JPS6366146B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、無停電電源装置に関し、特に1970年
７月21日に発行された米国特許第3521149号およ
び1976年１月６日に発行された米国特許第
3931535号に開示された本発明者による先の発明
の改良に関するものである。

工場、研究所、軍事関係、一般の商業等の種々
の分野において、比較的一定の周波数と比較的一
定の選ばれた電圧の交流電力を供給し、この電力
が停電なしに供給されることが望まれている。周
波数および電圧の大幅な落ち込み、電力の完全な
停電によつて、交流電流の給電先装置が故障した
り、誤動作したりする。これにより時には大きな
損傷が発生する場合がある。コンピユータや電子
制御装置等は、電圧あるいは周波数が狭い余裕値
よりずれた場合、重大な結果をまねく。

一般の市販電源装置は十分に信頼できると考え
られているが、1975年５月10日発行の
“Electronic Design”誌の第100−102頁には、平
均的な市販電源装置においては、完全な停電を含
めて、75％あるいはそれ以上の電圧の降下を伴な
う主要線路の故障は１年に約10回程度生じ、25％
程度の電圧の降下を伴なう小さな故障は１年に
500ないし1000回程度発生するということが書か
れている。このような電源装置においては、商用
線路における電圧の遷移、スパイク等は１年あた
り10000回以上発生し、また、サージは通常の線
路電圧の2000％に達し、これは数ミリ秒、時によ
つては10数ミリ秒持続する。極端に暑い場所ある
いは極端に寒い場所では、10％程度電圧を下げる
（いわゆる“ブラウンアウト”）かあるいはある特
定区域に対する配電を停止するかあるいは工場施
設への電力の供給を停止する等の、手段が一般に
取られる。事故、嵐、火事等の不測の出来事が発
生した場合、回路しや断器が作動して損傷を受け
るおそれのある線路がしや断される。

広い概念で考えると、たとえば、60Hzあるいは
50Hzの商用電源線路において起こりうると考えら
れる事故は次の通りである。

(a) １分ないし１日以上持続するごとく稀にしか
生じない全電力系統に及ぶ事故。

(b) (a)項より高い頻度で発生する短時間の完全な
系統事故あるいは停電であつて、数サイクルか
ら数秒間持続する（しかし、通常は１分以下で
ある）もの。

(c) サージ、スパイク、電圧の一時的な降下、過
渡現象およびノイズ等のような電圧および周波
数の不規則性によるもの。

このように、三つに大別された電力線障害のい
ずれによつても、コンピユータ、電子制御装置
（例、数値制御装置）、ラジオやテレビジヨン放送
および電話施設を含む通信装置、工場および研究
所等におけるプロセス制御装置、検出および監視
装置等の機能に重大な問題が生じる。たとえ、短
時間の停電あるいは狭い余裕幅を超えた電圧スパ
イクあるいは電圧の降下によつても、たとえば、
コンピユータの誤動作を引き起し（これは監視さ
れていないことが多い）、その誤動作が発生した
こと、いつ、どこで故障が発生したかを後に決定
する場合に非常な困難を伴う。電力系統の故障に
よりプロセス制御が失敗した場合、制御を受ける
装置に危険かつ費用のかかる故障が発生し、その
損害は制御を受ける装置だけでなく、処理される
材料あるいは製品にまで及ぶこともある。

病院、ラジオやテレビジヨン放送局、警察等で
は、商用電源系統の停電にそなえて、予備あるい
は補助電源をそなえている。最も広く使用されて
いる予備電源としては、(1)直流−交流変換器およ
び適切なスイツチ手段といつた電気制御装置を蓄
電池と組合せた蓄電池装置(2)制御系とスイツチを
備えたエンジン駆動発電機の二方式が掲げられ
る。蓄電池装置には、使用可能時間が短い（全負
荷運転した場合15分ぐらいである）こと、使用毎
の再充電時間が長く、８ないし20時間もかかるこ
と、購入費用が高く、大きなスペースを要し、保
守が必要なこと等の欠点がある。エンジン発電機
の場合、始動および電力供給に長い時間を必要と
する。このため停電後に制御系統が駆動されエン
ジンが始動し補助電力が装置に与えられるまで長
い時間がかかる。かかる予備電源からの交流電力
は、一般に、電圧レベルが一定であり、周波数が
規則的である通常の交流電力とは比較しえない。
あらゆる場合において、正確に選ばれた周波数と
ほぼ一定の選ばれた電圧をもつ高度に均一な交流
を得るために商用電源系統の故障時にただちに作
動する補助電源装置を備えることは、非常に高価
となる。電源系統の種々の故障から電気装置を保
護する装置についての最近の調査は、1977年６月
に発行された「Mini−Micro Systems」の第38
−45頁の「Power Protection Equipment：Ａ
Survey」に見られる。この文献は、商業的に使
用可能な装置の長所および欠点について述べてい
る。

商業、工業、政府、防衛、科学、医療等の分野
で、ほぼ一定の選ばれた周波数および電圧をもつ
多相交流を供給する無停電電源装置（以下、
NIPS装置という）が、安いコストで能率よく簡
単かつ安く維持ができ、かつ高い信頼性をもつ
て、入手できることが非常に望まれている。かか
るNIPS装置は一般の商用電源装置にうまく適合
するものであることが要求される。そこで、本発
明の目的は、コストが安く能率的で信頼性があ
り、しかも保守が容易かつ廉価に行える多相交流
NIPS装置を提供することにある。

本発明NIPS装置では、停電あるいは乱れの発
生する一般の商用電力線あるいは同等の電源より
電力の供給を受け、堅固で信頼性のあるモータを
駆動する。このモータは、新規な多相発電機を駆
動し、これによりほぼ一定の周波数と電圧をもつ
停電のない多相交流を負荷に与える。両電圧およ
び周波数は、電源系の故障にかかわらず使用者の
要求を満足するように選ばれる。本発明NIPS装
置は商用電力系のあらゆる障害より負荷を完全に
保護することができる。

商用電力系統に全停電事故が生じた場合、モー
タおよび発電機の慣性によつて新規な発電機が作
動し、所望の交流が短いがかなりの時間にわたつ
て負荷に供給する。もし商用電源系統に５〜20秒
の停電が生じた場合、予備エンジンが自動的に作
動して発電し、NIPS装置のモータを回転させ
る。商用電源系統の電力がたとえば数日後に回復
した場合、NIPS装置が自動的に再結合され、一
方、予備エンジンが切断されて停止する。いかな
る場合においても、本発明NIPS装置によれば、
所望交流を停電なしにその負荷に送ることができ
る。本発明によれば、駆動モータ速度が変化した
場合、あるいは負荷が突然に上昇あるいは下降し
た場合でも、たとえば、50Hz、60Hz、あるいは
400Hzのような電気出力を安定かつ停電すること
なく負荷に供給することができる。

三相出力の場合、本発明によるNIPS発電機
は、３個の主要な界磁鉄心を備える支持部材と励
磁用界磁鉄心とを備え、各界磁鉄心は、３％のけ
い素鋼の積層体のような高透磁率軟磁性体で形成
される。４個の界磁鉄心の各々は、硬い、すなわ
ち永久磁性体の薄層を有する円筒状面を備えてい
る。付勢用界磁鉄心は、ＳおよびＮ磁極の磁化パ
ターンに永久的に磁化された永久磁性体層を備え
ている。主界磁鉄心上の永久磁性体層は、発電機
の作動に伴つてＮおよびＳ磁極の所望の磁化パタ
ーンにある残留磁束をもつて磁化可能である。か
かる磁化パターンは、一般に励磁コイルによつて
連続的に変えられる。

他方の支持部材には、３個の主要な電力発生用
のスロツト付の巻回された電機子と１個のスロツ
ト付の巻回された励磁用電機子とが取付けられて
いる。各電機子は、高透磁率の積層された軟磁性
体からなり、更に、界磁鉄心の円筒状表面と一致
した円筒状表面を有し、これらは、その間に小さ
な空隙を介し、かつ、作動的に並置された状態で
互いに回転できるものとする。駆動モータは、一
方の支持部材を他方に対して回転させ、その結
果、巻回された電機子は、界磁鉄心の磁気パター
ンをもつ永久磁石層が通過するときに電位を発生
することができる。ここで、用語「電機子」と
は、スロツト付の巻回された鉄心を意味する。こ
のことは、本発明の好適実施例において、たとえ
固定状態にあつたとしても、同様な意味を持つ。

巻回された励磁用電機子鉄心以外の３個のスロ
ツト付きの巻回された主要電力発生用電機子鉄心
の各々は、励磁コイル付の１対のスロツトを有し
ている。励磁用ステータから発生する交流電流で
適切に付勢されるとき、各電力発生用電機子コイ
ルの励磁コイルは、それに並設された主要磁界鉄
心の永久磁性体の層を磁化し、初期残留磁束密度
の所与のレベルのＳおよびＮ磁極の所定のパター
ンとする。これら３つの巻回された主要鉄心の
各々には、好ましくは励磁コイルに対向する点
で、励磁コイルスロツトから離間したスロツトに
配設された修正巻線が設けられている。この修正
巻線は電流で適切に付勢され磁束を発生する。こ
の磁束は修正巻線に並設された永久磁性材層の初
期残留磁束密度を所定磁束密度レベルに変えるの
に十分であり、これにより電機子鉄心に一次巻線
の所望電圧が発生する。一次巻線は励磁コイルを
通る直径線の一側のスロツトに配設され、二極ス
テータ巻線構造をなす。励磁コイルから時計方向
に約60゜と240゜の位置にあるスロツトには、交流
を発生する補助巻線が巻回されており、またこの
交流は励磁コイルに与えられて、励磁鉄心の励磁
巻線より得られる交流を補う。

励磁用電機子スロツトは、従来のように巻回さ
れ、それにより励磁器界磁鉄心の永久磁化層に対
してかかるスロツトが移動するときに高周波交流
電位を発生する。

各主要電機子鉄心の１次巻線は、適切なレベル
での高調波歪をもつ単相交流を発生する。３個の
主要電機子鉄心の電位出力は、三相交流を発生す
るように組合わされる。この交流は、ほぼ一定の
周波数と電圧をもつので、種々の応用において適
切である。

ある応用例における一層厳格な要求を満足する
ために、１次巻線の交流出力の全高調波歪を、各
主要電機子鉄心に進相巻線を設けることによつて
大幅に改良できる。これらの巻線は選択されたス
ロツトに次のように巻回される。つまり、各巻線
は、次の２点によつて特徴づけられる。(1)同一電
機子の１次巻線により発生する単相交流に対して
約110゜ないし115゜進み、しかし、他の電機子鉄心
の１次巻線の交流出力と同相であること。(2)同相
である他の電機子の１次巻線と直列に接続される
ときに、小さい高周波歪をもつ組合わされた正弦
波を発生するように修正された波形であること。
このように各巻線を定めることによつて、高調波
歪を５％以下に抑えることができる。一般に、１
次巻線は、充分な巻回数を有し、その電圧の60な
いし80％を発生する。更に、進相巻線は、−40％
から30％の平衡を与える。

需要の大きい応用例において全高調波歪を適当
に改良するために、３個の主要な電機子鉄心の
各々を遅相巻線の組によつても巻回する。遅相巻
線は、励磁コイルを通る垂直面で進相巻線に対し
て鏡像関係となるように選ばれたスロツトに巻回
される。各遅相巻線は、次の２点の特徴をもつ単
相交流電位を発生する。(1)同一電機子の１次巻線
に発生する単相交流電位に対して110゜ないし115゜
遅れ、他の１次巻線の交流電位出力と同相である
こと。(2)同相である１次巻線と遅相巻線が直列に
接続されるとき組合わされた交流電位の全高調波
歪が大幅に改善されるように修正された波形であ
ること、ある電機子の１次巻線を他の電機子の進
相巻線と更に、第３の電機子の遅相巻線とを接続
することにより（１次巻線と後者の巻線とは同期
している）、積分された単相交流電位は、５％以
下の非常に低い全高調波歪をもつ。三組の巻線の
電圧配分を１次巻線から約50％、進相巻線から約
25％、さらに遅相巻線から約25％の量とするのが
好適である。スロツトの各巻線の巻回数により巻
線に発生する電圧が決定される。進相巻線は次の
ように配設される。(a)数巻回数の第一組が励磁コ
イルの左右両端に近接している数個のスロツトに
配設される。(b)第二組の巻線が反時計方向に続く
数個の連続したスロツト間にループ状に配設され
る、（左手のスロツトは(a)項の第一組の巻線を有
している）。これらの巻線ループは、第一のスロ
ツトから始まり修正巻線を通り反時計方向に延び
る直径線の右に向つて順次配設されている数個の
スロツトに配置される。遅相巻線は次のようにし
て配設される。(c)上記(a)項の第一組の進相巻線と
同じスロツトに第一組の巻線が配設される。(a)お
よび(c)項に述べた組の巻線を含む右手のスロツト
にすぐ続き時計方向に延びるいくつかの連続した
スロツトに第二組の巻線が巻回される。ついでこ
の巻線は、第一のスロツトで始まり、修正コイル
を通り時計方向に延びる直径線の左方向に連続し
て配設された数個のスロツトに巻回される。各ス
ロツトの巻数は可変であり、更に、進相及び遅相
巻線を含むスロツトの個数は特に低いレベルの高
調波歪を得るために望まれる波形形状の種類とそ
の量に従つて選択できる。以上のように、相補的
な形状の交流電位出力を進相および／または遅相
巻線より得ることができる。この場合、これらの
巻線は、その交流電位が同期している１次巻線に
直列に接続され、そして、このように組合わされ
た場合、全高調波歪の小さい積分された交流電位
が得られる。

本発明では、新規な電気制御装置が用いられ、
いくつかの機能を実行する。そのひとつの機能で
は、励磁巻線からの交流の流れを修正し、制御
し、交流電流を、適切な時に、適切な量だけ、さ
らに適切な交流周波数で３個の電機子の励磁コイ
ルに与えることにより、各並設界磁鉄心の永久磁
性層が高い初期残留密度でＮおよびＳ磁極の所定
の磁化パターンをとるようにする。補助巻線が共
振回路に接続され、さらに電流が励磁コイルに時
間制御された間隔で与えられ、励磁コイルからの
電流を補充する。制御装置は、並設界磁鉄心の永
久磁化層の磁極パターンの残留磁束と１次巻線が
作用したときに発生された該巻線の過剰電圧出力
に応答する。制御装置は、電圧調整器を備え、時
間制御された電流を各電機子の修正巻線に与え
る。これは、永久磁化層のＳおよびＮ磁極の各々
の残留磁束密度を、１次巻線が所望電圧を発生す
るようなレベルに、減少または修正する程度に行
われる。この制御は、１個の電機子をもつ単相交
流発電機、２個の電機子をもつ二相発電機あるい
は同様に多相発電機に適用できる。

主要電機子鉄心の各々の１次電力発生巻線（進
相および遅相巻線を含む）の出力電圧は、励磁コ
イルに与えられる交流電流によつて、さらに制御
される。その結果、永久磁化層は１次巻線に所望
電圧を誘起するに充分な初期残留磁束密度に磁化
される。これは励磁器からの出力リード線間上に
制御可能で可変のリアクタンスを並列に接続する
ことにより容易に達成できる。なお、この可変リ
アクタンスは、電気制御装置の電圧調整器からの
出力により制御される。また、可変リアクタンス
を出力リード線に直列に接続することもできる。
電圧調整器は、また、同時に、正確な入力を修正
コイルに与え、それにより修正コイルが作動し、
永久磁化層の初期残留磁束の必要な小さな修正を
行うことにより微細な制御を行い、更に巻線電圧
が突然の負荷変動等により変化して突然の電圧変
動をきたすような場合にかかる初期残留磁束密度
の急激な変化を与える。

他の電気制御装置の素子を設けて、一般の商用
電力系統が数秒以上もしくは時間遅れ機構を備え
るスイツチ装置によつて予じめ定められた期間に
わたつて停電されるとき、動作可能とする。これ
により予備エンジンが始動しモータのロータを直
接に駆動する。これは磁気クラツチによつて達成
できる。また、予備エンジンは予備発電機を駆動
して電力を発生させ、この電力によりNIPS装置
のモータを駆動する。また、商用電力線は、その
電力が復帰するまで接続されない。電力が復帰し
たとき、電気制御装置によりエンジンを停止さ
せ、モータを電力線に再び接続する。

なお、上述した米国特許第3521149号および第
3931535号においては、本発明における修正巻線
および補助巻線を用いておらず、しかも、本発明
は、進相および遅相巻線を設け、他のステータに
おける一次巻線とそれらの接続について改良を施
したものである。

上記米国特許第3521149号に開示した発電機と
その応用は雑誌「ポピユラーサイエンス」第203
巻第１号（1973年７月）の第38−40頁の「New
Alternator Delivers 60−Cycle Power at any
Speed」E.F.LindsleyやIEEE P.E.S.冬期会合お
よびTelsaシンポジウムの論文第A760356（1976年
１月25−30日）の「The Roesel Generator」L.
R.Hermanその他の多数の論文に記載されてい
る。

1946年３月24目付で発行された英国特許第
576351号は電圧可変で周波数一定の発電機につい
て記載している。この発明においては、鋼製ある
いは他の高い保持力を持つ材料で形成される固体
スリーブあるいは円筒よりなる可変速度モータ
が、交流が供給される入力巻線を持つステータ内
に配置され、この交流はロータの鋼製スリーブを
磁化し、ステータの出力巻線に交流を誘起し、こ
の交流の周波数は入力巻線の周波数と類似の周波
数であるが、電圧出力はロータ速度と直接に関連
し、ロータ速度が変るにつれて変化する。上記英
国特許の発電機の構造および動作は、本発明によ
る装置とは反対の結果をもたらす。すなわち、本
発明の装置では、電圧と周波数の両方がロータの
速度の変化にかかわらず一定のままである。さら
に、本発明では、鋼製のあるいは他の保持力の大
きな材質の固体のスリーブあるいは円筒体とステ
ータの交流入力巻線とを使用している。このこと
は、有用な電力出力を発生するためには、本来的
には、そぐわないことである。ロータを磁化する
場合、通常、入力巻線は出力巻線で得られる電力
より大きな電力を必要とする。このことは実験に
よつて確かめられている。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。

本発明無停電電源装置（以下NIPS装置と略
記）の構造を第１図に示す。ここで、NIPS装置
はほぼ一定の電圧のもとにほぼ一定に選定された
周波数を持つ三相交流電流の電気信号を供給す
る。通常は、NIPS装置１０は、商用電源あるい
はそれと同等の電力源からの電流によつて、付勢
される。2KW以上の出力を持つNIPS装置の場
合、商用電源１２は通常の三線ライン１４による
60又は50Hzの三相交流を供給する。1KW以下の
小型のNIPS装置の場合、単相交流線路が適切で
ある。線路１４は転送スイツチ１６に接続されて
おり、商用電力が電源１２より給電される限り、
電流がこのスイツチよりモータ接触装置２０に、
導線１８を介して与えられる。静止状態より本装
置を作動させる場合、接触装置２０はまず電流を
導線２２を介して始動モータ２４に与える。始動
モータとしては、高抵抗のロータをそなえた誘導
モータを用いるのが望ましい。かかるモータを用
いることによつて、完全な線間電圧が界磁に与え
られると、高抵抗が形成されステータの界磁電流
を許容できる低い値に制限する。始動モータ２４
のフレームは作動モータ２８のフレームに結合さ
れ、これらモータの軸は一体的に結合されてこれ
らは一体となつて作動する。始動モータ２４が本
装置の所望動作速度に近い速度、たとえば、この
動作速度の約2/3に達すると、モータ接触装置２
０が作動し導線２２を流れる線路電流を切換えて
線２６を介して作動モータ２８に与える。この作
動モータ２８は高能率、高信頼性の誘導モータ、
例えば、かご型モータである。また、このモータ
２８は導線１８からの電流によりこのようにして
付勢されると、通常の動作速度に達する。この動
作速度は、60Hzの出力の場合、全定格負荷で約
3550rpmである。始動モータ２４への給電は作動
モータ２８が付勢されるのと同時にあるいはその
直後に、接触装置２０によつて停止される。これ
によつて、モータ２８のみがNIPS装置１０の通
常の動作態様で動作する。この場合、このモータ
は番号３０で一括表示される発電機として働く。

発電機 モータ２４と２８の結合されたフレームは、箱
桁状の支持ハウジング３２の上部の面に堅固に取
り付けられている。この支持ハウジング３２はほ
ぼ円筒状の主ハウジングフレーム３６の上端に適
切に取り付けられている。この結合されたモータ
軸の下端４０は支持ハウジング３２内の空所に延
在している。ここで、この下端４０は結合部材４
２によつて発電機３０の発電機軸４４の上端に結
合される。発電機軸４４は主ハウジングフレーム
３６の下端に向けて延在しており、その端部はテ
ーパ状をなし、テーパ端４６を形成している。テ
ーパ端４６には、キー溝あるいは、スプラインを
そなえている。これによつて、このテーパ端は下
部のハブ４８の密着ソケツトに堅固にはめこま
れ、駆動される。なお、ボルト手段４９が用いら
れており、これによつてテーパ端等が結合され
る。下部ハブ４８は下方中央部が突出した軸受５
０をそなえており、この軸受５０はフランジ状ベ
アリング５２に回転自在に支承されている。ベア
リング５２は、ゴム製の衝撃吸収体を介して延在
するボルト５４によつて縦けた板５６に取り付け
られている。縦けた板５６はその両端を主ハウジ
ングフレーム３６の内壁にボルトあるいは溶接に
よつて取付けられている。この構造によつて軸４
４の下端を正確に芯出し、また、その振動を減ら
しかつ横方向の移動を抑える。

下部ハブ４８には、下部の円形板５８および内
方に曲げられた上部フランジ６２をそなえた中央
円筒状保持体６０の両者を堅固に取付けており、
これによつて、これらは一体に回転する。内曲フ
ランジ６２は、ボールベアリング６４の外部レー
スを取り囲むように配置されてボールベアリング
６４の周囲を自由に回転できる。下部板５８には
通気孔５９が設けられている。この通気孔５９を
通る冷却用空気はハウジングフレーム３６の底部
の開口３７より導かれる。下部の円形板５８の外
周には、大きな円筒状ロータスリーブ６６が取り
付けられている。このスリーブ６６は軸４４の上
方に向けてこの軸と同軸的に延在している。この
スリーブ６６の上端は、通気孔６７をそなえた上
部ロータ端部板６８に、ボルトどめされるか着脱
自在に取付けられている。しかして、冷却空気は
開口３７より入いり通気路５９を通つてロータス
リーブ６６の内部に入り、加熱された空気は通気
路６７を通りハウジングフレーム３６の開口上端
部を経て排出される。間隙６９はハウジングフレ
ーム３６とロータスリーブ６６との間に形成され
ており、スリーブ６６が軸４４を中心として回転
するときに、その自由な回転を可能となし、しか
もまた、冷却空気がこの空隙６９を介して循環す
る。

発電機３０の電流発生構成要素は円筒状ロータ
スリーブ６６内に配置されており、これらは３つ
の回転界磁鉄心７０Ａ，７０Ｂ、および７０Ｃよ
り構成されている。これら回転界磁鉄心はロータ
スリーブ６６の内壁７１に取り付けられている。
各回転界磁鉄心は高透磁率の軟磁性体で形成され
る。この軟磁性体には、けい素鋼の積層体、コバ
ルト−鉄の積層体、あるいは軟磁性体の粉体を混
ぜ合せたものなどがある。軟磁性体としては、軟
鉄あるいはシリコン−鉄などがある。各界磁鉄心
７０Ａ，７０Ｂおよび７０Ｃにはその中央部に大
きな円筒孔７２を配設する。この円筒孔７２は軸
４４と同軸となつている。この孔７２の表面に
は、軟鉄あるいは硬磁性体の薄層７４Ａ，７４Ｂ
あるいは７４Ｃが形成されている。この磁性体と
しては、バリウムフエライト、ストロンチウムフ
エライトあるいは混合フエライト等の高抵抗セラ
ミツク材料又は磁気記憶のよい同様の材料等があ
る。これら薄層７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃは、円筒
孔７２の面に接着した薄い板状体として又は粉末
化したセラミツク磁性体あるいはアルニコ材料と
樹脂性バインダとの混合物をその位置に硬化させ
たものとして与えてもよい。永久磁石層７４の露
出面７５は、円筒状であつて軸４４と同軸であ
る。ロータスリーブ６６の内壁に取付けられたス
ペーサリング７６の界磁鉄心７０を所定位置に配
置するため界磁鉄心７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃの下
側、中間および上側に配置されている。

界磁鉄心７０Ｃの上端に配置された最上部のス
ペーサリング７６の上側には、小さな励磁器界磁
鉄心８０が配置されている。鉄心８０は、他の鉄
心７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃと同様な高透磁率の軟
磁性体で構成されている。界磁鉄心８０は軸４４
と同軸の円筒状孔８２をその中央部に有してい
る。この円筒状孔８２の面には永久的に磁化され
た永久磁性体の層８４が配置されている。この磁
性体は層７４に対して使用されるものと同様のも
のとすることができ、エポキシ、ポリエステルあ
るいは他の樹脂によつて接着される。これらの永
久磁石は所定数のものを北極Ｎと南極Ｓの磁極を
交互にして配置されるものとする。層８４の露出
表面は円筒状であり、しかも軸４４と同軸であ
る。スリーブ６６の内壁に取り付けられた保持リ
ング８６は、界磁鉄心８０の上方あるいは上端に
接触して配置されて、スリーブ６６を正しい位置
に保持する。

発電機ステータ 大きなカラーブツシング９０が、箱桁状支持ハ
ウジング３２の底壁を通つて延在している。この
カラーブツシング９０はハウジング３２に溶接あ
るいはボルト締めされている。また、ブツシング
９０には、円すい形のボアを形成し、このボアに
は密接する円すい部９４を有し、上部に段差を持
つ支持部９２がはめ込まれている。支持部９２
は、ロツクナツト９６によつて堅固にかつ回転し
ないように固定されている。肩部あるいはステツ
プ部９８は支持部９２の円錐部９４の下方にあ
り、この肩部９８上にはボールベアリング１００
が配設されている。このボールベアリング１００
の外部レースには上部のロータ板６８が取り付け
られている。その結果、ロータ板は固定支持部９
２のまわりを自由に回転できる。長い円筒スリー
ブ１０２の上端は固定支持体９２の内部ボアに堅
固に取り付けられている。このスリーブ１０２の
上端は軸４４と同軸に下方に延在する。また、こ
れらの間には空隙が存在している。円筒スリーブ
１０２の下端は、肩部あるいはステツプ部１０７
の下部ハブ４８のところで終端している。ボール
ベアリング６４の内部レースが肩部１０７に嵌合
されており、ロツクナツトのような適切な締付手
段で固定して保持されている。

ボールベアリング６４の上方には環状板１０９
があり、円筒状スリーブ１０２に摺動可能に取り
付けられている。さらに、一連のスロツト付ステ
ータ鉄心１１０Ａ，１１０Ｂおよび１１０Ｃがこ
の環状板に載置されている。各ステータ鉄心は隣
接して協働する界磁鉄心７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ
のそれぞれと作動的に並置され、かつ整列してい
る。各スロツト付きのステータ鉄心１１０Ａ，１
１０Ｂ，１１０Ｃは、たとえば、３％のけい素鋼
を含む成層体等の高透磁率の軟磁性体で形成され
ている。スロツト付のステータ鉄心は円筒状の外
面を有し軸４４と同軸である。ステータ鉄心の外
面と界磁鉄心の整列して協働する円筒面７５との
間には小さな間隙が形成されている。ステータ鉄
心１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃのスロツトには
巻線が配置されている。この巻線は第１図では番
号１１４で示されている。ステータ鉄心の巻線
は、その本数、構成および機能の点で特殊であ
り、その詳細については、特に第２図を参照して
後述する。

各スロツト付ステータ鉄心間にはスペーサ１１
５を配設する。スペーサ１１６は鉄織１１０Ｃの
頂部に配置する。スペーサ１１６上にはスロツト
付きの励磁器ステータ鉄心１１８が配置されてお
り、このステータ鉄心は励磁器界磁鉄心８０と作
動的に並置されかつ整列している。励磁巻線１２
０は励磁鉄心１１８のスロツトに載置されてい
る。永久磁化パターンの層８４をそなえた界磁鉄
心８０が巻線１２０を通過するとき、交流電位、
好ましくは高周波数の三相交流が発生する。これ
町は、層８４に多数のＮ極及びＳ極の磁極を順次
に配置しかつ励磁鉄心のスロツトに巻線１２０を
配線することによつて行われる。軸４４の回転速
度での励磁巻線１２０の周波数出力は、負荷への
主要交流出力の所望周波数よりも多数倍の大きさ
をもつ。たとえば、所望の主要交流出力が60Hzで
あるなら、励磁ステータ巻線は400Hzないし1800
Hz程度の三相交流を発生することとなる。その理
由については、後述する。

円筒スリーブ１０２にステータ鉄心を固定する
ために、保持板１２２が円筒スリーブに溶解さ
れ、さらに３本の長ボルト（図示せず）を担持し
ている。これらのボルトは４つの鉄心１１０Ａ，
１１０Ｂ，１１０Ｃ，１１８を通り、さらに環状
板１０９の穴を通つて延在している。ナツトが環
状板１０９の下で締め付けられると、ボルトによ
り環状板１０９、４つの鉄心およびスペーサ１１
５と１１６が締め付けられて一体の組立体を形成
する。この一体の組立体は保持板１２２より懸垂
する。

リード線を巻線１４４および１２０に接続する
ために、数個のスロツトあるいはチヤンネル（図
示せず）が段階状支持部９２に形成される。これ
によつて、リード線は対をなして励磁鉄心１１８
の周辺スロツトを通り、ついでステータ鉄心１１
０Ｂおよび１１０Ｃのスロツトのうちのいくつか
を通つて、通過せしめられる。リード線は鉄心１
１０Ａを超えては延在しない。リード線束１３０
は、第１図に示すように、発電機３０から電気制
御装置１３２に接続されている。同様に、負荷出
力リード線１３４は、選択されたほぼ一定の周波
数と電圧の三相交流電流の給電を所望する電気装
置（図示せず）に接続されるものとする。

ステータ鉄心巻線 数個の巻線とコイルをそなえたステータ１１０
Ａの平面図が第２図に図示されている。ステータ
鉄心１１０Ｂと１１０Ｃとは同様に構成され巻回
されている。鉄心１１０Ａは、たとえば、高透磁
率の３％のけい素鋼の、打ち抜きをもつ成層スタ
ツクであり、図示のようにノツチあるいはスロツ
トおよび歯状部が特殊な形状をしている鉄心１１
０Ａの各成層体は中央に大きな穴２００を有し、
円筒スリーブ１０２のまわりに緊密に嵌め込まれ
ている。一連の小さな穴２０２（通常は、３個で
十分である）を設け、これらの穴２０２によつ
て、異つた形状のノツチを打抜くためパンチプレ
スに成層体を容易に整列させることができ、ま
た、いくつかの成層体を組立てて積層して中実鉄
心を得ることもでき、さらに、この穴２０２によ
つて、鉄心１１０Ａおよび他の鉄心を組立体に保
持するため、発電機の保持板１２２より前述の長
ボルトを通すことができる。

第２図に示すように、ステータ鉄心１１０Ａの
頂部には比較的大きな歯状部２０８の両側部に２
個の大きなスロツト２０４および２０６が形成さ
れている。この歯状部２０８には大きな励磁コイ
ル２１０が配置されている。電気制御装置１３２
は励磁巻線１２０より得られる特定の交流電流を
励磁コイル２１０に与える。このように付勢され
ると、励磁コイル２１０は、ピークアンペア時に
歯状部２０８の比較的狭い領域で大きな磁束を発
生する。この磁束によつて、界磁鉄心７０Ａが回
転するとき、界磁鉄心７０Ａの層７４の永久磁性
体の選ばれた近接領域を磁化し飽和、すなわち他
の高磁束レベルにする。本発明の重要な特徴は、
発電機３０の動作を効率良く行わせるため、この
狭く、強力な磁束を発生させることである。励磁
コイル２１０を機能させることにより、層７４Ａ
には、磁気材料の飽和あるいはBrに近い初期の
磁束磁束密度でもつて、永久磁化材料の所望の磁
極パターンが発生する。このようにして、励磁コ
イル２１０および歯状部２０８は層７４Ａにおけ
る磁化可能な永久磁性材に作動する磁気書込みヘ
ツドを構成する。この書込みヘツドは予め与えら
れた磁極の任意の部分をコイル２１０の電流によ
つて決定される任意の磁束密度レベルに、すなわ
ち、ある極性の飽和から他の極性の飽和に変える
ことができる。

励磁コイル２１０から離れた点、好ましくは歯
状部２０８の対向部に、中間の長さを持つ少なく
とも一対のスロツト２１２が設けられている。実
施例では、４つのスロツト２１２が図示されてい
る。各スロツト対間には少なくとも１つの歯２１
４が配置されており、歯２１４には、修正または
修飾巻線２１６が巻回されている。この修飾巻線
２１６のほとんどは歯２１４に巻回されている
が、その一部は近接スロツト２２２に配設され歯
２２０を巻回してもよい。全巻線を収容するた
め、中間長のスロツト２１２は４つ以上であつて
もかまわない。電気制御装置１３２は、時間制御
されかつ正確にその大きさを制御された交流電流
を修飾巻線２１６に供給する。この電流は、通
常、歯２０８ではなく歯２１４により低磁束密度
を発生しうる量に選ばれる。従つて、以前に磁化
された層７４Ａが単独のあるいは複数の歯２１４
を通過するとき、層７４Ａの磁極を僅かに減磁し
て所望の、通常は低い、残留磁束密度にする。層
７４Ａの以前に与えられた残留磁束密度をこのよ
うに制御することによつて、ステータ鉄心１１０
Ａの一次出力巻線に誘起された電位は制御された
所望値に維持される。修飾巻線は励磁コイル２１
０と対向した点でなく他の位置であつてもよい。
しかしながら、図示の位置の場合良好な結果が得
られる。

必要電流を励磁コイル２１０に一層効率よく供
給するためには、帰還用補助巻線２１８を、歯２
０８から時計方向に約60゜および240゜に設けられ
たスロツトに配置される。補助巻線２１８を磁化
層７４Ａが通過すると、交流電位が補助巻線に誘
起され、励磁コイル２１０と容量とからなる共振
すなわちタンク回路を介して与えられ、電気制御
装置１３２で与えられる交流電流を励磁コイルに
補足的に与える。このように、補助巻線２１８を
設けることによつて、電気制御装置１３２の小型
化・低廉化を図ることがてきる。本発明の具体的
一実施例では、制御装置１３２は励磁巻線１２０
からの約２アンペアの電流を供給した。一方、補
助巻線２１８は４ないし６アンペアの電流を励磁
コイルに与えた。

ステータ以外の各々の巻回された主ステータ鉄
心は、交流電位を発生する２組の一次巻線によつ
て形成された二極巻線体をそなえている。一次巻
線は、小さなスロツト２２２の大部分とスロツト
２１２に巻回されている。一実施例においては、
一組の一次巻線２２４がスロツト２０４−２０６
のすぐ右の第１の８個のスロツトに配設されてい
る。また、一次巻線２２４は最初の８個の底部ス
ロツトを通つている。底部スロツトは、励磁コイ
ル２１０からスロツト２１２を通る線から反時計
方向に延びている。さらに、８個の介在非充填ス
ロツトがある。他の組の一次巻線２２６は、スロ
ツト２０４−２０６の左方にある最初の８個のス
ロツトに配置され、さらに底部の最初の８個にも
配設されている。一次巻線は励磁コイルとスロツ
ト２１２を通る直径線より時計方向に延在してい
る。巻線２２４と２２６とは垂直面に関して対称
となつている。SN極パターンに磁化された層７
４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃをそなえた界磁鉄心がステ
ータ鉄心１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃを中心に
回転するにつれ、一次コイル２２４，２２６に交
流電位を発生する。この電位はほぼ一定の電圧と
周波数を有し、全高調波歪は妥当な量に抑えられ
ており、この交流電源は商工業の種々の用途に対
して非常に好適である。各鉄心の各組の一次巻線
は単一位相の交流電位を発生する。励磁コイルが
互いに120゜離間し、各ステータの交流出力が他の
２つのステータの出力の各々と120゜の位相差を有
するように、ステータが円筒スリーブ１１２に放
射状に配置されている。共通の中性線と３本のリ
ード線を各組立の一次巻線に接続することによつ
て、三相交流出力が得られる。

種々の応用において、発電機３０から主交流電
位出力はその全高調波歪が小さいことが望まし
い。これを達成するためには進相巻線２２８と遅
相巻線２３０を各コア１１０Ａ，１１０Ｂ，１１
０Ｃの選ばれた位置に配置する。前述したよう
に、進相あるいは遅相巻線のみを使用しても、高
調波歪が全体に改良されるという効果が得られ
る。

第２図を参照するに、進相巻線２２８は次の方
法で、図示の特定鉄心に配設される。一組の巻線
２２８Ａが、励磁コイル２１０の左右双方の最初
の８つの連続したスロツト２２２に巻回される。
他の組の巻線２２８Ｂは、巻線２２８Ａをそなえ
た８つのスロツトから反時計方向の８つの順次の
スロツトと第１の底部スロツトから励磁コイル２
１０の中心部からスロツト２１２に延びる直径線
２２９の右方への反時計方向の８つの連続したス
ロツトとの間に、巻回されている。遅相巻線２３
０は一組の巻線２３０Ａをそなえ、該巻線は、巻
線２２８Ａが配設されている励磁コイルの両側の
同じ８つのスロツトに配設されている。第２組の
巻線２３０Ｂは、励磁コイルから右側の８つのス
ロツトから時計方向の連続した８つのスロツト
と、第１の底部スロツトから励磁コイル２１０を
介した直径線の左への時計方向の８つの連続した
スロツトとの間に、巻回される。

磁化層７４をそなえた界磁鉄心７０Ａ，７０Ｂ
および７０Ｃがステータ１１０Ａ，１１０Ｂ，１
１０Ｃを中心に回転するとき、各ステータの進相
巻線２２８は単相交流電位を発生し、その電位は
同じステータの一次巻線２２４および２２６に発
生する交流電位より角度約112゜だけ進相である。
しかし、これは他のステータの単相交流電位と同
期する。各ステータの遅相巻線は単相交流電位を
発生し、この交流電位は同じステータの一次巻線
で発生する単相交流電位より約120゜の遅れを持
つ。しかし、この交流電位は進相巻線が同期する
同じステータではない他のステータの一次巻線よ
り発生する単相交流電位と同期する。このよう
に、各ステータの一次巻線は他のステータの進相
巻線および第三番目のステータの遅相巻線と直列
に接続されている。これら同期出力の３つの組合
せられた単相電位は相補的であり、ほぼ５％以下
のごく僅かの高調波歪を持つ積分された正弦電圧
波となる。スロツトの各巻線の巻回数は、進相お
よび遅相ともに同じであり、また一次巻線の巻回
数は進相および遅相の全巻線数となる。さらに、
各巻数の発生する電圧は巻回数に正比例する。

電気制御装置 適切かつ効率がよくしかも信頼性のある制御装
置の一例の回路図を、第３図および第４図に示
す。第３図において励磁装置１１８の巻線１２０
に発生する交流電位は、リード線１３０によつ
て、電源供給装置１５０に給電される。巻線１２
０からの交流周波数は巻線２２４〜２２６からの
交流電位の所望周波数に比較して複数倍高い方が
良い。従つて、巻線２２４〜２２６からの所望周
波数が50Hzあるいは60Hzである場合、励磁巻線か
らの適切な周波数が400Hzないし1800Hzとなる。
一次巻線２２４〜２２６からの60Hzの出力に対し
ては、電源供給装置１５０がリード線１３０を介
して流れるたとえば600Hzの交流の一部を整流す
る。直流電流はリード線１５４によつて発振器分
割駆動ユニツト１５６に与えられる。更に、電源
供給装置１５０内には、リード線１３０より交流
出力を供給される一次コイルと変圧器関係で結合
された一連の二次コイルを設け、これら一連の二
次コイルからは、交流出力が、リード線１５２
Ａ，１５２Ｂおよび１５２Ｃを介して、励磁駆動
ユニツト１６０Ａ，１６０Ｂおよび１６０Ｃにそ
れぞれ供給される。この交流出力の使倫にあたつ
ては、第１の励磁駆動ユニツト１６０Ａは、高周
波交流を正確な60Hzの単相交流に変換し、更に導
線１６２Ａを介してこの電位を励磁コイル２１０
Ａに供給する。コイル２１０Ａは、容量１６４Ａ
と補助巻線２１８Ａとを備えた直列又は並列共振
回路を構成している。第２及び第３の励磁駆動ユ
ニツト１６０Ｂ及び１６０Ｃの各々は、励磁コイ
ル２１０Ｂおよび２１０Ｃ、容量１６４Ｂおよび
１６４Ｃおよび補助巻線２１８Ｂおよび２１８Ｃ
を有する共振回路（タンク回路）に接続される。
これらの励磁コイル２１０Ｂおよび２１０Ｃの単
相交流電位は、コイル２１０Ａの電位に対して、
それぞれ120゜および240゜だけずれている。

適宜な発振器分割駆動器１５６は、1976年１月
６日付で発行された米国特許第3931535号の第１
０ｂ図に図示され、同第18欄に記載されたユニツ
トを用いることができる。発電機３０の一次巻線
２２４〜２２６及び進相並びに要すれば遅相巻線
の交流出力電圧を制御するために、第１駆動装置
１６０Ａは交流電位を導線１６６Ａを介して第１
電圧レギユレータ１６８Ａに加える。このレギユ
レータ１６８Ａには、出力巻線１７０Ａからの交
流電位がリード線１７３Ａおよび共通中性線１７
４Ａを介して供給される。出力巻線１７０Ａは、
互に直列に接続された巻線２２４，２２６，２２
８および２３０の全体を線図的に表わすものであ
り（以下同様）、レギユレータ１６８Ａは周知の
方法で２つの電圧を比較する。なお、上記米国特
許第3931535号の第１０ｄ図に図示され、その第
９欄に記載されている電圧レギユレータを上記レ
ギユレータ１６８Ａ，１６８Ｂ、および１６８Ｃ
として使用することができる。出力巻線１７０Ａ
に発生する電圧が所望値よりも高い場合、すなわ
ち、導線１６６Ａにおける値よりも大きい場合、
電圧レギユレータ１６８Ａは充分な電流を導線１
７６Ａを介して、修飾巻線２１６Ａに供給し、歯
１２４に減磁磁束を発生させる。この磁束は層７
４ＡのＮ極およびＳ極を、巻線１７０Ａに所望交
流電位を発生させる残留磁束密度のレベルに減磁
するのに充分である。同様の電圧調整がレギユレ
ータ１６８Ｂ，１６８Ｃによつて行なわれる。そ
の結果、導線１７２Ａ，１７２Ｂおよび１７２Ｃ
は、ほぼ一定の電圧と周波数を持つ三相交流を負
荷に与える。

励磁駆動ユニツト１６０Ａの回路の詳細を第４
図に示す。電源ユニツト１５０からリード線１５
２によつて給電される、たとえば、600Hzの交流
は、励磁駆動ユニツト１６０Ａの巻線１８０〜１
８３と結合された巻線１５１および磁心１５３を
有する変圧器を付勢する。これによつて第１ステ
ータ鉄心７０Ａの励磁コイル２１０Ａに交流を与
える。変圧器巻線は、中央タツプ２１０と外部接
続線１８４とを有しており、巻線１８０から外部
接続線１８４を介してシリコン制御整流器（以下
ではSCRと略記する）ユニツト１８５に交流を
供給する。一方、他の外部接続線１８６により巻
線１８１と第2SCR１８７とを接続する。巻線１
８２および１８３は中心タツプ接続線１８８を有
し、他方の外部接続線１８９は巻線１８４から第
3SCR１９０に電流を供給し、他の出力接続リー
ド線１９１は巻線１８２から第4SCR１９２に交
流を供給する。SCR１８５，１８７，１９０お
よび１９２には、これらSCRユニツトのゲート
端子に接続されたリード線１５８により発振器分
割駆動器１５６より適切なタイミングをもつた60
Hzのゲートパルスを供給される。例えば、60Hzの
交流を発生させる場合の動作にあたつては、上記
４個のSCRの共通導線１９３は、1/120秒毎に、
正及び負の600サイクル電位による複数個の順次
整流半サイクルであつて、連続する60Hz半サイク
ル間には無電位の小区間を有する波形の１極性の
電気信号を受信する。各半サイクル間に多少の零
電位区間を設けることは、SCRユニツトによつ
て600Hzの電位を適切に整流するために望ましい。
たとえば、スパイクあるいは他の不所望の電位の
ような高周波過渡現象を除去するために、導線１
９３の整流電流は、インダクタンス１９４に結合
されている。このインダクタンス１９４は、空隙
１９６をそなえたチヨーク変成器の巻線１９５の
中央タツプに接続される。60Hzの電流は、巻線１
９５よりリード線１９７および１９８を介して励
磁コイル２１０Ａおよび補助巻線２１８Ａに供給
される。励磁コイル２１０Ａおよび巻線２１８Ａ
はコンデンサ１６４Ａを有する直列又は並列共振
回路に接続されている。中央タツプ２１０および
１８８への回路は、リード線１９９および２０１
によつて完結されている。

第４図ではSCRユニツトを用いた回路を一例
として示したが、他の同等な半導体装置を用いる
こともできる。このように導通および非導通状態
に正確に制御できるトランジスタおよびそれと同
様の半導体装置を用いても、第３図および第４図
の回路において所望の交流を発生させるために使
用できる。

電圧レギユレータ回路の変形例を第３Ａ図に示
す。第３図においては、第１電圧レギユレータ１
６８Ａは調整電位を修飾巻線２１６Ａに対しての
み与え、これら巻線２１６Ａによつて層７４Ａの
初期残留磁束に適当な変化を及ぼすようにしてい
る。他方、第３Ａ図の例においては、第１電圧レ
ギユレータ４６８Ａは、リード線１６６Ａを介し
て第１励磁駆動器より供給された電位によつて付
勢され、第１の調整交流電圧を修飾巻線２１６Ａ
に与え、それにより第１図の界磁鉄心７０Ａの、
層７４Ａの初期残留磁束に急激な変化を与える。
電圧レギユレータ４６８Ａは第２の調整交流電圧
を導線４７０を介して分路リアクタンスユニツト
４７２にも与える。分路リアクタンスユニツト４
７２はリード線１５２と１５２′との間に接続さ
れており、これらリード線により励磁巻線１２０
から交流電位を与える。分路リアクタンスユニツ
ト４７２は、インダクタンスコイル４７４と磁気
増幅器コイルユニツト４７６とより形成できる。
増幅コイル４７６は、２つのコイル４７８および
４８０とこれらコイル間に挿設された磁心４８２
を有し、周知の形態で動作するものである。交流
電位がレギユレータ４６８Ａからコイル４８０に
与えられたとき、それによりコイル４７４および
４７８のリアクタンスを変化させ、ついで、リー
ド線１５２によつてコイル１５１に印加される電
圧を周知の方法で変える。このように分路リアク
タンスユニツト４７２によつて、コイル１５１の
電圧は、レギユレータ４６８Ａにより、所定レベ
ルとなるように容易にしかも正確に制御される。
その結果、コイル１８０〜１８３に発生する電圧
は、選択されたレベルとなり、したがつて、励磁
コイル２１０Ａには充分な交流電流が加えられて
層７４Ａを所望の初期残留磁束密度に磁化する。
その結果、第１ステータの巻線１１４に発電機３
０の所望出力電圧に非常に近い電位を発生させ
る。必要に応じて、レギユレータは、導線１７６
Ａにより、小さな補正用交流電位を修飾巻線２１
６Ａに与える。これにより層７４Ａの残留磁束の
微調整が直ちに行なわれ、更に、巻線１１４に誘
起された電圧出力を所望値にする。

レギユレータ４６８Ａに応動するリード線１５
２と１５２′との間の分路リアクタンスは、励磁
巻線からのリード線１５２の電圧を制御するため
の唯一の手段である。あるいはまた、リード線１
５２に可変リアクタンスユニツト（例えば、モー
タによつて作動可能な抵抗）を直列に押入しても
よい。この場合、この可変リアクタンスは、レギ
ユレータ４６８Ａからの信号に応動してリード線
１５２のリアクタンスを増大あるいは減少させ、
コイル１５１に与えられる電位をそれに対応して
変化させる。その結果、コイル１８０〜１８３は
励磁コイル２１０Ａを適切に付勢するのに必要な
正確な電位を有し、従つて層７４Ａに必要な初期
残留磁束が発生する。

通常は、導線１９３に、不所望の電気的過渡現
象は殆んど発生しないので、大抵の場合、第４図
の回路に示したチヨーク変成器１９５を用いる必
要はない。その場合の第４図の変形例を第５図に
示す。ここでは、第４図に示したリード線１９３
により60Hzの電流をインダクタンス１９４に与え
る。インダクタンス１９４は励磁コイル２１０Ａ
の中央タツプに接続され、この励磁コイル２１０
Ａの両端は共振回路の補助巻線２１８Ａおよびコ
ンデンサ１６４Ａに接続される。リード線１９９
および２０１もまた共振回路に接続される。

次に、本発明の変形例を第６図および第７図に
示す。本例では、電気制御装置および励磁巻線１
２０も変形されている。本例では、発電機３０よ
り発生される交流電位の位相数と同数の組の励磁
巻線位相がある。このように発電機３０が単相交
流を発生するとすると、励磁ステータ３６８に
は、第６図に示すように、唯一の単相巻線が用い
られることになる。発電機３０により三相の出力
を得るためには、第１図に示すように励磁ステー
タ１１８には、３つの励磁巻線１２０を設ける。
更に、励磁ステータ１１８の巻線位相の各々は発
電機３０の電力出力ステータ鉄心の個数に対応す
る。すなわち、三相発電機のステータ１１０Ａ，
１１０Ｂおよび１１０Ｃの各々に対して、１つず
つ対応する。励磁ステータの位相巻線の各々は、
それぞれのコイル対からなり、好ましくは４つの
コイルにより各位相巻線を形成する。また、各コ
イルは、他のコイルと同一電圧を発生するように
巻回される。単相巻線を形成するこれら４個のコ
イルは、第７図では、コイル４２０Ａ〜４２０Ｄ
として示されている。各コイルは、励磁ステータ
を電気制御装置と接続する一対の導線、すなわ
ち、コイル４２０Ａに対する導線１８４と１９９
ならびにコイル４２０Ｂに対する導線１８６と共
通リード線１９９を有し、他方、導線１９１と１
８９および共通リード線２０１は、コイル４２０
Ｃおよび４２０Ｄに接続されている。小型の整流
器（図示せず）がコイルに接続されており、発振
器分割駆動ユニツト（例えば１５６）を駆動する
のに必要な小さな直流電流を導線１５４を介して
付与する。

各励磁コイルからの導線の中の１本がゲート付
整流器、例えばSCRユニツトのような可制御半
導体の入力端子に接続されている。第７図におい
て、導線１８４はSCRユニツト１８５に接続さ
れ、導線１８６はSCRユニツト１８７に接続さ
れ、導線１８９はSCRユニツト１９０に接続さ
れ、および導線１９１はSCRユニツト１９２に
接続されている。SCRユニツトは、ゲートリー
ド線１５９および１６１に接続されており、これ
らのリード線は、発振器分割駆動ユニツト１５６
からリード線１５８および１５９を介してタイミ
ング付けられたゲート信号パルスを受信する。そ
の結果、４個の励磁コイルからの高周波交流が、
発電機３０の所望周波数に対応した低周波交流に
変換される。各低周波サイクルは、交互の正負の
パルスからなり、各パルスは、コイル４２０Ａ〜
４２０Ｄから得られる整流された高周波交流の全
波の列からなつている。４個のSCRユニツトの
出力端子は導線１９３に接続されており、この導
線１９３を介して、上述のようにして発生された
低周波交流をインダクタンス１９４、更に励磁コ
イル２１０Ａに供給する。コイル２１０Ａはコン
デンサ１６４Ａと補助巻線２１８Ａとを備えた共
振回路に接続されている。励磁コイル２１０Ａは
層７４Ａを磁化して初期残留磁束密度の磁化パタ
ーンを形成する。

第１の励磁駆動装置からのリード線１６６Ａに
よつて給電される電圧レギユレータ４６８Ａは、
リード線１７３Ａおよび１７４Ａからの、更に
は、発電機３０の出力巻線１７０Ａからの電圧指
示を受信し、所望選択電圧からのずれを検知す
る。もしもかかるずれがあつた場合、電圧レギユ
レータ４６８Ａは、補正用交流信号を、リード線
１８４と１８６に並列に接続された分路リアクタ
ンス４７２Ａおよびリード線１８９と１９１に並
列接続された分路リアクタンス４７２Ｂにそれぞ
れ導線４７０Ａおよび４７０Ｂを経て供給する。
これらリアクタンスは、第３Ａ図の分路リアクタ
ンス４７２と同様のものである。リアクタンス４
７２Ａと４７２Ｂによつて、コイル４２０Ａ〜４
２０Ｄに発生する交流電位を対応して増大もしく
は減少させる。これによつて励磁コイル２１０Ａ
の交流電流もまた同様に増大もしくは減少する。
この結果、層７４Ａの初期残留磁束密度が変化
し、出力巻線１７０Ａの電圧が増大もしくは減少
する。

同時に、電圧レギユレータ４６８Ａは適当な信
号をリード線１７６Ａを介して修飾コイル２１６
Ａに与える。これにより層７４Ａの初期残留磁束
度が急激に変化する。

なお発電機３０の各位相に対応して、第７図に
示したのと同等の電気制御回路を設けるものとす
る。従つて、１個の発振器分割駆動ユニツトを有
する三相電動機に対しては、かかる電気制御回路
を３個設ける。

また、界磁鉄心とステータの位置は入れ換える
ことができ、従つて、円筒状の外部表面をもつ界
磁鉄心を軸４４に直接に取付けることができる。
一方、ステータを静止円筒状シエルに載置でき、
更に、このステータは界磁鉄心を囲む円筒状開口
を有している。回転体の慣性については、第１図
の構造のものよりも本実施例のものの方が少く、
従つて回転体の時間当りの速度はモータ２８に対
する給電がしや断されるときにより大きく失われ
る。第１図の構成は、速度損失の単位増加あたり
に比較的長い惰行時間を有する。第１図に示すよ
うな構造のNIPS装置においては、界磁鉄心ロー
タは、通常の動作速度3550rpmの10％低下までに
10秒を要する。更に、このロータは、モータが給
電されていないときにこの期間よりも長い間にわ
たつて全電圧で60Hzの交流を供給する。一般に、
巻回ステータすなわち電機子は静止型であるのが
好ましい。その理由は、これによつて、巻線に電
流を与えしかも発生電流を負荷に与えるための刷
子またはスリツプリングを設ける必要がなくなる
からである。

予備補助電源 第１図を再び参照するに、商用電源供給線１４
に接続された導線２５０は、電位をセンサおよび
遅延ユニツト２５２に供給する。このユニツト２
５２は適切にプログラムされて給電線１４の異常
不足電圧のような事故もしくは、交流の全しや断
を検出する。時間遅延機構を適切にプリセツトし
て、２〜５秒以上にわたつて給電線１４の事故が
継続したのちに動作し、ついで、制御信号をリー
ド線２５４を介して転送スイツチ１６に送る。こ
れによりモータ２４−２８に続く導線１８より給
電線１４を切断し、同時に、あるいはそれより以
前にセンサ２５２よりリード線２５８を経て制御
信号を予備エンジンユニツト２５６に与え、これ
によつてスタータがエンジン２５６に作動するよ
うにする。約５秒間でエンジン装置２５６は、全
速度に到達し、このエンジン装置２５６に接続さ
れた交流発電機２６０を駆動して、モータ２８を
作動させるのに充分な交流を発生する。転送スイ
ツチ１６は発電機２６０から導線２６２を介して
この交流電力を供給される。スイツチ１６により
導線２６２は導線１８に接続される。導線１４に
事故が発生し又はしや断したのち、10秒以下の時
間経過でもつて予備エンジンユニツト２５６−２
６０が全出力を発電機２８に与え、その結果、通
常の速度で動作を再開する。この時期までは、モ
ータ２４および２８と発電機３０の慣性によつ
て、所望の交流が出力導線１３４に供給される。
一般の商用ユニツトでは10秒間でその速度は10％
以下だけ低下する。しかしながら、本発明によれ
ば、出力交流の電圧あるいは周波数はほとんど変
化しない。

センサおよび遅相ユニツトは別個のバツテリで
付勢できるが、出力導線１３４に接続しているリ
ード線によつて与えられる電力によつても容易に
付勢できる。同様に、エンジンユニツトは、蓄電
池を有し、そのステータを付勢するようにしても
よいが、リード線１３４からの電流を供給するよ
うにしてもよい。これによれば、バツテリ保守の
問題を解決できる。発電機のステータに対する要
求は厳しいものではなく、電圧出力の変化は僅か
である。

商用電力が導線１４に回復したときには、セン
サおよび遅延ユニツトにより転送スイツチが駆動
され、以て導線１８と１４が再び接続され、それ
と同時に導線２６２を導線１８より断路する。同
時に、エンジンユニツト２５６は、停止する。

更に、ジーゼルエンジンあるいはガソリンエン
ジンが磁気クラツチを介して、モータ２４−２８
の軸と直結できる。通常は、給電線１４に給電が
行なわれている限り、磁気クラツチは、エンジン
からモータ２４−２８を切り離す。しかし、給電
線１４における電力のしや断時に、その電力しや
断が瞬時の場合、おそらく１秒以上の時間遅れの
のちに電気制御装置により磁気クラツチが付勢さ
れる。モータ２４−２８および発電機３０の回転
エネルギによつてジーゼルエンジンあるいはガソ
リンエンジンが回転し、約１秒前後作動する。エ
ンジンは、急速に速度を上昇し数秒間でモータ２
４−２８を発電機３０を例えば約3600rpmの所望
速度で直接に駆動する。電力しや断から、エンジ
ンが全速度で動作するまでのこの期間中、発電機
３０は周波数60Hzで一定電圧の交流出力を発生す
る。

なお、ヒユーズおよび回路しや断器を給電線１
４その他に挿入して、過大なすなわち危険な電圧
条件の場合に本発明無停電電源装置およびリレー
を保護するようにしてもよい。避雷器を給電線１
４に接続して安全対策を講じて機器の損傷を予防
することもできる。

第６図には、本発明における発電機ユニツト３
００の変形例が示されている。この発電機ユニツ
ト３００は、単一の出力ステータと励磁装置を備
えており、ほぼ一定周波数でほぼ一定電圧の単相
交流電位をこの種の電気エネルギを必要とする負
荷に供給することができる。多くの制御装置は、
かかる単相交流がある選ばれた一定の電圧および
周波数であるならば、かかる単相交流によつて適
切に駆動される。第３図、第４図、第５図および
第７図を参照して記載された電気制御装置を第６
図の変形例に適用する場合、この電気制御装置に
よつてこの所望単相交流が発生される。もちろ
ん、この場合、符号１１０Ａで示したような単一
のステータに適用される制御装置を用いる。

発電機ユニツト３００は、円筒ケーシング３０
２を有し、このケーシング３０２は、その下端に
冷却空気流入孔３０４を設け、さらにケーシング
３０２の内壁にはボルト３０８によつて複数個の
支持ブロツク３０６を取り付ける。各支持ブロツ
ク３０６は、垂直円筒形状ボア３１０を備え、こ
のボア３１０を通して肩部をもつピン３１２を緊
密に嵌め込む。各ピン３１２の上端には弾性材に
よる目金３１４を取り付けて孔付の支持板３１６
を受けるようにし、さらに目金３１４はピン３１
２に螺着されたナツト３１７によつて所定位置に
保持されている。プレート３１６には大きな中心
開口３１８をあけ、この開口３１８には大きなカ
ラー３１９の下端が溶接されている。カラー３１
９の底にはくぼみを設け、このくぼみにはボール
ベアリング３２０がプレスばめされている。ベア
リングの内部レースは、軸３２２を支持し、この
軸３２２の下端を誘導モータ３２４に接続してい
る。モータ３２４はボルト等によつてプレート３
１６に固定されたモータフレーム３２６を有し、
その内側には界磁巻線と磁心３２８を配設し、他
方、そのロータ３３０は回転軸３２２に固定され
ている。軸３２２の上端は第２の円錐状の端部３
３２を有し、この端部３３２はハブ３３４の密接
円錐開口に嵌め込まれている。両者はキー３３６
およびボルト手段３３７によつて回転しない状態
で結合されている。上記ボールベアリング３３８
は軸３３２の円錐状端部３３２の直下で軸３２２
に取り付けられている。ベアリング３３８の外部
レースは大きな円筒形スリーブ３６０の上端の肩
部を持つくぼみ内に支持されている。このスリー
ブ３６０の下端をカラー３１９に溶接するかある
いは堅固に一体化している。ハブ３３４には、重
い円板部材３４０がボルト３４２によつて固定さ
れている。円板部材３４０はそのリムから下方に
延在する重い円筒壁３４４を有し、これらは内部
肩３４５で係合している。軟磁性体の励磁界コイ
ル４４６は、たとえば、けい素鋼の成層体であ
り、肩部３４５に圧接されている。この成層体
は、一連のＮ極およびＳ極に磁化された永久磁性
材による層３４８で構成され、内部円筒孔を有し
ている。図示しないスペーサスリーブ（第１図に
示したスペーサリング７６と同様のもの）は界磁
鉄心３４６の底面に当接し、ある距離だけ下方に
延在しており、ここで、軟磁性体の出力界磁鉄心
３５０と接している。この界磁鉄心３５０はけい
素鋼の成層体で形成できる。この出力界磁鉄心３
５０は円筒形表面をもつ開口を有し、その開口に
は、バリウムフエライトのような磁化可能な永久
磁性材料の層３５２が取り付けられている。保持
板３５４は、円筒壁３４４の下端にボルト締めさ
れており、さらに出力界磁鉄心３５０の底壁を支
持する。これによつて鉄心３４６および３５０は
壁３４４内の所定位置に確実に位置決めされる。

スロツト付巻回ステータ鉄心３６２がスリーブ
３６０の周囲でカラー３１９の上面に載置されて
いる。この鉄心３６２の２つのスロツトに励磁コ
イル３６４が配設されており、一次修飾巻線およ
び補助巻線および補助巻線が他のスロツトに配設
されている。ステータ鉄心３６２の上面に載置さ
れたスペーサスリーブ３６６によつて励磁ステー
タ３６８を離隔する。この励磁ステータ３６８に
はスロツトを形成し、励磁巻線を担持する。ステ
ータ３６２および３６８は並置され、界磁鉄心３
５０および３４６と整列している。永久磁性材料
層３５２および３４８によつて形成された磁界は
互いに作動的および機能的に関連している。両ス
テータ３６２および３６８はけい素鋼の成層体の
ような軟磁性体で構成するものとする。保持カラ
ー３７０は、ステータ３６８の上面に取り付けら
れ、数本の長ボルト３７２をカラー３７０の穴に
通し、カラー３１９内でステータ鉄心３６２およ
び３６８をねじ係合させ、かつこれら鉄心の上端
にナツトを取り付け、それによりナツトが回動し
てスリーブ３６０のまわりにステータ鉄心の堅固
な組立体を形成している。

第６図示の装置の動作については、モータ３２
４により軸３２２が回転し、それに取り付けられ
ている円板部材３４０−３４４を回転させる。こ
れにより、その励磁界鉄心３４６およびその上の
主界磁鉄心３５０は静止ステータ３６２および３
６８の周囲を高速度で回転する。励磁ステータ３
６８の巻線によつて、界磁鉄心３４６上の永久磁
化層で設定された磁界を切るにつれ、交流出力を
発生する。主ステータ３６２の励磁コイル３６４
は、第３図、第３Ａ図、第４図および第５図で示
されたような形態で、電気制御装置によつて、た
とえば、50Hzあるいは60Hzの周波数の交流出力を
供給される。励磁コイル３６４は、層３５２を磁
化し初期残留磁束密度でＮ極とＳ極の磁極パター
ンを形成し、これにより、一次巻線から励磁コイ
ルに供給されるのと同じ周波数の交流を発生す
る。ステータ３６２の補助巻線は付勢交流の一部
を所定のタイミングで励磁コイル３６４に与え
る。一方、ステータ３６２の修正巻線は電気制御
手段で付勢され、所要により、層３５２の残留磁
束密度を、一次巻線が正確な所望値の電圧を発生
させるレベルに変える。従つて、ステータ３６２
の一次巻線の出力はほぼ一定の周波数の選ばれた
電圧の単相交流である。

第１図及び第６図の装置では、励磁コイルは、
例えば層７４Ａの永久磁性材料の層にＳ及びＮ磁
極のパターンを形成する。もし、界磁鉄心が
3600rpmで回転し、更に発電機の所望出力が60Hz
の交流であるなら層７４Ａの磁気パターンが、ス
テータコイルが２極形態で巻回されている場合
に、各回転毎に簡単にリトレースされる。しか
し、通常の60Hzの誘導モータは全負荷のもとで約
3500rpmで回転する。そして、励磁コイル２１０
は正確に60Hzで付勢されているので、励磁コイル
の極性は、以前に層７４Ａに形成された各所要の
極性パターンの後縁端の前約10゜で変る。励磁コ
イルはこの時点で十分に強力な磁界を層に与える
ので、後縁端が約10゜増大することによつて極性
が反転せしめられ、その増大分が層７４Ａの順次
の極性の前縁に加えられる。このように、励磁コ
イルは、実際に層７４ＡのＮ−Ｓ極パターンの相
対移動を、モータの１回転につき約10゜だけ、早
める。これによつて、磁極パターンは3600rpmの
相対速度で一次巻線を通過する。そしてこの一次
巻線は励磁コイルが60Hzの交流で付勢されるな
ら、正確に60Hzの交流を発生する。ロータ速度の
変動如何にかかわらず、相当な制限内で、励磁コ
イルが層７４Ａに磁極パターンを刻み込める。そ
の結果、毎秒60対の磁極が一次巻線を通過し、60
Hzの交流出力を誘起する。50Hzの交流を供給され
た50Hzの誘導モータは全負荷で約2900rpmの回転
速度で回転する。もし、50Hzの交流を発電機３０
から発生させることが要望されたときには、励磁
コイルが制御装置より50Hzで付勢され、この励磁
コイルが層７４Ａに同様な方法で磁気パターンを
刻み込む。この場合、一次巻線を通る磁極対は毎
秒3000の速さとなり、一次巻線は50Hzの交流を発
生する。駆動モータの速度の上昇あるいは下降
は、励磁コイルが正確にそれに与えられる交流の
速度でＳおよびＮ磁極を刻み込み、この結果、一
次巻線および他の巻線が、常に所定の磁極通過速
度の下におかれることになる。

周知のことではあるが、２つの交流発電機を結
合するためには、特別の配慮、特別の装置および
正確なタイミングが必要である。本発明の利点と
して考えられることは、本発明においてNIPS発
電機では、通常のタイミング発振器を使用し、特
別に配慮を払う必要なしに、接続スイツチを単に
閉成するだけで、発電機を並列に結合することが
でき、しかも、たとえ、発電機の速度が異つてい
るとしても発電機をこのように並列に結合でき
る。その理由は、交流リード線には、同一波形の
電位が現われるからである。注意すべき点は、正
確な位相結合が行われているかどうかだけであ
る。

位相ロツクループ素子をNIPS装置の発振器と
商用電源線のような外部基準体との間に挿入して
もよい。これによつて、外部基準体が正常に動作
する限りにおいて、これらは位相同期した形で動
作する。このように、工場や病院などにおいて、
種々の使用目的に応じて複数のNIPS装置を使用
している場合、たとえば、電子的データ処理装置
と工作機械とを作動させる場合、全NIPS装置が
同期した位相関係で動作することが望ましい。そ
のためには、位相ロツクループ素子をすべての
NIPS装置の発振器に適用する。この場合、商用
電源を外部基準体として用いたり、あるいは
NIPS装置の１つを主基準体として用いる。な
お、位相ロツクループ素子は標準的な電子素子と
して市販されている。

モータ、円筒シエルおよび界磁鉄心の大きさ
は、回転エネルギ源を構成する。つまり、かなり
の期間にわたつて駆動モータからの電力がしや断
された場合、NIPS装置より交流出力を供給する
のに十分な回転エネルギ源を構成している。この
大きさは非常に大きくすることができ、その結
果、発電機は１分以上にわたつて、所望の低周
波、低電圧の交流を発生しつづけることが可能で
ある。もつとも、このように長時間出力特性をも
つ発電機を構成する実際的方法は他にもある。一
層経済的で実際的な方法としては、適度な大きさ
をもつ発電機を用い20分間までの時間にわたつて
交流全出力を発生するようにすることが考えられ
る。なお、この期間、発電機はその速度の10％な
いし15％を失う。この時間間隔は、商用電源が瞬
時的にしや断され補助電源が発電機に与えられる
までの期間に適切である。

本発明のNIPS装置を商用電源と感知負荷との
間に挿入し使用する必要のある商用電源とその欠
点について記述してきた。しかし、本発明の装置
を他の種々の分野で使用することも可能である。
たとえば、ジーゼルエンジン、ガスあるいはガソ
リンエンジンまたは小型蒸気エンジンを用いて交
流発電機を駆動するような工場、事務所および他
の小規模使用分野において、交流電力をその場所
だけで発生させることがよく行なわれている。一
般の商用電源装置において見られる問題や欠点等
のいくつかは、かかる自家用発電装置を使用する
ことによつて、避けられる。しかし、大型のモー
タ、電気炉あるいは他の大型の負荷が突然に用い
られた場合、このような小型の装置に大きなサー
ジあるいは電圧の落ち込みが発生し、かかる場合
に他の問題が発生する。かかる需要家設置の電源
装置の故障は偶発的に発生し、そのような場合に
は、他の予備電源に接続するために、あるいは商
用電源線に接続するために、長い時間を要する。
かかる場合、電圧変動に弱いコンピユータおよび
電気制御装置は動作不能となり、あるいは誤動作
や故障を起こして、大きな損害をこうむる。本発
明のNIPS装置は、これら需要家設置の発電回路
において非常に有用であり、電気的に敏感ないか
なる装置も電源の変動、故障、停電等の悪影響を
受けず、特に、あらゆる状況のもとにおいても装
置の作動を確保する。

本発明の重要な応用例としては、商用電源周波
数からの異周波数の交流を、かかる異周波数を必
要とする諸々の電気装置に供給することが掲げら
れる。60Hzの交流で機能する機器要素を用いて動
作するコンピユータを、第１図に示すような
NIPS装置を挿入することによつて、50Hzの交流
のみを利用できる場所で何らの変更なしに、使用
できる。ここで、駆動モータ２４および２８は50
Hz交流用モータであるを要し、他方、発電機はコ
ンピユータに与えられる60Hzの交流出力を発生す
るように動作する。このように、コンピユータは
所定周波数の電源出力を給電され、しかも50Hz交
流商用線路における故障、異常、あるいは停電か
らも保護される。

バリウムフエライトを使用する場合、層７４の
永久磁石の厚みは約0.625cm（1/4インチ）程度で
よい。この厚みは、1KWから10KWの発電機の
場合、0.25cm（0.1インチ）から1.25cm（0.5イン
チ）程度変化する。バリウムフエライト以上の残
留磁束密度（Br）を持つ永久磁石を使用した場
合、その厚みは適切に減らすことができるが、そ
れよりも弱い層の場合、その厚みはより厚くしな
ければならない。高透磁率の軟磁性体の大きな質
量の面にこの薄い永久磁石の層を組み合せること
は、低損失と高能率の発電機を確保する上におい
て重要なことである。

【図面の簡単な説明】

第１図はその一部分を断面で示した本発明の
NIPS装置の全体構成の一例を示す線図、第２図
は巻線をそなえた第１図示のステータの平面図、
第３図は第１図示の電気制御系の構成の一例を示
すブロツク線図、第３Ａ図は単一ステータに適用
される本発明の変形回路の回路図、第４図は第３
図示のステータ用励磁器の回路図であり、第５図
は第４図示の回路の変形例の回路図、第６図は本
発明の他の例を示す電動機−発電機の縦断面図、
および第７図は本発明における単一ステータの例
に適用される変形電気制御装置の構成例を示す回
路図である。 １０……NIPS装置、１２……商用電源、１４
……三相給電線、１６……切換スイツチ、１８…
…モータ接触器給電線、２０……モータ接触器装
置、２４……始動モータ、２８……動作モータ、
３０……発電機装置、３２……支持ハウジング、
３６……円筒状主ハウジングフレーム、３７……
開口、４０……下端部、４２……継手、４４……
発電機軸、４８……下部支持部材、４９……ねじ
部材、５０……下方中央突出端部、５２……フラ
ンジベアリング、５４……締結ボルト、５６……
はり板、５８……下部円板、５９……空気通路、
６０……円筒状受体、６２……内曲フランジ、６
４……ボールベアリング、６６……ロータスリー
ブ、６７……空気通路、６８……上部ロータ端
板、６９……空隙、７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ……
界磁鉄心、７１……内壁、７２……中央円筒状開
口、７４Ａ，７４Ｂ，７４Ｃ……永久磁性材層、
７６……間隔リング、８０……界磁鉄心、８２…
…中央円筒状開口、８４……層、８６……環、９
０……カラーブツシング、９２……段付支持部、
９４……円錐部、９６……ロツクナツト、９８…
…肩部、１００……ボールベアリング、１０２…
…環状スリーブ、１０７……肩部、１０９……環
状板、１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ……ステー
タ鉄心、１１５，１１６……スペーサ、１１８…
…励磁器ステータ鉄心、１２０……励磁器巻線、
１２２……板、１３２……電気制御装置、１３４
……負荷出力リード線、１５０……電源装置、１
５６……発振器分割駆動器、１６０Ａ，１６０
Ｂ，１６０Ｃ……励磁器駆動器、１６８Ａ，１６
８Ｂ，１６８Ｃ……電圧調整器、２０４，２０
６，２１２……スロツト、２０８，２１４……
歯、２１０……励磁コイル、２１６……修正巻
線、２１８……補助巻線、２２０……歯、２２２
……スロツト、２２４，２２６……電力出力巻
線、２２８……進相巻線、２３０……遅相巻線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 第１の支持手段は少なくとも一つの電力用界
   磁鉄心と一つの励磁用界磁鉄心とを担持し、該電
   力用界磁鉄心と励磁用界磁鉄心の各々は高透磁率
   の軟磁性体の部材で構成され、該軟磁性体部材は
   永久磁石材の層を有する円筒面を有し、前記励磁
   用界磁鉄心上の前記永久磁石材の層は永久磁化さ
   れＳ極およびＮ極磁化パターンを有し、 第２の支持手段はスロツトが設けられ且つ巻線
   を有する電機子鉄心を有し、当該電機子鉄心の個
   数は前記電力用界磁鉄心および前記励磁用界磁鉄
   心の個数と同数であり、且つ、各々の電機子鉄心
   は前記電力用界磁鉄心および前記励磁用界磁鉄心
   のそれぞれに並置され整列しており、各電機子鉄
   心は円筒面を有する高透磁率の軟磁性体部材を有
   し、該部材は隣接する界磁鉄心の円筒面と近接し
   かつ同一中心軸を有し、 外部電源により駆動される回転手段は前記支持
   手段の一つを他の支持手段に対して回転させ、こ
   れにより、前記励磁用界磁鉄心に対して並置され
   た前記電機子鉄心の巻線は、ＳおよびＮ磁極を有
   した前記永久磁石材の層が当該電機子鉄心に対し
   て移動するにつれ交流電位を発生し、且つ、前記
   外部電源の停電時には、前記回転手段および該回
   転手段により駆動される前記支持手段の慣性によ
   つて回転運動が持続し、前記励磁用界磁鉄心に対
   して並置された前記電機子鉄心の巻線は交流電位
   を継続して発生し、以て、ほぼ一定周波数でほぼ
   一定の選択された電圧の交流出力を発生する無停
   電電源装置において、 ある前記電力用界磁鉄心と並置された前記電機
   子鉄心の各々に配設された複数本の巻線および電
   気制御手段を有し、前記複数本の巻線は、励磁コ
   イル、補助巻線および電力出力巻線を含み、 前記励磁コイルは交流電流で付勢可能な第一ス
   ロツト対に配設され、該励磁コイルは並設された
   前記電力用界磁鉄心の前記永久磁石材の層にSN
   磁極パターンを発生し、 前記補助巻線は選ばれた他のスロツトに配設さ
   れ、該補助巻線は、前記励磁コイルによつて磁化
   された前記永久磁石材の層が当該電機子鉄心に対
   して移動し、しかも交流電流が前記励磁コイルに
   供給される時に交流電位を発生し、 前記電力出力巻線は更に他のスロツトに配設さ
   れ、該電力出力巻線は磁化された前記電力用界磁
   鉄心がそれに対して回転する時に交流電位を発生
   するようになし、 更に、前記励磁コイルには、前記励磁用界磁鉄
   心に対して並置された前記電機子鉄心の巻線で発
   生する交流を前記電気制御手段で制御して得られ
   る交流と前記補助巻線から出力される交流とを合
   わせた交流が供給され、当該交流電流の前記励磁
   コイルへの供給により、前記励磁コイルは並設さ
   れた前記電力用界磁鉄心の永久磁性材の層にＳお
   よびＮ磁極の所望磁化パターンを所望残留磁束レ
   ベルで形成させるにたる強さの磁界を発生させ
   て、前記電力出力巻線にほぼ一定の周波数でほぼ
   一定の選択された電圧の所望交流電位を発生させ
   るようにしたことを特徴とする無停電電源装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の無停電電源装
   置において、前記電力用界磁鉄心に対して並設さ
   れた前記電機子鉄心の前記複数本の巻線は修正巻
   線を有し、前記励磁コイルのスロツトよりも180
   度のずれをもつてスロツトに配設され、前記電気
   制御手段は前記電力出力巻線の交流電圧からの信
   号に応動し、必要なときに、時間制御された交流
   電流を前記修正巻線を与え、並設された前記電力
   用界磁鉄心の前記永久磁石材の層の残留磁束を変
   えるに十分な磁界を発生させ、前記電力出力巻線
   から選択された電圧を発生させるようにしたこと
   を特徴とする無停電電源装置。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項に記載の
   無停電電源装置において、前記電力出力巻線は、
   前記励磁コイルの前記第１スロツト対のいずれか
   の側のスロツトに配設された一次巻線の組と、前
   記励磁コイルのスロツト以外のスロツトに巻回さ
   れた単相交流電位を発生する進相及／又遅相巻線
   の組とを有することを特徴とする無停電電源装
   置。 ４ 特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   に記載の無停電電源装置において、前記第１の支
   持手段は少なくとも３つの電力用界磁鉄心を担持
   し、前記第２の支持手段は前記励磁用界磁鉄心と
   並設され整列された巻線を有する電機子鉄心に加
   えて、巻線を有する電機子鉄心を少なくとも３つ
   担持し、前記電力用界磁鉄心と前記励磁用界磁鉄
   心の各々は円筒状開口を有し、該開口には前記永
   久磁石材の層を取り付け、前記巻線を有する電機
   子鉄心の各々は円筒状外側面を有し、該面は界磁
   鉄心の前記円筒状開口に近接して作動的に整列さ
   れて並置され、前記支持手段を回転させる前記回
   転手段は前記励磁用界磁鉄心および前記電力用界
   磁鉄心を有する前記支持手段を回転させるように
   したことを特徴とする無停電電源装置。 ５ 特許請求の範囲第４項に記載の無停電電源装
   置において、１つの電機子鉄心の前記進相巻線
   を、当該電機子鉄心の前記一次巻線により発生さ
   れる単相交流の位相とはずれた位相であるが第２
   の電機子鉄心の前記一次巻線によつて発生される
   単相交流とは同相の単相交流を発生する位置の前
   記スロツトに配設し、 前記１つの電機子鉄心の前記遅相巻線は、当該
   電機子鉄心の前記一次巻線によつて発生される単
   相交流とはずれた位相にあるが第３の電機子鉄心
   の前記一次巻線によつて発生される単相交流とは
   同相の単相交流を発生する位置の前記スロツトに
   配設し、 前記一次巻線の各々の単相交流電位は、当該単
   相交流電位と同相の他の電機子鉄心の前記進相巻
   線および前記遅相巻線から取り出した単相交流と
   組合せられ、全体として高調波歪の少ない合成単
   相交流を発生し、３つの電機子の電力出力によつ
   て高調波歪が小さく、しかも一定の選ばれた周波
   数でほぼ一定の選ばれた電圧の三相交流電位を発
   生するようにしたことを特徴とする無停電電源装
   置。 ６ 特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
   かに記載の無停電電源装置において、前記電気制
   御手段は、前記励磁用界磁鉄心に対して並置され
   た前記電機子鉄心の巻線からの高周波数交流電位
   を供給される一次巻線を有する変成器を有し、該
   変成器の二次巻線は高周波数交流を複数個の制御
   可能で付勢可能な半導体装置に供給し、該半導体
   装置は交流発電機からの所望の選ばれた周波数に
   対応する低周波数の正確に時間制御されたパルス
   を供給する手段と回路的に接続されており、 前記制御可能で付勢可能な半導体装置は、所望
   の低周波数の正確に時間制御された正および負の
   半サイクルの連続したパルスを含む全波整流され
   た高周波交流のパルスを発生し、当該低周波数交
   流を励磁コイル、インダクタンス、静電容量およ
   び補助巻線よりなる共振回路に供給し、それによ
   つて前記励磁コイルにより前記永久磁石材の層を
   ＳおよびＮの磁極の所望の磁化パターンに磁化す
   るようにしたことを特徴とする無停電電源装置。 ７ 特許請求の範囲第１項または第６項に記載の
   無停電電源装置において、前記励磁用界磁鉄心に
   対して並置された前記電機子鉄心は、各巻線の出
   力のそれぞれが多相交流励磁器の各出力となるよ
   うに配設された複数本の巻線を有し、該巻線は高
   周波数交流を発生するようにしたことを特徴とす
   る無停電電源装置。 ８ 特許請求の範囲第６項または第７項に記載の
   無停電電源装置において、前記制御可能で付勢可
   能な半導体装置に高周波交流を供給する導線対間
   に可変分流リアクタンスを配設し、該可変分流リ
   アクタンスに電圧調整手段を接続して整流される
   高周波数交流の電圧を可変制御して、前記励磁コ
   イルへの所望の高周波数交流出力を所望の大きさ
   となし、前記永久磁石材の層が選択された残留磁
   束レベルに磁化されるようにしたことを特徴とす
   る無停電電源装置。 ９ 特許請求の範囲第１項ないし第８項のいずれ
   かに記載の無停電電源装置において、前記電気制
   御手段は前記外部電源によつて前記支持手段を回
   転させる前記回転手段を付勢し、前記電気制御手
   段内の検知手段によつて前記外部電源の故障また
   は停電を検知し、該検知手段により補助電源を付
   勢し、該補助電源を接続して前記支持手段を回転
   させる前記回転手段を付勢し、これにより交流発
   電機を停電なしに作動させるようにしたことを特
   徴とする無停電電源装置。