JPH08308192A - Ac generator - Google Patents

Ac generator

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JPH08308192A
JPH08308192A JP10440095A JP10440095A JPH08308192A JP H08308192 A JPH08308192 A JP H08308192A JP 10440095 A JP10440095 A JP 10440095A JP 10440095 A JP10440095 A JP 10440095A JP H08308192 A JPH08308192 A JP H08308192A
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JP
Japan
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field
rotor
power generation
inductor
salient pole
Prior art date
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Pending
Application number
JP10440095A
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Japanese (ja)
Inventor
Yukio Hase
幸雄 長谷
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Denso Corp
Original Assignee
NipponDenso Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE: To improve the generator efficiency of an AC generator by forming power generating coils so that the magnetic poles of field magnets arranged adjacent to each other at intervals can alternately change and the winding directions of the coils of salient poles for power generation arranged adjacent to each other at intervals can alternately change. CONSTITUTION: A rotor 1 contains a plurality of inductors 11 which are fixed to and held on the outer periphery of a nonmagnetic base member 12 and a stator core 2 has salient pole sections 23 for field and salient pole sections 24 for generation which are protruded toward the inductors 11 and yokes 20 which respectively connect the sections 23 and 24 to each other. Electromagnets are formed by winding coils 3 for field around the sections 23. Since the coils 3 are alternately wound in opposite directions so that the polarities of the magnetic poles of the electromagnets can alternately change, the polarities of the magnetic poles of the field magnets which are arranged at intervals for forming a field required for generation alternately change. Coils 4 for generation are wound around the sections 24 by alternately changing the winding directions of the coils 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、交流発電機に関し、特
に自動車やオートバイなどの回転数変動の激しい内燃機
関に駆動されるのに好適な交流発電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alternating current generator, and more particularly to an alternating current generator suitable for being driven by an internal combustion engine such as an automobile or a motorcycle, which has a large fluctuation in rotation speed.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、通常の二輪車用の交流発電機のよ
うに、小型で比較的発電出力が小さい発電機には、磁石
界磁式の交流発電機が使用されてきた。これは、一例と
して図12(a)に示すように、複数個の永久磁石10
2を鉄わん状のヨーク101の内周面に配設したロータ
100と、ステータ200とを有する構成をとる。ステ
ータ200は、ロータ100の内周面に回転中心側から
対向するSUSポールとその回りに形成された発電コイ
ルとを有し、発電端子401,402から交流電気を供
給する。すなわち、図12(a)〜(c)に示すよう
に、ロータ100が矢印Aとともに回転移動するに連
れ、磁場が変化してステータ200の発電コイルに誘導
電流が生じて発電作用が得られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a magnet field type AC generator has been used for a generator that is small and has a relatively small power generation output, such as an ordinary AC generator for two-wheeled vehicles. As an example, as shown in FIG.
2 has a rotor 100 in which an iron bowl-shaped yoke 101 is arranged on the inner peripheral surface, and a stator 200. The stator 200 has an SUS pole facing the inner peripheral surface of the rotor 100 from the rotation center side and a power generation coil formed around the SUS pole, and supplies AC electricity from power generation terminals 401 and 402. That is, as shown in FIGS. 12A to 12C, as the rotor 100 rotates and moves along with the arrow A, the magnetic field changes and an induction current is generated in the power generation coil of the stator 200 to obtain a power generation action. There is.

【0003】一方、自動車では、バッテリー電源と界磁
コイルによる直流励磁の界磁方式をとったオルタネータ
(交流発電機)が、従来から採用されている。このオル
タネータでは、界磁コイルはロータ側に設けられ、バッ
テリー電源とブラシを介して接続されているのが普通で
ある。
On the other hand, in an automobile, an alternator (alternating current generator) using a field system of direct current excitation by a battery power source and a field coil has been conventionally used. In this alternator, the field coil is usually provided on the rotor side and is connected to the battery power source via a brush.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の二輪
車用の交流発電機には、次の三点の不都合があった。第
1に、高回転時にエネルギーの損失が大きく、発電効率
が非常に低下する点である。すなわち、磁石界磁式であ
るため、発電出力は回転数だけで決まり、その制御を自
由に行うことは困難である。
However, the conventional AC generator for a motorcycle has the following three disadvantages. First, there is a large energy loss at high rotation speeds, resulting in a significant decrease in power generation efficiency. That is, since it is a magnet field type, the power generation output is determined only by the number of revolutions, and it is difficult to freely control it.

【0005】したがって、発電機を駆動するエンジンの
回転数が高く、発電過多の状態になった際には、発電出
力を短絡制御して過電圧から電装品やバッテリーを保護
している。その結果、発電機を駆動するエンジン出力
は、発電コイルの発熱(銅損)に費やされ、発電に有効
に使用されないので、発電効率(電気負荷用出力/発電
用機械入力)は極端に低下する。
Therefore, when the number of revolutions of the engine for driving the generator is high and an excessive amount of power is generated, the power generation output is short-circuited to protect the electrical components and the battery from overvoltage. As a result, the engine output that drives the generator is consumed by the heat generation (copper loss) of the generator coil and is not effectively used for power generation, so the power generation efficiency (output for electrical load / mechanical input for power generation) is extremely reduced. To do.

【0006】この損失を低減する一手段として、発電機
に連なる回路を開き、発電負荷を低減するオープン制御
も考えられる。それでもなお、ステータコア内の交番磁
界による鉄損や、これと関連して磁石とステータとの吸
引力に起因する回転負荷が残存するので、エンジンの負
担となる。このように、磁石界磁式の交流発電機では、
発電の有無に係わらず常に回転負荷が存在し、特に高回
転時の余剰発電時の回転負荷は明らかに発電効率の大幅
な低下をもたらしている。その結果、発電機を積んだ装
置の性能を落とすばかりでなく、燃費等の運用費の増大
にもつながるので、好ましくない。
As one means for reducing this loss, open control for opening the circuit connected to the generator to reduce the power generation load can be considered. Nevertheless, the iron loss due to the alternating magnetic field in the stator core and the rotational load due to the attractive force between the magnet and the stator associated therewith remain, which imposes a burden on the engine. Thus, in the magnet field type AC generator,
There is always a rotating load regardless of whether or not power is generated, and especially the rotating load during surplus power generation at high rotation obviously causes a significant decrease in power generation efficiency. As a result, not only is the performance of the device loaded with the generator deteriorated, but it also leads to an increase in operating costs such as fuel consumption, which is not desirable.

【0007】第2に、ロータの慣性モーメントを自由に
設定したり、任意に調整したりすることが困難な点であ
る。すなわち、二輪車の交流発電機では、ロータはフラ
イホイールの役目を兼用するが、この慣性モーメントが
過大であるとエンジンの加速性が悪くなって応答性に問
題を生じる。そこで、ロータは、フライホイールとして
必要最低限の慣性モーメントを持つように設計されてい
ることが望ましい。
Second, it is difficult to freely set or arbitrarily adjust the moment of inertia of the rotor. That is, in a two-wheeled vehicle AC generator, the rotor also serves as a flywheel, but if the moment of inertia is too large, the acceleration of the engine deteriorates, causing a problem in response. Therefore, it is desirable that the rotor be designed so as to have a minimum required moment of inertia as a flywheel.

【0008】ところが、慣性モーメントを設定するのに
あたって、必要とされる発電出力を変更する訳には行か
ないので、ロータの磁石の寸法の大幅な変更をすること
はできない。いきおい、鉄わん状のヨークやこれをシャ
フトに締結固定する取付けボス部の肉厚や外形の変更を
して、慣性モーメントの調整をすることになる。その結
果、強度への影響の把握や、プレス型等のツールに掛か
る費用や、標準化メリットなどの製造コストを調査し、
綿密に検討した上でのトレードオフが必要であった。そ
れゆえ、エンジン側の要求どおりに慣性モーメントを自
在に変更することは、甚だ困難であった。
However, in setting the moment of inertia, the required power generation output cannot be changed, and therefore the size of the magnet of the rotor cannot be changed significantly. The moment of inertia is adjusted by changing the thickness and outer shape of the iron bowl-shaped yoke and the mounting boss that fastens and fixes the yoke to the shaft. As a result, we investigated the impact on strength, investigated the cost of tools such as press dies, and the manufacturing costs such as standardization merits,
A trade-off was necessary after careful examination. Therefore, it was very difficult to freely change the moment of inertia as requested by the engine.

【0009】第3に、製造コストの高騰である。例えば
オートバイのように高温かつ高振動の使用環境にある交
流発電機には、耐熱性および耐振動性を保証する構造に
設計されることが必要である。従来のオートバイ用交流
発電機の製造工程においては、振動に耐える磁石の固定
のために必要な部品点数および作業工程が少なからずあ
り、交流発電機の製造コストに大きなウエイトを占めて
いる。したがって、磁石の固定を容易にしたり廃止した
りできれば、それだけでも製造コストの大幅な削減が期
待できる。
Thirdly, the manufacturing cost is soaring. For example, an alternator in a use environment of high temperature and high vibration such as a motorcycle needs to be designed to have a structure that guarantees heat resistance and vibration resistance. In the conventional manufacturing process of an AC generator for a motorcycle, the number of parts required for fixing a magnet that withstands vibration and the work process are not a few, and the manufacturing cost of the AC generator occupies a large weight. Therefore, if the fixing of the magnet can be facilitated or abolished, the manufacturing cost can be greatly reduced by itself.

【0010】一方、前述の自動車用オルタネータにして
も、界磁コイルがロータにあるため、ロータの慣性モー
メントの調整がやはり困難である。また、同様の理由で
界磁コイルへの接続にブラシを使用しているので、構造
が複雑化し、その結果、製造コストが高くなったり、故
障の原因になったりする不都合を生じる。本発明は、上
記従来技術の持つ問題点に鑑みて、それらを解決するた
めに成されたものである。
On the other hand, even in the above-mentioned automobile alternator, it is still difficult to adjust the inertia moment of the rotor because the field coil is in the rotor. Further, for the same reason, since the brush is used to connect to the field coil, the structure becomes complicated, resulting in inconvenience of high manufacturing cost and failure. The present invention has been made in order to solve the problems of the above-mentioned conventional techniques.

【0011】すなわち、本発明の交流発電機は、第1に
交流発電機の出力を制御して発電効率を向上させ駆動側
の負荷を軽減すること、第2に製造時のロータの慣性モ
ーメントの調整を容易にすること、第3に製造コストの
大幅低減を可能とすることを解決すべき課題とする。あ
わせて、ロータにコイルやブラシを必要としない、簡素
かつ堅牢な構造の交流発電機を提供することも、その課
題に加える。
That is, in the AC generator of the present invention, firstly, the output of the AC generator is controlled to improve the power generation efficiency to reduce the load on the drive side, and secondly, the moment of inertia of the rotor at the time of manufacture is controlled. The problem to be solved is to facilitate the adjustment, and thirdly, to significantly reduce the manufacturing cost. At the same time, providing an AC generator having a simple and robust structure that does not require a coil or a brush for the rotor is also added to the problem.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の交流発電機の第
1構成は、回動自在に軸支されたロータおよび該ロータ
に近接して対向する軟磁性材料からなるステータコアを
有する交流発電機において、前記ロータは、略軸対称な
形状の非磁性材料からなるベース部材と、該ベース部材
の外周縁付近に沿い円周方向に等間隔をおいて該ベース
部材に固定保持された軟磁性材料からなる複数個の誘導
子とを有し、前記ステータコアは、該誘導子に対面する
複数個の界磁磁石と、該誘導子に対面する複数個の発電
用突極部と、該界磁磁石と該突極部間との間を連結する
略円周状のヨークとを有し、前記界磁磁石は、間隔を空
けて隣合う該界磁磁石同士で交番に磁極性が異なってお
り、前記発電用突極部には、間隔を空けて隣合う該発電
用突極部同士で交番に巻き方向が交代している発電用コ
イルが形成されていることを特徴とする。
A first structure of an AC generator according to the present invention is an AC generator having a rotor rotatably supported by a rotor and a stator core made of a soft magnetic material that closely faces and opposes the rotor. In the rotor, the rotor is a base member made of a non-magnetic material having a substantially axially symmetric shape, and a soft magnetic material fixedly held on the base member at equal intervals in the circumferential direction along the vicinity of the outer peripheral edge of the base member. And a plurality of field magnets facing the inductor, a plurality of power generating salient pole portions facing the inductor, and the field magnet. And a yoke having a substantially circumferential shape that connects between the salient pole portions, and the field magnets have different magnetic polarities alternately between the adjacent field magnets with a space therebetween, The salient pole portions for power generation are connected to each other by the salient pole portions for power generation that are adjacent to each other with a space. Wherein the power generation coil in which the direction is alternating around a formed.

【0013】ここで、ロータとステータコアとの位置関
係については、限定されていないので、設計上の必要に
応じて自由に選択することができる。例えば、第1に、
誘導子がロータの外周面を形成し、ステータコアはロー
タの外周側から近接して対向する場合がある。第2に、
誘導子がロータの外周部の端面を形成し、これに軸長方
向からステータが対向する場合があり、第3に、中空な
略円筒部分を有するロータの内周面を誘導子が形成し、
その内周側からステータコアがロータに対向する場合も
ある。その外にも、斜めに対向する場合もあり得る。
Here, since the positional relationship between the rotor and the stator core is not limited, it can be freely selected according to design needs. For example, first,
In some cases, the inductor forms the outer peripheral surface of the rotor, and the stator core closely faces and faces the outer peripheral side of the rotor. Second,
The inductor may form an end surface of the outer peripheral portion of the rotor, and the stator may face the end surface in the axial direction. Thirdly, the inductor forms the inner peripheral surface of the rotor having a hollow cylindrical portion,
The stator core may face the rotor from the inner peripheral side. In addition to that, there may be a case where they are diagonally opposed.

【0014】また、界磁磁石と発電用突極部とについ
て、相互の位置関係や個数の対応についての限定もされ
ていないので、設計上の必要に応じて自由に選択するこ
とができる。例えば、同数の界磁磁石と発電用突極部と
を、各1個を一組として軸長方向または半径方向に並べ
てヨークで固定し、対向して回転通過する誘導子によっ
て生じる誘導磁場の変化で発電する構成も可能である。
Further, regarding the field magnet and the salient pole portion for power generation, there is no limitation on the mutual positional relationship and the correspondence of the number, so that they can be freely selected according to design requirements. For example, the same number of field magnets and salient poles for power generation, one set each, are arranged in the axial direction or the radial direction and fixed by a yoke, and the change of the induced magnetic field caused by the inductors that rotate and pass in opposition. It is also possible to use a configuration to generate electricity with.

【0015】同様に、誘導子の個数や形状にも限定がな
いから、設計上の必要に応じて自由に選択することがで
きる。したがって、界磁磁石の個数や発電用突極部の個
数とは、必ずしも一致している必要はない。また、誘導
子の形状も、円周方向へ伸びる形状だけではなく、界磁
磁石および発電用突極部を一組として軸長方向または半
径方向に並べた場合に対応して、軸長方向または半径方
向に伸びる形状を取ることも可能である。
Similarly, since the number and shape of the inductors are not limited, they can be freely selected according to design requirements. Therefore, the number of field magnets and the number of salient poles for power generation do not necessarily have to match. In addition, the shape of the inductor is not limited to the shape extending in the circumferential direction, but it corresponds to the case where the field magnet and the salient pole portion for power generation are arranged in the axial direction or the radial direction as a set. It is also possible to take a shape that extends in the radial direction.

【0016】以上のように、本発明の第1構成では、誘
導子11、界磁磁石および発電用突極部について相互の
位置関係および個数の限定がないので、このうちいずれ
かを奇数個としたり、別個の個数として構成することも
可能である。なお、本構成と異なって、隣合う界磁磁石
同士で交番に磁極性が異なっていない構成や、発電用コ
イルの巻き方向が交番に交代していない構成を取ること
も可能ではある。しかし、かような構成では、発電効率
や発電波形などの点に一抹の不安が残るので、なお検討
を重ねる余地がある。
As described above, in the first structure of the present invention, there is no limitation on the mutual positional relationship and the number of the inductor 11, the field magnet and the salient pole portion for power generation. Alternatively, it is also possible to configure them as separate numbers. Unlike the present configuration, it is possible to adopt a configuration in which adjacent magnetic field magnets do not alternately have different magnetic polarities, or a configuration in which the winding direction of the power generation coil does not alternate. However, with such a configuration, there is some concern about the power generation efficiency and the power generation waveform, so there is room for further study.

【0017】本発明の第2構成は、上記第1構成におい
て更に、前記界磁磁石の個数は、偶数個であり、前記発
電用コイルの個数も、該界磁磁石と同数の偶数個であっ
て、該界磁磁石および該発電用コイルは、同一円周上に
交互に等間隔で配設されており、前記誘導子の個数は、
該界磁磁石または該発電用コイルの個数と同数の偶数個
であって、該誘導子は、他の同一円周上に等間隔で配設
されていることを特徴とする。
According to a second structure of the present invention, in addition to the first structure, the number of the field magnets is an even number, and the number of the power generating coils is an even number which is the same as the number of the field magnets. The field magnets and the power-generating coils are alternately arranged at equal intervals on the same circumference, and the number of the inductors is
The number of field magnets or the number of power generation coils is an even number, and the inductors are arranged at equal intervals on the other circumference.

【0018】本発明の第3構成は、上記第1構成におい
て更に、前記界磁磁石の一部または全てが、永久磁石で
あることを特徴とする。ここで、永久磁石としては、フ
ェライト系の磁石のほか、希土類の磁石など、設計上の
必要に応じて自由に選択することができる。同様に、永
久磁石の形状も自由に設計するを得る。なお、第1構成
に記載があるとおり、隣合う界磁磁石同士で交番に極性
が異なるよう、永久磁石は配設されるものとする。
A third structure of the present invention is characterized in that, in the first structure, part or all of the field magnets are permanent magnets. Here, the permanent magnet can be freely selected from ferrite magnets, rare earth magnets, and the like according to design needs. Similarly, the shape of the permanent magnet also gets freely designed. As described in the first configuration, the permanent magnets are arranged so that adjacent field magnets have alternating polarities.

【0019】本発明の第4構成は、上記第1構成におい
て更に、前記界磁磁石の一部または全てが、前記ヨーク
から突起した軟磁性体からなる界磁用突極部と、該界磁
用突極部およびまたは該界磁用突極部に隣接するヨーク
を鉄心にして形成された界磁用コイルとからなる電磁石
であることを特徴とする。ここで、第1構成に記載があ
るとおり、隣合う界磁磁石同士で交番に極性が異なるよ
うに、界磁用コイルの巻き方向が設定される。
According to a fourth structure of the present invention, in addition to the above-mentioned first structure, a part or all of the field magnet is formed of a soft magnetic material protruding from the yoke, and a field salient pole portion, and the field magnet. A salient pole portion and / or a field coil formed by using a yoke adjacent to the field salient pole portion as an iron core. Here, as described in the first configuration, the winding direction of the field coil is set so that adjacent field magnets have alternating polarities.

【0020】本発明の第5構成は、上記第1構成におい
て更に、前記界磁磁石の一部または全てが、前記ヨーク
から突起した永久磁石と、該永久磁石およびまたは該永
久磁石に隣接するヨークを鉄心にして形成された界磁用
コイルとからなる複合磁石であることを特徴とする。本
発明の第6構成は、上記第1構成において更に、前記ロ
ータは、外周面に前記誘導子を有し、前記ステータコア
は、該ロータの外周から該誘導子に対向することを特徴
とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the first configuration, a part or all of the field magnet is a permanent magnet protruding from the yoke, the permanent magnet and / or the yoke adjacent to the permanent magnet. It is a composite magnet including a field coil formed by using an iron core. A sixth configuration of the present invention is further characterized in that, in the first configuration, the rotor has the inductor on an outer peripheral surface thereof, and the stator core faces the inductor from an outer periphery of the rotor.

【0021】本発明の第7構成は、上記第1構成におい
て更に、前記ロータは、当初は同一の材料から一体に形
成された前記ベース部材および前記誘導子からなり、該
誘導子は、当該部分を所定の処理により軟磁性体化して
形成されているか、または、該ベース部材は、当該部分
を他の所定の処理により非磁性体化して形成されている
かのいずれかであることを特徴とする。
According to a seventh structure of the present invention, in addition to the above-mentioned first structure, the rotor is composed of the base member and the inductor which are initially integrally formed of the same material, and the inductor is the part concerned. Is formed into a soft magnetic material by a predetermined treatment, or the base member is formed into a non-magnetic material by another predetermined treatment. .

【0022】本発明の第8構成は、上記第7構成におい
て更に、前記ロータは、ステンレス鋼により当初から一
体に形成された前記ベース部材および前記誘導子からな
り、該ベース部材は、オーステナイト系の非磁性ステン
レス鋼によって形成され、該誘導子は、マルテンサイト
相の軟磁性ステンレス鋼によって形成されていることを
特徴とする。
According to an eighth structure of the present invention, in addition to the seventh structure, the rotor is composed of the base member and the inductor integrally formed from stainless steel from the beginning, and the base member is an austenite type. The inductor is formed of non-magnetic stainless steel, and the inductor is formed of soft magnetic stainless steel of martensite phase.

【0023】本発明の第9構成の交流発電機は、回動自
在に軸支されたロータおよび該ロータに近接して対向す
るステータを有する交流発電機において、前記ステータ
は、円周方向に等間隔に配設された軟磁性材料からなる
複数個の誘導子と、該誘導子を前記ロータに対向して固
定保持する非磁性材料からなるベース部材とを有し、前
記ロータは、前記誘導子に対面する複数個の界磁磁石
と、該誘導子に対面する軟磁性材料からなる複数個の発
電用突極部と、該界磁磁石と該突極部間とを固定保持し
該界磁磁石と該突極部間との間を連結する軟磁材料から
なるロータコアとを有し、前記界磁磁石は、間隔を空け
て隣合う該界磁磁石同士で交番に磁極性が異なってお
り、 前記発電用突極部には、間隔を空けて隣合う該発
電用突極部同士で交番に巻き方向が交代している発電用
コイルが形成されており、前記ロータの発電およびまた
は界磁の作用に係わる外部回路と該ロータとを電気的に
接続する接続手段を備えたことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an alternating current generator having a rotor rotatably supported by a rotor and a stator closely facing and facing the rotor. The rotor includes a plurality of inductors made of a soft magnetic material, which are arranged at intervals, and a base member made of a non-magnetic material, which fixes and holds the inductors facing the rotor. A plurality of field magnets facing each other, a plurality of power generating salient pole portions made of a soft magnetic material facing the inductor, and the field magnet and the space between the salient pole portions being fixedly held. And a rotor core made of a soft magnetic material that connects between the magnet and the salient pole portion, the field magnet, the magnetic pole property is alternately different between adjacent field magnets spaced apart, The power generating salient poles are alternately arranged adjacent to each other with a space therebetween. A power generation coil having alternating winding directions is formed, and a connecting means is provided for electrically connecting the rotor to an external circuit related to the power generation of the rotor and / or the action of the field. .

【0024】本構成は、第1構成のロータとステータコ
アを逆転した構成であって、誘導子をもつステータと、
界磁磁石および発電用コイルをもつロータとを主要構成
要素としている。したがって、前述の第1構成に対して
第2構成〜第8構成のバリエーションがあったのと同様
に、本構成に対しても、第2構成〜第8構成に相当する
バリエーションが可能である。
In this structure, the rotor of the first structure and the stator core are reversed, and a stator having an inductor,
The main components are a field magnet and a rotor having a power generation coil. Therefore, similarly to the above-described variation of the second configuration to the eighth configuration with respect to the first configuration, variation corresponding to the second configuration to the eighth configuration is possible also to the present configuration.

【0025】なお、以上のいずれの構成においても、適
当な駆動回路を接続すれば電動機としても使用できるこ
とは言うまでもない。その際、必要に応じてロータ角度
を検出する回転角検出手段(ロータリ・エンコーダ等)
を使用してもよい。
Needless to say, in any of the above constructions, it can be used as an electric motor by connecting an appropriate drive circuit. At that time, rotation angle detection means (rotary encoder, etc.) for detecting the rotor angle as necessary
May be used.

【0026】[0026]

【発明の作用および効果】本発明の第1構成では、ロー
タの外周付近を回転移動する軟磁性の誘導子が、対面す
る界磁磁石および発電用突極部の近傍をよぎるにつれ
て、界磁磁石が作る界磁を誘導して変化を与える。界磁
の変化は、界磁磁石、発電用突極部およびヨークの内部
を透過する磁束に変化を与える。その結果、発電用突極
部に形成された発電用コイルに起電力が生じて誘導電流
が流れ、発電作用が発揮される。
According to the first structure of the present invention, as the soft magnetic inductor rotating around the outer periphery of the rotor passes near the facing field magnet and the power-generating salient pole portion, the field magnet is moved. Induces a field created by to give a change. The change of the field magnet changes the magnetic flux passing through the inside of the field magnet, the salient pole portion for power generation and the yoke. As a result, an electromotive force is generated in the power generation coil formed in the power generation salient pole portion, an induced current flows, and the power generation action is exhibited.

【0027】したがって、本構成によれば、ロータには
誘導子が設けられるだけで、界磁磁石および発電用コイ
ルは、ステータコアに設けられる。ロータは、回転体で
あるので、遠心力による応力が発生しダイナミック・バ
ランスに敏感であるが、その構成が簡素になれば、次の
2点の効果がある。第1に、ロータの構造が簡素で製造
しやすいので、ロータの慣性モーメントの設計が自由に
なり、その調整も比較的自由にできるという効果があ
る。第2に、同じ理由で、ロータの製造コストが低廉に
なるという効果がある。
Therefore, according to this structure, only the inductor is provided in the rotor, and the field magnet and the power generation coil are provided in the stator core. Since the rotor is a rotating body, stress due to centrifugal force is generated and it is sensitive to dynamic balance. However, if the configuration is simplified, there are the following two effects. Firstly, since the rotor structure is simple and easy to manufacture, there is an effect that the inertia moment of the rotor can be freely designed and its adjustment can be made relatively freely. Secondly, for the same reason, the manufacturing cost of the rotor is reduced.

【0028】同時に、発電用コイルがステータ側にある
ので、電力の取り出しにスリップ・リングやブラシなど
の接続手段を要せず、シンプルで故障が起こりくい。ま
た、界磁磁石および発電用コイルが遠心力を受けること
がなく、これらのダイナミック・バランスを取る必要も
ないので、堅牢なステータを安価に製造することができ
るという効果もある。
At the same time, since the power-generating coil is located on the stator side, no connection means such as a slip ring or a brush is needed to take out the electric power, and the failure is simple and less likely to occur. Further, since the field magnet and the power-generating coil are not subjected to centrifugal force and it is not necessary to keep the dynamic balance between them, there is an effect that a robust stator can be manufactured at low cost.

【0029】本発明の第2構成では、偶数個の界磁磁石
と発電用コイルとが交互に等間隔で同一円周上に並び、
これらに対面して同数の誘導子が回転移動する。したが
って、本構成によれば、交番に極性を交代する界磁磁石
と発電用コイルとを、これらに対応した誘導子が交番に
よぎるので、発電がより効率的に成される。さらに、同
様の理由で、交流発電の波形が正弦関数に近い綺麗な波
形で得られるという効果もある。
In the second structure of the present invention, an even number of field magnets and power generating coils are alternately arranged at equal intervals on the same circumference,
The same number of inductors are rotationally moved to face these. Therefore, according to the present configuration, the field magnet and the power generation coil, which alternate in polarity alternately, pass through the inductor corresponding to these, so that power generation is performed more efficiently. Further, for the same reason, there is an effect that the waveform of AC power generation can be obtained as a beautiful waveform close to a sine function.

【0030】本発明の第3構成では、界磁磁石の一部ま
たは全てが永久磁石であるから、界磁を形成するための
界磁電力を低減または廃止することができる。また、同
様の理由で、発電用コイルの数を低減または廃止するこ
とができる。したがって、本構成によれば、界磁電力を
節約できるので、過剰発電にならない回転数では発電効
率が高いという効果がある。同時に、加工工数を要する
発電用コイルを削減または撤廃することができるので、
ステータの製造コストを低減し、より安価な交流発電機
を提供することができる。
In the third structure of the present invention, since part or all of the field magnet is a permanent magnet, the field power for forming the field can be reduced or eliminated. Further, for the same reason, the number of power generation coils can be reduced or eliminated. Therefore, according to this configuration, the field power can be saved, and there is an effect that the power generation efficiency is high at a rotation speed that does not cause excessive power generation. At the same time, it is possible to reduce or eliminate the power generation coil that requires processing man-hours,
It is possible to reduce the manufacturing cost of the stator and provide a cheaper AC generator.

【0031】本発明の第4構成では、界磁磁石の一部ま
たは全てが電磁石であるから、界磁電流の多寡によって
界磁の強度を自在に制御することが可能になる。それゆ
え、界磁電流を適正に制御する回路を設ければ、例え
ば、低速回転時にも高速回転時にも一定した出力の発電
を行うことなどもできる。したがって、本構成によれ
ば、回転数に関係なく高い発電効率で交流発電機が運転
されるので、駆動側に無用な負荷を与えることがないと
いう効果がある。
In the fourth structure of the present invention, since part or all of the field magnet is an electromagnet, the strength of the field can be freely controlled by the amount of field current. Therefore, if a circuit that appropriately controls the field current is provided, for example, it is possible to generate power with a constant output during both low speed rotation and high speed rotation. Therefore, according to this configuration, the alternating-current generator is operated with high power generation efficiency regardless of the number of revolutions, so that there is an effect that an unnecessary load is not applied to the drive side.

【0032】本発明の第5構成では、界磁磁石の一部ま
たは全てが、永久磁石と界磁用コイルとからなる複合磁
石であるので、より強力な界磁が形成されるとともに、
界磁強度を界磁電流によって制御することも可能であ
る。したがって、本構成によれば、より強力な界磁が形
成されるので、より強力な発電が可能になると共に、上
記の第3構成および第4構成の長所を併せ持つ交流発電
機を提供することができる。
In the fifth structure of the present invention, since part or all of the field magnet is a composite magnet including a permanent magnet and a field coil, a stronger field is formed and
It is also possible to control the field strength by the field current. Therefore, according to the present configuration, a stronger field is formed, so that stronger power generation is possible, and it is possible to provide an AC generator having the advantages of the third configuration and the fourth configuration described above. it can.

【0033】すなわち、低速回転時には、界磁電流を十
分に供給して永久磁石と協力し強力な界磁を形成するこ
とにより、所定の発電出力を得ることができる。反対
に、高速回転時には、界磁電流を低減または停止し、主
として永久磁石が形成する界磁によって発電し、余剰発
電による効率の低下を避けることができる。さらに高速
回転時には、通常と逆向きに界磁電流を流し、永久磁石
が形成する界磁を弱めて過剰発電による発電効率の低下
を防ぐこともできる。この場合には、永久磁石と複合し
た界磁用コイルから電力を取り出すことも可能である。
その結果、本構成によれば、界磁電流を節減できると同
時に、いかなる回転数でも高い効率で所定の発電を行え
る交流発電機を提供することができる。
That is, at the time of low speed rotation, a predetermined power generation output can be obtained by supplying a sufficient field current to cooperate with the permanent magnet to form a strong field. On the contrary, when rotating at a high speed, the field current is reduced or stopped, power is generated mainly by the field formed by the permanent magnets, and a decrease in efficiency due to surplus power generation can be avoided. Further, at the time of high-speed rotation, a field current can be made to flow in the opposite direction to the normal direction to weaken the field formed by the permanent magnets and prevent a decrease in power generation efficiency due to excessive power generation. In this case, it is also possible to extract electric power from the field coil combined with the permanent magnet.
As a result, according to the present configuration, it is possible to provide an AC generator that can reduce the field current and at the same time perform high-efficiency predetermined power generation at any rotation speed.

【0034】本発明の第6構成では、ロータの外周面に
誘導子が設けられ、ステータコアはその外周から対向し
ている。つまり、高速回転するロータが中心部に収ま
り、その周囲から界磁磁石および発電用コイルが対面し
ており、さらにその周囲をヨークが包んでケーシングを
兼ねた構成になっている。したがって、本構成によれ
ば、ロータの直径が小さいので不必要に慣性モーメント
が大きくなることがない。その結果、本構成の交流発電
機を駆動するエンジンの加速応答性が良くなるという効
果がある。また、必要に応じてロータの軸長方向の厚み
を変えるなどして、慣性モーメントを自在に調整するこ
とができるという効果もある。
In the sixth configuration of the present invention, an inductor is provided on the outer peripheral surface of the rotor, and the stator core faces the outer peripheral surface. That is, the rotor rotating at a high speed is contained in the central portion, the field magnet and the power-generating coil face each other from the periphery thereof, and the yoke also wraps the periphery to serve as a casing. Therefore, according to this configuration, since the rotor has a small diameter, the moment of inertia does not unnecessarily increase. As a result, there is an effect that the acceleration response of the engine that drives the AC generator of this configuration is improved. Further, there is an effect that the moment of inertia can be freely adjusted by changing the thickness of the rotor in the axial direction as required.

【0035】本発明の第7構成は、上記第1構成におい
て更に、ロータは、当初は同一の材料から一体に形成さ
れたベース部材および誘導子からなっている。そして、
一体に形成されたのち、ベース部材または誘導子が、所
定の処理により磁性を変化させられている。それゆえ、
本構成では、ベース部材に複数の誘導子を組付ける組み
立て工数を要せずに、ロータが一体で形成されている。
According to a seventh structure of the present invention, in addition to the first structure, the rotor is composed of a base member and an inductor which are initially integrally formed of the same material. And
After being integrally formed, the magnetism of the base member or the inductor is changed by a predetermined process. therefore,
In this configuration, the rotor is integrally formed without requiring the number of assembly steps for assembling the plurality of inductors to the base member.

【0036】したがって、本構成によれば、より少ない
組み立て工数で、より堅牢なロータが製造されるので、
本発明の交流発電機の価格が下がり信頼性が向上すると
いう効果がある。本発明の第8構成では、上記第7構成
において更に、ベース部材はオーステナイト系の非磁性
ステンレス鋼、誘導子はマルテンサイト相の軟磁性ステ
ンレス鋼で形成されている。すなわち、本構成は、ベー
ス部材・誘導子一体のロータを、加工誘起処理および加
熱処理などの容易に実施できる処理で、部分的に磁性変
態または逆変態を起こして望ましい磁気特性を与えたも
のである。また、一般にステンレス鋼は、錆びにくく変
質しにくく、比較的安価な割りには安定性のよい金属材
料であり、防錆処理も通常は不要である。
Therefore, according to this structure, a more robust rotor can be manufactured with a smaller number of assembling steps.
There is an effect that the price of the AC generator of the present invention is reduced and the reliability is improved. In an eighth structure of the present invention, in addition to the seventh structure, the base member is further formed of austenitic non-magnetic stainless steel, and the inductor is formed of martensite phase soft magnetic stainless steel. That is, this configuration is one in which the rotor having the base member and the inductor integrated with each other is subjected to the magnetic transformation or the reverse transformation partially by a process that can be easily performed, such as the process inducing process and the heating process, to give the desired magnetic characteristics. is there. Further, generally, stainless steel is a metal material that is resistant to rust and does not easily deteriorate, and is relatively inexpensive, but is a highly stable metal material, and rust prevention treatment is usually unnecessary.

【0037】したがって、本構成によれば、第7構成の
効果に加えて、より容易かつ安価に一体のロータを生産
することができ、さらに長寿命を期待することができる
という効果がある。本発明の第9構成では、ステータ
は、複数個の誘導子と、これを固定保持する非磁性材料
からなるベース部材とを有し、一方、ロータは、複数個
の界磁磁石と複数個の発電用突極部とこれらを連結する
軟磁材料からなるロータコアとを有する。それゆえ、ロ
ータの発電用コイル等と外部回路とを接続する接続手段
を必要とする。
Therefore, according to this structure, in addition to the effect of the seventh structure, there is an effect that an integrated rotor can be produced more easily and cheaply, and a longer life can be expected. In the ninth configuration of the present invention, the stator has a plurality of inductors and a base member that fixes and holds the inductors, while the rotor has a plurality of field magnets and a plurality of field magnets. It has a salient pole portion for power generation and a rotor core made of a soft magnetic material that connects them. Therefore, a connecting means for connecting the power generation coil of the rotor and the external circuit is required.

【0038】すなわち、本構成は、第1構成のロータと
ステータコアとを逆転した交流発電機である。第1構成
に対して第2構成から第8構成にいたる限定が可能であ
り、各構成に特有の効果を本構成でも上げることができ
る。したがって、本構成によれば、何らかの理由で誘導
子側を固定せざるを得ない(すなわちステータに誘導子
を備えざるを得ない)場合にも、界磁磁石と発電用コイ
ルとをもつロータを備えて、本発明の交流発電機を実現
することができる。その結果、第1構成に相当する効果
ばかりなく、第2構成から第8構成に相当する効果をも
発揮することができる。
That is, this structure is an AC generator in which the rotor and the stator core of the first structure are reversed. It is possible to limit the first configuration to the second configuration to the eighth configuration, and the effects unique to each configuration can be enhanced in this configuration. Therefore, according to the present configuration, even when the inductor side has to be fixed for some reason (that is, the stator has to be provided with the inductor), the rotor having the field magnet and the power generation coil is provided. Therefore, the AC generator of the present invention can be realized. As a result, not only the effects corresponding to the first configuration but also the effects corresponding to the second to eighth configurations can be exhibited.

【0039】[0039]

【実施例】以下、本発明の交流発電機の実施例1につい
て図1〜図5を、その変形態様1〜6については図6〜
図10を、実施例2については図11を、それぞれ参照
して具体的に説明する。 〔実施例1:ステータコアに界磁用コイルと発電用コイ
ルとをもつ例〕本発明の実施例1としての交流発電機
は、図1に示すように、回動自在に軸支されたロータ1
と、ロータ1に近接して対向する軟磁性材料からなるス
テータコア2とを有する。
1 to 5 for the first embodiment of the AC generator of the present invention, and FIGS.
This will be specifically described with reference to FIG. 10 and FIG. 11 for the second embodiment. [Example 1: Example in which stator core has field coil and power generation coil] An AC generator as Example 1 of the present invention is, as shown in Fig. 1, a rotor 1 rotatably supported by a rotor 1.
And a stator core 2 made of a soft magnetic material and closely facing the rotor 1.

【0040】すなわち、ロータ1は、中央の軸孔10に
通された回転軸(図示せず)と、この回転軸をロータ1
の軸長方向の両側で軸支する軸受け(図示せず)とを介
して、ケーシング(図示せず)内の空間に回動自在に保
持されている。このケーシングの胴部はステータコア2
によって形成されている。以上のようにして、ロータ1
は、その外周面をステータコア2の内周面に対面させ
て、ステータコア2と同軸に軸支されている。なお、上
記回転軸は、エンジンなどの動力供給装置によって、ロ
ータ1とともに回転駆動されるものとする。
That is, the rotor 1 has a rotating shaft (not shown) passed through the central shaft hole 10 and the rotating shaft.
Is rotatably held in a space inside a casing (not shown) via bearings (not shown) that are supported on both sides in the axial direction. The body of this casing is the stator core 2
Is formed by. As described above, the rotor 1
Is axially supported coaxially with the stator core 2 with its outer peripheral surface facing the inner peripheral surface of the stator core 2. The rotary shaft is driven to rotate together with the rotor 1 by a power supply device such as an engine.

【0041】ここで、ロータ1は、外周面に軟磁性体か
らなる複数の誘導子11を有している。一方、ステータ
コア2は、求心方向に突出した複数の発電用コイル4と
界磁磁石としての界磁用コイル3とを有して、ロータ1
の外周側からその誘導子11に対向している。以下、ロ
ータ1とステータコア2との両者について、それぞれの
構成を説明する。
Here, the rotor 1 has a plurality of inductors 11 made of a soft magnetic material on the outer peripheral surface. On the other hand, the stator core 2 has a plurality of power generating coils 4 protruding in the centripetal direction and a field coil 3 as a field magnet,
Is opposed to the inductor 11 from the outer peripheral side. Hereinafter, the respective configurations of both the rotor 1 and the stator core 2 will be described.

【0042】(実施例1のロータの構成)ロータ1は、
図2に示すように、非磁性材料からなるベース部材12
と、ベース部材12の外周縁付近に固定保持された軟磁
性材料からなる複数個の誘導子11とからなる、略円盤
状の部材である。すなわち、ベース部材12は、略軸対
称な形状の非磁性材料からなり、その外周縁付近には円
周方向に等間隔をおいて複数(6個)の切り欠きが設け
られている。この切り欠きには、軟磁性材料からなる複
数個(6個)の誘導子11が嵌合して、ベース部材12
に図示しない固定手段により固定保持される。(固定手
段は、ネジ・ピン・接着・ロウ付け・溶着・溶接など従
来技術の適用でよい。)誘導子11は、略扇形の平面形
状をしており、外周縁と内周縁、および半径に沿った両
側縁で略扇形を形成している。ロータ1は、このように
ベース部材12と6個の誘導子11とが係合して、円盤
状に形成されている。
(Structure of Rotor of Embodiment 1) The rotor 1 is
As shown in FIG. 2, the base member 12 made of a non-magnetic material
And a plurality of inductors 11 made of a soft magnetic material that are fixedly held near the outer peripheral edge of the base member 12, and are substantially disk-shaped members. That is, the base member 12 is made of a non-magnetic material having a substantially axisymmetric shape, and a plurality of (six) notches are provided at equal intervals in the circumferential direction near the outer peripheral edge thereof. A plurality of (six) inductors 11 made of a soft magnetic material are fitted into the notches, and the base member 12
It is fixed and held by a fixing means (not shown). (The fixing means may be applied by conventional techniques such as screws, pins, adhesion, brazing, welding, and welding.) The inductor 11 has a substantially fan-shaped planar shape, and has an outer peripheral edge, an inner peripheral edge, and a radius. The both side edges along it form a substantially fan shape. In this manner, the rotor 1 is formed in a disk shape by the base member 12 and the six inductors 11 engaging with each other.

【0043】ここで、誘導子11の個数(6個)は、界
磁磁石としての界磁用コイル3(6個)または発電用コ
イル4(6個)の個数と同数の偶数個である。また、誘
導子11は、ロータ1の外周面の一部を形成して、同一
円周上に等間隔で配設されている。なお、ベース部材1
2は、非磁性材料からなる板を軸長方向に接着し積層し
た積層体であり、誘導子11は、絶縁処理された軟磁性
の鋼板を軸長方向に接着し積層した積層体である。誘導
子11が積層体で形成されているのは、渦電流の発生に
伴う損失を低減するためである。あわせて、ヒステリシ
スによる損失を低減するため、誘導子11の材料にはヒ
ステリシスの小さいものが使用されている。このよう
に、本実施例のロータ1では、誘導子11内での鉄損を
低減する努力が払われている。
Here, the number of the inductors 11 (6) is an even number which is the same as the number of the field coils 3 (6) or the power generating coils 4 (6) as the field magnets. The inductors 11 form a part of the outer peripheral surface of the rotor 1 and are arranged at equal intervals on the same circumference. The base member 1
Reference numeral 2 is a laminated body in which plates made of a non-magnetic material are bonded and laminated in the axial direction, and the inductor 11 is a laminated body in which insulating-treated soft magnetic steel plates are bonded and laminated in the axial direction. The inductor 11 is formed of a laminated body in order to reduce the loss accompanying the generation of the eddy current. At the same time, in order to reduce the loss due to hysteresis, a material having a small hysteresis is used as the material of the inductor 11. As described above, in the rotor 1 of the present embodiment, efforts are made to reduce the iron loss in the inductor 11.

【0044】誘導子11およびベース部材12が積層体
で形成されているので、ロータ1の慣性モーメントは、
誘導子11およびベース部材12の積層枚数を変えるこ
とにより、容易に調整することができる。別案として
は、誘導子11およびベース部材12はともにブロック
状の材料で形成され、組み立て前かあるいはロータ1に
組み立て後かに、適切な厚みに切削等で形成されるとい
う手段もある。
Since the inductor 11 and the base member 12 are formed of a laminated body, the moment of inertia of the rotor 1 is
This can be easily adjusted by changing the number of laminated layers of the inductor 11 and the base member 12. Alternatively, there is also a means in which both the inductor 11 and the base member 12 are formed of a block-shaped material, and are formed by cutting or the like to have an appropriate thickness before assembly or after assembly to the rotor 1.

【0045】いずれの構成または手段を取る場合におい
ても、ロータ1の慣性モーメントを自由に設定し、任意
に調整したりすることは容易である。したがって、本発
明の第2の課題(慣性モーメントの調整変更の容易化)
は、本実施例のロータ1で達成することができる。 (実施例1のステータの構成)ステータは、図3に示す
ように、ステータコア2と界磁用コイル23および発電
用コイル24とから構成されている。
Whichever configuration or means is adopted, it is easy to freely set the inertia moment of the rotor 1 and arbitrarily adjust it. Therefore, the second problem of the present invention (facilitation of adjustment change of moment of inertia)
Can be achieved by the rotor 1 of the present embodiment. (Structure of Stator of First Embodiment) As shown in FIG. 3, the stator is composed of a stator core 2, a field coil 23, and a power generation coil 24.

【0046】すなわち、ステータコア2は、前述の誘導
子11に対面して突出する複数個の界磁用突極部23お
よび発電用突極部24と、両突極部23,24の間を連
結する略円周状のヨーク20とをもつ、軟磁性の合金部
材である。界磁用突極部23および発電用突極部24
は、それぞれ同数の偶数個(6個)あり、同一円周上に
交互に等間隔で配設されている。全ての突極部23,2
4は、ヨーク20によって固定保持されて求心方向に突
出しており、根元部ではヨーク20を介して互いに磁気
的に連結されている。
That is, the stator core 2 connects the plurality of field salient pole portions 23 and the power generation salient pole portions 24, which project to face the above-mentioned inductor 11, and the salient pole portions 23, 24. Is a soft magnetic alloy member having a substantially circular yoke 20. Field salient pole portion 23 and power generation salient pole portion 24
Are even numbers (6) of the same number, and are alternately arranged at equal intervals on the same circumference. All salient poles 23, 2
Numeral 4 is fixedly held by the yoke 20 and protrudes in the centripetal direction, and is magnetically coupled to each other via the yoke 20 at the root portion.

【0047】ここで、両突極部23,24の形状および
材料は共通であって、製造コストの低減が図られてい
る。ただし、設計上の要求等によって、二種類の突極部
23,24の形状を互いに異なったものとすることは可
能である。界磁用突極部23には、それぞれその周囲に
界磁用コイル3が巻かれて、界磁用突極部23を鉄心に
した電磁石が形成されている。各電磁石は、両側の電磁
石とは逆の磁極性をもつよう、界磁用コイル3が交番に
巻き方向を変えて巻かれている。
Here, the salient pole portions 23 and 24 have the same shape and material, and the manufacturing cost is reduced. However, it is possible to make the shapes of the two types of salient pole portions 23, 24 different from each other depending on design requirements and the like. A field coil 3 is wound around each of the field salient pole portions 23 to form an electromagnet having the field salient pole portion 23 as an iron core. Each of the electromagnets is wound with the field coils 3 alternatingly with different winding directions so as to have a magnetic pole property opposite to that of the electromagnets on both sides.

【0048】これらの電磁石(界磁用突極部23および
界磁用コイル3)は、発電に必要な界磁を形成する界磁
磁石であり、本実施例の交流発電機は直流励磁による界
磁方式を取っている。これら界磁磁石は、間隔を空けて
隣合う界磁磁石同士で交番に磁極性が異なっている。一
方、発電用突極部24には、それぞれその周囲に発電用
突極部24を鉄心にした発電用コイル4が巻かれてい
る。発電用コイル4は、間隔を空けて隣合う発電用突極
部24同士で交番に巻き方向が交代している。
These electromagnets (field salient pole portion 23 and field coil 3) are field magnets that form the field required for power generation, and the AC generator of this embodiment is a field generated by DC excitation. The magnetic method is used. In these field magnets, adjacent field magnets spaced apart from each other alternately have different magnetic polarities. On the other hand, the salient pole portions 24 for power generation are wound around the respective power generation coils 4 with the salient pole portions 24 for power generation as an iron core. In the power generation coil 4, the winding directions alternate between the power generation salient pole portions 24 adjacent to each other with a space therebetween.

【0049】界磁用コイル23は、界磁入力端子31,
32を介して外部の可変電圧電源30に、発電用コイル
24は、発電出力端子41,42を介して外部回路(図
示せず)に、それぞれ接続されている。 (実施例1の作用)以上のように構成された本実施例の
交流発電機では、ロータ1の回転移動に伴い、以下のよ
うにして発電作用が営まれる。
The field coil 23 includes the field input terminals 31,
The variable voltage power source 30 is connected to the external variable voltage power supply 30 via 32, and the power generation coil 24 is connected to an external circuit (not shown) via the power generation output terminals 41 and 42. (Operation of First Embodiment) In the AC generator of the present embodiment configured as described above, the power generation operation is performed as follows with the rotational movement of the rotor 1.

【0050】前提として、図4(a)に示すように、界
磁入力端子31,32に外部から電圧が加えられ、界磁
用コイル3−1および3−2に界磁電流が流れて、電磁
石による界磁が形成される。その際、界磁用突極部23
の求心方向の先端には、界磁用コイル3−1ではS極
が、これと間隔を隔てて隣合う界磁用コイル3−2では
N極が、それぞれ形成されている。
As a premise, as shown in FIG. 4A, a voltage is externally applied to the field input terminals 31 and 32, and a field current flows in the field coils 3-1 and 3-2. A field is formed by the electromagnet. At that time, the salient pole portion 23 for field
At the tip in the centripetal direction, an S pole is formed in the field coil 3-1 and an N pole is formed in the field coil 3-2 adjacent to and spaced from the field coil 3-1.

【0051】かようなステータコア2中を、ロータ1が
回転を示す矢印Rの方向(時計回り)に回転すると、ロ
ータ1の外周部に保持された誘導子11も、回転移動す
る。誘導子11は、移動しながら界磁を誘導するので、
発電用突極部42に誘導される磁束の量に時間的な変化
が生じる。その結果、発電用コイル4−1では誘導電流
が生じ、発電作用が生起する。
When the rotor 1 rotates in the direction of the rotation arrow R (clockwise) in the stator core 2 as described above, the inductor 11 held on the outer peripheral portion of the rotor 1 also rotates. Since the inductor 11 induces a field while moving,
A temporal change occurs in the amount of magnetic flux induced in the salient pole portion 42 for power generation. As a result, an induced current is generated in the power generation coil 4-1 and a power generation action occurs.

【0052】すなわち、まず、図4(a)に示すよう
に、誘導子11が界磁用コイル3−1から発電用コイル
4−1に跨がる位置にある時点では、磁場は誘導子11
内を磁束の向きを表す矢印Mの方向に誘導されている。
磁束は、界磁用コイル3−1の外周側にあたるN極から
出て、ヨーク20内および発電用突極部24内を透過し
たうえで、誘導子11内を矢印Mの方向に誘導され、界
磁用コイル3−1の求心側にあたるS極に貫流する磁気
回路を形成している。この時点では、発電用コイル4−
1内を通る磁束はすでに最大値付近に達しており、変化
率が少ないので発電作用はほとんどない。
That is, first, as shown in FIG. 4A, at the time when the inductor 11 is in a position where it extends from the field coil 3-1 to the power generation coil 4-1, the magnetic field is the inductor 11.
The inside is guided in the direction of arrow M, which indicates the direction of the magnetic flux.
The magnetic flux exits from the N pole on the outer peripheral side of the field coil 3-1 and, after passing through the inside of the yoke 20 and the salient pole portion 24 for power generation, is guided inside the inductor 11 in the direction of the arrow M, A magnetic circuit is formed which flows through the S pole which is the centripetal side of the field coil 3-1. At this point, the power generation coil 4-
The magnetic flux passing through 1 has already reached the maximum value and the rate of change is small, so there is almost no power generation effect.

【0053】次に、図4(b)に示すように、誘導子1
1が界磁用コイル3−1および3−2のちょうど中間、
すなわち発電用コイル4−1と正対する位置にある時点
では、誘導子11内には強い磁束は存在しなくなる。こ
れは、誘導子11が、界磁用コイル3−1および3−2
のいずれからも遠ざかった位置にあるからである。この
時点では、発電用コイル4−1内に導入される磁束の絶
対量はゼロに近いが、変化率は極めて大きく、大きな誘
導起電力が生じる。したがって、発電用コイル4−1に
は大きな発電作用が生起し、発電出力端子41(+),
42(−)から電力を取り出すことができる。
Next, as shown in FIG. 4B, the inductor 1
1 is the middle of the field coils 3-1 and 3-2,
That is, at the time when it is directly opposite to the power generation coil 4-1, the strong magnetic flux does not exist in the inductor 11. This is because the inductor 11 has the field coils 3-1 and 3-2.
This is because it is located away from any of the above. At this point, the absolute amount of the magnetic flux introduced into the power generation coil 4-1 is close to zero, but the rate of change is extremely large, and a large induced electromotive force is generated. Therefore, a large power generation action occurs in the power generation coil 4-1 and the power generation output terminal 41 (+),
Electric power can be taken out from 42 (-).

【0054】そして、図4(c)に示すように、誘導子
11がさらに回転移動して、発電用コイル4−1から界
磁用コイル3−2へやや掛かった時点では、誘導子11
内には、先程とは逆方向の矢印M方向に磁束が誘導され
ている。この時点では、発電用コイル4−1内に流入す
る磁束は、図4(a)の時点から向きを転換してピーク
を迎える途上にある。したがって、図4(b)の時点よ
りは落ちるものの図4(b)と同方向に発電作用が生じ
る。
Then, as shown in FIG. 4 (c), when the inductor 11 is further rotationally moved and slightly hangs from the power generation coil 4-1 to the field coil 3-2, the inductor 11 is moved.
In the inside, a magnetic flux is induced in the direction of arrow M, which is the opposite direction to the previous direction. At this point, the magnetic flux flowing into the power generation coil 4-1 is in the process of changing its direction from the point of FIG. 4A and reaching its peak. Therefore, the power generation action occurs in the same direction as that in FIG. 4B, though it is lower than that in FIG. 4B.

【0055】ここで、界磁用コイル3−1と界磁用コイ
ル3−2とは、互いに異極になるよう巻き方向が設定さ
れている。したがって、ロータ1がさらに回転し誘導子
11が移動するにつれて、発電用コイル4−1には交番
に変動する磁界がかかり、発電出力端子41,42から
は交流発電出力が得られる。ところで、前述のように、
界磁用コイル3は、間隔を空けて隣合う界磁磁石同士で
交番に磁極性が異なっており、一方、発電用コイル4
は、間隔を空けて隣合う発電用突極部24同士で交番に
巻き方向が交代している。また、界磁用コイル3および
発電用コイル4の一組について一つの誘導子11が、ロ
ータ1に形成されている。
Here, the winding directions of the field coil 3-1 and the field coil 3-2 are set so as to have different polarities. Therefore, as the rotor 1 further rotates and the inductor 11 moves, an alternating fluctuating magnetic field is applied to the power generation coil 4-1 and AC power generation output is obtained from the power generation output terminals 41 and 42. By the way, as mentioned above,
In the field coil 3, adjacent field magnets spaced apart from each other have alternating magnetic poles, while the power generation coil 4
In, the winding directions of the power generating salient pole portions 24 adjacent to each other with a space therebetween are alternating. Further, one inductor 11 is formed in the rotor 1 for each set of the field coil 3 and the power generation coil 4.

【0056】したがって、図4(a)〜(c)を参照し
て説明した作用と同様の現象が、図1〜図3を参照して
説明した全ての誘導子11、界磁用コイル3および発電
用コイル4について起こる。すなわち、ロータ1が回転
し誘導子11が移動するにつれて、各発電用コイル4に
は交番に変動する磁界がかかり、発電出力端子41,4
2からは交流発電出力が得られる。
Therefore, the same phenomenon as the operation described with reference to FIGS. 4A to 4C is caused by all the inductors 11, the field coil 3 and the field coil 3 described with reference to FIGS. It happens about the coil 4 for electric power generation. That is, as the rotor 1 rotates and the inductor 11 moves, an alternating fluctuating magnetic field is applied to each power generation coil 4, and the power generation output terminals 41, 4 are generated.
An AC power generation output is obtained from 2.

【0057】ここで、この交流発電出力は界磁の強さに
比例するので、界磁入力端子31,32を介して供給さ
れる界磁電流(すなわち可変電圧電源30)を制御する
ことにより、本実施例の交流発電機の出力は容易に制御
され得る。その際、オープン制御による鉄損や短絡制御
による銅損など、従来の交流発電機で起きる損失が極め
て小さいので、極めて高い効率で発電が行われる。ま
た、適正な界磁電流を界磁用コイル3に供給することに
より、低回転から高回転まで極めて広い回転数の範囲で
適正な発電出力を得ることができる。したがって、運用
可能な回転数の範囲が広いという長所もある。
Since this AC power generation output is proportional to the strength of the field, the field current (that is, the variable voltage power supply 30) supplied through the field input terminals 31 and 32 is controlled to The output of the alternator of this embodiment can be easily controlled. At that time, the loss that occurs in the conventional AC generator such as the iron loss due to the open control and the copper loss due to the short-circuit control is extremely small, so that the power generation is performed with extremely high efficiency. Further, by supplying an appropriate field current to the field coil 3, it is possible to obtain an appropriate power generation output in an extremely wide range of rotation speed from low rotation to high rotation. Therefore, there is also an advantage that the range of operating speed is wide.

【0058】(実施例1に接続される外部回路の構成)
本実施例の交流発電機は、前述のように界磁電流を制御
することにより、低回転時にも高回転時にも適応して、
発電効率を低めることなく交流発電出力を調整すること
ができる。ここでは、本発明の交流発電機の実施に便宜
を供するため、発電出力の調整に適当な外部回路を例示
する。なお、これは図1に示した可変電圧電源30をも
含むものであり、逆に可変電圧電源30の一例でもあ
る。
(Structure of the external circuit connected to the first embodiment)
The AC generator of the present embodiment is adapted to both low rotation speed and high rotation speed by controlling the field current as described above,
The AC power generation output can be adjusted without lowering the power generation efficiency. Here, in order to facilitate the implementation of the AC generator of the present invention, an external circuit suitable for adjusting the power generation output is illustrated. It should be noted that this includes the variable voltage power supply 30 shown in FIG. 1 and is also an example of the variable voltage power supply 30.

【0059】本実施例の交流発電機に接続される外部回
路は、図5に示すように、簡素な構成であり、出力端子
51,52から各種電装品(図示せず)に安定した直流
電力を供給している。先ず、ロータ1の回転が所定の回
転数を越えない通常の運転では、バッテリ5の放電また
は発電用コイル4の発電出力により、界磁用コイル3に
界磁電流が供給されている。
The external circuit connected to the AC generator of this embodiment has a simple structure as shown in FIG. 5, and stable DC power is supplied from the output terminals 51 and 52 to various electric components (not shown). Is being supplied. First, in a normal operation in which the rotation of the rotor 1 does not exceed a predetermined number of rotations, the field current is supplied to the field coil 3 by the discharge of the battery 5 or the power generation output of the power generation coil 4.

【0060】すなわち、発電用コイル4の発電電圧がツ
ェナー・ダイオード6の降伏電圧に達しない範囲におい
ては、トランジスタ7にベース電圧が掛からないので、
トランジスタ8にベース電圧が生じてトランジスタ8は
導通する。その結果、バッテリ5の負極は界磁入力端子
32と導通し、バッテリ5の正極−界磁入力端子31−
界磁用コイル3−界磁入力端子32−トランジスタ8−
バッテリ5の負極によって形成される回路が閉じる。
That is, since the base voltage is not applied to the transistor 7 in the range where the power generation voltage of the power generation coil 4 does not reach the breakdown voltage of the Zener diode 6,
A base voltage is generated in the transistor 8 and the transistor 8 becomes conductive. As a result, the negative electrode of the battery 5 is electrically connected to the field input terminal 32, and the positive electrode of the battery 5-the field input terminal 31-.
Field coil 3-Field input terminal 32-Transistor 8-
The circuit formed by the negative pole of the battery 5 closes.

【0061】一方、発電用コイル4からの発電出力は、
発電出力端子41,42を介して本外部回路に取り出さ
れる。交流発電出力は、ダイオードスタック9により全
波整流されて直流に変換(必要に応じてコンデンサによ
り電圧変動を均すを得る)され、バッテリ5と並列に入
力される。発電により得られた直流電圧がバッテリ5の
電圧よりも高い場合には、バッテリ5は充電される。そ
の逆の場合には、バッテリ5は放電して発電出力の不足
を補う。
On the other hand, the power generation output from the power generation coil 4 is
It is taken out to the external circuit via the power generation output terminals 41 and 42. The alternating current power generation output is full-wave rectified by the diode stack 9 and converted into direct current (if necessary, the voltage fluctuation is leveled by a capacitor), and is input in parallel with the battery 5. When the DC voltage obtained by power generation is higher than the voltage of the battery 5, the battery 5 is charged. In the opposite case, the battery 5 is discharged to compensate for the shortage of power generation output.

【0062】次に、ロータ1の回転が所定の回転数を越
え、発電用コイル4で過剰発電が行われてダイオードス
タック9からの直流出力が規定電圧を越えようとする場
合には、界磁電流が制御されて発電出力が減少する。す
なわち、過回転により発電電圧が過剰になり、ツェナー
・ダイオード6の降伏電圧を越えると、ツェナー・ダイ
オード6が降伏して導通し、トランジスタ7が導通する
とトランジスタ8の導通がなくなる。その結果、界磁入
力端子32を介して界磁用コイル3に加えられる界磁電
流が途絶し、界磁がなくなるので発電が行われなくな
る。このようにして過回転時の発電電圧過多は防がれる
が、オン−オフの繰り返しによる制御を嫌う場合には、
本回路に適当なコンデンサやローパス・フィルタ等を付
加して適正量の界磁電流に調整することも可能である。
Next, when the rotation of the rotor 1 exceeds a predetermined number of revolutions and excessive power generation is performed by the power generation coil 4, and the DC output from the diode stack 9 is about to exceed the specified voltage, the field The current is controlled and the power output is reduced. That is, when the generated voltage becomes excessive due to over-rotation and exceeds the breakdown voltage of the Zener diode 6, the Zener diode 6 breaks down and becomes conductive, and when the transistor 7 becomes conductive, the transistor 8 becomes non-conductive. As a result, the field current applied to the field coil 3 via the field input terminal 32 is interrupted, and the field disappears, so that power generation is stopped. In this way, it is possible to prevent excessive power generation voltage during over-rotation, but if you dislike control by repeating on-off,
An appropriate amount of field current can be adjusted by adding an appropriate capacitor or low-pass filter to this circuit.

【0063】ここで、ツェナー・ダイオード6の降伏電
圧は、バッテリ5の最大電圧より高く、バッテリ5や出
力端子51,52に接続される各種電装品を傷めない範
囲に予め設定されている。したがって、上記の外部回路
等を接続することにより、界磁電流は自動的に調整され
て、本実施例の交流発電機から適正な電圧の発電出力を
得ることが可能になる。
Here, the breakdown voltage of the Zener diode 6 is higher than the maximum voltage of the battery 5, and is set in advance in a range that does not damage the battery 5 and various electric components connected to the output terminals 51 and 52. Therefore, by connecting the above external circuit or the like, the field current is automatically adjusted, and it becomes possible to obtain a power generation output of an appropriate voltage from the AC generator of this embodiment.

【0064】なお、外部回路とはいうものの、本外部回
路の全てまたは一部が、本実施例の交流発電機に付属し
て設けられることを妨げるものではない。 (実施例1の効果)本実施例の交流発電機は、前述のよ
うに構成されて発電作用をするので、次の3点の効果を
奏する。
Although it is an external circuit, it does not prevent that all or part of this external circuit is provided as an accessory to the AC generator of this embodiment. (Effects of Embodiment 1) The AC generator of this embodiment has the following three effects because it is configured as described above to generate electricity.

【0065】第1に、広い回転数範囲で高効率の発電が
できるという効果がある。すなわち、本実施例の交流発
電機では、界磁電流の制御により発電出力を制御できる
ので、高速回転時にも駆動トルクが小さくて済み、高い
発電効率を維持することができる。その結果、エンジン
などの駆動側の負荷が軽減されるという効果がある。
Firstly, there is an effect that high-efficiency power generation can be performed in a wide rotation speed range. That is, in the AC generator of this embodiment, since the power generation output can be controlled by controlling the field current, the driving torque can be small even at high speed rotation, and high power generation efficiency can be maintained. As a result, the load on the drive side of the engine or the like is reduced.

【0066】同時に、低速回転時にも、界磁電流を増す
ことにより(必要とされる駆動トルクは増すものの)、
必要な起電力を発揮して適正な発電作用を維持すること
ができる。したがって、本実施例の交流発電機は、運用
できる回転数の範囲が極めて広く、かつ、いずれの回転
数においても高い発電効率を維持しうるという長所を有
する。
At the same time, by increasing the field current even at low speed rotation (although the required driving torque increases),
The required electromotive force can be exerted to maintain an appropriate power generation action. Therefore, the AC generator according to the present embodiment has an advantage that the range of rotational speeds that can be operated is extremely wide and that high power generation efficiency can be maintained at any rotational speed.

【0067】第2に、製造時に、ロータ1の慣性モーメ
ントの調整が容易であるという効果がある。すなわち、
ロータ1を構成する誘導子11およびベース部材12が
積層板で形成されているので、設計上の必要(エンジン
とのマッチング等)により、積層枚数を調整する等の手
段で容易にその慣性モーメントを調整することができ
る。
Secondly, there is an effect that the moment of inertia of the rotor 1 can be easily adjusted at the time of manufacturing. That is,
Since the inductor 11 and the base member 12 that form the rotor 1 are formed of laminated plates, the moment of inertia can be easily adjusted by means such as adjusting the number of laminated layers depending on design requirements (matching with the engine, etc.). Can be adjusted.

【0068】第3に、製造コストを大幅に低減すること
ができるという効果がある。すなわち、少なからぬ遠心
力や振動がかかるロータ1にはコイルなどの電装部材が
なく、ロータ1の構成は極めて簡素である。したがっ
て、ダイナミック・バランスを取るための努力は不要も
しくは僅少である。その結果、遠心力や振動に耐えるロ
ータ1を設計製造するために特に努力を要しないので、
その製造コストは極めて安価である。
Thirdly, there is an effect that the manufacturing cost can be greatly reduced. That is, the rotor 1 to which a considerable amount of centrifugal force or vibration is applied does not have an electrical component such as a coil, and the structure of the rotor 1 is extremely simple. Therefore, efforts to achieve dynamic balance are unnecessary or insignificant. As a result, no particular effort is required to design and manufacture the rotor 1 that withstands centrifugal forces and vibrations.
Its manufacturing cost is extremely low.

【0069】一方、ステータコア2には界磁用コイル3
および発電用コイル4が形成されているが、回転部分が
ないのでダイナミック・バランスなどに配慮して設計製
造する必要がない。したがって、その製造コストは安価
である。あわせて、ロータ1に接続するスリップリング
やブラシを必要としないので、本実施例の交流発電機
は、安価にして簡素かつ堅牢であるという長所を有す
る。
On the other hand, the stator core 2 has a field coil 3
Although the power generation coil 4 is formed, there is no rotating portion, so there is no need to design and manufacture in consideration of dynamic balance. Therefore, its manufacturing cost is low. In addition, since no slip ring or brush connected to the rotor 1 is required, the AC generator of this embodiment has an advantage of being inexpensive, simple and robust.

【0070】〔実施例1のロータに関する変形態様〕ま
ず、実施例1の変形態様として、前述のロータ1に改変
を加えた交流発電機を以下に幾つか例示する。 (変形態様1:誘導子の固定手段)本変形態様の交流発
電機は、図6に示すように、ベース部材12Aと、その
外周部付近に等間隔に保持固定された6個の誘導子11
Aとからなるロータ1Aを有する。実施例1のロータ1
と同様に、ベース部材12Aは、非磁性材料からなる板
を積層して形成され、各誘導子11Aは、軟磁性の鋼板
を積層して形成されている。
[Modified Embodiments of Rotor of First Embodiment] First, as a modified embodiment of the first embodiment, some AC generators obtained by modifying the rotor 1 will be described below. (Modification 1: Fixing Means of Inductor) As shown in FIG. 6, the AC generator of this modification has a base member 12A and six inductors 11 fixed and held at equal intervals near the outer periphery of the base member 12A.
It has a rotor 1A composed of A and A. Example 1 rotor 1
Similarly to the above, the base member 12A is formed by laminating plates made of a non-magnetic material, and each inductor 11A is formed by laminating soft magnetic steel plates.

【0071】実施例1と異なる点は、各誘導子11の求
心方向に突起が設けられ、その突起が円周方向の両側に
張り出した張出部11aをもつことである。これに伴
い、ベース部材12に6方の外周から設けられた各誘導
子11が嵌合する切れ込みにも、各誘導子11の両側の
張出部11aと嵌合する凹凸が設けられている。したが
って、各誘導子11の張出部11aとベース部材12の
凹凸とが互いに嵌合するので、各誘導子11はベース部
材12により強力に固定保持される。その結果、より強
い遠心力に耐えられるので、ロータ1Aの強度に起因す
る回転数制限は大幅に緩和され、高速回転で本変形態様
の交流発電機を運転することが可能になる。
The difference from the first embodiment is that each inductor 11 is provided with a protrusion in the centripetal direction, and the protrusion has an overhanging portion 11a which is extended to both sides in the circumferential direction. Along with this, even in the notches in which the respective inductors 11 provided on the base member 12 from the six outer circumferences are fitted, there are provided concavities and convexities that fit into the overhanging portions 11 a on both sides of each inductor 11. Therefore, since the overhanging portion 11a of each inductor 11 and the unevenness of the base member 12 are fitted to each other, each inductor 11 is strongly fixed and held by the base member 12. As a result, since it is possible to withstand a stronger centrifugal force, the rotational speed limitation due to the strength of the rotor 1A is greatly relaxed, and it becomes possible to operate the AC generator of this modification at a high speed.

【0072】同時に、本変形態様のロータ1Aによれ
ば、各誘導子11をベース部材12に固定保持させるた
めの部品点数や加工工数が減るので、製造コストがより
安価になるという効果もある。なお、本変形態様の思想
をさらに伸展させ、複数段の張出部をもってベース部材
に嵌合する誘導子を使用することもできる。これを極限
まで押し進め、ガスタービン機関のタービンにおいてブ
レードをディスクに固定するクリスマス・ツリー構造
で、各誘導子をベース部材に固定してもよい。これらの
変形態様の誘導子では、円周方向の両側が対称形である
必要は特にない。
At the same time, according to the rotor 1A of the present modification, the number of parts for fixing and holding each inductor 11 to the base member 12 and the number of processing steps are reduced, so that the manufacturing cost can be further reduced. It should be noted that it is also possible to further extend the idea of this modification and use an inductor that fits to the base member with a plurality of protruding portions. By pushing this to the limit, each inductor may be fixed to the base member by a Christmas tree structure in which the blade is fixed to the disk in the turbine of the gas turbine engine. In the inductors of these modifications, it is not necessary that both sides in the circumferential direction are symmetrical.

【0073】(変形態様1−1:誘導子の簡便な固定手
段1)逆に、より容易なロータの構成としては、円筒状
または円盤状のベース部材と、その外周面に等間隔を開
けて固定保持された6個の弧状の誘導子とからなるもの
も可能である。ベース部材は、円盤状の薄板が積層され
た積層板か、中空または中実なブロック材で形成されて
いる。誘導子は、鉄損の軽減のため軟磁性金属板の積層
構造で形成されていることが望ましいが、中実なブロッ
ク材で形成されていてもよい。ロータ外周面に対する誘
導子の固定手段は、ネジ等の係止手段でよい。
(Modification 1-1: Simple fixing means 1 for the inductor) On the contrary, as an easier rotor construction, a cylindrical or disk-shaped base member and its outer peripheral surface are equally spaced. It is also possible that it consists of six arcuate inductors which are fixedly held. The base member is formed of a laminated plate in which disk-shaped thin plates are laminated or a hollow or solid block material. The inductor is preferably formed of a laminated structure of soft magnetic metal plates in order to reduce iron loss, but it may be formed of a solid block material. The fixing means of the inductor to the outer peripheral surface of the rotor may be a locking means such as a screw.

【0074】本構成のロータは、外周面に凹凸ができる
ので空気抵抗が大きいという欠点があるものの、製造設
備に特別な装置を用意する必要がないので、少量生産を
する場合に適する。 (変形態様1−2:誘導子の簡便な固定手段2)さら
に、別の容易なロータの構成として、等間隔を開けて円
周上に配設された6個の弧状の誘導子と、これらを挟持
固定する二枚の円盤状のベース部材とからなるものも可
能である。すなわち、本ロータは、ベース部材である二
枚の円盤の間に各誘導子を挟み、両ベース部材の対向す
る外周縁部に各誘導子を固定保持して製造されている。
The rotor of this structure has a drawback that it has a large air resistance because it has irregularities on the outer peripheral surface, but it is not necessary to prepare a special device in the manufacturing facility, so it is suitable for small-quantity production. (Modification 1-2: Simple fixing means 2 for the inductor) Further, as another easy rotor configuration, six arc-shaped inductors arranged on the circumference at equal intervals are provided. It is also possible to use a disc-shaped base member for sandwiching and fixing the base member. That is, this rotor is manufactured by sandwiching each inductor between two discs that are base members, and fixing and holding each inductor at the outer peripheral edge portions of both base members facing each other.

【0075】このような構成のロータであれば、軟磁性
鋼板を積層した各誘導子と、これらを軸長方向両側から
挟持する二枚の非磁性鋼板とを、軸長方向に貫通する複
数の孔を通るボルトとナットで強固に固定することがで
きる。固定に際し、接着剤も援用すれば、より強固に各
誘導子を固定保持することができる。本構成のロータ
も、製造設備に特別な装置を用意する必要がないので、
少量生産をする場合にも適する。
In the rotor having such a structure, a plurality of inductors formed by laminating soft magnetic steel plates and two non-magnetic steel plates sandwiching the inductors from both sides in the axial direction are passed through in a plurality of directions. It can be firmly fixed with bolts and nuts that pass through the holes. When fixing, if an adhesive is also used, each inductor can be more firmly fixed and held. Since the rotor of this configuration also does not need to prepare a special device in the manufacturing facility,
Also suitable for small-scale production.

【0076】なお、前述の変形態様1−1および1−2
のロータでは、隣合う誘導子の間の隙間を詰めるスペー
サや、ロータ外周面を覆う薄い円筒板などを備えること
により、回転時の空気抵抗を軽減することができる。 (変形態様2:磁性変態を利用した一体成形型ロータ)
本変形態様の交流発電機は、図7に示すように、ベース
部材部分12Bとその外周部付近に等間隔に形成された
6カ所の誘導子部分11Bとをもつロータ1Bを有す
る。
The above-mentioned modified forms 1-1 and 1-2.
The rotor of (1) can reduce the air resistance during rotation by including a spacer that closes the gap between the adjacent inductors and a thin cylindrical plate that covers the outer peripheral surface of the rotor. (Modification Mode 2: One-piece Molded Rotor Utilizing Magnetic Transformation)
As shown in FIG. 7, the AC generator of this modification has a rotor 1B having a base member portion 12B and six inductor portions 11B formed at equal intervals in the vicinity of the outer peripheral portion thereof.

【0077】実施例1と異なる点は、各誘導子部分11
Bおよびベース部材部分12Bからなるロータ1Bが、
同一の金属円盤の薄板を接着剤で互いに絶縁の上で積層
することによって形成されている点である。この金属円
盤は、各誘導子部分11Bにあたる部分が軟磁性金属で
形成され、ベース部材部分12Bにあたる部分が非磁性
金属で形成されている。
The difference from the first embodiment is that each inductor portion 11
The rotor 1B composed of B and the base member portion 12B is
The point is that they are formed by laminating thin plates of the same metal disk on top of each other with an adhesive and insulating them. In this metal disk, a portion corresponding to each inductor portion 11B is made of soft magnetic metal, and a portion corresponding to the base member portion 12B is made of nonmagnetic metal.

【0078】すなわち、ロータ1Bは、ステンレス鋼に
より当初から一体に形成されたベース部材部分12Bお
よび各誘導子部分11Bをもつ金属円盤を積層して構成
されている。ベース部材部分11Bは、オーステナイト
系の非磁性ステンレス鋼によって形成されており、各誘
導子部分11Bは、マルテンサイト相の軟磁性ステンレ
ス鋼によって形成されている。
That is, the rotor 1B is formed by laminating metal disks having a base member portion 12B and each inductor portion 11B which are integrally formed from stainless steel from the beginning. The base member portion 11B is formed of austenitic nonmagnetic stainless steel, and each inductor portion 11B is formed of martensite phase soft magnetic stainless steel.

【0079】このようなロータ1Bは、ステンレス鋼を
部分的に磁性体に変態させたり、逆に部分的に逆変態さ
せて非磁性化させたりすることによって、製造すること
ができる。例えば、本変形態様のロータ1Bは、次のよ
うにして製造されている。まず、不安定なオーステナイ
ト系ステンレス鋼(非磁性体)であるSUS39(17
−7ステンレス)鋼板を材料とし、60%程度の変形率
の冷間加工(圧延やプレス加工等)を施して加工誘起処
理を行う。すると、ステンレス鋼は磁性変態し、全体が
マルテンサイト組織(軟磁性体)に変態した円盤が製造
される。
Such a rotor 1B can be manufactured by partially transforming stainless steel into a magnetic material, or conversely by partially reverse transforming it to be non-magnetic. For example, the rotor 1B according to this modification is manufactured as follows. First, SUS39 (17) which is an unstable austenitic stainless steel (non-magnetic material)
-7 stainless steel) is used as a material, and cold work (rolling, pressing, etc.) with a deformation rate of about 60% is performed to perform work induction treatment. Then, the stainless steel is magnetically transformed, and a disk in which the whole is transformed into a martensite structure (soft magnetic material) is manufactured.

【0080】次に、ベース部材部分12Bにあたる部分
にだけ、高周波加熱処理を施して変態点温度を越えるま
で加熱する。すると、ベース部材部分12Bだけが、逆
変態してもとのオーステナイト系ステンレス鋼に戻って
非磁性化される。こうして、誘導子部分11Bだけが軟
磁性体であるステンレス鋼の円盤が製造されるので、誘
導子部分11Bを合わせてこの円盤を複数枚積層するこ
とによって、本変形態様のロータ1Bを製造することが
できる。
Next, only the portion corresponding to the base member portion 12B is subjected to high frequency heat treatment to heat it until it exceeds the transformation temperature. Then, only the base member portion 12B returns to the original austenitic stainless steel and is non-magnetized even if it reversely transforms. In this way, since a stainless steel disk, in which only the inductor portion 11B is a soft magnetic material, is manufactured, the rotor 1B of this modification can be manufactured by stacking a plurality of disks together with the inductor portion 11B. You can

【0081】したがって、ロータ1Bは、当初は同一の
材料から一体に形成されたベース部材部分12Bおよび
各誘導子11Bからなる。各誘導子部分11Bは、当該
部分を加工誘起処理により軟磁性体化して形成されてお
り、一方、ベース部材部分12Bは、当該部分を高周波
加熱処理により非磁性体化して形成されている。以上の
ように構成された本変形態様のロータ1Bを使用すれ
ば、ロータの構成がいっそう簡素かつ堅牢になる。ま
た、組み立てに要する部品点数や組み立て工数がさらに
節減されるので、より安価に故障の少ないロータを製造
することができる。
Therefore, the rotor 1B initially comprises the base member portion 12B and each inductor 11B which are integrally formed from the same material. Each inductor portion 11B is formed by softening the portion by softening treatment, while the base member portion 12B is formed by making the portion non-magnetic by high-frequency heating treatment. By using the rotor 1B of the present modification configured as described above, the structure of the rotor becomes simpler and more robust. Further, the number of parts required for assembling and the number of assembling steps are further reduced, so that it is possible to manufacture a rotor with less failures at a lower cost.

【0082】その結果、本変形態様の交流発電機は、よ
り安価でありながら高い信頼性を発揮するばかりでな
く、変形態様1よりもさらに高速回転での運用に耐える
ことができる。なお、前述のロータ1,1A,1Bの中
央部に設けられた軸孔10は、それぞれ前述の実施例1
および変形態様1,2において共通である。軸孔10
は、丸孔として形成されるが、多角形の孔で形成されて
いてもよい。あるいは、強度上の要求や回転振れ防止の
目的で、テーパ嵌合のための金属ボスを軸孔10の内径
部分に設けてもよい。
As a result, the AC generator of the present modification is not only cheaper, but exhibits high reliability, and can withstand operation at a higher rotation speed than Modification 1. The shaft holes 10 provided in the central portions of the rotors 1, 1A and 1B are the same as those in the first embodiment.
It is common to the first and second modifications. Shaft hole 10
Are formed as round holes, but may be formed as polygonal holes. Alternatively, a metal boss for taper fitting may be provided in the inner diameter portion of the shaft hole 10 for the purpose of strength requirement and prevention of rotational shake.

【0083】〔実施例1のステータコアに関する変形態
様〕次に、実施例1の別の変形態様として、前述のステ
ータコア2に改変を加えた交流発電機を以下に幾つか例
示する。 (変形態様3:界磁磁石は電磁石でヨークにも界磁用コ
イル)本変形態様の交流発電機のステータコア2には、
図8に示すように、界磁磁石として、界磁用コイル3に
加えて、一対の界磁用コイル3Yが形成されている。す
なわち、実施例1と同様の界磁用突極部23を鉄心とす
る界磁用コイル3だけではなく、各界磁用突極部23の
円周方向両側のヨーク20にも、ヨーク20を鉄心とす
る一対の界磁用コイル3Yが形成されている。各コイル
3,3Yを形成する銅線は、両端でそれぞれ界磁入力端
子31,32に直接または間接的に接続されて、適正な
界磁電流の供給を受けている。
[Modifications of Stator Core of First Embodiment] Next, as another modification of the first embodiment, some AC generators obtained by modifying the stator core 2 will be described below. (Modification 3: The field magnet is an electromagnet and the yoke is also a field coil) The stator core 2 of the AC generator according to this modification includes:
As shown in FIG. 8, as a field magnet, in addition to the field coil 3, a pair of field coils 3Y is formed. That is, not only the field coil 3 having the field salient pole portion 23 as the core as in the first embodiment but also the yokes 20 on both sides in the circumferential direction of each field salient pole portion 23 are provided with the yokes 20. And a pair of field coils 3Y are formed. The copper wires forming the coils 3 and 3Y are directly or indirectly connected to the field input terminals 31 and 32 at both ends and are supplied with an appropriate field current.

【0084】一対の界磁用コイル3Yの捲線の向きは、
当然、互いに対向または背向した磁束Mを生成するよ
う、互いに逆向きに巻かれている。さらに、一対の界磁
用コイル3Yは、界磁用コイル3の形成する磁界を助長
する向きに巻かれている。したがって、両界磁用コイル
3Yがヨーク20内に生起した磁束Mは、界磁用コイル
3内の界磁用突極部23内を通ってその先端から放出さ
れ、ステータコア2内の空間に界磁を形成する。磁束M
は、界磁用コイル3内を通る際に、界磁用コイル3が生
起する磁場によりいっそう強められて界磁を形成する。
The winding direction of the pair of field coils 3Y is
Naturally, they are wound in mutually opposite directions so as to generate magnetic fluxes M facing each other or facing each other. Further, the pair of field coils 3Y is wound in a direction that promotes the magnetic field formed by the field coil 3. Therefore, the magnetic flux M generated in the yoke 20 by the both field coils 3Y passes through the field salient pole portion 23 in the field coil 3 and is emitted from the tip thereof, and enters the space in the stator core 2. Form a magnet. Magnetic flux M
Is further strengthened by the magnetic field generated by the field coil 3 when passing through the field coil 3 to form a field.

【0085】ここで、図8には、界磁用突極部23の先
端がN極を形成している部分が例示されている。しか
し、実施例1と同様、間隔を開けて隣合う界磁用突極部
23は交番に極性を交代するので、言うまでもなく、先
端にS極が形成されている界磁用突極部23も、N極が
形成された界磁用突極部23と同数存在している。さ
て、以上のように構成された界磁磁石をもつ交流発電機
では、界磁用コイル3が形成する界磁を、ヨーク20に
巻かれた一対の界磁用コイル3Yが付勢強化するので、
極めて強い界磁が形成される。したがって、本変形態様
の交流発電機は、実施例1のもつ全ての効果を有しなが
ら、いっそう強力な発電ができるという効果を併せ持っ
ている。また、逆に発電能力を増やす必要が無い場合に
は、より小型に交流発電機を製造できるという効果が発
揮される。
Here, FIG. 8 exemplifies a portion in which the tip of the field salient pole portion 23 forms the N pole. However, as in the first embodiment, since the adjacent field salient pole portions 23 are spaced apart from each other and alternate in polarity, it goes without saying that the field salient pole portion 23 having the S pole at the tip is also changed. , N poles are formed in the same number as the field salient pole portions 23. Now, in the AC generator having the field magnet configured as described above, the field formed by the field coil 3 is reinforced by the pair of field coils 3Y wound around the yoke 20. ,
An extremely strong field is formed. Therefore, the AC generator of this modification has all the effects of the first embodiment, and also has the effect of generating more powerful power. On the contrary, when it is not necessary to increase the power generation capacity, it is possible to manufacture the AC generator in a smaller size.

【0086】(変形態様4:界磁磁石は永久磁石)本変
形態様の交流発電機のステータコア2Aは、図9に示す
ように、その内周面に界磁磁石として永久磁石3Mを保
持している。すなわち、本変形態様は、実施例1の界磁
用突極部23および界磁用コイル3からなる電磁石の界
磁磁石に代えて、永久磁石3Mを使用した交流発電機で
ある。永久磁石3Mは、実施例1の界磁用突極部23と
同様に、発電用突極部24を挟んでヨーク20内周面に
沿って6個配設されている。間隔を隔てて隣合う永久磁
石3Mは、これも実施例1の界磁磁石と同様に、交番に
極性を変えている。
(Modification 4: Field magnet is a permanent magnet) As shown in FIG. 9, the stator core 2A of the AC generator of this modification has a permanent magnet 3M as a field magnet on its inner peripheral surface. There is. That is, the present modification is an AC generator that uses a permanent magnet 3M instead of the field magnet of the electromagnet including the field salient pole portion 23 and the field coil 3 of the first embodiment. Similar to the field salient pole portion 23 of the first embodiment, six permanent magnets 3M are arranged along the inner peripheral surface of the yoke 20 with the power generation salient pole portion 24 interposed therebetween. The permanent magnets 3M adjacent to each other with a space are alternately changed in polarity similarly to the field magnet of the first embodiment.

【0087】永久磁石3Mをヨーク20の内周面に固定
保持する手段としては、ネジ止め等の従来からの手段で
よい。あるいは、非磁性材料からなる薄肉の内筒を用い
て永久磁石3Mをヨーク20の内周面に押圧付勢したう
えで接着により固定する手段を取ってもよい。この内筒
を備えた構成では、ロータの回転に伴う空気抵抗による
損失が軽減されるという効果も生じる。
As means for fixing and holding the permanent magnet 3M on the inner peripheral surface of the yoke 20, conventional means such as screwing may be used. Alternatively, a thin inner cylinder made of a non-magnetic material may be used to press the permanent magnet 3M against the inner peripheral surface of the yoke 20 and then fix the permanent magnet 3M by adhesion. The configuration including the inner cylinder also has an effect of reducing loss due to air resistance due to rotation of the rotor.

【0088】本変形態様の交流発電機では、界磁の強さ
を運転中に調整できないので、実施例1のもつ第1の効
果(回転数に係わらず高い発電効率を発揮)は損なわれ
るものの、他の効果は損なわれることがない。すなわ
ち、第2の効果(製造時に調整自由なロータの慣性モー
メント)および第3の効果(低廉な製造コスト)は、実
施例1そのままに引き継がれている。
In the AC generator of this modification, the field strength cannot be adjusted during operation, so the first effect of Example 1 (high power generation efficiency regardless of the number of revolutions) is impaired. , Other effects are not impaired. That is, the second effect (inertia moment of the rotor which can be freely adjusted during manufacturing) and the third effect (low manufacturing cost) are inherited as they are in the first embodiment.

【0089】さらに本変形態様の交流発電機では、界磁
電流を必要としないので、実施例1では界磁用コイル3
で消費されている電気エネルギ(銅損)を節約できると
いう効果も有する。 (変形態様5:界磁磁石は永久磁石および電磁石の混
成)本変形態様の交流発電機では、界磁磁石の半数(3
個)が永久磁石3M(変形態様4参照)であり、他の半
数(3個)が電磁石(実施例1または変形態様3参照)
であって、界磁磁石が永久磁石3Mおよび電磁石の混成
になっている。
Further, since the alternating current generator of this modification does not require a field current, the field coil 3 is used in the first embodiment.
It also has an effect of saving the electric energy (copper loss) consumed in. (Modification 5: Field magnet is a mixture of permanent magnet and electromagnet) In the AC generator of this modification, half of the field magnets (3
Is a permanent magnet 3M (see Modification 4), and the other half (3) is an electromagnet (see Example 1 or Modification 3).
However, the field magnet is a mixture of the permanent magnet 3M and the electromagnet.

【0090】ここで、永久磁石3Mと電磁石とは、発電
用コイル4を挟んで交番に配設されている。したがっ
て、ヨーク20から求心方向に突出した界磁磁石のう
ち、全ての永久磁石3Mの先端にはN極およびS極の一
方が形成され、全ての電磁石の先端にはN極およびS極
の他方が形成されている。本変形態様の交流発電機で
は、界磁磁石の半数が永久磁石3Mであるから、その分
界磁電流が節約でき、実施例1に比べて銅損を半減する
ことができる。さらに、界磁磁石の残りの半数が電磁石
であるから、界磁電流を増減させることにより、回転数
の変化に応じて界磁の強さを適正に調整することができ
る。
Here, the permanent magnets 3M and the electromagnets are alternately arranged with the power-generating coil 4 interposed therebetween. Therefore, of the field magnets projecting from the yoke 20 in the centripetal direction, one of the north pole and the south pole is formed at the tips of all the permanent magnets 3M, and the other of the north pole and the south pole is formed at the tips of all the electromagnets. Are formed. In the AC generator of this modification, since half of the field magnets are the permanent magnets 3M, the field current can be saved and the copper loss can be reduced by half compared to the first embodiment. Further, since the remaining half of the field magnets are electromagnets, the field strength can be properly adjusted by increasing or decreasing the field current according to the change in the rotation speed.

【0091】したがって、本変形態様の交流発電機によ
れば、実施例1の全ての効果を失うことなく界磁電流に
よる銅損を半減することができ、より高い発電効率が得
られるという効果が発揮される。なお、界磁磁石として
の永久磁石3Mの個数と電磁石の個数とは、必ずしも同
数である必要はない。したがって、設計上の必要に応じ
て、永久磁石3Mおよび電磁石の一方が多く他方が少な
い構成も可能である。また、必ずしも永久磁石3Mと電
磁石とが交番に配設されている必要もなく、どちらかに
永久磁石3Mまたは電磁石が偏った構成をとることもで
きる。
Therefore, according to the AC generator of this modification, the copper loss due to the field current can be halved without losing all the effects of the first embodiment, and higher power generation efficiency can be obtained. To be demonstrated. Note that the number of permanent magnets 3M as field magnets and the number of electromagnets do not necessarily have to be the same. Therefore, a configuration in which one of the permanent magnets 3M and the other of the electromagnets is large and the other is small is also possible according to design requirements. Further, the permanent magnets 3M and the electromagnets do not necessarily have to be arranged alternately, and the permanent magnets 3M or the electromagnets may be biased to one of them.

【0092】(変形態様6:界磁磁石は永久磁石および
電磁石の複合磁石)本変形態様の交流発電機では、図1
0に示すように、界磁磁石は永久磁石3Mおよび電磁石
の複合磁石3Cで形成されている。すなわち、界磁磁石
の全てが、ヨーク20から求心方向に突起した永久磁石
3Mと、永久磁石3Mに巻かれた界磁用コイル3で形成
された電磁石とからなる複合磁石3Cで形成されてい
る。
(Modification 6: field magnet is a composite magnet of a permanent magnet and an electromagnet) In the AC generator of this modification, as shown in FIG.
As shown in 0, the field magnet is formed of the permanent magnet 3M and the electromagnet composite magnet 3C. That is, all of the field magnets are formed by the composite magnet 3C including the permanent magnet 3M protruding from the yoke 20 in the centripetal direction and the electromagnet formed by the field coil 3 wound around the permanent magnet 3M. .

【0093】ここで、電磁石は、変形態様3と同様の形
態をとることもできる。すなわち、永久磁石3Mを鉄心
とする界磁用コイル3と、両側のヨーク20をそれぞれ
鉄心とする一対の界磁用コイル3Yとで、複合磁石3C
を形成することが可能である。本構成によれば、いっそ
う強力な界磁を形成することができ、さらなる高出力が
期待できる。
Here, the electromagnet may have a form similar to that of the third modification. That is, the composite magnet 3C includes the field coil 3 having the permanent magnet 3M as an iron core, and the pair of field coils 3Y having the yokes 20 on both sides as iron cores.
Can be formed. According to this configuration, a stronger magnetic field can be formed, and further higher output can be expected.

【0094】さて、以上のような変形態様6によれば、
界磁磁石は永久磁石3Mおよび電磁石の複合磁石3Cで
あるから、極めて強力な界磁を形成することができ、そ
の結果、小型でも大容量の交流発電機を提供することが
できるようになる。そればかりではなく、本変形態様の
交流発電機では、実施例1の有する効果が全て失われる
ことがないので、きわめて大きなメリットがある。
Now, according to the sixth modification as described above,
Since the field magnet is the permanent magnet 3M and the electromagnet composite magnet 3C, it is possible to form an extremely strong field magnet, and as a result, it is possible to provide a small-sized and large-capacity AC generator. Not only that, but in the AC generator of this modification, all the effects of the first embodiment are not lost, so there is an extremely great advantage.

【0095】なお、変形態様5のように、複数個ある界
磁磁石の一部に本変形態様で使用している複合磁石3C
を用いる構成も可能である。 〔実施例2:実施例1のロータとステータとが逆転した
例〕 (実施例2の構成)本実施例の交流発電機は、図11に
示すように、実施例1の交流発電機(図1参照)のロー
タ1を固定してステータ1Sとし、ステータコア2を回
転駆動してロータ2Rとしたものである。ロータコア2
Rを駆動する回転軸(図示せず)には、外部回路(図示
せず)と接続する接続手段としてのスリップリング(図
示せず)が備わっている。
As in the modified mode 5, the composite magnet 3C used in the modified mode for a part of a plurality of field magnets.
A configuration using is also possible. [Example 2: Example in which rotor and stator of Example 1 are reversed] (Structure of Example 2) As shown in Fig. 11, the AC generator of this example has an AC generator of Example 1 (Fig. 1), the stator 1S is fixed, and the stator core 2 is rotationally driven to form the rotor 2R. Rotor core 2
A rotating shaft (not shown) that drives R is equipped with a slip ring (not shown) as a connecting means for connecting to an external circuit (not shown).

【0096】すなわち、本実施例の交流発電機は、回動
自在に軸支されたロータ2Rと、ロータ2Rに近接して
対向するステータ1Sとを主要構成要素とする。ステー
タ1Sは、実施例1のロータ1と同様に6個の誘導子1
1とベース部材12とから構成されており、軸孔10で
図示しない固定軸に接合固定されている。
That is, the AC generator of this embodiment has as its main components the rotor 2R rotatably supported and the stator 1S which closely faces and opposes the rotor 2R. The stator 1S includes six inductors 1 as in the rotor 1 of the first embodiment.
1 and a base member 12, and is joined and fixed to a fixed shaft (not shown) by a shaft hole 10.

【0097】一方、ロータ2Rは、実施例1のステータ
コア2と同様に、略中空円筒状のヨーク20と、ヨーク
20の内周面から求心方向に突出したそれぞれ6個の界
磁用突極部23および発電用突極部24とからなるロー
タコアを有する。界磁用突極部23および発電用突極部
24は、実施例1同様に配設され、その周囲にそれぞれ
界磁用コイル3および発電用コイル4が形成されてい
る。界磁用コイル3および発電用コイル4の巻き方向
も、実施例1と同様である。
On the other hand, the rotor 2R, like the stator core 2 of the first embodiment, has a substantially hollow cylindrical yoke 20 and six field salient pole portions each projecting from the inner peripheral surface of the yoke 20 in the centripetal direction. 23 and a salient pole portion 24 for power generation. The field salient pole portion 23 and the power generation salient pole portion 24 are arranged in the same manner as in the first embodiment, and the field coil 3 and the power generation coil 4 are formed around them. The winding directions of the field coil 3 and the power generation coil 4 are the same as in the first embodiment.

【0098】ロータ2Rには、図示しない回転軸が回転
中心に接合されてロータ2Rを回転駆動している。ま
た、ロータ2Rには、外部回路(図示せず)と接続する
スリップリング(図示せず)が、界磁電流用に2個、発
電電流用に2個備わっている。ただし、スリップリング
は、共通アース極を使うことにより3個に減らすことも
できる。
A rotary shaft (not shown) is joined to the rotor 2R at the center of rotation to drive the rotor 2R to rotate. Further, the rotor 2R is provided with two slip rings (not shown) connected to an external circuit (not shown) for the field current and two for the generated current. However, the number of slip rings can be reduced to three by using a common earth pole.

【0099】(実施例2の作用効果)以上のように構成
された実施例2の交流発電機は、実施例1と同様な発電
作用をもつ。つまり、実施例1のロータ1に固定した回
転座標系でそのステータコア2の発電作用を観測して記
述すると、そのまま本実施例の交流発電機の発電作用の
記述になる。
(Effect of Working Example 2) The AC generator of the working example 2 configured as described above has a power generating function similar to that of the working example 1. That is, if the power generation action of the stator core 2 is observed and described in the rotating coordinate system fixed to the rotor 1 of the first embodiment, the power generation action of the alternator of this embodiment is directly described.

【0100】したがって、本実施例の交流発電機でも実
施例1と同様に、可変電圧電源30の界磁電圧を調整し
て適正な界磁電流を流すことにより、回転数に係わりな
く高い効率で発電を行うことができる。すなわち、実施
例1の第1の効果(高い発電効率)は、本実施例の交流
発電機でも同様に発揮される。しかしながら、界磁用コ
イル3および発電用コイル4がロータ2Rの一部である
ので、慣性モーメントは大きく、かつ、その調整は容易
ではない。また、同様の理由で、ダイナミック・バラン
スをとる工数を要し、両コイル3,4およびその配線が
大きな遠心力や振動に耐えるように設計製造するには、
それなりの製造コストを覚悟しなければならない。した
がって、実施例1の第2の効果(調整容易な慣性モーメ
ント)および第3の効果(製造コストの大幅低減)は、
本実施例の交流発電機では期待できない。
Therefore, also in the AC generator of this embodiment, as in the first embodiment, by adjusting the field voltage of the variable voltage power supply 30 to flow an appropriate field current, the efficiency is high regardless of the number of revolutions. It can generate electricity. That is, the first effect (high power generation efficiency) of the first embodiment is similarly exhibited in the AC generator of this embodiment. However, since the field coil 3 and the power generation coil 4 are a part of the rotor 2R, the moment of inertia is large and its adjustment is not easy. In addition, for the same reason, it takes man-hours for dynamic balance, and in order to design and manufacture both coils 3, 4 and their wiring to withstand large centrifugal force and vibration,
We must be prepared for a reasonable manufacturing cost. Therefore, the second effect (the moment of inertia that can be easily adjusted) and the third effect (the manufacturing cost are significantly reduced) of the first embodiment are
This cannot be expected with the AC generator of this embodiment.

【0101】(実施例2の変形態様:内側にロータ、外
側にステータを有する構成)実施例2の交流発電機(図
11参照)の変形態様として、界磁用コイルおよび発電
用コイルをもつロータを内側に備え、その外側に複数の
誘導子を所定の間隔を開けて円周上に固定保持したステ
ータを備えた構成が可能である。つまり、本変形態様の
構成は、実施例2の交流発電機の内周側と外周側とを裏
返した構成である。
(Modification of Second Embodiment: Configuration Having Rotor Inside and Stator Outside) As a modification of the AC generator of Embodiment 2 (see FIG. 11), a rotor having a field coil and a power generating coil It is possible to have a configuration in which the stator is provided on the inner side and a plurality of inductors is fixedly held on the outer periphery on the outer side of the inductor at predetermined intervals. That is, the configuration of the present modified embodiment is a configuration in which the inner peripheral side and the outer peripheral side of the AC generator of the second embodiment are turned over.

【0102】したがって、ロータは、回転軸に接合され
た軟磁性体からなるロータコアと、界磁用コイルおよび
発電用コイルと、スリップリングとから構成されてい
る。ロータコアは、回転軸を中心として同一円周上で放
射状に突出したそれぞれ6本の界磁用突極部および発電
用突極部と、これらを連絡し回転軸に接続固定する中心
部(実施例2のヨーク20に相当)とから形成されてい
る。各界磁用突極部および各発電用突極部には、それぞ
れ界磁用コイルおよび発電用コイルが巻かれている。各
コイルの巻き方向は、実施例2と同様である。
Therefore, the rotor is composed of a rotor core made of a soft magnetic material joined to the rotating shaft, a field coil and a power generating coil, and a slip ring. The rotor core includes six field salient pole portions and six power generation salient pole portions that radially project on the same circumference around the rotation axis, and a central portion that connects these to connect and fix them to the rotation axis (Example). (Corresponding to two yokes 20). A field coil and a power generation coil are wound around each field salient pole portion and each power generation salient pole portion. The winding direction of each coil is the same as that in the second embodiment.

【0103】一方、ステータは、上記各突極部に外側か
ら対向する6個の誘導子と、各誘導子を円周方向に一定
の間隔を開けて保持する中空円筒状のベース部材からな
る。誘導子は、断面円弧形の軟磁性鋼板を積層したブロ
ックで、その内周面は上記ロータの各突極部に僅かの隙
間を開けて対面し、その外周面は上記ベース部材の内周
面に当接している。誘導子は、接着またはネジ止め等の
手段で上記ベース部材に固定保持されている。なお、ベ
ース部材は、本変形態様の交流発電機のケーシングの一
部も兼ねている。
On the other hand, the stator is composed of six inductors facing the salient pole portions from the outside and a hollow cylindrical base member for holding the inductors at regular intervals in the circumferential direction. The inductor is a block in which soft magnetic steel plates having an arcuate cross section are laminated, the inner peripheral surface of which faces each salient pole portion of the rotor with a slight gap, and the outer peripheral surface of which is the inner peripheral surface of the base member. It is in contact with the surface. The inductor is fixedly held on the base member by means such as adhesion or screwing. The base member also serves as a part of the casing of the AC generator according to this modification.

【0104】本変形態様の交流発電機は、実施例2の内
側と外側が裏返しになっただけの構成であるから、実施
例2と同様に発電作用を発揮する。本変形態様の交流発
電機では、実施例2よりもロータの慣性モーメントがず
っと小さくなることや、製造コストが若干下がることの
他には、効果の面で実施例2と際立った違いはない。
The AC generator of this modification has a structure in which the inside and the outside of the second embodiment are simply turned inside out, and therefore exhibits the same power generation action as the second embodiment. The AC generator according to the present modification has no significant difference from the second embodiment in terms of effects, in addition to the fact that the rotor's moment of inertia is much smaller than that of the second embodiment and the manufacturing cost is slightly reduced.

【0105】(実施例2のその他の変形態様)実施例2
の交流発電機またはその変形態様に対しても、実施例1
に対して変形態様1〜6があったのと同様な変形態様が
存在しうる。例えば、前述の実施例2の変形態様に対
し、ステータの6個の誘導子を固定保持するベース部材
を二枚の円盤で形成し、軸長方向から全誘導子を挟持す
る変形態様がある(変形態様1Bに対応)。本変形態様
では、ロータは、誘導子の軸長方向の厚みの中で回転す
ることになる。
(Other Modifications of Second Embodiment) Second Embodiment
Example 1 is also applied to the AC generator of the present invention or a modification thereof.
However, there may be the same modified modes as the modified modes 1 to 6. For example, in contrast to the modification of the second embodiment described above, there is a modification in which a base member that fixes and holds the six stators of the stator is formed by two disks, and all the inductors are sandwiched in the axial direction ( Corresponding to variant 1B). In this modification, the rotor rotates within the thickness of the inductor in the axial direction.

【0106】このような各種変形態様においても、実施
例1の変形態様で得られた効果と同様の効果が、多くの
場合得られるであろう。
Even in such various modifications, the same effects as those obtained in the modifications of the first embodiment will be obtained in many cases.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 実施例1の交流発電機の構成を示す軸長方向
から見た模式図
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of an AC generator of Example 1 as viewed from the axial direction.

【図2】 実施例1の交流発電機のロータの構成を示す
模式図
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the rotor of the AC generator according to the first embodiment.

【図3】 実施例1の交流発電機のステータコアの構成
を示す模式図
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a stator core of the AC generator according to the first embodiment.

【図4】 実施例1の交流発電機の作用を示す部分組図 (a)〜(c)の順でロータの回転につれて変化する状
態遷移図
FIG. 4 is a partial assembly diagram showing the operation of the AC generator according to the first embodiment. The state transition diagram changes in accordance with the rotation of the rotor in the order of (a) to (c).

【図5】 実施例1の交流発電機の外部回路図FIG. 5 is an external circuit diagram of the AC generator according to the first embodiment.

【図6】 実施例1の変形態様1のロータの構成を示す
模式図
FIG. 6 is a schematic diagram showing the configuration of a rotor of Modification 1 of Example 1.

【図7】 実施例1の変形態様2のロータの構成を示す
模式図
FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration of a rotor according to a second modification of the first embodiment.

【図8】 実施例1の変形態様3のステータの構成を示
す部分模式図
FIG. 8 is a partial schematic diagram showing a configuration of a stator of Modification 3 of Example 1.

【図9】 実施例1の変形態様4のステータの構成を示
す部分模式図
FIG. 9 is a partial schematic diagram showing the configuration of a stator according to Modification 4 of Example 1.

【図10】実施例1の変形態様6のステータの構成を示
す部分模式図
FIG. 10 is a partial schematic diagram showing a configuration of a stator of Modification 6 of Example 1.

【図11】実施例2の交流発電機の構成を示す軸長方向
から見た模式図
FIG. 11 is a schematic diagram showing the configuration of an AC generator of Example 2 as viewed from the axial direction.

【図12】従来の磁石界磁式交流発電機の構成を示す模
式図
FIG. 12 is a schematic diagram showing the configuration of a conventional magnet field type AC generator.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:ロータ 10:軸孔 11,11A,11B:誘導子 12,12A,12
B:ベース部材 2:ステータコア 20:ヨーク 21:界磁用コイル 22:電磁石 23:界磁用
突極部 24:発電用コイル 3M:永久磁石 3C:複合
磁石 3:界磁用コイル 30:可変電圧電源 31,3
2:界磁入力端子 4:発電用コイル 41,42:発電出力端子 M:磁束の方向 R:回転方向 1S:ステータ 2R:ロータ (両者とも実施例
2のみ)
1: Rotor 10: Shaft hole 11, 11A, 11B: Inductor 12, 12A, 12
B: Base member 2: Stator core 20: Yoke 21: Field coil 22: Electromagnet 23: Field salient pole portion 24: Power generation coil 3M: Permanent magnet 3C: Composite magnet 3: Field coil 30: Variable voltage Power supply 31,3
2: Field input terminal 4: Power generation coil 41, 42: Power generation output terminal M: Direction of magnetic flux R: Rotation direction 1S: Stator 2R: Rotor (both are only Example 2)

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 回動自在に軸支されたロータおよび該ロ
ータに近接して対向する軟磁性材料からなるステータコ
アを有する交流発電機において、 前記ロータは、略軸対称な形状の非磁性材料からなるベ
ース部材と、該ベース部材の外周縁付近に沿い円周方向
に等間隔をおいて該ベース部材に固定保持された軟磁性
材料からなる複数個の誘導子とを有し、 前記ステータコアは、該誘導子に対面する複数個の界磁
磁石と、該誘導子に対面する複数個の発電用突極部と、
該界磁磁石と該突極部間との間を連結する略円周状のヨ
ークとを有し、 前記界磁磁石は、間隔を空けて隣合う該界磁磁石同士で
交番に磁極性が異なっており、 前記発電用突極部には、間隔を空けて隣合う該発電用突
極部同士で交番に巻き方向が交代している発電用コイル
が形成されていることを特徴とする交流発電機。
1. An alternating current generator having a rotatably rotatably supported rotor and a stator core made of a soft magnetic material in close proximity to and facing the rotor, wherein the rotor is made of a non-magnetic material having a substantially axisymmetric shape. And a plurality of inductors made of a soft magnetic material fixedly held on the base member at equal intervals in the circumferential direction along the vicinity of the outer peripheral edge of the base member, and the stator core comprises: A plurality of field magnets facing the inductor, a plurality of power-generating salient pole portions facing the inductor,
The field magnet has a substantially circular yoke that connects between the salient pole portions, and the field magnet has alternating magnetic poles between the adjacent field magnets with a space therebetween. The alternating current is characterized in that the power generation salient pole portions are formed with power generation coils in which the winding directions are alternately changed between the power generation salient pole portions that are adjacent to each other and are spaced apart from each other. Generator.
【請求項2】 前記界磁磁石の個数は偶数個であり、前
記発電用コイルの個数も該界磁磁石と同数の偶数個であ
って、該界磁磁石および該発電用コイルは、同一円周上
に交互に等間隔で配設されており、 前記誘導子の個数は、該界磁磁石または該発電用コイル
の個数と同数の偶数個であって、該誘導子は、他の同一
円周上に等間隔で配設されている請求項1記載の交流発
電機。
2. The number of the field magnets is an even number, and the number of the power generating coils is the same number as the field magnets, and the field magnets and the power generating coils are the same circle. The inductors are alternately arranged at equal intervals on the circumference, and the number of the inductors is an even number which is the same as the number of the field magnets or the power-generating coils, and the inductors are the same circles. The AC generator according to claim 1, wherein the AC generators are arranged at equal intervals on the circumference.
【請求項3】 前記界磁磁石の一部または全てが、永久
磁石である請求項1記載の交流発電機。
3. The AC generator according to claim 1, wherein a part or all of the field magnet is a permanent magnet.
【請求項4】 前記界磁磁石の一部または全てが、前記
ヨークから突起した軟磁性体からなる界磁用突極部と、
該界磁用突極部およびまたは該界磁用突極部に隣接する
ヨークを鉄心にして形成された界磁用コイルとからなる
電磁石である請求項1記載の交流発電機。
4. A field salient pole portion, wherein a part or all of the field magnet is made of a soft magnetic material protruding from the yoke,
The AC generator according to claim 1, which is an electromagnet comprising the field salient pole portion and / or a field coil formed by using a yoke adjacent to the field salient pole portion as an iron core.
【請求項5】 前記界磁磁石の一部または全てが、前記
ヨークから突起した永久磁石と、該永久磁石およびまた
は該永久磁石に隣接するヨークを鉄心にして形成された
界磁用コイルとからなる複合磁石である請求項1記載の
交流発電機。
5. A part or all of the field magnet comprises a permanent magnet protruding from the yoke, and a field coil formed with the permanent magnet and / or the yoke adjacent to the permanent magnet as an iron core. The AC generator according to claim 1, which is a composite magnet consisting of
【請求項6】 前記ロータは、外周面に前記誘導子を有
し、 前記ステータコアは、該ロータの外周から該誘導子に対
向する請求項1記載の交流発電機。
6. The AC generator according to claim 1, wherein the rotor has the inductor on an outer peripheral surface thereof, and the stator core faces the inductor from an outer periphery of the rotor.
【請求項7】 前記ロータは、当初は同一の材料から一
体に形成された前記ベース部材および前記誘導子からな
り、 該誘導子は、当該部分を所定の処理により軟磁性体化し
て形成されているか、または、該ベース部材は、当該部
分を他の所定の処理により非磁性体化して形成されてい
るかのいずれかである請求項1記載の交流発電機。
7. The rotor is initially composed of the base member and the inductor integrally formed of the same material, and the inductor is formed by softening a magnetic portion of the portion by a predetermined process. The alternator according to claim 1, wherein the base member is formed by non-magnetically forming the base member by another predetermined process.
【請求項8】 前記ロータは、ステンレス鋼により当初
から一体に形成された前記ベース部材および前記誘導子
からなり、 該ベース部材は、オーステナイト系の非磁性ステンレス
鋼によって形成され、該誘導子は、マルテンサイト相の
軟磁性ステンレス鋼によって形成されている請求項7記
載の交流発電機。
8. The rotor comprises the base member and the inductor integrally formed from stainless steel from the beginning, the base member being formed of austenitic non-magnetic stainless steel, and the inductor comprising: The AC generator according to claim 7, which is formed of a soft magnetic stainless steel having a martensite phase.
【請求項9】 回動自在に軸支されたロータおよび該ロ
ータに近接して対向するステータを有する交流発電機に
おいて、 前記ステータは、円周方向に等間隔に配設された軟磁性
材料からなる複数個の誘導子と、該誘導子を前記ロータ
に対向して固定保持する非磁性材料からなるベース部材
とを有し、 前記ロータは、前記誘導子に対面する複数個の界磁磁石
と、該誘導子に対面する軟磁性材料からなる複数個の発
電用突極部と、該界磁磁石と該突極部間とを固定保持し
該界磁磁石と該突極部間との間を連結する軟磁材料から
なるロータコアとを有し、 前記界磁磁石は、間隔を空けて隣合う該界磁磁石同士で
交番に磁極性が異なっており、 前記発電用突極部には、間隔を空けて隣合う該発電用突
極部同士で交番に巻き方向が交代している発電用コイル
が形成されており、 前記ロータの発電およびまたは界磁の作用に係わる外部
回路と該ロータとを電気的に接続する接続手段を備えた
ことを特徴とする交流発電機。
9. An alternating current generator having a rotatably rotatably supported rotor and a stator closely adjacent to and facing the rotor, wherein the stator is made of a soft magnetic material arranged at equal intervals in a circumferential direction. A plurality of inductors, and a base member made of a non-magnetic material that holds and holds the inductors facing the rotor, and the rotor includes a plurality of field magnets facing the inductors. A plurality of salient pole portions for power generation made of a soft magnetic material facing the inductor, a fixed holding between the field magnet and the salient pole portion, and between the field magnet and the salient pole portion. And a rotor core made of a soft magnetic material that connects the field magnets, the field magnets have alternating magnetic polarities between adjacent field magnets with a gap, and the salient pole portion for power generation has a gap. For power generation where the adjacent salient poles are spaced apart and the winding direction is alternating in alternating Yl are formed, AC generator, characterized in that it comprises a connecting means for electrically connecting the external circuit and the rotor according to the power generation and or action of the field of the rotor.
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