JPS62166754A

JPS62166754A - ブラシレス多相交流発電機

Info

Publication number: JPS62166754A
Application number: JP784586A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Hatanaka; 武史畑中
Original assignee: HAITEKU KENKYUSHO KK
Current assignee: HAITEKU KENKYUSHO KK
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1987-07-23

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】〔技術分野〕本発明はグラ／レス交流発電機に関し、さらに詳しくは
、ブラシレス多相交流発電機に関する。

〔背景技術〕

従来、ブラシレス交流発電機としてステータに励磁コイ
ルを支持して、この励磁コイルに回転誘導子を組み合わ
せ、この誘導子の回転によって出力巻線と磁束を鎖交さ
せて多相交流を発生させる構造が提案されている。この
構造において、多相交流を発生させるには、出力巻線の
構造と巻き方が非常に複雑となるため巻き線の本数を増
加させることができない。したがって、低い製造コスト
で容量の大きい発電機を製造することが困難であった０〔発明の目的〕本発明の目的は、製造容易で安価にすることができ、し
かも、構造がコンパクトにして大容量の出力を発生させ
ることができるブラシレス多相交流発電機を提供するこ
とにある。

〔発明の開示〕

本発明は回転子と同心の複数個の交流出力巻線を軸方向
に一定の間隔をおいてステータ側に支持し、交流出力巻
線に近接して複数の静止界磁極をステータに支持し、予
じめ定められた電気角において個々の交流出力巻線の両
側に位置する静止界磁極と順次に周期的な磁束切換を行
なわせる複数の相の磁極を交流出力巻線に対応して軸方
向に一定の位相角づつずらした位置に回転子に支持した
ことを特徴としている。

この発明の一実施例を第１図ないし第７図に示す。

第１図は本発明によるブラシレス多相交流発電機の好ま
しい実施例として三相交流発電機の一部断面の斜視図を
示すもので、発明の基本的な理解を助けるために、説明
のために不要必な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三相交流
発電機は非磁性材料から成る円筒状ハウジング１２内に
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は高透磁率の磁気材料から成り
、ステータ１６は低透磁率の非磁性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との間に低透磁率の非磁性
体のスペーサ（図示せず）を設置しても良い。

ステータ１４テは軸方向に間隔をおいて第一ないし第四
の静止界磁極１８〜２１が固定支持される。第一静止界
磁極１８は半径方向内側に延びる複数の界磁鉄心１８ａ
、　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（符号つけず）と
を有する。同様に、第二静止界磁極１９は複数の界磁鉄
心１９ａ、　１９″ａ、　１９ｂ。

１９′ｂと、これら界磁鉄心に固定された磁極片（符号
なし）とから成る。第一静止界磁極１８の界磁鉄心と第
二静止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、静止界磁極１８の界磁
鉄心１８ａ、　１８ｂとはそれぞれ対向するような磁極
すなわち、Ｎ極とＳ極となるように配置される。界磁鉄
心１８ｂは界磁鉄心１８ａに対して電気角で１８０°位
相がずれた位置に配置され、第一静止界磁極１８の界磁
鉄心１８ａと軸方向に対向する第二静止界磁極１９の界
磁鉄心１９ａはそれぞれＮ極、Ｓ極に励磁される。

界磁鉄心１８°ａは半径方向に対向する（電気角３６０
°に位置する）界磁鉄心１８ａと同じＮ極を有し、界磁
鉄心１８゛ｂは半径方向に対向する（電気角３６０°に
位置する）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’ｂは電気角で１８０°づつ位相が外れ
た位置でＮ、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１〜４図から明かなように、第一静止界磁極１８の界
磁鉄心１８ａ、　１８ｂ、　１８’ａ、　１８’ｂには
それぞれ直流励磁界磁巻線１８ａｗ、１８ｂｗ、１８’
ａｗ。

１８’ｂｗが巻装され、これらは図示しない直流励磁装
置により駆動される。同様に、第二静止界磁極１９の界
磁鉄心にも直流励磁界磁巻線１９ａｗ。

１９’ａｗ、　１９ｂｗ、　１９’ｂｗが巻装され直流
励磁装置により、駆動される。

第二静止界磁極２０は半径方向内側に延びる複数の界磁
鉄心２０ａ、　２０’ａ、　２０ｂ、　２０’ｂ　（第
５図参照）と、これら界磁鉄心に固定された磁極片（符
号なし）とを有する。同様に、第二静止界磁極２１は複
数の界磁鉄心２１ａ、　２１’ａ、　２１ｂ、　２１’
ｂと、これら界磁鉄心に固定された磁極片（符号なし）
とから成る。第二静止界磁極２ｏの界磁鉄心と第四静止
界磁極２１の界磁鉄心とは第−及び第二静止界磁ｔｉ！
１１１８．１９と軸方向において整列するようにステー
タ１４側に固定される。界磁鉄心２０ａ、　２０ｂはそ
れぞれ対向するような磁極すなわち、Ｎ極とＳ極となる
ように励磁される。界磁鉄心２０ｂは界磁鉄心２０ａに
対して電気角で１８０’位相がずれた位置に配置され、
この界磁鉄心２゜ａと軸方向に対向する界磁鉄心２１ａ
はそれぞれＮ極、Ｓ極に励磁される。界磁鉄心２０″ａ
は半径方向に対向する界磁鉄心２０ａと同じＮ（ｉを有
し、界磁鉄心２０°ｂは半径方向に対向する磁極鉄心２
０ｂと同じＳ極を有する。このように界磁鉄心２０ａ、
　２０ｂ、　２０’ａ、　２０’ｂはＮ、Ｓ、Ｎ、Ｓｌ
ｉを有し、これら界磁鉄尼・に対して軸方向で対向する
界磁鉄心２１ａ、　２１ｂ、　２１’ａ、　２１’ｂ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５図から明かなように、第三静止界磁極２゜の界磁鉄
心２０ａ、　２０ｂ、　２０’ａ、　２０’ｂにはそれ
ぞれ直流励磁界磁巻線２０ａｗ、　２０ｂｗ、　２０’
ａｗ。

２０・ｂｗが巻装され、これらは図示しない直流励磁装
置により駆動される。同様に、第四静止界磁極２１の界
磁鉄心にも直流励磁界磁巻線２１　ａｗ。

２１ｂｗ、　２１’ａｗ、　２１’ｂｗが巻装され（Ｋ
６図参照）直流励磁装置により駆動される。

第１．２図において、第１〜第３相のトロコイダル状の
交流出力巻線２２．２３．２５が回転子２４を囲むよう
に軸方向に一定間隔をおいてステータ１４に適当な手段
により固定支持される。すなわち、第１相コイル２２は
第−及び第二静止界磁極１８．１９間に固定され、第２
相コイル２３ｔ／ｉ第二及び第三静止界磁極１９．２０
間に固定され、第３相コイル２５は第三及び第四静止界
磁極２０．２１間に配置される。回転子２４は回転軸２
６を有し、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。

回転子２４はステンレス・スチールまたはアルミニウム
材等の低透磁率の材料からなる胴体２７を有し、胴体２
７の円周上には機械角で３０°、すなわち、電気角で１
２０°毎に軸方向に延びるくさび状の磁極支持＠２７ａ
〜２７ｅが形成される。第１相用磁極２９．３０は機械
角で１８０°、すなわち、電気角で３６０°に位置する
溝２７ａ、　２７ｂにそれぞれ装着される。磁極２９は
その両端に固定用爪２９ａ、　２９ｂを有する複数のス
タックからなる。同様に磁極３０はその両端に固定用爪
３０ａ、　３０ｂを有する複数のスタックから成る。

第２図より明らかなように、第１相用磁極２９゜３０の
左側の固定爪２９ａ、　３０ａは軸２６に支持された左
側エンド・キャップ３２の環状７ランジ３２ａにより保
持される。第１相用磁極２９．３０の右側の固定爪２９
ｂ、　３０ｂは溝２７ａ、２７ｄに装着された押え部材
３４．３６の左側端部により保持され、押え部材３４．
３６の右側端部は右側エンド・キャップ３８の環状フラ
ンジ３８ａにより保持される。

このように胴体２７に装着された第１相用磁極２９、３
０の両端部は第−及び第二静止界磁極１８゜１９の界磁
鉄ｌシ・の内側を回転しながら第１相交流出力巻線２２
に周期的に交番磁束を鎖交させて交流出力を発生させる
。

第２相用磁極４０．４２は電気角で３６０°位相がずれ
た位置に形成された磁極支持溝２７ｂ、　２７ｅにそれ
ぞれ装着され、前述の方法と同様の方法にて、押え板４
４．４６により所定の位置に固定される。

第１．２図より明らかなように、磁極４０．４２は磁極
２９．３０より電気角で１２０°位相が遅れながら第二
及び第三静止界磁極１９．２０と協同して第２相交流出
力巻線２３に対して交番磁束を°鎖交さにそれぞれ装着
され、押え板４８．５０により固定４τ　司される。磁極材、蒋は磁極４４．４６より電気角で１２
０°位相が遅れて第三及び第四静止界磁極２０、２１と
協同して第３相交流出力巻線２５に対して交番磁束を鎖
交させる。

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五静止界磁極６０が固
定支持される。第１．２．７図において、第五静止界磁
極６０は第一〜第四静止界磁極の４つの界磁鉄心に対応
して、４つの界磁鉄心６０ａ、６０ｂ、６０’ａ、６０
’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６０ａ。

６０ｂ、　６０’ａ、　６０″ｂはそれぞれ直流励磁界
磁巻線６０　ａ　Ｗ＋　６０　ｂ　Ｗ、　６０　’　ａ
　Ｗ＋　６０°ｂＷを支持し、これら直流励磁界磁巻線
は直流励磁装置に接続される。

第一〜第四静止界磁極１８〜２０の界磁鉄心は電気角で
１８０°毎にＮ極とＳ磁とが交互に配置されていたのに
対し、第五静止界磁極６０の界磁鉄心はすべてＮｌｉか
Ｓ極のいずれか一方の磁極になるように励磁される。第
７図ではＮ極に設定されたものとして図示されている。

磁気反発用磁極６２は左側のエンド・キャップ３２に隣
接して軸２６上に固定される。

ｌよ第１．２．７図において、反発用磁極６２６高透−磁率
の複数のラミイ、一部材から成るスタックより構成され
る。磁極６２は第１相用磁極２９．３０とと同相の突極
部６２ａ、　６２ｄと、第２相用磁極４０゜第１〜６図
に示した位置において、第１相川磁極２９は界磁鉄心１
８ａ、　１９ａの真下に位置し、第１相用磁極３０は界
磁鉄心１８’ａ、　１９°ａの真下に位置する。このよ
うに第１〜４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から第１相
用磁極２９．３０を介してＳ極界磁極１９ａ、　１９’
ａに流れ、さらにステータ１４を介してＮ極界磁鉄心１
８ａ、　１８’ａに戻る。このとき磁束は交流出力巻線
２２と鎖交するため、交流出力巻線２２の中に電流が流
れる。

第８図において、時間ｔ１のとき回転子２４の磁極２９
はＮ極及びＳ極の静止界磁極１８ａ、　１９ａの真下に
位置し、このとき回転子２４は磁気吸引力を受ける。こ
のとき、同位相において、Ｎ極の第五静止界磁極６０ａ
、　６０’ａの真下に高透磁率の反発用磁Ｍ６２ａ、６
２ｄが位置しているために回転子２４には磁気反発作用
が働いて、回転子２４の保持トルクは低減される。つぎ
に、時間ｔ１からｔ、において回転子２４が時計方向、
すなわち、第８図にて矢印で示す方向に電気角１８０°
回転した状態が第８図の右側に示される。すなわち、時
間ｔ２において、回転子２４の磁極２９の一端はＳ極界
磁鉄心１８ｂの真下に位置し、磁極２９の他端はＮ極界
磁鉄心１９ｂの真下に位置する。このとき、回転子２４
は磁極２９を介して磁気吸引作用を受ける。時間ｔ２に
おいて、ＮＴｈ界磁鉄心６０ｂ。

６０′ｂに対して、磁極２９と同位相において、磁極６
２ａ、　６２ｄが対向する。このとき、磁極６２ａ。

６２ｄは界磁鉄心６０ｂ、　６０’ｂのＮｌの磁束の作
用を受けるので、回転子２４には反発作用が与えられる
。このとき、回転子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つに第五静止界磁極の直流界
磁巻線の励磁電流を制御すれば回転子の保持トルクを著
しく減らすことができるので多大の利点を有する。なお
、この回転子のバランス作用は交流出力巻線２２とは独
立した位置で行なわれるため、交流出力巻線の出力値て
は悪影響を与えない。

つぎに第１．３図に戻って、回転子２４が第３図の位置
から時計方向に回転すると、磁束が減少し、第３．４図
において回転子２４が時計方向に９０°、すなわち電気
角で１８００回転すると、磁束は交流出力巻線２２に対
して反対方向に流れる。

このとき、磁束は第１図において第五静止界磁極１９の
Ｎ極界磁鉄心１９ｂから第一静止界磁極のＳ極界磁鉄心
１８ｂに流れ、ステータ１４を通って第二静止界磁極１
９のＮ極界磁鉄心に流れる。このようにして、交流出力
巻線２２内には反対方向の電流が流れる。かくして、交
流出力巻線２２！／Ｃは第一、第二静止界磁極１８．１
９間の磁束が回転子２４の回転に応じて第１相川磁極２
９．３０によって鎖交させられて交流出力が得られる。

同様に、第２相用ｍ極４０．４２は回転子２４の回転に
応じて第二、第五静止界磁極１９．２０間で周期的て交
番磁束を第２相交流出力巻線２３に鎖交させるので、第
２相交流出力巻線２３には第１相交流出力正界磁極２０
．２１間で周期的に交番磁束を第３相交流出力巻線２５
に鎖交させて第２相出力巻線２３の出力から位相が１２
０°ずれて交流電流を出力させる。前述したように第１
．２．３相磁極は互いに電気角で１２０°位相がずれた
位置において交番磁束を第１．２．３相交流巻線２２．
２３．２５に作用させるため、発電機の出力として３相
交流出力が得られる。このとき、第１．２．３相の交流
巻線２２、２３．２５の出力は周知のスター結線または
デルタ結線とすることは云うまでもない。

（効果）以上のように、本発明の多相交流発電機は複数の静止界
磁極を軸方向に一定の間隔でステータに装着し、これら
静止界磁極間に複数の相の交流出力巻線を固定し、回転
子（て一定の位相角で軸方向にずれた位置に複数の相の
＠極を装着し、個々の交流出力巻線に隣接する対の静止
界ｇ！Ｌ極のうちの一つの静止界磁極を他の交流出力巻
線の一方の静止界磁極として共用し、その一方の静止界
磁極は一定の位相角毎に回転子の磁極によって複数の相
の交流出力巻線に磁束を鎖交するように構成したため、
最少限の静止界磁極を用いた簡単な構造で製造コストの
低い大容量の多相交流発電機を提供することができる。

なお、回転子の外周に半径方向に突出する磁極を設けた
ため、交流出力巻線ならびに静止界磁極の直流励磁巻線
の冷却が効果的に行なわれ、絶縁部材の長寿命化が図れ
る。さらに、ブラシやリング等の交換部品がないため、
メンテが容易であるばかりでなく、振動等にも強いので
自動車等にも利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の好ましい実施例によるブラシレス多相
交流発電機の一部断面の斜視図、第２図は第１図のＩＩ
−［１断面図、第３図は第２図のｍ−■断面図、第４図
は第２図のｌｌ／−ＩＶ断面図、第５図は第２図の■−
ｖ断面図、第６図は第２図の■−■断面図、第７図は第
２図の■−■断面図、第８図は回転子と界磁極の位相関
係を説明するための展開図をそれぞれ示す。１４、１６・・・・・・・・・ステータ　　２４・・・
・・・・・・回転子１８、１９．２０．２１．６０・・
・・・・・・・静止界磁極２２、２３．２’５・・・・
・・・・・交流出力巻線６２・・・・・・・・・反発用
磁極出願人　株式会社ハイテク研究所 ′ｉｈ３面纂５図２Ｉ＞ろ凹奉７図基８凹

Claims

【特許請求の範囲】

ステータと、前記ステータに軸方向に間隔を有するよう
に固定支持された複数の静止界磁極と、複数の静止界磁
極間で周期的に磁束変化を生じさせる回転子と、前記複
数の静止界磁極間に生ずる磁束変化により発電するよう
に前記ステータ内で軸方向に間隔をおいて支持された複
数の交流出力巻線とから成り、前記回転子には前記複数
の交流出力巻線に対応して回転子の軸方向に一定の位相
角づつずらした位置に複数の磁極を設けたことを特徴と
するブラシレス多相交流発電機。