレーム２に取り付けたパネル箱、４０４はシリコン整流器、４０５は遮断器、４０６は交流電圧計、４０７及び４０８は発電された電力を取り出すためのコンセント、４０９はエンジンオイルの有無を表示する発光ダイオード、４１０はエンジンストップスイッチである。

図示したブラシレス方式の単相交流発電機において、発電機の起動時には、前記動力装置４としてのエンジンに附属のプラグ点火用の永久磁石式小型発電機４０１（図４）で得られる交流を整流器４０４で直流に変換し、この直流電流を固定子５０５Ａの鉄芯コイル５１０Ａ（図２）の一部をなす前記界磁コイル５１０Ａ−２（図４）に例えば２秒間程度通電（放電）する。これによって、固定子５０５Ａの内部空間に磁界が生じ、その中で回転子６０２Ａが動力装置４によって回転せしめられることにより、回転子上の励磁コイル６０７Ａ、６０８Ａ内に無接触（ブラシレス）で交流が誘導、励起されるので、これを回転子上（前記ケーシング６１１Ａ内）に設けた前記整流器６０９Ａ、６１０Ａにより整流し、得られた直流を回転子の前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０６Ａに電磁石着磁用の電流として供給する。これにより、電磁石となった回転子６０２Ａ（図２）が固定子内で回転することにより、固定子５０５Ａの鉄芯コイル５１０Ａの一部をなす前記誘導コイル５１０Ａ−１（図４）に交流を発生させ、これを発電機の出力として前記コンセント４０７、４０８から取り出すものである。尚、前記整流器４０４が故障等した場合には、バッテリー４０２から起動用の直流電流を前記界磁コイル５１０Ａ−２に供給するようにする。

回転子６０２Ａの回転数が所定値に達した時点で、もしくは、固定子の前記誘導コイル５１０Ａ−１に得られる発電電力が所定値に達した時点で、固定子５０５Ａの前記界磁コイル５１０Ａ−２への供給電流を、前記エンジン附属の永久磁石式小型発電機４０１等からではなく、例えば、固定子５０５Ａの前記誘導コイル５１０Ａ−１で得られる出力交流の一部をシリコン整流器等（図では省略）で整流した直流に切り換えて、定常運転に移行する。即ち、当該直流を固定子５０５Ａの前記界磁コイル５１０Ａ−２へ供給することにより固定子の内部空間に定常磁界を形成し、その定常磁界内で動力装置４により回転子の前記励磁コイル６０７Ａ、６０８Ａを回転させ続けることによって、当該励磁コイル６０７Ａ、６０８Ａに生じる誘導電流を回転子上に取り付けた前記整流器６０９Ａ、６１０Ａで整流し、その直流電流を回転子の前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０６Ａに供給して回転子を継続的に電磁石とすることにより、連続発電を維持するものである。

尚、本考案の単相交流発電機は、上記の如きブラシレスの自励式のものに限定されず、シャフト軸６００に取り付けたスリップリングとこれに接触するブラシを介して回転子６０２Ａの前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイル６０５Ａ、６０６Ａに着磁用電流を直接的に供給して電磁石を形成するように構成してもよい。その場合には、励磁コイル６０７Ａ、６０８Ａは不要となる。

本考案において、これら第１及び第２発電機５Ａ、５Ｂの回転子６０２Ａ、６０２Ｂのシャフト軸６００上への取り付けは、図２と図３に対比して示すように、第１発電機５Ａの回転子６０２Ａに対して、第２発電機５Ｂの回転子６０２Ｂを軸中心に９０°回転させた状態で取り付けるようにする。

上記の如く構成された単相交流発電機５において、エンジン等の動力装置４に接続されたシャフト軸６００を回転させ、前記第１及び第２発電機５Ａ、５Ｂの回転子６０２Ａ、６０２Ｂを同時に回転させると、２台の固定子５０５Ａ、５０５Ｂの鉄芯コイル５１０Ａ、５１０Ｂに誘導起電力が発生し、単相の交流出力が得られるものである。
このとき、上記実施例においては、前記の如く、回転子６０２Ａと回転子６０２Ｂとを、軸中心に９０°回転させた状態でシャフト軸６００に取り付けてあるため、これら２台の回転子を同時回転させると、図２に示すような回転子６０２Ａの進入行程（または退却行程）と、図３に示すような回転子６０２Ｂの退却行程（または進入行程）とが同時に行なわれることになり、これによって、無負荷での回転稼働が行なわれることにより、駆動負荷トルクを軽減させ、動力装置４の燃費などを節減させることが可能となるものである。
即ち、進入行程と退却行程の２行程を同時に行なうように構成すると、固定子側と回転子側の発電磁界を形成する磁場に、吸引力磁場（吸着力）や反発力磁場（反動力）が作用していても、作用と反作用の現象で互いの磁界作用を打ち消し合うことによって、回転負荷を低減させることができるものである。

以下、その作動原理について説明する。
図２及び図３に示す如く、２極間に前記無負荷空間を設けた２台の固定子５０５Ａ及び５０５Ｂ内で、シャフト軸６００上に互いに９０°の回転位置関係で取り付けた２台の回転子６０２Ａ及び６０２Ｂを同時に回転させるように構成した２連結回転子による２行程発電機の場合においては、シャフト軸６００が回転すると図２に示す回転子６０２Ａ側の電磁石Ｎ極とＳ極については、回転方向に固定子鉄芯５０６Ａに磁力線が流れ込み、このとき磁力線は萎縮して縮む特質があり、両極間に吸引力が作用する状態で進入行程が行なわれる。この時、他方の回転子６０２Ｂは、図３に示すような退却行程にある。次いで、前記一方の回転子６０２Ａが中央から退却行程に移行して吸着状態に入ろうとする時には、もう一方の回転子６０２ＢのＮ極とＳ極は同じように鉄芯に引かれて進入行程を開始し、２台の回転子の退却行程と進入行程が同時に行なわれるため、片方の吸着力と、もう片方の吸引力とが同時に作用することになる。この場合に、退却行程終了直後に磁力線が切り離されて切断されると、これをつなぎとめ修復しようとする特質があり、磁力線では間に合わないため、最も速い急激な電気力線の起電力が鉄芯コイル間に発生し、固定側の鉄芯コイルに誘導電流が誘起される。したがって、退却行程は両方の回転子で連続し、同時に進入行程も連続して行なわれ、無負荷に近い状態のまま動力装置４による回転が続行するものである。

尚、図１〜図３に示した実施例においては、固定子と回転子から成る２台の発電機の発電部分をそれぞれ個別のハウジング５０２Ａと５０２Ｂとでカバーしたものを示したが、発電機の構成はこれに限定されず、例えば図５に示すように、固定子と回転子から成る２つの発電部分を単独のハウジング５０２Ｃでカバーするようにしてもよい。即ち、図５は、本考案に係る２連結回転子を有する単相交流発電機の他の実施例を、そのハウジングを縦方向に破断し、側面方向から見た固定子と、固定子内部から取り出した回転子を側面方向から見た状態を示しており、（Ｃ）図はそのハウジング内に２台の固定子が連結された状態を示し、（Ｄ）図はシャフト軸上に２台の回転子が連結された状態を示している。
図示する如く、図５の実施例における単相交流発電機５Ｃは、円筒部５０２１とその両端に取り付けたベアリングフランジ５０２２、５０２３とから成る単独のハウジング５０２Ｃ内に、２台の固定子５０５Ｃ及び５０５Ｄを取り付け、これらの固定子の内部で、２台の回転子６０２Ｃ及び６０２Ｄがそれぞれ回転可能に保持されるようになっている。この場合においても、回転子６０２Ｃと６０２Ｄとを、共通のシャフト軸６００上に互いに軸中心に９０°回転させた状態で取り付けるようにする。

次に、本考案に係る単相交流発電機において、４連結回転子を有する実施例について図６〜図９を参照しつつ説明する。
図６に示すように、本考案に係る４連結回転子を有する単相交流発電機を用いた発電装置本体１１は、取付けフレーム１２に、４連結回転子を有する単相交流発電機５Ｄと、動力装置１４とを、それらの回転軸を直列に連結して取り付けることにより構成され、前記動力装置１４を駆動して単相交流発電機５Ｄにより発電を行うようになっている。動力装置１４としては、図１の実施例の場合と同様に、例えば燃料タンク１３に入れたガソリン等により駆動されるエンジン等の内燃機関が用いられるが、大型の発電機の場合には、蒸気タービンやガスタービン等の外燃機関を用いたり、水力発電や風力発電の場合には水車や風車を用いることも可能である。

この実施例における単相交流発電機５Ｄは、図７〜図９に示すように、固定台５０１にハウジング５０３が取り付けられ、その内部に４台の第１〜第４固定子５０５Ｅ〜５０５Ｈが軸方向に等間隔に配列して取り付けられている。また、前記動力装置１４の出力軸に接続された回転子側のシャフト軸６００上には、２極の鉄芯コイルを巻いた電磁石から成る４台の第１〜第４回転子６０２Ｅ〜６０２Ｈが、前記４台の固定子５０５Ｅ〜５０５Ｈ内でそれぞれ回転可能なように等間隔に並べて配置され、４台の回転子から成る回転子列６０１（図９）が構成されるようになっている。
尚、図９中における矢符Ｅ〜Ｈは、図６中のＥ−Ｅ線〜Ｈ−Ｈ線に対応する位置を示している。

より具体的には、図９に示す如く、ハウジング５０３は、円筒部５０３１と、その両端に取り付けられたベアリングフランジ５０３２及び５０３３とから成り、前記シャフト軸６００の両端がベアリング（図では省略）を介して回転自在に軸支されるようになっている。
円筒部５０３１の内周面には、３個のリング状スペーサー５０４Ａ〜５０４Ｃを介在させて第１〜第４の固定子鉄芯５０６Ｅ〜５０６Ｈを等間隔に４台固定する。
各固定子５０５Ｅ〜５０５Ｈは、図７及び図８に示す如く、固定子鉄芯５０６Ｅ〜５０６Ｈの鉄芯歯形５０９Ｅ〜５０９Ｈに固定子側鉄芯コイル５１０Ｅ〜５１０Ｈをそれぞれ巻き付けて成るものである。本考案の単相交流発電機５Ｄの固定子５０５Ｅ〜５０５Ｈにおいては、各固定子鉄芯５０６Ｅ〜５０６Ｈの内周面の対向する２箇所にそれぞれ無負荷空間５０７Ｅ〜５０７Ｈ及び５０８Ｅ〜５０８Ｈが形成されており、これら４台の固定子を前記ハウジング５０３内に取り付けるときは、各固定子の前記無負荷空間５０７Ｅ〜５０７Ｈ及び５０８Ｅ〜５０８Ｈが同一位置となるように軸方向に４台並べて配置するものである。図示した実施例においては、一方の無負荷空間５０７Ｅ〜５０７Ｈが上側となり、他方の無負荷空間５０８Ｅ〜５０８Ｈが下側となるように取り付けられているが、これに限定されるものではなく、これらの無負荷空間が左右に配置されるようにしてもよい。

また、単相交流発電機５Ｄのシャフト軸６００上に取り付けられる第１〜第４の回転子６０２Ｅ〜６０２Ｈは共に、図７、図８に図示する如く、互いに反対位置に設けられるＮ極６０３Ｅ〜６０３ＨとＳ極６０４Ｅ〜６０４Ｈとの２極の電磁石から構成される。磁極には、Ｎ極鉄芯コイル６０５Ｅ〜６０５ＨとＳ極鉄芯コイル６０６Ｅ〜６０６Ｈが巻かれると共に、各回転子の先端部には起動時の立上げ着磁を行うための励磁コイル６０７Ｅ〜６０７Ｈが巻かれている。

上記の如く構成した本考案に係る単相交流発電機５Ｄにおいて、動力装置１４に接続されたシャフト軸６００を回転させ、４台の回転子６０２Ｅ〜６０２Ｈを同時に回転させると、４台の固定子５０５Ｅ〜５０５Ｈの鉄芯コイル５１０Ｅ〜５１０Ｈに誘導起電力が発生し、単相の交流出力が得られるものである。
このとき、上記実施例においては、第１及び第２の回転子６０２Ｅ、６０２Ｆと、第３及び第４の回転子６０２Ｇ、６０２Ｈとを、軸中心に９０°回転させた状態でシャフト軸６００に取り付けてあるため、これら４台の回転子を同時回転させると、図７に示すような前記第１及び第２の回転子６０２Ｅ、６０２Ｆの退却行程（または進入行程）と、図８に示すような第３及び第４の回転子６０２Ｇ、６０２Ｈの進入行程（または退却行程）とが同時に行なわれることになり、これによって、無負荷での回転稼働が行なわれることにより、駆動負荷トルクを軽減させ、動力装置の燃費などを節減させることが可能となるものである。

このような４連結回転子を有する単相交流発電機５Ｄの作動原理も前記の２連結回転子を有するもののそれと同様であり、固定子側の２極間の無負荷空間を利用して、回転子のシャフト軸上に進入行程の回転子（ローター）と退却行程の回転子（ローター）とを、軸中心に９０°回転した位置関係で取り付け、両回転子を同時に回転させ、進入行程と退却行程が同時に行なわれるように構成することにより、起電力負荷トルクを軽減させ、動力装置の燃費などを節減させ得るものである。
２連結式の基本原理は、前記の如く、２個の回転子を同軸上に互いに９０°交差させた位置に固定し、固定子側の上下２箇所の無負荷空間を利用して、進入と退却の行程を同時に行なうものであったが、４連結式の場合も、２連結式の回転子の一方と位置角度を同じにした２台の回転子と、２連結式の回転子のもう一方と位置角度を同じにした更に２台の回転子との計４台の回転子を同軸上に近接させて増設固定し、進入と退却の行程を４台の回転子を同時駆動することにより実行するものである。従って、４連結式の駆動原理は、２連結式２行程の原理と全く同様であり、２台づつの回転子がそれぞれ２倍の磁力で進入と退却の行程を同時行程として行なうことによって、２連結式の場合と比べて、２倍の進入力に対して２倍の退却力で駆動するものである。

即ち、図６〜図９に示す４連結回転子式の発電機においては、４台の回転子を２台づつ２組の回転子群に分け、一方の２台の回転子ともう一方の２台の回転子とを前記の如く９０°回転した位置関係でシャフト軸上に取り付け、前記無負荷空間を設けた２極の固定子の内部で同時に回転させることにより、一方の２台の回転子の進入行程ともう一方の２台の回転子の退却行程が同時に進行するため無負荷磁界に近づいて、動力源のエンジン駆動で４台の回転子を低トルクで同時回転させ得るものである。このように、回転子を４台連結した場合においては、２台連結の場合と位置、角度が同じ回転子をそれぞれ２台づつ接続したことにより、２台連結の場合に比べて、退却行程に伴う２倍の吸着力に対して進入行程に伴う２倍の吸引力が作用する状態で駆動することになり、４連結でも２連結と同じ駆動行程が実行され、回転数、馬力、燃費等が２連結で用いるものと同等の動力装置によって、発電稼働がなされ得るものである。

従って、前記図７〜図９に示す実施例の如く、第１回転子６０２Ｅ及び第２回転子６０２Ｆと、第３回転子６０２Ｇ及び第４回転子６０２Ｈとを、軸中心に９０°回転させた状態でシャフト軸６００に取り付けることにより、シャフト軸６００を回転させ、これら４台の回転子６０２Ｅ〜６０２Ｈを同時に回転させると、第１及び第２回転子６０２Ｅ、６０２Ｆが図７の（Ｅ）図及び（Ｆ）図に示すような退却行程にあるときに、第３及び第４回転子６０２Ｇ、６０２Ｈは、図８の（Ｇ）図及び（Ｈ）図に示すような進入行程にあることとなり、無負荷での回転稼働が行なわれることにより、駆動負荷トルクを軽減させ、動力装置の燃費などを節減させることが可能となるものである。

尚、図６〜図９に示した４連結回転子を有する実施例も、図１〜３に示した実施例と同様に、回転子側磁極の先端の励磁コイル６０７Ｅ〜６０７Ｈにより得られる電流を整流して回転子の前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイル６０５Ｅ〜６０５Ｈ、６０６Ｅ〜６０６Ｈに供給し、回転子の電磁石を形成するブラシレスの自励式発電機として構成されているが、本考案はこれに限らず、シャフト軸６００に取り付けたスリップリングとこれに接触するブラシを介して回転子６０２Ｅ〜６０２Ｈの前記Ｎ極及びＳ極鉄芯コイルに着磁用電流を直接的に供給して電磁石を形成するように構成してもよい。その場合には、励磁コイル６０７Ｅ〜６０７Ｈは不要となる。

尚、４台の回転子の配列は任意であり、前記図９の（Ｊ）図に記載の実施例においては、前記シャフト軸６００上で、前記動力装置に接続された軸端側から１番目の第１回転子６０２Ｅと２番目の第２回転子６０２Ｆを同じ向きで取り付け、これに対して軸中心に９０°回転させた状態で、残りの３番目の第３回転子６０２Ｇと４番目の第４回転子６０２Ｈとを取り付けたが、これを、図１０に示す如く、第１回転子６０２Ｅと第３回転子６０２Ｇを同じ向きで取り付け、これに対して軸中心に９０°回転させた状態で、残りの第２回転子６０２Ｆと第４回転子６０２Ｈとを取り付けるようにしてもよい。
或いはまた、図１１に示す如く、第２回転子６０２Ｆと第３回転子６０２Ｇを同じ向きで取り付け、これに対して軸中心に９０°回転させた状態で、残りの第１回転子６０２Ｅと第４回転子６０２Ｈとを取り付けるようにしてもよい。

以上の如く、本考案においては、一般的に偶数台（２Ｎ台。Ｎは正の整数。）の回転子を設け、それらをＮ台づつの２グループに分け、一方のＮ台の回転子をシャフト軸上に同じ向きに取り付け、残りのもう一方のＮ台の回転子を前記一方の回転子に対して軸中心に９０°回転させた状態で取り付けるものである。これにより、上記シャフト軸を回転させると、これら２Ｎ台の回転子が同時回転し、前記一方のＮ台の回転子の進入行程と残りのもう一方のＮ台の回転子の退却行程とが同時に行なわれるものである。
前記Ｎの数値は特に限定されないが、現実的にはＮ＝４程度まで、即ち、２Ｎ＝８台程度までの回転子を連結するのが通常である。

本考案は上記の如く構成したので、本考案によるときは、従来公知の単相交流発電機における駆動負荷の一層の軽減と、動力装置の燃費の改善等を達成し、一度に大量の電力出力を必要とする電源車や、高効率での電力発生が必要な風力発電などの分野で好適に利用し得る単相交流発電機を提供できるものである。例えば４台連結回転子式発電機の場合、従来の発電機に比べて、発電量で４倍の発電が可能であり、エンジン駆動の燃料や馬力も１／４に節減でき、エンジン動力源は２連結の場合とほぼ同じ出力の動力源で済むものである。

１、１１ 発電装置本体
２、１２ 取付けフレーム
３、１３ 燃料タンク
４、１４ 動力装置
４０１ エンジン附属の永久磁石式小型発電機
４０２ バッテリー
４０３ パネル箱
４０４ シリコン整流器
４０５ 遮断器
４０６ 交流電圧計
４０７、４０８ コンセント
４０９ 発光ダイオード
４１０ エンジンストップスイッチ
５、５Ｃ、５Ｄ 偶数台連結回転子を有する単相交流発電機
５０１、５０１Ａ、５０１Ｂ 固定台
５０２Ａ〜５０２Ｃ、５０３ ハウジング
５０２１、５０３１ 円筒部
５０２２、５０２３、５０３２、５０３３ ベアリングフランジ
５０４Ａ〜５０４Ｃ リング状スペーサー
５０５Ａ〜５０５Ｈ 固定子
５０６Ａ〜５０６Ｈ 固定子鉄芯
５０７Ａ〜５０７Ｈ 上側の無負荷空間
５０８Ａ〜５０８Ｈ 下側の無負荷空間
５０９Ａ〜５０９Ｈ 鉄芯歯形
５１０Ａ〜５１０Ｈ 固定子側鉄芯コイル
５１０Ａ−１ 誘導コイル
５１０Ａ−２ 界磁コイル
６００ シャフト軸
６０１ 回転子列
６０２Ａ〜６０２Ｈ 回転子
６０３Ａ〜６０３Ｈ 回転子側電磁石Ｎ極
６０４Ａ〜６０４Ｈ 回転子側電磁石Ｓ極
６０５Ａ〜６０５Ｈ Ｎ極鉄芯コイル
６０６Ａ〜６０６Ｈ Ｓ極鉄芯コイル
６０７Ａ〜６０７Ｈ、６０８Ａ〜６０８Ｈ 励磁コイル
６０９Ａ、６１０Ａ 整流器

Claims (5)

1. 固定子鉄芯の内周面の対向する２箇所に無負荷空間を設けた固定子を、各固定子の前記無負荷空間が同一位置となるように軸方向に２Ｎ台（ここで、Ｎは正の整数）並べて配置すると共に、動力装置の出力軸に接続された回転子側のシャフト軸上に、２極の鉄芯コイルを巻いた電磁石から成る回転子を前記２Ｎ台の固定子内でそれぞれ回転可能なよう２Ｎ台並べて配置し、そのうち任意のＮ台の回転子を同じ向きに取り付け、残りのＮ台の回転子を前記任意の回転子に対して軸中心に９０°回転させた状態で取り付け、上記シャフト軸を回転させることによりこれら２Ｎ台の回転子を同時回転させると、前記任意のＮ台の回転子の進入行程と残りのＮ台の回転子の退却行程とが同時に行なわれるよう構成したことを特徴とする、偶数台連結回転子を有する単相交流発電機。
2. 前記Ｎ＝１とし、２台の固定子と２台の回転子を用いる場合において、１台の固定子とこれに対応する回転子とから成る発電部分を１つのハウジングでカバーして第１発電機とし、もう１台の固定子とこれに対応する回転子とから成る発電部分をもう１つのハウジングでカバーして第２発電機とし、これら２台の発電機の回転子を直列に連結したことを特徴とする、請求項１に記載の偶数台連結回転子を有する単相交流発電機。
3. 前記Ｎ＝１とし、２台の固定子と２台の回転子を用いる場合において、各回転子とこれに対応する各固定子とから成る２台の発電部分を１つのハウジングでカバーしたことを特徴とする、請求項１に記載の偶数台連結回転子を有する単相交流発電機。
4. 前記Ｎ＝２とし、４台の固定子と４台の回転子を用いる場合において、各回転子とこれに対応する各固定子とから成る４台の発電部分を１つのハウジングでカバーしたことを特徴とする、請求項１に記載の偶数台連結回転子を有する単相交流発電機。
5. 前記動力装置として内燃機関、外燃機関、風車、水車のうちから選ばれたいずれか一種を用いることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の偶数台連結回転子を有する単相交流発電機。

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