JP2008237021A - 電気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】自然環境を破壊することなくかつ安定して電気エネルギーを供給することができ、しかもコンパクト化が可能な発電装置を提供することを目的とする。
【解決手段】交番磁界に加えて進行磁界を生じさせる一次巻線と、この一次巻線により生ずる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配される二次巻線とを具えており、前記一次巻線が、間欠的な直流又は交流により前記磁界を生じさせ、二次巻線が、起電力を誘導するために、前記磁界に鎖交するように配されており、前記装置は、さらに第１の鉄心部及び互いに磁気的に結合される第２の鉄心部で構成された鉄心と、前記鉄心部間に形成された複数のスロット又は前記鉄心部間に形成された円環状溝とを備えており、一次及び二次巻線がスロット又は円環状溝に配設されている構成とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、電気装置に関し、より詳しくは自己発電により誘導された電気エネルギーを、例えば変換器，負荷回路などに供給する電気エネルギー源としての電気装置（起電力誘導装置）に関するものである。

従来、この種の発電装置としては、次のようなものがある。
ａ）高い所にある水の落下エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる水力発電装置。
ｂ）石炭、重油、可燃ガスのような燃料の熱エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる火力発電装置。
ｃ）核分裂の過程の反応のよる放出エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる原子力発電装置。
ｄ）太陽熱エネルギーまたは太陽光エネルギーの太陽エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる太陽発電装置。
ｅ）風力エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる風力発電装置。
ｆ）低エネルギー含量の生成物を与える化学反応が起こることにもとづく化学エネルギーを利用して電気エネルギーを生じさせる化学発電装置、いわゆる電池。

しかしながら、前述された各発電装置においては、次のような問題点がある。水力発電装置にはダム建設による自然環境上の、また火力発電装置には二酸化炭素，ＮＯ_ｘ，ＳＯ_ｘのような排気ガスによる大気汚染にもとづく自然環境上の、更には原子力発電装置には核事故および核廃棄物による自然環境上の、加えて電池には化学反応に用いる水銀，ニッケル，カドニウムなどの重金属の廃棄処理にもとづく自然環境上の問題点がある。

一方、太陽発電装置および風力発電装置は、自然環境には悪影響を与えないが、太陽発電装置では年間において利用できる日数が制限されるために、また風力発電装置では風力エネルギーの間欠性のために電気エネルギーの安定供給上の問題点がある。

本発明による電気装置（起電力誘導装置）は、前述された目的を達成するために、交番磁界に加えて進行磁界を生じさせる一次巻線と、この一次巻線により生じる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配される二次巻線とを具えることである。

このように構成すれば、一次巻線に流れる励磁電流による交番磁束によって生じる交番磁界および進行磁界により、二次巻線にはその交番磁界による起電力と、更にはその進行磁界による起電力とが誘導される。しかも、交番磁界にもとづき二次巻線に誘導される起電力は、一次巻線に励磁電流を流すために供給された電力から銅損、鉄損などの若干の損失を差引いたものとほぼ等しくなることから、二次巻線には回転磁界にもとづき誘導される起電力とも相俟って一次巻線に供給された電力よりも大なる起電力が誘導され、自己発電が行われる。

したがって、安定して起電力を誘導することができ、しかもコンパクト化が可能である。前記二次巻線に誘導される起電力の少なくとも一部を前記一次巻線に供給するように構成すれば、初期の始動時を除き外部からの電気エネルギーの供給を必要とすることなく自己発電が行われる。

本発明の電気装置は、交番磁界に加えて進行磁界を生じさせる一次巻線と、この一次巻線により生ずる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配される二次巻線とを具える電気装置であって、
前記一次巻線が、間欠的な直流又は交流により交番磁界及び進行磁界を生じさせ、
前記二次巻線が、起電力を誘導するために、前記一次巻線により生ずる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配されており、
前記装置は、さらに第１の鉄心部及び互いに磁気的に結合される第２の鉄心部で構成された鉄心と、前記第１の鉄心部又は第２の鉄心部に形成された複数のスロット、もしくは前記第１及び第２の鉄心部間に形成された円環状溝とを備えており、前記一次巻線及び二次巻線がそれぞれ単相巻線又は多相巻線で構成され、前記一次巻線と二次巻線とが対になって前記スロット又は円環状溝に配設されている。前記装置は、制動巻線を有していなくてもよい。前記一次巻線及び二次巻線の双方は、(i)単相巻線の主巻線とコンデンサを備えた補助巻線とで構成されていてもよく、又は(ii)多相巻線で構成されていてもよい。前記電気装置は、多相巻線で構成された一次巻線と、この一次巻線に隣接して配され、多相巻線で構成された二次巻線とを備えており、一次巻線が二次巻線と対になって、スロット又は円環状溝に配設されていてもよい。

電気装置において、鉄心は、円環筒状鉄心部と、この円環筒状鉄心部の中空部に配され、互いに磁気的に結合された円柱状鉄心部と、前記円環筒状鉄心部又は円柱状鉄心部に形成され、かつ周方向に間隔をおいてそれぞれ形成された複数のスロットとで構成されており、一次巻線と二次巻線とが前記スロットに配設されていてもよい。このような電気装置では、複数のスロットのそれぞれが、円環筒状鉄心部と円柱状鉄心部との間に軸線方向に沿って形成され、かつ等間隔に周方向に形成されていてもよい。また、円環筒状鉄心部と円柱状鉄心部とは回転不能に嵌合されていてもよい。電気装置は、円環筒状鉄心部と、円柱状回転子の形態で配された円柱状鉄心部とを備えており、前記円環筒状鉄心部及び円柱状鉄心部の一方が、回転軸を中心にして他方に対して回転可能に配されていてもよい。円環筒状鉄心部及び円柱状鉄心部の少なくとも一方は、これらの鉄心部間において、少なくとも一方の面に等間隔に軸線方向に沿って形成された切込溝を有しており、一方の鉄心部に形成された切込溝には、スロット間に形成された他方の鉄心部の突出部が嵌入されていてもよい。円環筒状鉄心部及ぶ円柱状鉄心部は、円形状薄鋼板を積層して形成されており、一次巻線及び二次巻線が、それぞれ、三相巻線で構成されているとともに、Ｙ結線又はΔ結線の三相対称巻で配されていてもよい。

電気装置は、多相巻線で構成された一次巻線と、多相巻線で構成された二次巻線とを備えており、前記一次巻線及び二次巻線が、二相又は多相対称巻でスロットに配設されていてもよい。一次巻線及び二次巻線は、それぞれ、Ｙ結線又はΔ結線の形態で配された多相巻線で構成されていてもよい。一次巻線には、間欠的な直流，単相交流，二相交流，または三相交流を含む多相交流を与えてもよい。前記一次巻線および二次巻線は、同一磁気回路に配設されていてもよい。前記進行磁界は、回転磁界であってもよい。一次巻線は所定の相数を有する多相対称巻であってもよい。

前記電気装置において、一次巻線は、三相対称巻を含む多相の対称巻であり、かつ４極巻を含む多極巻であってもよい。二次巻線は、前記一次巻線と同相数の対称巻であってもよい。また、前記電気装置において、多相交流の周期を短くして交番磁界の交番数および回転磁界の回転数を大としてもよい。

電気装置では、一次巻線および二次巻線の巻数比によって、この二次巻線に誘導される起電力の電圧・電流を調節してもよい。本発明の電気装置では、二次巻線に誘導される起電力の少なくとも一部を一次巻線に供給してもよい。

本発明には、二次巻線からの誘導効率を向上させるための前記電気装置の使用、及び二次巻線からの誘導効率を向上させるための方法であって、前記電気装置の一次巻線に、間欠的な直流又は交流を供給する誘導効率の向上方法も含まれる。

なお、前記一次巻線により生じる交番磁界、および回転磁界含む進行磁界は、直流，単相交流，二相交流，または三相交流を含む多相交流より生じ得る。ところで、前記進行磁界が例えば回転磁界であるとして、前記直流，単相交流，二相交流，または三相交流を含む多相交流によって生じる交番磁界の交番数および回転磁界の回転数を、例えば直流の場合は断続的に流す直流の周期を短くして、また単相交流，二相交流および多相交流の場合はその交流の周期を短くして周波数を大きく（高く）すれば、前記二次巻線に誘導される起電力が大きくなる。また、前記一次巻線が、三相を含む多相の対称巻でかつ４極巻を含む多極巻であるように構成すれば、多相巻の相数および多極巻の極数が増すにつれて前記二次巻線に誘導される起電力が大きくなる。なお、この場合に前記二次巻線は、前記一次巻線と同相数の対称巻であることが好ましい。なお、進行磁界が回転磁界と異なる場合も同様のことが言える。

また、前記二次巻線に誘導される起電力の電圧・電流は、前記一次巻線および二次巻線の巻数比によって調節することが好ましい。なお、前記一次巻線および二次巻線は同一磁気回路に配設され、更には前記一次巻線および二次巻線の各対応する巻線部分が前記同一磁気回路を構成する鉄心に近接して配設されることが好ましい。

なお、前記回転磁界の回転軸芯に回転軸を有して前記一次巻線および二次巻線側を固定子としその回転磁界により誘導される電流にもとづき回転駆動される回転子を設けるように、または前記一次巻線および二次巻線側を前記回転磁界の回転軸芯に回転軸を有する回転子とし、この回転子を前記回転磁界により誘導される電流にもとづき回転駆動させる固定子を設けるように構成すれば、誘導電動機としても用いることができる。また、前記一次巻線および二次巻線を一次側とし、前記進行磁界により誘導される電流にもとづき前記一次側に対して相対的に移動される二次側を設けるように構成すれば、リニアモータとしても用いることができる。

本発明によれば、自然環境を破壊することなくかつ安定して起電力を誘導し得る自己発電ができ、しかも初期の始動時を除き外部からの電気エネルギーの供給を必要とすることなく自己発電を行い得る。したがって、従来の水力発電装置，火力発電装置，原子力発電装置，太陽発電装置，風力発電装置、電池などに替わって誘導された起電力を供給することができることは勿論、特にその起電力でもってモータを駆動させているような民生用を含め全ての電気機器において極めて有用である。

本発明の他の目的は、後述される詳細な説明から明らかにされる。しかしながら、詳細な説明および具体的実施例は最も好ましい実施態様について説明するが、本発明の精神および範囲内の種々の変更および変形はその詳細な説明から当業者にとって明らかであることから、具体的例としてのみ述べるものである。

本発明では、自然環境を破壊することなくかつ安定して起電力を誘導することができ、しかもコンパクト化が可能である。

次に、本発明による電気装置の具体的各実施例につき順次に図面を参照しつつ説明する。

〔第１実施例−三相交流２極集中（全節）巻〕
図１および図２において、鉄心１０は、円柱状鉄心部１０Ａと、この円柱状鉄心部１０Ａがその中空部に嵌合されその円柱状鉄心部１０Ａと互いに磁気的に結合される円環筒状鉄心部１０Ｂとより構成されている。この円柱状鉄心部１０Ａは、円形状薄鋼板を積層して造られているとともに、外周面側には周方向に等間隔にかつその軸線方向に沿う６個のスロット１１が形成されている。また、円環筒状鉄心部１０Ｂは、同様に円環状薄鋼板を積層して造られているとともに、内周面側には周方向に等間隔にかつその軸線方向に沿い円柱状鉄心部１０Ａのスロット１１間における突出部１２の先端側が嵌入される６個の切込溝１３が形成されている。こうして、円柱状鉄心部１０Ａの突出部１２を円環筒状鉄心１０Ｂの切込溝１３に沿って嵌入させながら円環筒状鉄心部１０Ｂの中空部に円柱状鉄心部１０Ａを嵌合させることで鉄心１０が組立られている。

前記円柱状鉄心部１０Ａのスロット１１内における奥側には、図３（ａ）に示されているように三相交流電源１４に接続されている一次巻線１５であるＵ１相巻線１５Ａ，Ｖ１相巻線１５ＢおよびＷ１相巻線１５ＣがＹ結線の三相対称巻でもって図３（ｂ）に示されているように配され嵌入されている。また、スロット１１内における手前側には、図３（ａ）に示されている二次巻線１６であるＵ２相巻線１６Ａ，Ｖ２相巻線１６ＢおよびＷ２相巻線１６Ｃが同様にＹ結線の三相対称巻でもって図３（ｃ）に示されているように配され嵌入されている。なお、図２および図３（ｂ），（ｃ）における符号(1)〜(6)はスロット番号を示している。

こうして、一次巻線１５であるＵ１相巻線１５Ａ，Ｖ１相巻線１５ＢおよびＷ１相巻線１５Ｃに三相交流電源１４から励磁電流として平衡三相交流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１を流すと、これら平衡三相交流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１によって生じる交番磁束により図４に示されているように各交番磁界１７と、平衡三相交流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１の１サイクルの間に時計方向に１回転する進行磁界の一種である回転磁界１８とが生じる。一方、これら各交番磁界１７および回転磁界１８に二次巻線１６であるＵ２相巻線１６Ａ，Ｖ２相巻線１６ＢおよびＷ２相巻線１６Ｃが鎖交され、これらＵ２相巻線１６Ａ，Ｖ２相巻線１６ＢおよびＷ２相巻線１６Ｃには各交番磁界１７および回転磁界１８による起電力が誘導されて図３（ａ），（ｃ）に示されているように平衡三相交流ｉ_ａ２，ｉ_ｂ２，ｉ_ｃ２が流れる。

このように、二次巻線１６には、一次巻線１５による交番磁界１７、更には回転磁界１８による誘導起電力が相加わり、効率よく起電力が誘導される。しかも交番磁界１７にもとづき二次巻線１６に誘導される起電力は一次巻線１５に流した平衡三相交流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１の電力から銅損、鉄損などの若干の損失を差引いたものとほぼ等しくなることから、一次巻線１５に供給した電力よりも大となって自己発電が行われる。

なお、本実施例においては２極集中（全節）巻の場合について説明したが、２倍の個数のスロット１１’にしてそれらスロット１１’に図５（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されているように例えば重ね巻で一次巻線１５’であるＵ１相巻線１５Ａ’，Ｖ１相巻線１５Ｂ’およびＷ１相巻線１５Ｃ’と二次巻線１６’であるＵ２相巻線１６Ａ’，Ｖ２相巻線１６Ｂ’およびＷ２相巻線１６Ｃ’とを配すれば４極集中（全節）巻となり、図６に示されているように４極回転磁界１８’を生じ、平衡三相交流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１の２サイクルの間に時計方向に１回転する。同様にして６極以上の回転磁界を得ることができる。このように回転磁界を多極にすれば、多極にすればする程二次巻線１６，１６’に誘導される起電力は大となる。

本実施例においては集中（全節）巻の場合を説明したが分布（全節）巻の場合には、例えば４極分布（全節）巻においては３６個のスロット１１”に図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示されているように例えば重ね巻で一次巻線１５”であるＵ１相巻線１５Ａ”，Ｖ１相巻線１５Ｂ”およびＷ１相巻線１５Ｃ”、更には二次巻線１６”であるＵ２相巻線１６Ａ”，Ｖ２相巻線１６Ｂ”およびＷ２相巻線１６Ｃ”を配すれば良い。他は、前述と同様である。

なお、図５（ａ），（ｂ），（ｃ）および図７（ａ），（ｂ），（ｃ）における符号(1)〜(12)、(1)〜(36)は、同様にスロット番号を示している。

〔変形例〕次に、前述の三相交流４極分布（全節）巻の電気装置を例にして、この電気装置を誘導電動機としても用いる場合について説明する。

図８および図９において、上下壁を有する円筒形状の固定子枠２０内に同軸状にその固定子枠２０に固定されて円環筒状鉄心２１が設けられている。この円環筒状鉄心２１の内周面側には、周方向に等間隔にかつその軸線方向に沿って３６個のスロット２２が形成されている。これらスロット２２内における奥側に一次巻線２３を配し、手前側に二次巻線２４を配して前述の通りに三相交流４極分布（全節）巻の三相対称巻でかつ重ね巻でそれら一次巻線２３および二次巻線２４が配設されている。

ところで、円環筒状鉄心２１内の中空部には、回転磁界の軸芯に位置して固定子枠２０の上下壁に設けられている各孔２５，２６に各ベアリング２７，２８を介して回転自在に支持されている回転軸２９を有する円柱状導体３０が設けられている。こうして、円環筒状鉄心２１側を固定子とし、また円柱状導体３０側を回転子として一次巻線２３により生ずる回転磁界によってその円柱状導体３０の表面側に誘導される電流にもとづく誘導磁界によりそれら回転磁界と誘導磁界とによる電磁力でもって回転子としての円柱状導体３０が回転される。なお、一次巻線２３に電力を供給することにより、二次巻線２４には前述の通りに一次巻線２３に供給した電力よりも大なる起電力が効率よく誘導されることは言うまでもない。

また、図１０および図１１に示されているように、円筒形状の固定子枠２０’内に同軸状にその固定子枠２０’の下壁に固定される円環筒状鉄心２１’を設け、この円環筒状鉄心２１’の外周面と固定子枠２０’の内周面との間の円環筒状空間に遊嵌される円環筒状導体３０’を設けるようにしても良い。この場合に、円環筒状鉄心２１’の外周面側にスロット２２’が形成される他は円環筒状導体３０’の回転軸２９’が円環筒状鉄心２１’の中空部において回転磁界の軸芯に位置されるなどは前述と同様である。

なお、３相交流４極分布（全節）巻の場合を例にして説明したが、前述の３相交流２極集中（全節）巻、４極集中（全節）であっても良いことは言うまでもない。また、円環筒状鉄心２１，２１’側を固定子とし、円柱状導体３０，円環筒状導体３０’側を回転子として説明したが、円環筒状鉄心２１，２１’に回転軸を有させてその円環筒状鉄心２１，２１’側を回転子とし、円柱状導体３０，円環筒状導体３０’側を固定子としても良い。

本実施例においては、スロット１１，１１’，１１”，２２，２２’内における奥側に一次巻線１５，１５’，１５”，２３を配し、手前側に二次巻線１６，１６’，１６”，２４を配したが、逆に一次巻線１５，１５’，１５”，２３を手前側に二次巻線１６，１６’，１６”，２４を奥側に配しても良く、一次巻線１５，１５’，１５”，２３および二次巻線１６，１６’，１６”，２４を手前側，奥側に区別なく配しても良い。また、Ｙ結線の三相対称巻の場合について説明したが△結線の三相対称巻であっても良い。さらに、重ね巻の場合について説明したが波巻または鎖巻であっても良く、また全節巻の場合について説明したが短節巻であっても良く、言うなれば如何なる巻線方法であっても良い。

本実施例においては、鉄心１０，１０’，１０” ，２１，２１’を薄鋼板を積層して造ったが、巻いて造っても良く、塊状であっても良く、フェライトを焼固して造っても良く、言うなれば磁性体で構成されるものであれば如何なるものであっても良い。

〔第２実施例−単相交流コンデンサ分相形４極分布（全節）巻〕
図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、鉄心４０は、第１実施例の場合と同様に円柱状鉄心部４０Ａと、この円柱状鉄心部４０Ａがその中空部に嵌合されその円柱状鉄心部４０Ａと互いに磁気的に結合される円環筒状鉄心部４０Ｂとより構成されている。この円柱状鉄心部４０Ａの外周面側に周方向に等間隔にかつその軸線方向に沿って形成されている１６個のスロット４１内における奥側には、図１３において示されているように単相交流電源４２に接続されている一次巻線４３である単相巻線の主巻線４３Ａとコンデンサ４４を有する補助巻線４３Ｂとが２相対称巻、重ね巻かつ全節巻でもって図示されているように両主巻線４３Ａおよび補助巻線４３Ｂ間に電気的に９０°の位相角があるようにして配され嵌入されている。また、スロット４１内における手前側には、図１３に示されている二次巻線４５である単相巻線の主巻線４５Ａとコンデンサ４６を有する補助巻線４５Ｂとが同様に二相対称巻，重ね巻かつ全節巻でもって両主巻線４５Ａおよび補助巻線４５Ｂに電気的に９０°の位相角があるように配され嵌入されている。

こうして、一次巻線４３に単相交流電源４２から励磁電源として単相交流ｉ_１を流すと主巻線４３Ａおよび補助巻線４３Ｂに流れる各電流ｉ_１ａ，ｉ_１ｂによって生じる交番磁束により各交番磁界と、両主巻線４３Ａおよび補助巻線４３Ｂ間の電流ｉ_１ａ，ｉ_１ｂの位相差により単相交流ｉ_１ の１サイクル間に１回転する回転磁界が生じる。一方、これら各交番磁界および回転磁界により二次巻線４５である単相巻線の主巻線４５Ａおよび補助巻線４５Ｂが鎖交され、起電力が誘導されて単相交流ｉ_２ が流れる。このようにして、一次巻線４３に電力が供給されることにより、第１実施例の場合と同様に効率よく一次巻線４３に供給した電力よりも大となる起電力が二次巻線４５に誘導される。

なお、本実施例においても、第１実施例の場合と同様に、一次巻線４３および二次巻線４５をスロット４１内において、逆に一次巻線４３を手前側に、また二次巻線４５を奥側に配しても良く、手前側，奥側に区別なく配しても良い。また、重ね巻の場合について説明したが波巻または鎖巻であっても良く、また全節巻の場合について説明したが短節巻であっても良く、言うなれば如何なる巻線方法であっても良い。また、鉄心４０を、第１実施例と同様に薄鋼板を積層して造っても良く、巻いて造っても良く、また塊状であっても良く、更にはフェライトを焼固して造っても良く、言うなれば磁性体で構成されるものであれば如何なるものであっても良い。

ところで、単相交流コンデンサ分相形においても、第１実施例における変形例において説明したように、同様の構成にすることにより電気装置を誘導電動機として用いることができる。

なお、コンデンサを用いずに主巻線および補助巻線におけるリアクタンスに差を設けることによる、あるいは９０°の位相角がある２相交流による回転磁界も前述の単相交流コンデンサ分相形と同じように交番磁界および回転磁界が生じ、一次巻線に電力を供給することにより、効率よく一次巻線に供給した電力よりも大なる起電力が二次巻線に誘導されるとともに、誘導電動機としても用いることができることは言うまでもない。

〔第３実施例−単相交流くまとりコイル形２極巻〕
図１４において、鉄心５０は、Ｕ字状鉄心部５０Ａと、このＵ字状鉄心部５０Ａの両端辺部間の中空部に嵌合されてそのＵ字状鉄心部５０Ａと互いに磁気的に結合されるＸ字状鉄心部５０Ｂとより構成されている。これらＵ字状鉄心部５０ＡおよびＸ字状鉄心部５０Ｂは、Ｕ字状およびＸ字状の薄鋼板を積層して造られているとともに、Ｕ字状鉄心部５０Ａの両端辺部における各内側にはＸ字状鉄心部５０Ｂの先端側が嵌入される各２個の切込溝５１が形成されている。こうして、Ｘ字状鉄心部５０Ｂの各先端側をＵ字状鉄心部５０Ａの各切込溝５１に沿って嵌入させながらＵ字状鉄心部５０Ａの両端辺部間の中空部にＸ字状鉄心部５０Ｂを嵌合させることで鉄心５０が組立てられている。

前記Ｕ字状鉄心部５０Ａの中間辺部には図１５に示されているように単相交流電源５２に接続されている一次巻線５３が巻回されている。また、Ｘ字状鉄心部５０Ｂには、図１５に示されている二次巻線５４である第１および第２の巻線５４Ａ，５４Ｂが互いに交差するように巻回されている。さらに、Ｘ字状鉄心部５０Ｂには、図１５においてそのＸ字状鉄心部５０Ｂに反時計方向に回転する回転磁界が生じるように、例えば銅製の一対のくまとりコイル５５，５６が図示されるように配設されている。

こうして、一次巻線５３に単相交流電源５２から単相交流ｉ_１ を流すと、この単相交流ｉ_１によって生じる交番磁束により交番磁界と、一対のくまとりコイル５５，５６による磁束を遅らす作用とが相俟って単相交流ｉ_１ の１サイクル間に１回転する回転磁界が生じる。一方、これら交番磁界および回転磁界により二次巻線５４である第１および第２の巻線５４Ａ，５４Ｂが鎖交され、起電力が誘導されて単相交流ｉ_２ａ，ｉ_２ｂが流れる。このようにして、第１および第２実施例の場合と同様に、一次巻線５３に電力を供給することにより、効率よく一次巻線５３に供給した電力よりも大となる起電力が二次巻線５４に誘導される。

なお、本実施例においては、Ｕ字状鉄心部５０ＡおよびＸ字状鉄心部５０Ｂより構成されている鉄心５０の場合について説明したが、図１６に示されているように鉄心５０’を変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’と、この変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’の両端辺部間の中空部に遊嵌状態に配設される円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’とより構成しても良い。これら変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’および円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’は変形Ｕ字状および円形状の薄鋼板を積層して造られ、また変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’の中間辺部に一次巻線５３’が巻回され、更には円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’には二次巻線５４’である第１および第２の巻線５４Ａ’，５４Ｂ’が互いに交差するように巻回されているなどは、前述の場合と同様である。なお、符号５７は空隙であるとともに、符号５８，５９はくまとりコイルである。

ところで、二次巻線５４，５４’を図１７に示されているように第１乃至第３の巻線５４Ａ”，５４Ｂ”，５４Ｃ”より構成して第１の巻線５４Ｃ”をＵ字状鉄心部５０Ａまたは変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’の中間辺部に巻回されている一次巻線５３，５３’上または下に巻回し、第２および第３の巻線５４Ａ”，５４Ｂ”を前述の第１および第２の巻線５４Ａ，５４Ｂ，５４Ａ’，５４Ｂ’と同様にＸ字状鉄心部５０Ｂまたは円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’に互いに交差するように巻回すれば、一次巻線５３，５３’による交番磁界にもとづく起電力が第１の巻線５４Ｃ”において効率良く誘導される。

〔変形例〕
次に、前述の変形Ｕ字状鉄心部５０Ａ’および円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’より構成される鉄心５０’を有する電気装置を例にして、この電気装置を誘導電動機としても用いる場合について説明する。

図１８において、前述と同様に変形Ｕ字状の薄鋼板を積層して鉄心６０が造られているとともに、この変形Ｕ字状の鉄心６０の両端辺部間の中空部に、前述の円形（柱）状鉄心部５０Ｂ’に替えて、図面に対して垂直状態に配されかつ両端部が例えば図示されない各ベアリングを介して回転自在に支持されている回転軸６１を有しかつその回転軸６１に対して同軸状の円柱状導体６２が遊嵌状態に配されている。また、変形Ｕ字状の鉄心６０の中間辺部には一次巻線６３が巻回されているとともに、円柱状導体６２にその円柱状導体６２が回動可能に巻回するようにして二次巻線６４である第１および第２の巻線６４Ａ，６４Ｂが互いに交差するように配設されている。こうして、鉄心６０側を固定子とし、また円柱状導体６２側を回転子として一次巻線６３により生じる回転磁界によってその円柱状導体６２の表面側に誘導される電流にもとづく誘導磁界によりそれら回転磁界と誘導磁界とによる電磁力でもって円柱状導体６２が回転されることは前述の変形例の場合と同様で、また一次巻線６３に電力を供給することにより、効率よく一次巻線６３に供給した電力よりも大なる起電力が二次巻線６４に誘導されるなども前述の場合と同様である。なお、図１７に示されているように二次巻線６４を第１乃至第３の巻線より構成して第１の巻線を一次巻線６３上または下に巻回し、第２および第３の巻線を前述の第１および第２の巻線６４Ａ，６４Ｂと同様に円柱状導体６２を巻回するようにして交差するように配すれば、同様に一次巻線６３による交番磁界にもとづく起電力が第１の巻線において効率良く誘導される。他は前述と同様である。

本実施例においては、鉄心５０，５０’，６０を薄鋼板を積層して造ったが、第１および第２の実施例と同様に、塊状であっても良く、フェライトを焼固しても良く、言うなれば磁性体で構成されるものであれば如何なるものであっても良い。

〔第４実施例−直流２極集中（全節）巻〕
図１９において、鉄心７０は、例えばフェライトを焼固して造られている２個の円盤状鉄心部７０Ａ，７０Ｂより構成されている。これら円盤状鉄心部７０Ａ，７０Ｂは、図２０に示されているように一面側に同軸状に円環状溝７１Ａ，（７１Ｂ）が形成されているとともに、軸芯部には貫通孔７２Ａ，（７２Ｂ）が形成されている。ところで、一方の円盤状鉄心部７０Ａの円環状溝７１Ａ内には、図２１に示されているように６個のＳＣＲ_１〜ＳＣＲ_６から構成されるスィッチ回路７３を介して直流電源７４に接続されている一次巻線７５である３個の巻線７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃが重ね巻でかつ全節巻で図２２に示されているように配されて円環状溝７１Ａに対して樹脂などにより接着され固定されている。また、他方の円盤状鉄心部７０Ｂの円環状溝７１Ｂ内には、図２１に示されている二次巻線７６である３個の巻線７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃが同様に重ね巻でかつ全節巻で図２２に示されているように配されて円環状溝７１Ｂに対して樹脂などにより接着され固定されている。こうして、両巻線７５，７６をサンドイッチ状にかつ相対応する各巻線７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃ，７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃが合致して重なるように挟み込むようにして両円盤状鉄心部７０Ａ，７０Ｂを互いに対向させ両貫通孔７２Ａ，７２Ｂにボルト７７を挿通し、ナット７８で締着することにより鉄心７０は組立てられている。

こうして、一次巻線７５である３個の巻線７５Ａ，７５Ｂ，７５Ｃに直流電源７４から励磁電源としてスィッチ回路７３における各ＳＣＲ_１〜ＳＣＲ_６のオン・オフ作用により順次に断続的に直流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１を流すと、これら直流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１によって生じる交番磁束により各交番磁界と、順次に流される直流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１の一回りにより１回転する回転磁界とが生じる。一方、これら交番磁界および回転磁界に二次巻線７６である３個の巻線７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃが鎖交され、これら各巻線７６Ａ，７６Ｂ，７６Ｃには各交番磁界および回転磁界による起電力が互いに位相のずれた状態で誘導されて断続的に直流電流ｉ_ａ２，ｉ_ｂ２，ｉ_ｃ２が流れる。このようにして、二次巻線７６には、一次巻線７５に電力を供給することにより、効率よく一次巻線７５に供給した電力よりも大となる起電力が誘導される。

〔変形例〕
次に、前述の直流２極集中（全節）巻の電気装置を例にして、この電気装置を誘導電動機として用いる場合について説明する。

図２３および図２４において、上壁を有する円筒形状の固定子枠８０の下端側には、前述のように円環状に配列されている一次巻線８１および二次巻線８２が上面に上下に積層され固定されて設けられ、例えばフェライトを焼固して造られている鉄心としての円形状下壁部８３が嵌設されている。これら一次巻線８１および二次巻線８２は、前述の通りに各３個の巻線から構成され直流２極集中巻で配設されている。

ところで、円環状の一次巻線８１および二次巻線８２の中空部には、回転磁界の軸芯に位置して固定子枠８０の上壁および円形状下壁部８３に設けられている各孔８４，８５に各ベアリング８６，８７を介して回転自在に支持されている回転軸８８を有する円盤状導体８９が、固定子枠８０の上壁と一次巻線８１との間に配されて設けられている。こうして、一次巻線８１および二次巻線８２側を固定子とし、また円盤状導体８９側を回転子として一次巻線８１によって生ずる回転磁界によりその円盤状導体８９の表面側に流れる電流にもとづき、前述の変形例と同様に円盤状導体８９が回転されるとともに、前述のように二次巻線８２には、一次巻線８１に電力を供給することにより、効率よく一次巻線８１に供給した電力よりも大なる起電力が誘導される。

なお、本実施例においては、一次巻線８１および二次巻線８２側を固定子とし、円盤状導体８９側を回転子としたが、一次巻線８１および二次巻線８２側を回転子、円盤状導体８９側を固定子としても良い。

本実施例においては、一次巻線７５，８１を上側に二次巻線７６，８２を下側に配設したが、一次巻線７５，８１を下側に二次巻線７６，８２を上側に配設しても良い。また、前述の各実施例と同様に重ね巻について説明したが、波巻または鎖巻であって良く、また全節巻の場合について説明したが短節巻であっても良く、言うなれば分布巻を含み如何なる巻線方法であっても良い。

本実施例においては、鉄心７０，円形状下壁部８３はフェライトを焼固して造られているが、磁性体で構成されるものであれば如何なるものでも良い。

〔第５実施例−三相交流単相（全節）巻〕
図２５において、鉄心９０は、下面側に左右方向に等間隔でかつ図面に対して垂直方向にスロット９１が形成されている第１の鉄心部９０Ａと、上面側に左右方向に等間隔でかつ図面に対して垂直方向に第１の鉄心部９０Ａのスロット９１間における突出部９２の先端側が嵌入される切込溝９３が形成されている第２の鉄心部９０Ｂとが互いに磁気的に結合されることで構成されている。これら第１および第２の鉄心部９０Ａ，９０Ｂは、例えば薄鋼板を積層することで、またはフェライトを焼固するなどして造られている。こうして、第１の鉄心部９０Ａの突出部９２を第２の鉄心部９０Ｂの切込溝９３に嵌入させることで鉄心９０が組立てられている。

前記第１の鉄心部９０Ａのスロット９１Ａ内における奥側には、図示されていない三相交流電源に接続されている一次巻線９４であるＵ１相巻線９４Ａ，Ｖ１相巻線９４ＢおよびＷ１相巻線９４Ｃが図２６（ａ）に示されているように順次に配され嵌入されている。また、スロット９１内における手前側には、図２６（ｂ）に示されている二次巻線９５であるＵ２相巻線９５Ａ，Ｖ２相巻線９５ＢおよびＷ２相巻線９５Ｃが同様に順次に配されて嵌入されている。なお、図２５，図２６（ａ），（ｂ）における符号(1)〜(10)はスロット番号を示している。

こうして、一次巻線９４であるＵ１相巻線９４Ａ，Ｖ１相巻線９４ＢおよびＷ１相巻線９４Ｃに図示されない三相交流電源から励磁電流として平衡三相交流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１を流すと、これら平衡三相交流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１によって生じる交番磁束により図２５に示されているように各交番磁界９６と、図示されている矢印方向に進む進行磁界９７とが生じる。なお、図２５における交番磁界９６などは、Ｕ１相巻線９４Ａに平衡三層交流電流ｉ_ａ１，ｉ_ｂ１，ｉ_ｃ１のうち電流ｉ_ａ１が最大に流れているときを示している。一方、これら各交番磁界９６および進行磁界９７により二次巻線９５であるＵ２相巻線９５Ａ，Ｖ２相巻線９５ＢおよびＷ２相巻線９５Ｃには、前述のように一次巻線９４に電力を供給することにより、効率よく一次巻線９４に供給した電力よりも大なる起電力が誘導されて図２６（ｂ）に示されているように平衡三相交流電流ｉ_ａ２，ｉ_ｂ２，ｉ_ｃ２が流れる。

〔変形例〕
次に、前述の三相交流単相（全節）巻の電気装置を例にして、この電気装置を誘導電動機として、いわゆるリニアモータとしても用いる場合について説明する。

図２７において前述と同様に薄鋼板を積層して、またはフェライトを焼固するなどして一次側としての鉄心１００が造られているとともに、この鉄心１００の下面側には左右方向に等間隔にスロット１０１が形成されている。このスロット１０１内における奥側には、前述のように一次巻線１０２であるＵ１相巻線１０２Ａ，Ｖ１相巻線１０２ＢおよびＷ１相巻線１０２Ｃが順次に配され嵌入されている。また、スロット１０１内における手前側には、同様に二次巻線１０３であるＵ２相巻線１０３Ａ，Ｖ２相巻線１０３ＢおよびＷ２相巻線１０３Ｃが順次に配されて嵌入されている。

一方、鉄心１００の下方側にはその鉄心１００に沿うように二次側としての導体板１０４が配設されている。こうして、鉄心１００側を固定側とし、導体板１０４側を可動側とすれば、一次巻線１０２によって生じる図示されている矢印方向に進む進行磁界により導体板１０４の表面側に誘導される電流にもとづく誘導磁界によってそれら進行磁界と誘導磁界とによる電磁力でもって導体板１０４が矢印方向に移動する。また、一次巻線１０２に電力を供給することにより、効率よく一次巻線１０２に供給した電力よりも大なる起電力が二次巻線１０３に誘導されるなどは前述の場合と同様である。

なお、前述においては、鉄心１００側を固定側とし、導体板１０４側を可動側としたが、鉄心１００側を可動側、導体板１０４を固定側としても良い。本実施例においては、三相交流の単相巻で全節巻の場合について説明したが二相巻，重ね巻、また波巻または鎖巻、更には短節巻であっても良く、言うなれば如何なる巻線方法であっても良い。

本実施例においては、一次巻線９４，１０２をスロット９１，１０１内における奥側に，二次巻線９５，１０３を手前側に配したが、一次巻線９４，１０２を手前側に、また二次巻線９５，１０３を奥側に配しても良く、手前側、奥側に区別なく配しても良い。

本実施例においては、鉄心９０，１００は薄鋼板を積層して、またはフェライトを焼固して造られているが、磁性体で構成されるものであれば如何なるものであっても良い。

前述の各実施例および各変形例において二次巻線に誘導される起電力の少なくとも一部を一次巻線に供給すれば、初期の始動時を除き外部からの電気エネルギーの供給を必要とすることなく自己発電、更には誘導電動機，リニアモータとしても機能を有する。また、一次巻線に流れる電流の周期を短くして交番磁界の交番数および回転磁界の回転数を大とすれば、また多相巻の相数が増すにつれて二次巻線に誘導される起電力は大となることは言うまでもない。また、進行磁界には、前述の回転磁界などの他、前後方向に可逆的に移動する移動磁界をも含むものとする。

以上に説明したように、本発明は、種々に変更可能なことは明らかである。このような変更は本発明の精神および範囲に反することなく、また当業者にとって明瞭な全てのそのような変形、変更は請求の範囲に含まれるものである。

本発明によれば、従来の水力発電装置，火力発電装置，原子力発電装置，太陽発電装置，風力発電装置、電池などに替わって電気エネルギーを供給することができることは勿論、特にその電気エネルギーでもってモータを駆動させているような民生用を含め全ての電気機において極めて有用である。

図１は、本発明による電気装置の第１実施例を説明するための横断面斜視図である。 図２は、本発明による電気装置の第１実施例を説明するための横断面図である。 図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による電気装置の第１実施例を説明するための回路図および巻線図である。 図４は、本発明による電気装置の第１実施例を説明するための回転磁界の発生図である。 図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による電気装置の第１実施例における第１態様例の図２に対応する横断面図および図３（ｂ），（ｃ）に対応する巻線図である。 図６は、本発明による電気装置の第１実施例における第１態様例の回転磁界の発生図である。 図７（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による電気装置の第１実施例における第２態様例の図２に対応する横断面図および図３（ｂ），（ｃ）に対応する巻線図である。 図８は、第１実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の第１変形例の縦断面図である。 図９は、第１実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の第１変形例の横断面図である。 図１０は、第１実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の第２変形例の縦断面図である。 図１１は、第１実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の第２変形例の横断面図である。 図１２（ａ），（ｂ），（ｃ）は、本発明による電気装置の第２実施例を説明するための図２に対応する横断面図および図３（ｂ），（ｃ）に対応する巻線図である。 図１３は、本発明による電気装置の第２実施例を説明するための回路図である。 図１４は、本発明による電気装置の第３実施例を説明するための平面外観図である。 図１５は、本発明による電気装置の第３実施例を説明するための回路図である。 図１６は、本発明による電気装置の第３実施例における第１態様例の平面外観図である。 図１７は、本発明による電気装置の第３実施例における第２態様例の回路図である。 図１８は、第３実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の第１態様例に対応する変形例としての平面外観図である。 図１９は、本発明による電気装置の第４実施例を説明するための縦断面図である。 図２０は、本発明による電気装置の第４実施例を説明するための鉄心部の斜視図である。 図２１は、本発明による電気装置の第４実施例を説明するための回路図である。 図２２は、本発明による電気装置の第４実施例を説明するための巻線配置図である。 図２３は、第４実施例の電気装置を誘導電動機としても用いる場合の変形例を説明するための縦断面図である。 図２４は、図２３における線Ａ−Ａ’における横断面図である。 図２５は、本発明による電気装置の第５実施例を説明するための図２に対応する横断面図である。 図２６（ａ），（ｂ）は、本発明による電気装置の第５実施例を説明するための図３（ｂ），（ｃ）に対応する巻線図である。 図２７は第５実施例の電気装置をリニアモータとしても用いる場合の縦断面図である。

符号の説明

１０，１０’，１０”，２１，２１’，４０，５０，５０’，６０，７０，９０，１００ 鉄心
１１，１１’，１１”，２２，２２’，４１，９１，１０１ スロット
１２，９２ 突出部
１３，５１，９３ 切込溝
１４ 三相交流電源
１５，１５’，１５”，２３，４３，５３，５３’，６３，７５，８１，９４，１０２ 一次巻線
１６，１６’，１６”，２４，４５，５４，６４，７６，８２，９５，１０３ 二次巻線
１７，１７’，９６ 交番磁界
１８，１８’，９７ 回転磁界
２０，２０’，８０ 固定子枠
２５，２６，８４，８５ 孔
２７，２８，８６，８７ ベアリング
２９，２９’，６１，８８ 回転軸
３０，６２ 円柱状導体
３０’ 円環筒状導体
４２，５２ 単層交流電源
４４，４６ コンデンサ
５５，５６，５８，５９ くまどりコイル
５７ 空隙
７３ スイッチ回路
７４ 直流電源
７７ ボルト
７８ ナット
８３ 円形柱状下壁部
８９ 円盤状導体
１０４ 導体板

Claims (23)

1. 交番磁界に加えて進行磁界を生じさせる一次巻線と、この一次巻線により生ずる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配される二次巻線とを具える電気装置であって、
   前記一次巻線が、間欠的な直流又は交流により交番磁界及び進行磁界を生じさせ、
   前記二次巻線が、起電力を誘導するために、前記一次巻線により生ずる交番磁界および進行磁界に鎖交するように配されており、
   前記装置は、さらに第１の鉄心部及び互いに磁気的に結合される第２の鉄心部で構成された鉄心と、前記第１の鉄心部又は第２の鉄心部に形成された複数のスロット、もしくは前記第１及び第２の鉄心部間に形成された円環状溝とを備えており、前記一次巻線及び二次巻線がそれぞれ単相巻線又は多相巻線で構成され、前記一次巻線と二次巻線とが対になって前記スロット又は円環状溝に配設されている電気装置。
2. 一次巻線及び二次巻線の双方が、(i)単相巻線の主巻線とコンデンサを備えた補助巻線とで構成されるか、又は(ii)多相巻線で構成されている請求項１記載の電気装置。
3. 多相巻線で構成された一次巻線と、この一次巻線に隣接して配され、多相巻線で構成された二次巻線とを備えており、一次巻線が二次巻線と対になって、スロット又は円環状溝に配設されている請求項１記載の電気装置。
4. 鉄心が、円環筒状鉄心部と、この円環筒状鉄心部の中空部に配され、互いに磁気的に結合された円柱状鉄心部と、前記円環筒状鉄心部又は円柱状鉄心部に形成され、かつ周方向に間隔をおいてそれぞれ形成された複数のスロットとで構成されており、一次巻線と二次巻線とが前記スロットに配設されている請求項１記載の電気装置。
5. 複数のスロットのそれぞれが、円環筒状鉄心部と円柱状鉄心部との間に軸線方向に沿って形成され、かつ等間隔に周方向に形成されている請求項４記載の電気装置。
6. 円環筒状鉄心部と円柱状鉄心部とが回転不能に嵌合されている請求項４記載の電気装置。
7. 多相巻線で構成された一次巻線と、多相巻線で構成された二次巻線とを備えており、前記一次巻線及び二次巻線が、二相又は多相対称巻でスロットに配設されている請求項１記載の電気装置。
8. 円環筒状鉄心部と、円柱状回転子の形態で配された円柱状鉄心部とを備えており、前記円環筒状鉄心部及び円柱状鉄心部の一方が、回転軸を中心にして他方に対して回転可能に配されている請求項４記載の電気装置。
9. 円環筒状鉄心部及び円柱状鉄心部の少なくとも一方が、これらの鉄心部間において、少なくとも一方の面に等間隔に軸線方向に沿って形成された切込溝を有しており、一方の鉄心部に形成された切込溝には、スロット間に形成された他方の鉄心部の突出部が嵌入されている請求項４記載の電気装置。
10. 一次巻線及び二次巻線がそれぞれ、Ｙ結線又はΔ結線の形態で配された多相巻線で構成されている請求項１記載の電気装置。
11. 円環筒状鉄心部及ぶ円柱状鉄心部が、円形状薄鋼板を積層して形成されており、一次巻線及び二次巻線が、それぞれ、三相巻線で構成されているとともに、Ｙ結線又はΔ結線の三相対称巻で配されている請求項４記載の電気装置。
12. 一次巻線に、間欠的な直流，単相交流，二相交流，または三相交流を含む多相交流が与えられる請求項１記載の電気装置。
13. 前記一次巻線および二次巻線が、同一磁気回路に配設されている請求項１記載の電気装置。
14. 前記進行磁界が、回転磁界である請求項１記載の電気装置。
15. 一次巻線が所定の相数を有する多相対称巻である請求項１記載の電気装置。
16. 一次巻線が、三相対称巻を含む多相の対称巻であり、かつ４極巻を含む多極巻である請求項１又は１４に記載の電気装置。
17. 二次巻線が、前記一次巻線と同じ相数の対称巻である請求項１６に記載の電気装置。
18. 多相交流の周期を短くして交番磁界の交番数および回転磁界の回転数を大とする請求項１６記載の電気装置。
19. 一次巻線および二次巻線の巻数比によって、この二次巻線に誘導される起電力の電圧・電流を調節する請求項１記載の電気装置。
20. 二次巻線に誘導される起電力の少なくとも一部を一次巻線に供給する請求項１記載の電気装置。
21. 制動巻線を有しない請求項１記載の電気装置。
22. 二次巻線からの誘導効率を向上させるための請求項１記載の電気装置の使用。
23. 二次巻線からの誘導効率を向上させるための方法であって、請求項１記載の電気装置の一次巻線に、間欠的な直流又は交流を供給する誘導効率の向上方法。

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