JP3492454B2 - 発電機 - Google Patents

発電機

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JP3492454B2
JP3492454B2 JP27744395A JP27744395A JP3492454B2 JP 3492454 B2 JP3492454 B2 JP 3492454B2 JP 27744395 A JP27744395 A JP 27744395A JP 27744395 A JP27744395 A JP 27744395A JP 3492454 B2 JP3492454 B2 JP 3492454B2
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政宏 福田
洋一 春田
徹 吉岡
透 西倉
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、出力コイルと補助
コイルとを有する固定子と、外周に磁極を有する回転子
とからなる発電機に関するものであり、特に出力の向上
および/または製作コストの低減が可能である発電機に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】図13は従来の発電機の例を示す端面説
明図であり、1は固定子、2は回転子を示す。まず固定
子1は、例えば珪素鋼板のような磁性材料からなる薄板
により、中空円板状に形成されたコア3を複数個積層し
て形成される。4はスロットであり、コア3の内周に例
えば36個設けられており、このうち上下の24個のス
ロット4内には出力コイル5が、また左右の4個のスロ
ット4内には補助コイル6が収納されている。残りの8
個のスロット4は空きスロットである。7は開先であ
り、コア3の外周に例えばW字状に形成して4個設けら
れている。これらの開先7は、コア3を所定個数積層し
て固定子1として形成した後、溶接によって一体化固着
するためのものである。
【0003】次に回転子2は、前記固定子1を形成する
コア3と同様な材料によって、例えばI字状に形成され
たコア8を複数個積層して2極に形成される。9は界磁
コイルであり、回転子2に巻回することにより、回転子
2に磁極を形成するためのものである。なお回転子2は
中央部を貫通するシャフト10の両端部を軸受(図示せ
ず)を介して支持することにより、固定子1内に回転自
在に設けられる。
【0004】11は出力端子であり、出力コイル5によ
って発生した電圧を外部に取り出すためのものである。
なお補助コイル6によって発生した交流電圧は、整流器
12を介して直流電圧に変換し、界磁コイル9に印加さ
れる。
【0005】なお固定子1を形成するコア3は、外径d
に形成されるのであるが、打抜き歩留向上のために、横
寸法a×縦寸法b(a<d,b<d,a<b)なる素材
から打ち抜かれるために、出力コイル5側および補助コ
イル6側の外周に各々平行部13,14が形成される。
【0006】上記の構成により、回転子2を回転させる
と、コア8における残留磁気により出力コイル5および
補助コイル6に交流電圧が誘起され、補助コイル6の交
流電圧は整流器12を介して直流電圧に変換されて界磁
コイル9に印加され、徐々に回転子2の磁束密度を増加
させ、遂には所定の値に到達し、出力コイル5に所定の
値の交流電圧を誘起させ得るのである。
【0007】次に図14はコイル挿入機の例を示す要部
斜視図であり、同一部分は前記図13と同一の参照符号
で示す。図14において21はブレードであり、底板
(図示せず)上に固定子1のスロット4と同数(例えば
36個)が円周に沿って立設され、スロット4の開口部
に夫々の縁辺部が進入するように形成されている。22
はストリッパであり、前記夫々のブレード21,21間
に進入可能に形成されたフィン23が歯車状に突設さ
れ、前記底板を貫通するシャフト(図示せず)を介して
上記底板の上方において上下動可能に形成されている。
【0008】上記のコイル挿入機によって固定子1のス
ロット4内にコイルを挿入するには、まずブレード2
1,21間に例えば補助コイル6を保持した状態で、ブ
レード21の上方から固定子1を図14に示すように被
着すると、補助コイル6の一部はスロット4の開口部に
進入する。次にストリッパ22を上昇させると補助コイ
ル6は、固定子1内の中心部に存在する部位が上昇させ
られ、ブレード21,21間からスロット4内に引きず
り込まれるように挿入され、ストリッパ22により補助
コイル6の上記部位がブレード21の上端部を越えた時
点で、補助コイル6はすべてスロット4内に収納され
る。補助コイル6をスロット4内に収納後、固定子1の
両端面側に存在する補助コイル6の部位を整形して挿入
作業が完了する。
【0009】上記のコイル挿入機は、例えば特公昭58
−58893号公報に記載されるようなコイル形成用巻
枠により、図15に示すように例えば擬似8字状に形成
された出力コイル5についても、上記同様の手順で挿入
可能である。なお図15における24はコイル移動具で
あり、出力コイル5をその形状を保持してコイル挿入機
へ移動するためのものである。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上記図13に示す構成
の固定子1においては、補助コイル6を収納したスロッ
ト4近傍の幅寸法(スロットバック長)Wが最も小さ
い。従ってこの部分の固定子1の軸線を含む平面におけ
る断面積が最小となって磁気抵抗が大になるため、磁気
飽和により出力コイル5の出力が抑制されるという問題
点がある。
【0011】一方上記断面積を大にするために、固定子
1の外形を円形に形成することは、コア3の素材寸法を
大にすることとなり、コア3の打抜き歩留が低下し、製
作コストが高騰するという欠点がある。また上記断面積
を大にするために、コア3の積層枚数を増加すること
は、固定子1の軸線方向の寸法を大にすることとなり、
発電機全体の小型化、軽量化を阻害すると共に、製作コ
ストを高騰させるという問題点がある。
【0012】本発明は、上記従来技術に存在する問題点
を解決し、固定子の外形寸法を増大することなく、磁気
飽和を防止し、出力の向上が可能である発電機を提供す
ることを課題とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明においては、磁性材料により中空円板状に形
成されかつ内周にコイル収納用の複数個のスロットを設
けられたコアを複数個積層してなると共に、前記スロッ
ト内に出力コイルと補助コイルとを収納してなる固定子
と、外周に複数個の磁極を有し前記固定子内に回転自在
に設けられた回転子とからなる発電機において、補助コ
イルを収納するスロットに隣接させて、コアの内周に、
スロットの円周方向ピッチと同一の円周方向ピッチと、
円周方向寸法においてスロットの開口部の幅寸法と実質
的に同一の幅寸法とを有し、かつ固定子の軸線と直交す
る断面積がスロットのそれより小に形成された複数個の
凹部を設ける、という技術的手段を採用した。
【0014】本発明において、凹部が設けられた側のコ
アの外周に、コアの外径寸法より小なる対辺寸法を有す
る平行部を形成することができる。また上記の発明にお
いて、補助コイルを出力コイルに隣接させて設けること
ができる。
【0015】
【実施例】図1は本発明の実施例における固定子を示す
要部端面図、図2は図1におけるA部拡大図であり、同
一部分は前記図13および図14と同一の参照符号で示
す。図1および図2において、25は凹部であり、固定
子1およびコア3の平行部14と対応する側の内周に、
スロット4の円周方向ピッチと同一の円周方向ピッチ
と、円周方向寸法においてスロット4の内周の開口部の
幅寸法b1 と実質的に同一の幅寸法b2 とを有し、半径
方向の平行部の深さh2 がブレード21のリップ高さh
1 より大なる寸法となるように形成する。
【0016】また凹部25の半径方向の最深部の深さ寸
法h4 は、ストリッパ22のフィン23のスロット4の
開口部への進入深さ寸法h3 より大なるように形成す
る。なお凹部25の固定子1の軸線と直交する断面積
は、スロット4のそれより小に形成する。
【0017】次に出力コイル5は前記図13に示すもの
と同様に24個のスロット4に収納すると共に、補助コ
イル6は出力コイル5に隣接させて4個のスロット4に
収納する。なお補助コイル6は、例えば四辺形状に巻回
して対向するスロット4,4内に収納した2組のものを
直列に接続し、出力コイル5と電気角が例えば実質的に
90°をなすように形成する。
【0018】図3および図4は各々本発明の実施例にお
ける固定子の出力コイルと補助コイルの電気角を説明す
る要部端面図であり、各々同一部分は前記図1と同一の
参照符号で示す。まず図3に示すものは、上下に配設さ
れた出力コイル5に隣接するスロット4内に補助コイル
6を設け、補助コイル6が設けられたスロット4,4間
に凹部25を設けたものである。この場合、出力コイル
5に対して補助コイル6は電気角90°に形成される。
そして固定子1内に設けられる回転子(図示せず)は、
時計方向および反時計方向の何れの方向へも回転させ得
る。
【0019】次に図4に示すものは、補助コイル6を出
力コイル5の円周方向の一方の側に隣接する2個のスロ
ット4内に設け、補助コイル6が設けられたスロット4
と出力コイル5が設けられたスロット4との間に凹部2
5を設けたものである。この場合には、出力コイル5に
対して補助コイル6は電気角70°に形成される。なお
固定子1内に設けられる回転子(図示せず)は、出力コ
イル5から隣接する補助コイル6の方向、すなわち反時
計方向にのみ回転するものである。
【0020】上記の構成により、固定子1のスロット4
内にコイルを挿入する作業は、従来のものと同様のコイ
ル挿入機によって円滑に行ない得る。図5は固定子とコ
イル挿入用のブレードとの係合関係を示す要部端面説明
図である。すなわち図5(a)に示すように、固定子1
およびコア3の内周には、同一の円周方向ピッチでスロ
ット4および凹部25が設けられ、かつ凹部25を前記
のように形成したことにより、ブレード21がスロット
4の開口部および凹部25に円滑に進入し得るのであ
る。また図示省略したが、図14に示すストリッパ22
のフィン23の進入についても同様である。
【0021】これに対して固定子1およびコア3の内周
に前記のような凹部25の形成を欠如した場合には、図
5(b)に示すような特殊な配置のブレード21および
ストリッパ(図示省略)が必要となり、コイル挿入作業
が極めて煩雑かつコスト高となるのである。
【0022】次に本発明のものにおいては、図1に示す
ように凹部25のスロットバック長W1 が図13に示す
従来のものにおけるWよりも大である。従ってこの部分
の固定子1の軸線を含む平面における断面積を従来のも
のより大にできるため、飽和磁束量を大とし得る結果、
出力を例えば8%以上向上させ得ることが実験によって
確認された。
【0023】図6ないし図8は夫々本発明の実施例にお
ける電気回路を示す説明図であり、同一部分は前記図1
および図13と同一の参照符号で示す。まず図6におい
て31は自動電圧制御器であり、出力コイル5の出力電
圧を検出して、固定子に設けられた励磁コイル61(前
記補助コイル6に相当)から回転子に設けられた界磁コ
イル9への電流を制御することにより、出力電圧を自動
的に制御するものである。32はスリップリングであ
る。
【0024】次に図7に示すものはブラシレス自励型の
ものであり、回転子側の界磁コイル9にダイオード33
を、固定子側の励磁コイル61にコンデンサ34を各々
接続したものである。上記の構成により、励磁コイル6
1に進み電流を流し、かつ回転子側の界磁コイル9の電
流を整流することにより、回転子側の界磁コイル9によ
って磁束を発生させることができる。
【0025】また図8に示すものは前記図13に示すも
のと同様のものである。図8において、整流器12は例
えば4個のダイオードをブリッジ回路に接続して形成す
る。なお回転子側の界磁コイル9には平滑用のコンデン
サ35を並列に接続することが好ましいが、省略しても
支障はない。
【0026】図9および図10は各々本発明のものおよ
び従来のものにおける無負荷時の出力電圧波形図、図1
1および図12は各々本発明のものおよび従来のものに
おける負荷時の出力電圧波形図であり、これらの図か
ら、本発明のものは従来のものと同等の出力電圧波形が
得られることが確認された。これは本発明のものは、図
1に示すように、固定子1の内周にコイルが存在しない
部位においても複数個の凹部25が設けられているた
め、出力電圧が0の近傍においてもトルクリップルが小
になり得ることによると考えられる。
【0027】本実施例においては、固定子1に28個の
スロット4と8個の凹部25を設けた例について記述し
たが、これらの設置個数は発電機に要求される機能によ
り適宜選定できる。また凹部25は半円形状以外に形成
してもよいことは勿論である。
【0028】
【発明の効果】本発明は以上記述のような構成および作
用であるから、下記の効果を奏し得る。
【0029】(1) 固定子の補助コイルを収納する位置近
傍のスロットバック長を大にすることができるため、磁
束の飽和を防止し、従来のものより出力を向上させ得
る。 (2) 上記(1) に関連して、同一出力のものではコアの積
層個数を減少することができ、製作コストを低減させ得
る。
【0030】(3) 凹部がスロットと同一の円周方向ピッ
チで設けられているため、従来と同一のコイル挿入手段
を転用できる。 (4) 固定子内に複数個の凹部を設けたことにより、従来
のものと同等の出力電圧波形を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における固定子を示す要部端面
図である。
【図2】図1におけるA部拡大図である。
【図3】本発明の実施例における固定子の出力コイルと
補助コイルの電気角を説明する要部端面図である。
【図4】本発明の実施例における固定子の出力コイルと
補助コイルの電気角を説明する要部端面図である。
【図5】固定子とコイル挿入用のブレードとの係合関係
を示す要部端面説明図であり、(a)は本発明のもの、
(b)は凹部を欠如するものを示す。
【図6】本発明の実施例における電気回路を示す説明図
である。
【図7】本発明の実施例における電気回路を示す説明図
である。
【図8】本発明の実施例における電気回路を示す説明図
である。
【図9】本発明のものにおける無負荷時の出力電圧波形
図である。
【図10】従来のものにおける無負荷時の出力電圧波形
図である。
【図11】本発明のものにおける負荷時の出力電圧波形
図である。
【図12】従来のものにおける負荷時の出力電圧波形図
である。
【図13】従来の発電機の例を示す端面説明図である。
【図14】コイル挿入機の例を示す要部斜視図である。
【図15】出力コイルの例を示す平面説明図である。
【符号の説明】
1 固定子 3 コア 4 スロット 25 凹部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西倉 透 群馬県新田郡新田町大字早川字早川3番 地 澤藤電機株式会社 新田工場内 (56)参考文献 実開 昭62−26171(JP,U) 登録実用新案3015727(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02K 19/28 H02K 1/14 H02K 15/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁性材料により中空円板状に形成されか
    つ内周にコイル収納用の複数個のスロットを設けられた
    コアを複数個積層してなると共に、前記スロット内に出
    力コイルと補助コイルとを収納してなる固定子と、外周
    に複数個の磁極を有し前記固定子内に回転自在に設けら
    れた回転子とからなる発電機において、 補助コイルを収納するスロットに隣接させて、コアの内
    周に、スロットの円周方向ピッチと同一の円周方向ピッ
    チと、円周方向寸法においてスロットの開口部の幅寸法
    と実質的に同一の幅寸法とを有し、かつ固定子の軸線と
    直交する断面積がスロットのそれより小に形成された複
    数個の凹部を設けたことを特徴とする発電機。
  2. 【請求項2】 凹部が設けられた側のコアの外周に、コ
    アの外径寸法より小なる対辺寸法を有する平行部を形成
    したことを特徴とする請求項1記載の発電機。
  3. 【請求項3】 補助コイルを出力コイルに隣接させて設
    けたことを特徴とする請求項1若しくは2記載の発電
    機。
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JP3015727U (ja) 1995-03-13 1995-09-12 澤藤電機株式会社 自励交流発電機のステータコア

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