JPS626415B2

JPS626415B2 -

Info

Publication number: JPS626415B2
Application number: JP55045622A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Tawara; Takayuki Matsui; Shoji Mogi; Noryoshi Takahashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-04-09
Filing date: 1980-04-09
Publication date: 1987-02-10
Also published as: JPS56145763A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回転電機の電機子の改良に係り、特に
整流子を有する回転電機の電機子の改良に関する
ものである。

従来一般に採用されている整流子機（たとえば
直流機）の電機子は、電機子鉄心の表面に多数の
直線状の軸方向のスロツトを設け、これらスロツ
トのそれぞれに整流子片に結合された上および下
コイルからなる電機子巻線を巻装している。上お
よび下コイルは夫々別の整流子片に接続されるコ
イル辺の数で通常１〜５程度である。

第１図にコイル辺が１の場合の直流機の電機子
の概略構成が示されている。図において、１０は
電機子鉄心のテイース、１１は軸方向スロツトで
ある。１２は電機子巻線であり、１２a₁，１２a₂
はその上コイル、１２b₁，１２b₂は下コイルであ
る。１３は整流子で１３ａ〜１３ｃはその整流子
片を示している。１５は整流子１３と接触してい
るブラシである。

ブラシ１５の位置がＡの場合は上コイル１２a₁
と下コイル１２b₁の整流が終つた時点であり、こ
の時の電流変化di／dtによりスロツト漏れ磁束
_lが生じ、リアクタンス電圧er＝ｄ_l／dt＝−
Ldi／dt（Ｌは整流コイルのインダクタンス）が
発生する。そして、このリアクタンス電圧が火花
発生限界電圧を越えると、ブラシ１５の出口側端
面に火花が発生して、直流機の性能を左右するこ
ととなる。ここで第１図の場合は１スロツト中の
上コイル（あるいは下コイル）のコイル辺数が１
であるから、整流子１３が矢印Ｒ方向にある距離
Ｔ〓だけ回転してブラシ１５の位置がＢにきた時
の上コイル１２a₂、下コイル１２b₂に発生するリ
アクタンス電圧は上コイル１２a₁と下コイル１２
b₁に発生するリアクタンス電圧と同一値となる。
したがつて各整流コイル間のばらつきがなく、こ
の種のものは整流上特に問題になることはない。

次に第２図に１スロツト中の上コイルのコイル
辺数が２の場合を示す。ブラシ１５の位置がＡの
点で上コイル１２a₁と下コイル１２b₁の整流が終
了し、Ｂの点で上コイル１２ｃと下コイル１２ｄ
の整流が終了するが、この場合にはＡ点とＢ点で
の整流時に発生するリアクタンス電圧erの値が異
なる。すなわち、ブラシ１５の位置がＡの場合の
上コイル１２a₁と下コイル１２b₁の整流電流によ
つて生ずるスロツト漏れ磁束_lは同一スロツト
内にある上コイル１２ｃと下コイル１２ｄがブラ
シで短絡されており、その変化が抑制されるため
に、発生するリアクタンス電圧が小さくなる。こ
れに対し、ブラシ１５の位置がＢの場合の上コイ
ル１２ｃと下コイル１２ｄの整流電流によるスロ
ツト漏れ磁束_lは同一スロツト内に短絡された
コイルがないためリアクタンス電圧が大きくな
る。この結果、整流性能は上コイル１２ｃと下コ
イル１２ｄに誘起されるリアクタンス電圧の大き
さで左右される欠点がある。特にコイル辺数がさ
らに多くなると、この傾向が大きく、整流の良否
を決める無火花帯の幅が狭くなる嫌いがある。

本発明はこれにかんがみなされたものであり、
その目的とするところは上記した従来技術の欠点
をなくし、１スロツト内に複数本のコイル辺が挿
入されている場合であつても、各整流コイルのイ
ンダクタンスを均一化して整流性能を向上するこ
とのできるこの種回転電機の電機子を提供するに
ある。

すなわち本発明は、電機子鉄心の軸方向の所定
の位置に、軸方向スロツトと交差し、かつこのス
ロツトの隣接間を連通する周方向のスロツトを設
け、軸方向スロツト内に配されている複数本のコ
イル（上コイルあるいは下コイル）のコイル辺の
うちその一部のコイル辺を、前記周方向スロツト
部を通して隣りの軸方向スロツトに転位させ、電
機子巻線の一部のコイル辺が隣接している軸方向
スロツトの両者にまたがつて配設されるようにな
し、上下コイル間のリアクタンス電圧がほゞ等し
くなるようにして初期の目的を達成するようにし
たものである。

以下図示した実施例に基づいて本発明を詳細に
説明する。

第３図および第４図は本発明が適用される直流
電動機の一例を示す上半部縦断側面図および縦断
正面図である。これらの図において、１は継鉄、
２，３は継鉄１に固着された界磁鉄心および補極
鉄心、４，５は界磁鉄心２および補極鉄心３にそ
れぞれ巻装された界磁巻線および補極巻線、６は
継鉄１の軸方向両開口端部に取付られたエンドブ
ラケツトであり、これらの各部品より固定子（界
磁側）が構成されている。７は前記エンドブラケ
ツト６に軸受８を介して支承された回転軸、９は
回転軸７に固着された電機子鉄心で、その外周部
に多数のテイース１０および軸方向スロツト１１
が形成されている。１２はこのスロツト１１内に
巻装された電機子線、１３は回転軸７に固着され
た整流子で、これらの各部品により回転子すなわ
ち電機子が構成されている。また、１４はエンド
ブラケツト６に取付けられたブラシ保持器で、ブ
ラシ１５を整流子１３に摺接するように保持して
いる。

さて外部からブラシ１５および整流子１３を介
して電機子巻線１２に電力を供給すると同時に、
界磁巻線４に励磁電流を流して主磁束を発生させ
ると、この主磁束と電機子巻線１２に流れる電流
との相互作用により駆動力が生じるが、この際電
機子巻線１２に流れる電流の方向は、ブラシ１５
による整流区間、つまり電機子巻線１２の一部が
接続されている整流子片間がブラシ１５で短絡さ
れ始めてから、短絡が終了する期間内で反転す
る。この時の電流変化di／dtとブラシ１５で短絡
される整流コイルのインダクタンスＬとの積でリ
アクタンス電圧erが発生する。前述もしたよう
に、この値が火花電圧以上になると、ブラシ１５
から激しい火花が発生するわけである。

このリアクタンス電圧を補償するために、補極
鉄心３および補極巻線５からなる補極を設ける
が、このような補償手段を設けても、前述の如き
１スロツト内の各整流コイルのインダクタンスの
差異によるリアクタンス電圧の差異をすべて補償
することは困難である。

そこで、本実施例では、第５図および第６図に
示すような電機子構造になされている。すなわ
ち、この実施例のように上、下コイル辺のそれぞ
れが２本の場合、電機子鉄心９は積厚方向、つま
り軸方向に２つに分割され、２つに分割された各
鉄心部分は両者間に空間、すなわち周方向スロツ
ト１６が形成される。一方の区分された鉄心の軸
方向スロツトに挿入されている上および下コイル
辺の１つのコイル辺１２ｃ，１２ｄは、他方の区
分された鉄心の隣接した軸方向スロツト１１b₂，
１１bjに入る、すなわち転位するように周方向ス
ロツト１６で曲げられて配置されている。なお、
両鉄心部分間の周方向スロツトは、コイルが曲げ
られて次のスロツトへ移れる空間があればよい
が、ある程度大きくして通風ダクトとして利用す
ることも可能である。次に電機子巻線１２、例え
ば一方の鉄心部分の軸方向スロツト１１a₁に挿入
された上コイル１２ａ，１２ｃについて説明する
と、軸方向スロツト１１a₁内では上コイル１２ａ
は軸方向スロツトの左位置、上コイル１２ｃは
右位置にあるが、周方向スロツト１６を介した
他方の鉄心部分では、軸方向スロツト１１b₁と隣
接した軸方向スロツト１１b₂に別かれて挿入され
る。すなわち上コイル１２ａは軸方向スロツト１
１b₁の右位置、上コイル１２ｃは軸方向スロツ
ト１１b₂の左位置となるように、つまり一方の
鉄心部分と他方の鉄心部分では軸方向スロツト内
でのコイル位置が互に逆になるように巻回され
る。また、下コイル１２ｂ，１２ｄも同様で、電
機子鉄心ａ側の軸方向スロツト１１aiに挿入され
ている下コイルは１２ｂが軸方向スロツトの左位
置、１２ｄが軸方向スロツトの右位置にある
が、他方の鉄心ｂ側では下コイル１２ｂは軸方向
スロツト１１bi内で右位置の、下コイル１２ｄ
は軸方向スロツト１１bjの左位置に位置してコ
イル位置が互に逆になるように巻回される。

以上のように構成された電機子は次のように作
用する。すなわちブラシ１５の位置がＡの場合、
上コイル１２ａと下コイル１２ｂの整流終了時の
電流によるスロツト漏れ磁束は、これらのコイル
１２ａ，１２ｂが軸方向スロツト１１ａおよび１
１aiでは左位置で、これらと同一スロツト内の
右位置にある上コイル１２ｃと下コイル１２ｄ
がブラシ１５により短絡されているため、抑制さ
れるが、軸方向スロツト１１b₁およびスロツト１
１biでは上コイル１２ａと下コイル１２ｂが右位
置となるために同一スロツト内に短絡コイルが
存在しないことにより大きくなる。これと逆に上
コイル１２ｃと下コイル１２ｄの整流が終るブラ
シ位置Ｂの場合、軸方向スロツト１１a₁および１
１aiでは上コイル１２ｃと下コイル１２ｄが右位
置であるため、スロツト漏れ磁束が大きいが、
軸方向スロツト１１b₂および１１bjでは上コイル
１２ｃと下コイル１２ｄが左位置で、これと同
一スロツト内の右位置にある上コイル１２ａと
下コイル１２ｂが短絡されているため、スロツト
漏れ磁束が小さくなる。この結果、上コイル１２
ａと下コイル１２ｂおよび上コイル１２ｃと下コ
イル１２ｄに誘起するリアクタンス電圧は同一と
なる。

すなわち、各整流コイルの整流終了時における
スロツト漏れ磁束が同一値となるので、インダク
タンスおよびインダクタンス値で左右されるリア
クタンス電圧を均等化でき、各整流コイルの無火
花帯の領域を同一にすることができる。第７図お
よび第８図は第６図と同様の効果が得られる他の
実施例を示すもので、第７図は電機子鉄心９に設
けられた周方向スロツト１６での電機子巻線の上
コイル、下コイルの曲げ方向を変えた場合を示
す。第８図は電機子鉄心ａ側で上コイル１２ａ，
１２ｃを同一の軸方向スロツト１１a₁に挿入する
ようにし、下コイル１２ｂは軸方向スロツト１１
aiの右位置に、下コイル１２ｄを軸方向スロツ
ト１１ajの左位置に配置する。また、電機子鉄
心ｂ側では軸方向スロツト１１b₁の右位置に上
コイル１２ａが、軸方向スロツト１１b₂の左位置
に上コイル１２ｃを配置し、下コイル１２ｂ，
１２ｄが軸方向スロツト１１bjに入る構成とした
ものである。この場合、ブラシ位置Ａの上コイル
１２ａと下コイル１２ｂの整流終了時は軸方向ス
ロツト１１a₁と軸方向スロツト１１bjに入つてい
る上コイル１２ｃと下コイル１２ｄがブラシで短
絡されてスロツト漏れ磁束を抑制する。次にブラ
シ位置Ｂになつて上コイル１２ｃと１２ｄの整流
終了時には軸方向スロツト１１b₂と軸方向スロツ
ト１１ajに入つている。上コイル１２ａと下コイ
ル１２ｂがブラシで短絡されてスロツト漏れ磁束
を抑制するので第６図と同様の効果が得られるわ
けである。なお、第５図から第８図は上、下コイ
ル辺数がそれぞれ２本の場合について述べたが、
コイル辺数が３本の場合については第９図から第
１２図に示すような電機子構造とすればよい。す
なわち、電機子鉄心９は積厚方向にそつて３つに
分割され、３つに分割された第１、第２、第３の
各鉄心部分は、第１の鉄心部分テイース１０a₁〜
１０ajおよび軸方向スロツト１１a₁〜１１ajと、
第２の鉄心部分のテイース１０b₁〜１０bjおよび
軸方向スロツト１１b₁〜１１bjと、第３の鉄心部
分のテイース１０c₁〜１０cjと軸方向スロツト１
１c₁〜１１cjからなり、分割された鉄心間には周
方向スロツト１６，１６ａが所要の巾に設けられ
る。そして、電機子巻線１２は軸方向空間部での
曲げ方向により種々の配置が考えられるがその実
施例の代表例について述べる。第１０図で説明す
ると、例えば第１の鉄心部分の軸方向スロツト１
１a₁に挿入された上コイル１２ａ，１２ｃ，１２
ｅについて説明すると軸方向スロツト１１a₁内で
はこれらの上コイル１２ａ，１２ｃ，１２ｅはそ
れぞれ左位置、中央位置、右位置にある
が、第２の鉄心部分では上コイル１２ａ，１２ｃ
は軸方向スロツト１１b₁の中央位置と右位置
、上コイル１２ｅは他の軸方向スロツト１１b₂
の左位置となり、さらに、第３の鉄心部分で
は、上コイル１２ａは軸方向スロツト１１c₁の右
位置、上コイル１２ｃ，１２ｅは軸方向スロツ
ト１１c₂の左位置と中央位置となるように、
つまり、上コイル１２ａ，１２ｃ，１２ｅが第１
〜第３の鉄心部分のスロツトにおける各位置，
，をすべて通るように、巻回される。なお、
他の上コイルや下コイルについても同様に巻回さ
れる。

第１１図は上コイルの配置が第１０図と同一で
あるが、下コイル１２ｂ，１２ｄ，１２ｆは異な
る。すなわち、下コイル１２ｂは軸方向スロツト
１１aiの右位置に挿入されるが、下コイル１２
ｄ，１２ｆは隣接した軸方向スロツト１１ajの左
位置と中央位置に挿入され、第２の鉄心部分
では軸スロツト１１biに下コイル１２ｂ，１２
ｄ，１２ｆが左位置、中央位置、右位置に
配置される。さらに第３の鉄心部分では１１cjに
下コイル１２ｂ，１２ｄが中央位置と右位置
に挿入され、下コイル１２ｆは隣接した軸方向ス
ロツト１１ckの左位置に配置される。したが
つて、この場合も各コイルの配置が各スロツトで
必ず異なつた位置，，を通るように構成さ
れている。第１２図はさらに、下コイルの異つた
配置を示すが、本図の場合は下コイル１２ｂ，１
２ｄ，１２ｆが第３の鉄心部分の軸方向スロツト
１１cjにすべて挿入されるが、いずれのコイルも
先と同様に各鉄心部分で異なつた位置に配置され
る。したがつて、上、下コイルのコイル辺数がそ
れぞれ３本であるこれらの実施例の場合にも、コ
イル辺数が２本の前記実施例と同様に、各整流コ
イルのスロツト漏れ磁束が同一値となり、同様の
効果を得ることができる。

前記各実施例ではコイル辺を横積みした（横に
並べた）場合について述べたが、縦積みした（縦
に並べた）場合にも同様に適用することができ
る。これを第１３図および第１４図により説明す
ると、例えば一方の鉄心の軸方向スロツト１１a₁
に挿入された上コイル１２ａ，１２ｃについてみ
ると、軸方向スロツト１１a₁内では上コイル１２
ｃはスロツト内の最上方位置、上コイル１２ａ
は上方位置にあるが、他方の鉄心部分（第１４
図）では異なる軸方向スロツト１１b₁（軸方向ス
ロツト１１a₁の延長上）と軸方向スロツト１１b₂
に分かれて挿入され、上コイル１２ａは軸方向ス
ロツト１１b₁の上方位置に、上コイル１２ｃは
軸方向スロツト１１b₂の最大方位置になる。な
お、下コイルについても同様に下方位置，に
配置される。

この縦積みで、コイル辺数が２の場合の整流状
態を第１５図に示す。この実施例の場合において
も、この図から判るように、ブラシ位置Ａにおけ
る上コイル１２ａと下コイル１２ｂからなる整流
コイルおよびブラシ位置Ｂにおける上コイル１２
ｃと下コイル１２ｄからなる整流コイルのスロツ
ト漏れ磁束は同一値となり、横積の場合と同様の
効果を得ることができる。

以上、上コイルおよび下コイルのそれぞれのコ
イル辺数が２あるいは３で、コイル辺が横積みと
縦積みの場合について述べたが、コイル辺数が多
くなつても望ましくはそれに比例して電機子鉄心
の軸方向の分割数を多くするとともに、各鉄心部
分における電機子巻線位置を前記と同様の方法に
より順次ずらせることにより、同様の効果を得る
ことができる。

以上種々述べてきたように、本発明の電機子に
よれば、その電機子の一部を構成している電機子
鉄心の、その軸方向の所定の位置に、軸方向スロ
ツトと交差する周方向のスロツトを設け、軸方向
スロツト内に配されている複数本のコイル辺のう
ち、その一部のコイル辺を、この周方向スロツト
を通して隣りの軸方向スロツトに転位させ、電機
子巻線の一部のコイル辺が隣接している軸方向ス
ロツトの両者にまたがつて配設されるようになし
たから、ブラシの移動にともない上下コイルに生
ずるリアクタンス電圧は、その上下コイル両者間
でほゞ等しくなり、従つて一つの軸方向スロツト
内にたとえ複数本のコイル辺が挿入されている場
合であつても、整流火花の生ずることのない、す
なわち整流性能の良好なこの種の電機子を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の回転電機の電機子
の要部を示す説明線図、第３図は本発明の回転電
機の電機子周辺を示す一部縦断側面図、第４図は
第３図のＡ―Ａ線に沿う断面図、第５図は軸方向
スロツト内の上下コイル配置を示す断面図、第６
図は本発明の一実施例を示す電機子要部の説明線
図、第７図および第８図は本発明の他の実施例を
示す電機子要部の説明線図、第９図、第１３図お
よび第１４図は軸方向スロツト内の上下コイル配
置を示す断面図、第１０図〜第１２図および第１
５図は本発明の更に他の実施例を示す電機子要部
の説明線図である。７…回転軸、９…電機子鉄心、１１…軸方向ス
ロツト、１２…電機子巻線、１２ａ，１２ｃ，１
２ｅ…上コイル、１２ｂ，１２ｄ，１２ｆ…下コ
イル、１３…整流子、１６…周方向スロツト。

Claims

【特許請求の範囲】１回転軸に固定支持された電機子鉄心と、該電
機子鉄心の外周表面に周方向に所定の間隔をおい
て設けられた複数個の軸方向スロツトと、該スロ
ツト内に収納され、かつ複数本のコイル辺からな
る電機子巻線と、該電機子巻線の端部と電気的に
結合され、かつ回転軸上に乗置された整流子とを
備えた回転電機の電機子において、前記電機子鉄
心の軸方向の所定の位置に、前記軸方向スロツト
と交差する周方向スロツトを設け、前記同一軸方
向スロツト内に配されている複数本のコイル辺の
うち、その一部のコイル辺を、前記周方向スロツ
ト部を通して隣接軸方向スロツトに転位させ、電
機子巻線の一部のコイル辺が隣接軸方向スロツト
にまたがつて配設されるようにしたことを特徴と
する回転電機の電機子。２回転軸に固定支持された電機子鉄心と、該電
機子鉄心の外周表面に周方向に所定の間隔をおい
て設けられた複数個の軸方向スロツトと、該スロ
ツト内に収納され、かつ夫々複数本のコイル辺を
有する上コイルおよび下コイルからなる電機子巻
線と、該電機子巻線の端部と電気的に結合され、
かつ回転軸上に乗置された整流子とを備えた回転
電機の電機子において、前記電機子鉄心の軸方向
の所定の位置に、前記軸方向スロツトと交差する
周方向スロツトを設け、前記同一軸方向スロツト
内にある上コイルおよび下コイルの複数本のコイ
ル辺のうち、夫々その一部のコイル辺を前記周方
向スロツト部を通して隣接軸方向スロツトに転位
させ、夫々の一部のコイル辺が隣接軸方向スロツ
トにまたがつて配設されるようにしたことを特徴
とする回転電機の電機子。３前記周方向スロツトの数を、前記同一軸方向
スロツト内にある夫々の上下コイルのコイル辺数
より１個少なく設けるとともに、このスロツトを
軸方向に所定の間隔をもつて設け、前記夫々のコ
イル辺の一部が順次これらの周方向スロツトを通
り隣接軸方向スロツトへ転位するようにしたこと
を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の回転電
機の電機子。４前記転位するすべてのコイル辺を、その転位
する軸方向位置および方向が同一となるように形
成したことを特徴とする特許請求の範囲第２項記
載の回転電機の電機子。５前記周方向スロツトを、前記電機子鉄心の軸
方向に等間隔に設けたことを特徴とする特許請求
の範囲第２項記載の回転電機の電機子。