JPS6343555A - 誘導子回転形発電機 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野１ 本発明は、誘導子回転形の発電機に関するものである。

［従来の技術］ 周知のように誘導子回転形の発電機は、回転する誘導子
の作用により磁束変化を生じさせて電圧を１Ａ起させる
ものであり、磁束を発生させる手段として永久磁石を用
いるものと、界磁コイルを用いるものとがある。これら
の内界磁コイルを用いるものは界磁コイルに流す電流を
調整することにＪ、り出力ミルを制御することが可能で
あるので、内燃礪関のような回転速度の変動幅が大きい
駆動源により駆動してしかも略一定の電圧を冑ようとす
る場合に右利である。

誘導子回転形の発電例としては、界磁コイルを備えた回
転子と発電コイルを備えた固定子とにより構成されるバ
リアント形の発電例が知られている。この発電機におい
ては、円柱状の回転子鉄心に単一の界磁コイルが巻回さ
れて該回転子鉄心が軸線方向に看…される。また回転子
鉄心の周囲に複数のｖｉ１４ｆｉ部が周方向に等間隔を
開けて配列されて、これらのＩａ磁極部内１つ置きの磁
極部が回転子鉄心のＮｌｆ！側の端部に磁気結合され、
伯の１つ置きの磁極部が回転子鉄心のＳ（鮎側の端部に
磁気結合されて、Ｎ極とＳ極とが周方向に交互に並ぶ回
転子が構成されている。そしてこの回転子を取り囲むよ
うに設けられた固定子鉄心に発電コイルが巻回され、回
転子の回転に伴って発電コイルと鎖交する磁束に変化を
生じさせて、該発電コイルに電圧を誘起させる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記バリアント形の発電機では、界磁コイルが回転子側
にあるため該界磁コイルを励磁する１＝めにブラシを設
ける必要があり、耐久性に問題があるだけでなく、ブラ
シに火花が生じるため、オイルバス方式の発電機のよう
に、引火の危険がある雰囲気で運転される用途に適用す
ることができなかった。

また従来のパリアン１−形の発電機は、界磁コイルを回
転子側に有していたため、高速回転を行わせると）京心
力にＪ：り界磁コイルがふくらんで新線を生じるおそれ
があり、高速回転を行わける用途に使用するには不向き
であった。

本発明の目的は、界磁コイル及び発電コイルを固定子側
に配置することにより、ブラシを用いないようにすると
ともに、高速回転を可能にした誘導子回転形の発電機を
捉供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明においては、円筒状の継鉄部の内周から径方向の
内側にｎ（ｎは２以上の整数。）個の誘導子極部を周方
向に等間隔をあけて突出させてなるｎ極の回転子と、２
ｎ個のＵａ極を周方向に等間隔をあけて配列してなる２
ｎ極の固定子鉄心とを設け、固定子鉄心の隣合う２個の
磁極を重複しないように組合せて周方向に並ぶｎ個の界
磁用磁極対を定めるとともに、該ｎ個の界磁用磁極対の
隣合う２個の磁極を１個の発電コイル巻装用磁極対とし
て周方向に並ぶｎ個の発電コイル巻装用磁極対を定める
。そしてｎ個の界磁用磁極対を交互に異なる極性に着磁
すべく界磁コイルを巻装し、０周の発電コイル巻装用磁
極対にそれぞれ発電コイルを巻装する。

［発明の作用］ 上記の発電機において、界磁コイルに直流励磁電流を流
すと、固定子鉄心の２ｎ個の磁極がＮ。

Ｎ、Ｓ、Ｓ、Ｎ、Ｎ、Ｓ、Ｓ、・・・のように同極性の
磁極が２個ずつ並ぶように着磁される。回転子が回転し
、回転子の各誘導子極部が固定子鉄心の各磁極に対向し
始めると各発電コイルに磁束が流れ始める。各誘導子極
部が固定子鉄心の各磁極に完全に対向した際に該磁束が
最大になり、各誘導子極部が固定子鉄心の各磁極から離
れ始めると該磁束が減少していく。従ってこの磁束変化
により各発電コイルに電圧が誘起する。

本発明においては、回転子に界磁コイルを設けないため
、回転子を高速回転させることができる。

更に上記のように界磁コイルを固定子側に設けると、ブ
ラシを設ける必要がないため、耐久性を高くすることが
できる。また火花の発生の心配がないため、オイルバス
を行う場合等引火の危険がある用途にも問題なく使用で
きる。

尚ブラシを設（づない発電機として磁石発電機が知られ
ているが、磁石発電機では、永久附石により界磁が構成
されているので、界磁の調整を行うことができない。そ
のため磁石発電機では電圧調整を行う場合に、出力電圧
が設定値を超えた時に出力を短絡でる方法をとらざるを
得ず、ｎ失が大きくなるのを避けられない。

これに対し、本発明の発電機では、界磁コイルを右ケる
ため、界磁電流を調整することにＪ：り電圧調整を低損
失で容易に行うことができる。従って、本発明によれば
、界磁制御による電圧調整が可能な上にブラシを必要と
せず、しかも高速運転が可能な発電機を得ることができ
る。

［実施例］ 以下添オ・１図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は本発明の一実施例を示したもので、
これらの′図にＪ′−３いて１はカップ状に形成された
鉄製のフライホイール、２はフライホイール１の内周に
嵌着された環状の磁極構成部材であり、磁極構成部材２
の内周には径方向の内側に突出するｎ個（ｎは２以上の
整数。）の誘導子極部が周方向に等間隔をあけて形成さ
れている。本実施例では１ｉｔｉ極構成部材２が鋼板の
積層体からなっていて、該磁極構成部材の内周に１２個
の誘導子極部Ｐ１　、　Ｆ２　、・・・Ｆ１２が周方向
に等間隔をあけて形成され、この磁極構成部材２とフラ
イホイール１とにより１２極の回転子３が構成されてい
る。

フライホイール１の底壁部には回転軸取付は用のボス４
の一端に設けられたフランジ部４ａがリベット５により
固定され、このボスが図示しない回転駆動軸（例えば内
燃機関の出力軸）に嵌着される。

６は固定子鉄心で、この固定子鉄心には２ｎ個の…（引
が設りられる。本実施例の固定子鉄心６は環状の継↑久
部６０１の外周から２４個の磁極Ｑ１゜Ｑ２．・・・Ｑ
２４を周方向に等間隔をあけて放Ｑ４状に突出さＵたも
ので、各磁極はコイル巻装部６０２ど、該コイルさ装部
の先端に形成されて回転子３の装部に所定の１＝ｔｒツ
ブを介して対向づる極片部６０３とからなっている。固
定子鉄心６の継鉄部６０１の外周寄りの部分及び…極Ｑ
１〜Ｑ２４の外面に絶縁コーティングが施され、この絶
縁コーティングににり界…コイル及び発電コイルと鉄心
との間の絶縁を図るようになっている。第１図において
継鉄部６０１の外周寄りの部分に現れている円形の境界
線Ｃはこの絶縁コーティングが施されている領域と施さ
れていない領域との境界を示している。

本発明においては、固定子鉄心６の隣合う２個のｌａ　
１４部が重複しないように組合されて周方向に並ぶｎＩ
ｌ！ａ（ｎは固定子の磁ＶＭ数の１／２）の界磁用磁極
対が定められる。この例では、磁極（Ｑ２４゜Ｑｌ）、
　　（Ｑ２　　、　　Ｑ３）、　　・・・（Ｑ２０．　
　Ｑ２１）　　、　　（Ｑ２２゜Ｑ２３）がそれぞれ組
合わされて１２個の界磁用磁極対が定められている。

また本発明においては、上記ｎ個の界磁用磁極対の隣合
う２個の磁極が１個の発電コイル巻装用磁極対として組
合されて周方向に並ぶｎ個の発電コイル巻装用１１極対
が定められる。本実施例では、磁極（Ｑｌ　、　Ｑ２）
、　　（Ｑ３　、　Ｑ４）、・・・（Ｑ２１．　Ｑ２２
）　、　　（Ｑ２３．　Ｑ２４）がそれぞれ組合わされ
て１２個の発電コイル巻装用磁極対が定められている。

そして、上記界磁用磁極対（Ｑ２４．　Ｑｌ）、　　（
Ｑ２　、　Ｑ３）、・・・（Ｑ２０．　Ｑ２１）　、　
（Ｑ２２．　Ｑ２３）をそれぞれ構成する対の磁極に跨
がって界磁コイルＦ１　、　Ｆ２　、・・・、　Ｆｌｌ
、　Ｆ１２が巻回され、発電コイル巻装用１１極対（Ｑ
ｌ　、　Ｑ２）、　　（０３、Ｑ４）。

・・・（Ｑ２１．　Ｑ２２）　、　　（Ｑ２３．　Ｑ２
４）をそれぞれ構成する対の磁極に跨がって発電コイル
Ｗｌ　、　Ｗ２　。

・・・、　Ｗｌｌ、　Ｗ１２が巻回されている。界磁コ
イルＦ１　、　Ｆ２　、・・・Ｆ１２は、直流励磁され
た際に界磁用磁極対（Ｑ２４．　Ｑｌ）、　　（Ｑ２　
、　Ｑ３）、・・・（Ｑ２２゜Ｑ２３）を交Ｈに異なる
極性にｉｒａするようにそれぞれのさぎ方向を交互に異
ならせて巻回されて直列に接続され、これらの界磁コイ
ルの直列回路の両端７３日ら図示しない励磁用直流電源
に接続される端子が導出されている。また発電コイルｗ
ｉ　、　ｗ２、・・・Ｗ１２ち交互に巻き方向を異なら
けて巻回されて直列に接続され、これらの発電コイルの
直列回路の両端から出力端子が導出されている。固定子
鉄心６ど界…コイルＦ１〜Ｆ１２と発電コイルＷ１〜Ｗ
１２とにより固定子７が構成され、この固定子は固定子
鉄心６の継鉄部６０１に設けられた複数の取イ・１け孔
６０５をそれぞれ通して図示しない取付は部に螺入され
たボルトにより、回転子に対し゛（同心的に位置決めさ
れた状態で取付けられる。

上記の発電機において回転子及び固定子の磁極対向を展
開して示すと第３図Ａの通りである。回転子の各誘導子
極部の幅（周方向寸法）は固定子の各磁極の極片部の幅
より僅かに大きい程度に設定されでおり、各誘導子極部
が固定子のいずれか１つの磁極にそれぞれの中心が一致
する状態で対向した際に、該誘導子極部が池の固定子磁
極には対向しないようになっている。

今回転子の回転方向を第１図及び第３図に示した矢印の
方向とし、界磁コイルＦ１　、　Ｆ２　、・・・Ｆ１２
により、界磁用磁極対（Ｑ２４．　Ｑｌ）、　　（Ｑ２
　。

Ｑ３）、・・・（Ｑ２２．　Ｑ２３）がそれぞれＮ、Ｓ
、Ｎ。

・・・、Ｓ極に着磁されているとする。ここで第３図Ａ
に示寸Ｊ：うに回転子の極部Ｐ１　、　Ｆ２　、　Ｆ３
　。

・・・がそれぞれ固定子の磁極Ｑ１　、　Ｑ３　、　Ｑ
５　、・・・に完全対向している瞬間を考えると、図に
破線で示したように、磁束φ１が流れる。また回転子が
第３図への状態から更に固定子磁極の１ピッチ分だけ回
転して誘導子極部Ｐｉ　、　Ｆ２　、　Ｆ３　、・・・
がそれぞれ固定子１ａｆｆｌＱ２４．　Ｑ２　、　Ｑ４
　、・・・に対面するとこれらの固定子１４１４及び誘
導子極部を通して磁束φ２　（第３図Ａには図示せず。

）が流れる。

これらの磁束φ１及びφ２の回転角０に対する波形は第
３図Ｂに示す通りであり、磁束φ１及びφ２の波形はπ
／２の位相差を有する正弦波形になる。第３図Ａに見ら
れるように、各磁束は隣合う発電コイル群Ｆ７いに逆の
向きで鎖交する（例えば［８束φ１は発電コイル〜Ｖ１
．及びＷ２に逆向さに鎖交している。）が、発電コイル
Ｗ１　、　Ｗ２　、・・弓よ交Ｈに巻さ゛方向が巽なっ
ているため、各磁束の変化により発電コイルＷｌ　、　
Ｗ２　、・・・に誘起する電圧は相加わる極性になり、
…束φ１及びφ２の変化により、発電コイルＷｌ、Ｗ２
．・・・Ｗ１２に誘起する電圧Ｅ１及びＦ２の波形は第
３図Ｂのようになる。発電コイルＷ１〜Ｗ１２の直列回
路の両端に実際に１う１られる出力電圧ＥＯはこれらの
電圧Ｅ１及びＦ２を合成した波形になる。

上記のように、本発明の発電機では、回転子側に＋、ｉ
　＝導子極部のみを設ければよいため、回転子の１ｍ　
Ｖｉ的強度を高くすることができ、高速回転を行わせる
ことが可能になる。また界磁コイル及び発電コイルが共
に固定子側に配置されるため、ブラシを設【プる必要が
なく、ブラシを設けることにより生じる問題を回避する
ことかできる。

上記の実施例では界磁コイルを固定子の隣合う２つの磁
極に跨って巻回するとしたが、第４図に示したように固
定子鉄心の界磁用磁極対（Ｑ２４゜ＱＩＬ　　（Ｑ２　
、Ｑ３）、・・・をそれぞれ構成する１ｉ１１極の基部
を一体化することにより、コイル巻装部６１０を形成し
て、該コイル巻装部６１０，６１０゜・・・に界磁コイ
ルＦ１　、　Ｆ２　、・・・を巻装するようにしてもよ
い。

また第４図のような固定子鉄心を用いる場合、コイル巻
装部６１０，６１０．・・・に発電コイルＷ１　、　Ｗ
２　、・・−を巻回し、第４図において発電コイルＷｌ
　、　Ｗ２　、・・・を巻回した位置に界磁コイルＦ１
、Ｆ２．・・・を巻回することもできる。

上記の各実施例では、フライホイール１の内周に磁極構
成部材２を嵌着することにより回転子を構成しているが
、フライホイールを鋳造により製作する場合には該フラ
イホイールの内周に直接誘導子極部を形成することによ
り回転子を構成することもできる。

上記の実施例では発電コイルＷ１．ｌ＃２．・・・を仝
て直列に接続しているが、発電コイルから電力を取出す
ことできればよいので、発電コイルの接続の仕方は任意
である。例えば発電コイルＷ１　。

Ｗ、２．・・・を並列に接続したり、これらの発電コイ
ルを複数の鼾に分けて各群の発電コイルをそれぞれ直列
接続してそれぞれ別々の０荷に電力を供給するようにし
たり、直シ１１接続された複数の発電コイル群を並列に
１ａ続したりすることもできる。

上記の実施例では、隣合う発電コイルの巻ぎ方向を異な
らることにより隣合う発電コイルに誘起寸ろ電圧の極性
を同極性にしているが、全ての発電コイルの呑さ方向を
同じ方向として、同（転性の電圧を誘起する１つ置きの
発電コイルを直列または並Ｊｌｌに接続して、１８０度
位相が異なる２種類の電圧を取出すにうにしてもよい。

例えば第１図の実施例にａ′３いて発電コイルＷ１〜Ｗ
１２の巻き方向を同一として、奇数番目の発電コイルＷ
ｌ　、　Ｗ３、・・・Ｗｌｌを直列接続して１つの負荷
に接続し、偶数番口の他の発電コイルＷ２　、　Ｗ４　
、・・・Ｗ１２を直列に接続して他の０荷に接続するよ
うにしてもよい。

上記の実施例では、回転子を１２（唄に構成し、固定子
を２４極に構成したが、−、ｉ！２に回転子をｎｌ（ｎ
は２以上の整数。）に構成し、固定子を２ｎ極に構成す
る場合に本発明を適用することができる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、回転子には誘導子（転
部のみを設け、固定子側に発電コイルと界磁コイルとを
設けたため、回転子の機械的強度を高めて高速回転に耐
える発電Ｉを得ることができる。またブラシを設けない
ため火花の発生を防ぐことができ、引火のおそれが市る
雰囲気での使用にも供することができる。更に、界磁コ
イルを有するため、界磁電流を制御することにより電圧
調整を低損失で容易に行うことができる。

このにうに本発明によれば、界磁制御による電圧調整が
可能な上にブラシを必要とけず、しかも高速回転が可能
な発電機を得ることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図、第２図ｉｔ第
１図のＩＩ−ＩＩ線断面図、第３図は第１図の実施（ζ
１の発電機の磁束波形及び出力電圧波形を回転子及び固
定子の磁極対向を示す展開図と関連させて示したりＪ作
説明図、第４図は本発明の他の実施例を承り正面図であ
る。 １・・・フライホイール、２・・・磁極構成部材、３・
・・口中！、子、６・・・固定子鉄心、７・・・固定子
、Ｐｌ、〜Ｐ１２・・・誘導子極部、Ｑ１〜Ｑ２４・・
・固定子の磁極、Ｆ１〜Ｆ１２・・・界磁コイル、Ｗ１
〜Ｗ１２・・・発電コイル。 第１　図 ＠２　図　７ 笥３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 円筒状の継鉄部の内周から径方向の内側にｎ（ｎは２以
   上の整数。）個の誘導子極部を周方向に等間隔をあけて
   突出させてなるｎ極の回転子と、２ｎ個の磁極を周方向
   に等間隔をあけて配列してなる２ｎ極の固定子鉄心とを
   具備し、 前記固定子鉄心の隣合う２個の磁極が重複しないように
   組合されて周方向に並ぶｎ個の界磁用磁極対が定められ
   るとともに、該ｎ個の界磁用磁極対の隣合う２個の磁極
   を１個の発電コイル巻装用磁極対として周方向に並ぶｎ
   個の発電コイル巻装用磁極対が定められ、 前記ｎ個の界磁用磁極対を交互に異なる極性に着磁すべ
   く界磁コイルが巻装され、 前記ｎ個の発電コイル巻装用磁極対にそれぞれ発電コイ
   ルが巻装されていることを特徴とする誘導子回転形発電
   機。