JPH0246154A

JPH0246154A - 単極装置

Info

Publication number: JPH0246154A
Application number: JP1154396A
Authority: JP
Inventors: Niger Victor Parsons Byran; ブリヤン　ニゲル　ビクター　パーソンズ
Original assignee: Jaguar Cars Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1988-06-16
Filing date: 1989-06-16
Publication date: 1990-02-15
Also published as: GB8814323D0; EP0347089A1

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野１本発明は単極装置、１なわち単極モータもしくは発電機
に関する。

［従来の技術］従来の単極モータは、例えばモータ車の中輪を駆動する
のに適した高トルクを発生することができる。しかしな
がら、従来の単極モータは、代表的におよそ０．５Ｖで
数千への、低電圧で極端に高電流の直流供給を必要とす
る。このような直流供給は単極発Ｍｍにより発生するこ
とができるが、発電機からモータへ送電するのに問題が
生じる。

交番磁界を使用して低電圧高［Ｅ交番供給を行い、且つ
単極発電機／モータの固定子に変圧器を内蔵してそれに
Ｊ：り発ｔｔｉ機からの低電圧高電流交流供給を送電を
目的として高電圧低電流交番供給へ変換し、次にモータ
において低電圧高電流交流供給へ交換し戻すことにより
この問題を克服することが提案されている。

現在までに開示されている発電機／変圧器、モータ／変
圧ＰＪ装置では、回転子内に誘起される電流は一対の環
状回転電気コンタクトにより変圧器の１次側へ送電され
る。このような回転コンタクトは一方のコンポーネント
上に、例えば導電材や１）ｆｆｉ性液体金属の連続リン
グ等の連続的な環状導電素子を内蔵しており、他方のコ
ンポーネン１〜上にブラシやコンタクトを内蔵している
。

このような回転コンタクトは連続的な環状導電径路を含
んでいる。単極発電機／モータの界磁巻線により生じる
交番磁界により、この連袂環状導電径路内に電流が誘起
され、それにより界磁巻線が生じる磁界と反対゛の磁界
が生じ、その結果界磁巻線により生じる交番磁界が著し
く弱められる。

本発明の一局面に従って、単極装置は強磁性材でできた
電機子を有する回転子を具備し、電機子の少くとも外周
部は導電性が良く、前記回転子は強磁性固定子により包
囲され、固定子上に界磁コイルが設けられ、前記界磁コ
イルは交番電流供給に接続されるようにされていて電機
子の外周部にわたって実質的に放射状の交番磁界を与え
るように配置されており、前記固定子は環状強磁性コア
を含み、１次及び２次巻線が強磁性コア上に設けられ、
１次ループは軸方向に離された位置において回転コンタ
クトにより電機子の外周部に接続されており、各回転コ
ンタクトは第１及び第２の環状素子を具備し、一方の環
状素子はｆｆｉ様子上にそれと電気的に接触して蔵置さ
れ他方の環状素子は１次巻線と電気的に接触し、第１の
環状素子は非導電性セクターにより離された複数個の導
電セクターを有し第２の環、状素了は１個以上の導電セ
クター及び１個以上の非導電セクターを有し、第１及び
第２の環状素子の導電セクターは電機子の回転時に電気
的接触を維持するように配置されており、第１の環状素
子上の導電セクターと第２の環状素子上の非導電セクタ
ーは、２つの環状素子により画定される環状尋電径路内
に常にυ１動が生じるような寸法で角状に配置されてい
ることを特徴としている。

従って、本発明により環流の形成が避けられ、界磁巻線
により生じる磁界が弱められる。

本発明の実施例に従って、第２の環状素子の各非導電セ
クターは第１の環状素子のいずれの導電セクターよりも
幅が広い。この構造形式により、好ましくは第２の環状
素子は１個の非導電セクターにより破断される１個の導
電セクターを具備している。本実施例において、電機子
と１次ループ間の導電径路は電力容量を最大とするため
に非導電セクター、すなわら第２の環状素子の非１！電
セクターの幅に比例して低減され、従って第１の環状素
子の導電セクターは実用上の制約内で出来るだけ狭くし
な番プれ、ばならない。従って、第１の環状素子は比較
的多数の１ｍセクターにより形成するのが望ましい。例
えば、理論最大値の９０％以上の電力容量を維持するた
めには、第１の環状素子上に１０個以上の導電セクター
を必要とする。

本発明のもう一つの実施例に従って、第１及び第２の環
状素子は複数個の導ＩＲｔ？クターを有し、第２の環状
素子は第１の環状素子よりもセクターが少く、第２の環
状素子の非３！Ｊ′ｉ１セクターの幅は第１の環状素子
の導電セクターの幅に対して次の関係を有している。

αｍ／　（ｎ−ｍ）＞β ここに、ｍ＝第２の環状素子上の非導電セクター数、ｎ＝第１の環状素子上の導電セクター数、α−第２の環
状素子上の非導電セクターの角幅、ｎ＝第１の環状素子上の導電セクターの胸幅第１及び第２の環状素子の導電セクター間の電気的係合
を維持するために、一方の環状素子の導電セクターはブ
ラシ形状としてスプリング付勢により他方の環状素子の
導電セクターと係合させることができる。この場合、特
に非導電セクターの幅がブラシよりも広い場合には、非
導電セクターは導電セクターの面と連続的な円筒面を形
成する絶縁材で形成することができる。また、一方の環
状素子の導電セクターは導電性液体金属で形成し、他方
の環状素子上のＳ電セクターが液体金属中を通るように
配置し、環状素子のＳ′￥ｆセクターへの液体金属を拘
束する手段を設けることができる。

［実施例］第１図に示す単極発Ｗｉ機は（図示せぬ）適切なベアリ
ング内を回転するように蔵置された＠１１を有する回転
子１０を含んでいる。強磁性材でできた環状電機子１２
が軸１１上に設けられている。

導電性の良い材料、例えば銅、でできたスリーブ１３が
電機子１２の外周層りに設けられている。

７ランジ部１４．１５がスリーブ１３の両端に設けられ
ており、Ｔｉ機様子２の放射面に沿って一部延在してい
る。

電機子１２は一対の強磁性板１６．１７及び環状強磁性
コア１８により画定される固定子内で回転するように蔵
置されている。一対のらせん状に巻回された環状界磁コ
イル１９．２０が、環状コア１８の内周に隣接する各端
板１６．１７内に一つずつ埋設されている。

界磁コイル１９．２０は交番電流供給に接続されて、破
線で示すような交番磁界を生じるようにされている。端
板１６．１７、環状コア１８及び電機子１２により磁束
径路が提供され、スリーブ１３を通る磁界は実質的に放
射状となるようにされている。

良導電性材のスリーブ２１の形状である１次ループが環
状コア１８の外周層りに設けられ、コア１８の放射端に
沿って内向きに延在するフランジ部２２．２３を有して
いる。７ランジ部２２，２３はまた放射状にｍ４！ｔ、
、でいるが、スリーブ１３の７ランジ１４．１５からは
半径方向に離されている。

第２図及び第３図に関して詳説する回転コンタクト２４
．２５が７ランジ１４．２２．１５及び２３の１畳環状
部をそれぞれ相互接続して、スリーブ２１をスリーブ１
３の両端間に接続する。

２次多巻コイル２６がスリーブ２１の下でそれから電気
的に絶縁されているコア１８回りにトロイダルに巻回さ
れている。動作上、発電機の回転子１０は原動機により
駆動することができる。主給電を使用することもできる
が、やはり原動機により駆動される交流発電機により界
磁コイル１９゜２ｏ用交流給電を提供することもできる
。界磁コイル１９．２０により生じる交番磁界内で導電
スリーブ１３が回転すると、低電圧で極端に高電流の交
流が発生する。代表的に、このような発電機は４０〜８
０ＫＭの出力を有し、０．５Ｖｒａｏ、ｏｏｏ〜１６０
．０ＯＯＡのｉｆ流を供給する。界磁コイル１９．２０
を励起する電流の周波数により決定される周波数は２０
１１ｚ〜２Ｍ＋１７とすることができる。

導電スリーブ１３内に発生する電流は、次に回転コンタ
クト２４．．２５を介してスリーブ２１により形成され
る１次ループへ通され、２次巻線２６内において、代表
的に２００〜６００Ｖで４０〜４００Ａの比較的高電圧
で低電流の交流へ変換される。変換された電流は次に従
来のケーブルを使用して導通することができる。

回転コンタクト２４．２５は同じ構成であり第２図に一
方のみを示し、ここには回転コンタクトを形成する一対
の環状素子３０．３１の相互係合面が示されている。

環状素子３０は礎圧器の１次側を形成するスリーブ２ｏ
の７ランジ部２２に蔵置され、環状素子３１はスリーブ
１３のフランジ１４上に環状素子３０と同軸で反対に蔵
置されている。

環状素子３０は絶縁材でできた環状ブラシホルダー３５
を具備している。ブラシホルダー３５は壁３７により分
離された１２個の軸方向に延在する開口部３６を画定す
る。開口３６は２５６の内幅を有し、１３７は５°の内
厚を有している。

ブラシ３８は開口３６内に滑動可能に配置され、７ラン
ジ２２と電気的に接続されている。各ブラシ３８を弾性
的に付勢して環状素子３１の反対面と係合させるために
スプリング手段が設けられている。

環状素子３１は環の３３０＠を画定する導電セクター４
０を具備している。部分４０の終端間の３０°の間隙４
１は絶縁材で充填され、間隙４１の絶縁材の表面はブラ
シ３８と係合する部分４゜の表面と同一面とされている
。導電部４ｏはスリーブ１３へ電気的に接続されている
。

前記回転コンタクトにおいて、間１＠４１の幅がいずれ
のブラシ３８よりも広い場合には、ブラシ３８は間隙を
橋絡させることはできず、従って電機子１２が回転する
時に環流が誘起される連続導電径路は形成されない。

第３図に示す回転コンタクトにおいて、環状素子４５は
素子３０と同じ構成であるが、各々が３１″の内幅を有
し且つ内幅５″の間隙により分離されている１０個のブ
ラシ３８を有している。

他方のリング４６は３５″の内幅を有し且つ絶縁材が充
填される、５°の間隙４８により互いに離されている９
つの導電セクター４７により形成されている。

この回転コンタクトにおいて、環状素子４５のブラシ３
８が環状素子４６の反対面上を走行すると、常に、間隙
４８の一つが壁３７により画定されるブラシ３８間の間
隙の一つと重畳して、完全な環状導電径路が形成されな
いことを保証する。

眞記説明において、回転コンタクトの素子は環状であっ
て導電及び非導電セクターに分割されるものとして説明
してきたが、素子は環状径路を画定する限り実際上円形
とする必要はなく、導電及び非導電部の終端はそれが導
電径路を遮断するならば放射状とする必要はない。例え
ば、導電及び非導電部には導電及び非導ＩＩを互いにイ
ンターロックさ往て保持する終端構造を設けることがで
きる。

本発明の範囲内でさまざまな修正を行うことができる。

例えば、第１図に示す単極発′Ｒ機は本発明を応用する
単極装置の種類を示しているにすぎない。本発明の基礎
を形成する回転コンタクトは他の単極光ｍ機やモータに
も使用することができる。

第３図に示す実施例において、ブラシ及び導電セクター
は半径方径に対称的であったが、他の構成を使用するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従って形成された単極発′ｆｌｉ機の
軸所面図、第２図は第１図に示す単極発電機に使用する
回転コンタクトの詳細図、第３図は第１図に示す単極発
電機に使用することができる別の形状の回転コンタクト
を示す図である。参照符号の説明１０・・・回転子１１・・・軸１２・・・電機子１３．２１・・・スリーブ１４．１５．２２．２３・・・７ランテ部１６．１７・
・・強磁性板１８・・・強磁性コア１９．２０・・・界磁コイル２４．２５・・・回転コンタクト３０．３１．４５．４６・・・環状素子３５・・・ブラ
シホルダー３８・・・ブラシ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）強磁性材でできた電機子（１２）を具備する単極
装置において、電機子（１２）の少くとも外周（１３）
部は良導電性であり、前記回転子（１０）は強磁性固定
子（１６、１７、１８）により包囲されており、界磁コ
イル（１９、２０）が固定子（１６、１７、１８）上に
設けられており、前記界磁コイル（１９、２０）は交番
電流供給に接続され電機子（１２）の外周部（１３）上
に実質的に放射状の交番磁界を与えるように配置されて
おり、前記固定子（１６、１７、１８）は環状強磁性コ
ア（１８）、強磁性コア（１８）上に設けられた１次及
び２次巻線（２１、２６）を含み、１次巻線（２１）は
軸方向に離された位置において回転コンタクト（２４、
２５）により電機子（１０）の外周部（１３）へ接続さ
れており、各回転コンタクト（２４、２５）は第１及び
第２の環状素子（３０、３１；４５、４６）を具備し、
一方の環状素子（３０もしくは３１；４５もしくは４６
）は電機子（１０）上にそれと電気的に接触して蔵置さ
れ他方の環状素子（３１もしくは３０；４６もしくは４
５）は１次巻線（２１）と電気的に接触しており、第１
の環状素子（３０；４５）は非導電セクター（３７）に
より離された複数個の導電セクター（３８）を有し、第
２の環状素子（３１；４６）は１個以上の非導電セクタ
ー（４１；４８）を有する１個以上の導電セクター（４
０；４７）を有し、第１及び第２の環状素子（３０、３
１；４５、４６）の導電セクター（３８、４０；４７）
は電機子（１０）の回転時に電気的接触を維持するよう
に配置されており、第１の環状素子（３０；４５）上の
導電セクター（３８）及び第２の環状素子（３１；４６
）上の非導電セクター（４１；４８）は２つの環状素子
（３０、３１；４５、４６）により画定される環状導電
径路内に常に制動が生じるような寸法及び角配置とされ
ていることを特徴とする単極装置。
（２）請求項（１）記載の単極機において、第２の環状
素子（３１）の非導電セクター（４１）は第１の環状素
子（３０）のいずれの導電セクター（３８）よりも広幅
である単極装置。
（３）請求項（２）記載の単極装置において、第２の環
状素子（３１）は１個の導電セクター（４０）及び１個
の非導電セクター（４１）を具備する単極装置。
（４）請求項（１）記載の単極装置において、第１及び
第２の環状素子（４５、４６）が共に複数個の導電セク
ター（３８、４７）を有し、第２の環状素子（４６）は
第１の環状素子（４５）よりも少い導電セクター（４７
）を有し、第２の環状素子（４６）の非導電セクター（
４８）の幅は第１の環状素子（４５）の導電セクター（
３８）の幅に対して次の関係を有している、すなわち、 αｍ／（ｎ−ｍ）＞β ここに、ｍ＝第２の環状素子（４６）上の非導電セクタ
ー数、ｎ＝第１の環状素子（４５）上の導電セクター数、 α＝第２の環状素子（４６）上の非導電セクターの角幅
、 β＝第１の環状素子（４５）上の導電セクターの角幅、である単極装置。
（５）前記いずれかの請求項に記載の単極装置において
、環状素子（３０；４５）の一方の導電セクター（３８
）は他方の環状素子（３１；４６）とスプリング付勢に
より係合される導電ブラシの形状である単極装置。
（６）請求項（５）記載の単極装置において、他方の環
状素子（３１；４６）の非導電セクター（４１；４８）
は絶縁材が充填されて、ブラシにより係合される導電セ
クター（４０；４７）の表面と連続面を形成することを
特徴とする単極装置。
（７）請求項（１）〜（４）のいずれか一項に記載の単
極装置において、一方の環状素子（３０、３１；４５、
４６）の導電セクター（３８、４０；３８、４７）は導
電性液体金属により形成されており、他方の環状素子（
３１、３０；４６、４５）の導電セクター（４０、３８
；４７、３８）は液体金属中を通るように配置されてお
り、前記一方の環状素子（３０、３１；４５、４６）の
導電セクター（３８、４０；３８、４７）への液体金属
を拘束する手段が設けられている単極装置。