JPS62160061A

JPS62160061A - 発電機

Info

Publication number: JPS62160061A
Application number: JP6386A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: HAITEKU KENKYUSHO KK
Current assignee: HAITEKU KENKYUSHO KK
Priority date: 1986-01-06
Filing date: 1986-01-06
Publication date: 1987-07-16

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】（１）　　発明の目的（産業上の利用分解）本発明は電気機械変換機に関し、さらに詳しくは、コン
パクトで高効率の発電機に関する。

（従来の技術及び問題点）従来、刷子およびスリップリングがない発電機が提案さ
れてお・す、これら発電機は保守性が良いが、ステータ
とロータ間で磁気吸引力が働くために保持トルクを生ず
るのをまぬがれることができない。この保持トルクは発
電機の負荷電流に比例して界磁コイルの励磁電流を増大
しときに著しく大きくなる。従りて、この保持トルクに
打ち勝つためには大きな駆動トルクを必要としていた。

（２）発明の構成（問題点を解決するための手段及び作用）本発明は従来
の問題点を解決すべく、発電機のステータ部とロータ部
との磁気吸引力作用に対向して、ステータ部とロータ部
間に磁気反発力を生じさせる構造を設け、発電作用には
悪影響を与えることなく、保持トルクの小さな発電機を
提供することを目的とする。

本発明は上記目的達成のために、ステータ部と、前記ス
テータ部内で、軸方向に間隔をおいて設けられた第一及
び第二静止界磁極と前記ステータ部内に延びる回転軸に
設けられ、前記回転軸の回転により前記第一及び第二界
磁極間で周期的な磁束変化を生じさせるための磁束切換
磁極片を有するロータ部と、前記第一及び第二界磁極間
に生ずる磁束変化により発電するようにステータ部内に
支持された出力巻線とから構成される。

本発明の重要な特徴によれば、ステータ部には第三の静
止界磁極が前記第一及び第二界磁極のど軸方向において
間隔をおいて設けられた磁気反発用磁極片を具え、前記
磁気反発用磁極片を前記第三界磁極に周期的に対向させ
るように配列する。

上記構成において、第三界磁極が励磁されると、ロータ
部の磁気反発用磁極片が反発作用を受けて、ロータ部と
ステータ部との磁気吸引力をキャンセルして、保持トル
クを低減する。

（実施例）次に、図面に基づいて本発明の一実施例について説明す
る。

第１図は本発明による発電機の好ましい実施例の斜面図
を示すもので、発明の基本的な理解を助けるために、説
明のために不必要部分または重複する構造部分は省略し
である。

第１図において、符号１０で全般的に示される発電機は
非磁性体材料から成る円筒状ハウジング１２内に同心的
に支持されたステータ１４．．１６からなるステータ部
１７を有する。ステータ１４は高透磁性の磁気材料から
構成され、ステータ１６は非磁性体材料から構成される
。また、ステータ１６を磁性材料から構成する場合は、
ステータ１４とステータ１６との間に非磁性体のスペー
サ（図示せず）を設置しても良い。

ステータ１４には軸方向に間隔をおいて第一及び第二の
静止界磁極１８．２０が固定支持される。

第一界磁極は半径方向内側に延びる複数の界磁鉄心１８
ａ、　１８″ａ、　１８ｂ、　１８’ｂ　（第３図参照
）と、これら界磁鉄心に固定された磁極片とを有する。

同様に、第二界磁極２０は複数の界鉄心２０ａ。

２０’ａ、２０ｂと、こｎら界磁鉄心に固定された磁極
片とから成る。第一界磁極１８の界磁鉄心と第二界磁極
の界磁鉄心とは軸方向において整列するようにステータ
１４内に固定され、界磁鉄心１８ａ、１８ｂとはそれぞ
れ対向するような磁極すなわ相がずｎた位置に配置され
、この界磁鉄心と軸方向に対向する界磁鉄心２０ｂはそ
れ七九日４Ｅ　Ｎ極に設定される。界磁鉄心１８′ａは
半径方向に対向する界磁鉄心Ｌ８ａと同じＮ極を有し、
界磁鉄心１８′ｂは半径方向に対向する界磁鉄心１８ｂ
と同じＳ極を有する。このように界磁鉄心１８ａ。

１８ｂ、　１８’ａ、　１８’ｂＩ″ｉＮ、　Ｓ、　Ｎ
、　Ｓ極を有し、これら界磁鉄心に対して軸方向で対向
する界磁鉄心は極性が対向するように、それぞれＳ、　
Ｎ、　Ｓ。

Ｎ極を有する。

第１．２．３図から明かなように、第−界磁極１８の界
磁鉄心１８ａ、１８ｂ、１８’ａ、１８’ｂにはそれぞ
れ励磁用の界磁巻線１８ａｗ、１８ｂｗ、１８’ａＷ、
１８Ｉｂｗが支持され、これらは図示しない直流電源に
よシ駆動される。同様に、第二界磁極２０の界磁鉄心に
も励磁用の界磁巻線２０ａｗ。

２０・ａＷ、２０ｂｗが支持され直流電源により駆動さ
れる。

第１，２図において、トロコイダル状の出力巻線２２が
コモン・ロータ部２４を囲むように第一第二界磁極１８
．２０間においてステータ１４内に適当な手段により固
定支持される。コモン・ロータ２４は回転軸２６に装着
され、回転軸２６はステータ部１７の両側に設けられた
図示されないエンド・ハウジング及びベアリングを介し
て回転可能に支持される。回転軸２６は電動モータその
他の適当な駆動源に接続されて回転駆動される。

本発明の重要な特徴によれば、ステータ１６には以下に
述べる目的のために第一界磁極１８から軸方向に間隔を
おいて第三静止界磁極２８が固定支持される。第１．２
．４図において、第三静止界磁極２８は第一、第二静止
界磁極の４つの界磁鉄心に対応して、４つの界磁鉄心２
８ａ、２８ｂ。

２８’ａ、　２８゛ｂを有し、これら界磁鉄心はそれぞ
れ磁極片を有する。界磁鉄心２８ａ、２８ｂ、２８’ａ
。

２８゛ｂはそれぞれ界磁巻線２８ａｗ、２８ｂｗ、２８
’ａｗ、２Ｂ’ｂｗを支持し、これら界磁巻線は直流電
源に接続される。

第一、第二界磁極１８．２０の界磁鉄心は電気角で１８
００毎にＮ極とＳ極とが交互に配置されていたのに対し
、第三界磁極２８の界磁鉄心はすべてＮ極かＳ極のいず
れか一方の磁極に設定される。

第２．４図ではＮ極に設定されたものとして図示されて
いる。

再び第１．２．３．４図に戻って、コモン・ロータ２４
はステンレスその他の低透磁機料からなる非磁性セクシ
ョン部２４ａと、該非磁性セクション部２４に固定され
た軸方向に延びる一対の磁束切換用磁極片３０．３０’
と、半径方向に延びる磁気反発用磁極片３２とを具える
。磁極片３０．３０″は高透磁率の複数のラミネート材
からなるスタックより構成し、ロータ２４の非磁性セク
ション部２４ａに形成された半径方向に開口する軸方向
溝２４ｂ、２４″ｂに設置され、ネジ、溶接その他の適
当な手段によりロータの溝２４ｂ、２４’ｂ内に固定さ
れる。第１，２図より明らかなように、磁束切換磁極片
３００両端部は第一、第二界磁極１８゜２０の界磁鉄心
１８ａ、２０ａの真下に配置され、同様に磁束切換片３
０’の両端部は第一、第二界磁−１第二界磁極間の磁束
をサイクリックに変化させる。

第１．２．４図において、反発用磁極片３２は高透磁率
の複数のラミネート材から成るスタックより構成し、ロ
ータ２４の非磁性セクション部２４ａの一端に形成した
溝２４ｃ内に適当な手段で固定される。磁極片３２と磁
極片３０．３０’　とはスペーサ部として作用するショ
ルダ一部２４ｄにより互いに磁気影響がないように分離
される。磁極片３２は次に詳述する目的のために磁極片
３０．３０″と同位相となる位置に配置される。

第１〜４図に示した位置において、磁極片３０は界磁鉄
心１８ａ、２０ａの真下に位置し、磁極片３０・は界磁
鉄心１８″ａ、２０・ａの真下に位置する。

このように第１〜３図において、左側の２個のＮ極の界
磁鉄心と右側の２個のＳ極の界磁鉄心との間に磁束回路
ができる。磁束はＮ極界磁鉄心１８ａ、１８°ａから磁
極片３０．３０’を介してＳ極界磁極２０ａ、２０’ａ
に流れ、さらにステータ１４を介してＮ極界磁鉄心１８
ａ、１８″ａに戻る。このとき磁束は出力巻線２２と鎖
交するため、出力巻線２２の中に電流が流れる。

第５図において、時間ｔ、のときコモ／・ロータ２４の
磁極片３０はＮ極及びＳ極の静止界磁極１８ａ、２０ａ
の真下に位置し、このときロータ２４は磁気吸引力を受
ける。このとき、同位相において、Ｎ極の第三静止界磁
極２８ａ、２８’ａの真下に高透磁率の反発用磁極片３
２が位置しているためにロータ２４には磁気反発作用が
働いて、ロータ２４への保持トルクは低減される。つぎ
に、時間ｔ１からｔ、においてロータ２４が時計方向、
すなわち、第５図にて矢印で示す方向に電気角１８０°
回転した状態が第５図の右側に示される。すなわち、時
間１．において、ロータ２４の磁極片３０の一端はＳ極
界磁鉄心１８ｂの真下に位置し、磁極片３０の他端はＮ
極界磁鉄心２０ｂ真下に位置する。このとき、ロータ２
４は磁極片３０を介して磁気吸引作用を受ける。時間ｔ
、において、Ｎ極界磁鉄心２８ｂ、２８″ｂに対して、
磁極片３０と同位相において、磁極片３２が対向する。

このとき、磁極片３２は界磁鉄心２８ｂ、２８’ｂのＮ
極の磁束の作用を受けるので、ロータ２４には反発作用
が与えられる。

このとき、ロータに与えられる磁気吸引作用と磁気反発
作用とがバランスするように第三静止界磁極の界磁巻線
との電流を制御すればロータの保持トルクを著しく減ら
すことができるので多大の利点を有する。なお、このロ
ータのバランス作用は出力巻線２２とは独立した位置で
行なわれるため、出力巻線の出力値には悪影響を与えな
い。

つぎに第１．３図に戻って、コモン・ロータ２４が第３
図のロータ位置から時計方向に回転すると、磁束が減少
し、第３，４図においてロータ２４が時計方向に９０°
、すなわち電気角で１８０°回転すると、磁束は出力巻
線２２に対して反対方向に流れる。このとき、磁束は第
１図の右側のＮ極の静止界磁極鉄心から左側のＳ極界磁
極鉄心１８ｂ。

１８″ｂに流れ、ステータ１４を通って右側のＮ極界磁
極鉄心に流れる。このようにして、出力巻線２２内には
反対方向の電流が流れる。コモン・ロータ２４を連続し
て回転させると磁束の変化が二方向において交互に繰り
返されて出力巻線２２には交流電流が発生する。

（効　果）以上より明らかなように、コモン・ロータ２４の磁極片
３０．３０’と同位相で反発用磁極片３２が第二静止界
磁極２８の界磁鉄心のＮ極と対向するため、コモン・ロ
ータ２４の第一、第二静止界る。従って、入力に対する
発電効率を著しく高めることができる。

実施例において、本発明は一例として単相交流機に適用
したものとして説明したが、これをカスケード状に位相
を１２０°づつづらして接続することに上り三相交流機
としても良い。また、本発明は交流機に限定されない。

すなわち、第一静止界磁極の界磁鉄心をすべてＮ極とし
、第二静止界磁極の界磁鉄心をすべてＳ極となるように
励磁すれば、磁束は第一、第二界磁極の間で、一方向に
おいてのみ断続的に変化するので直流機として機能する
。さらに、実施例において第一〜第三界磁極の界磁鉄心
はすべて界磁巻線により励磁するものとして説明したが
、界磁巻線の代わりに永久磁石を組み合わせても良いこ
とは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による電気機械変換機の一
部断面の斜面図、第２図は、第１図の■−■断面図、第
３図は、第２図の■−■断面図、第４図は第３図のｆ［
−］？断面図、第５図は、ロータと界磁極との位相関係
を説明するための展開図をそれぞれ示す。

Claims

【特許請求の範囲】

ステータ部と、前記ステータ部に軸方向に間隔を有する
ように固定支持された第一及び第二静止界磁極と、前記
ステータ部内に設けられた回転軸に固定され、前記第一
、第二静止界磁極間でロータ軸の回転によって周期的に
磁束変化を生じさせる磁束切換磁極片を有するロータ部
と、前記第一及び第二静止界磁極間に生ずる磁束変化に
より発電するように前記ステータ部内に支持された出力
巻線と、前記ステータ部に前記第一、第二界磁極のいず
れか一方から軸方向に離れた位置で固定支持される第三
静止界磁極とから成り、前記ロータ部が前記磁束切換磁
極片から軸方向に離れた位置に設けられた磁気反発用磁
極片を具え、該磁気反発用磁極片を前記第三静止界磁極
と周期的に対向させたことを特徴とする発電機。