JP3466591B2

JP3466591B2 - 回転電機

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Publication number: JP3466591B2
Application number: JP2001220909A
Authority: JP
Inventors: 慎二西村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-07-23
Filing date: 2001-07-23
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2021-07-23
Also published as: FR2828773B1; JP2003032978A; US6727631B2; DE10230404A1; US20030015931A1; DE10230404B4; FR2828773A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、回転子の回転速
度に対して回転磁界の回転速度を異ならしめることによ
り、高出力を得ることが可能な回転電機に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】例えば車両用の発電機や同期電動機な
ど、従来の回転界磁型の回転電機では、界磁の回転速度
は回転子の回転速度と等速である。また、回転界磁型の
回転電機においては界磁コイルに通電するためにスリッ
プリングとブラシとを必要とし、完全なメンテナンスフ
リーにはなり得ないものである。スリップリングとブラ
シとを排除してメンテナンスフリーとしたものが誘導子
回転型の回転電機であり、誘導子回転型の回転電機は、
電機子と界磁コイルとを固定して電機子と界磁コイルと
の間に誘導子を設け、誘導子を回転させることにより電
機子に回転磁界を与えるものである。

【０００３】例えば、特開平７−１５９２９号公報に開
示された技術もこの誘導子回転型回転電機に関するもの
であり、軸方向に磁化された固定子の界磁と、同じく固
定子の電機子との間に設けられた空隙内を回転子として
の誘導子が回転して電機子に回転磁界を与えるものであ
り、このような構成ではスリップリングとブラシとは不
要になってメンテナンスフリーにはなるが、当然のこと
ながら回転磁界の回転速度は回転子の回転速度と一致す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】回転電機において小型
にして充分な出力を得る場合、例えば発電機の場合には
原動機に対して回転子の回転速度を増速したり電機子コ
イルの巻数を増加させたりする必要があるが、例えば車
両用の発電機を例にとれば、常用回転範囲の広い回転電
機において、原動機に対する回転子の増速比を大きくす
ることは遠心力に耐えるよう強度上の対策が必要であ
り、増速比の増大には限界がある。また、大型化しない
限り、電機子コイルの巻数の増大は電機子コイルの銅損
の増大につながるものであり、温度上昇が著しく増大す
ることになり、小型にして出力を増大することは困難で
あった。

【０００５】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、回転子の回転速度に対して回転磁界
の回転速度を異ならしめることにより、例えば、発電機
として使用する場合において、回転子自体を増速するこ
となく、また、電機子コイルの巻数を増大することな
く、充分な出力を得ることが可能な回転電機を得ること
を目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる回転電
機は、固定子を形成する電機子と、電機子と共に固定子
を形成する界磁と、電機子と界磁とに対向して回転する
回転子と、回転子の界磁に対向する部位に設けられ、界
磁の生成する磁界により発電する第一のコイルと、回転
子の電機子に対向する部位に設けられ、第一のコイルか
ら電流が供給されて電機子に磁界を与える第二のコイル
とを備え、第一のコイルと第二のコイルとが複数の相を
有すると共に、界磁と第一のコイルとが形成する磁極数
と、電機子と第二のコイルとが形成する磁極数とが等し
い値に設定され、第一のコイルの相順と第二のコイルの
相順とが逆になるように接続したものである。

【０００７】さらに、第一のコイルと第二のコイルとが
複数の相を有すると共に、界磁と第一のコイルとが形成
する磁極数と、電機子と第二のコイルとが形成する磁極
数とが異なる値に設定され、第一のコイルの相順と第二
のコイルの相順とが逆になるように接続したものであ
る。

【０００８】さらにまた、第一のコイルと第二のコイル
とが複数の相を有すると共に、界磁と第一のコイルとが
形成する磁極数と、電機子と第二のコイルとが形成する
磁極数とが異なる値に設定され、第一のコイルの相順と
第二のコイルの相順とが同一となるように接続したもの
である。また、界磁と、回転子と、電機子とが、それぞ
れの間に空隙を介して半径方向に順に配設されるように
したものである。

【０００９】さらに、界磁の磁路を形成する界磁鉄心
と、回転子の磁路を形成する回転子鉄心と、電機子の磁
路を形成する電機子鉄心とを有し、半径方向に順に配設
された界磁鉄心と、回転子鉄心と、電機子鉄心との軸方
向の積み厚が、内径側ほど大きくなるようにしたもので
ある。さらにまた、回転子を構成する回転子鉄心は、第
一のコイルを有する部位と、第二のコイルを有する部位
との間に非磁性体を介在させたものである。また、この
非磁性体を回転子鉄心に設けたスリットで構成したもの
である。

【００１０】さらに、この非磁性体を回転子鉄心に埋設
された非磁性金属で構成したものである。さらにまた、
この回転子鉄心に埋設された非磁性金属を回転子から突
設して設け、回転子が結合される回転軸との結合部材と
したものである。また、界磁と電機子とが、回転軸の軸
方向に配設され、回転子が界磁と対向する第一の回転子
鉄心と電機子と対向する第二の回転子鉄心とに分離され
ており、第一の回転子鉄心には第一のコイルが、第二の
回転子鉄心には第二のコイルが設けられるようにしたも
のである。

【００１１】さらに、回転子の第一のコイルと第二のコ
イルとの相数を等しくしたものである。さらにまた、回
転子の第一のコイルおよび第二のコイルの相数と、電機
子の相数とを異ならしめたものである。また、回転子の
第一のコイル、および／または、第二のコイルがアルミ
鋳物によりカゴ型に形成され、回転子鉄心の一方の端面
において短絡リングにより短絡されると共に、他方の端
面において第一のコイルと第二のコイルとが接続部材に
より接続されるようにしたものである。

【００１２】さらに、回転子の第一のコイルと、第二の
コイルとが棒状の導体により形成され、回転子鉄心の一
方の端面において短絡リングにより短絡されると共に、
他方の端面において回転子鉄心の端面から所定の寸法突
出した状態で第一のコイルと第二のコイルとの接続部が
形成されるようにしたものである。さらにまた、短絡リ
ングにファンを一体に形成したものである。また、棒状
の導体に平角導線を使用したものである。

【００１３】さらに、回転子の、第一のコイルと第二の
コイルとの相互干渉により磁束が相殺される部位に回転
軸に対する取り付け機構、または、通風孔を配設するよ
うにしたものである。さらにまた、界磁と電機子とが、
回転軸の軸方向に対向して配設され、回転子が界磁と電
機子との間に配設されるようにしたものである。また、
界磁に永久磁石を使用するようにしたものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１ないし図９は、この発明の実施の形態１による回転
電機の構成を示すもので、図１は、軸方向の断面図、図
２は、固定子と回転子との関係を示す軸方向とは直角方
向の断面図、図３は、図２の回転子の巻線の接続状態を
示す説明図、図４ないし図８は、この実施の形態におけ
る各種の変形例を示す説明図、図９は、図１に対して回
転子コイルの形状を変更した変形例を示す断面図でであ
る。

【００１５】図１の構成図において、回転電機は固定子
と回転子とからなり、固定子は電機子１と界磁２とから
なる。電機子１の電機子鉄心３は、例えば、十二極で六
相の電機子コイル４を有しており、電機子鉄心１はフロ
ントブラケット５とリヤブラケット６とに挟持されてい
る。リヤブラケット６には界磁２を構成する界磁鉄心７
の円筒部７ａが取り付けられ、界磁鉄心７の突極部７ｂ
には界磁コイル８が巻回されている。また、回転子９は
フロントブラケット５側の軸受け１０とリヤブラケット
６側の軸受け１１とに回転自在に支承された回転軸１２
と、回転軸１２に固定された円板部１３と、円板部１３
にネジ１４により固定された回転子鉄心１５と、後述す
る回転子の巻線とから構成されている。

【００１６】回転子鉄心１５は電機子鉄心３の内径側と
界磁鉄心７の外径側とに空隙を介して回転軸１２の回転
により回転自在に設けられ、図２に詳細を示すように内
径側の界磁鉄心７と対向する部位には第一のコイル（以
降、内側コイルと称す）１６が、外径側の電機子鉄心３
と対向する部位には第二のコイル（以降、外側コイルと
称す）１７が設けられている。内側コイル１６と外側コ
イル１７とは、例えばカゴ型誘導電動機のような、アル
ミニュームまたは銅など、棒状で非磁性体の導電体から
形成され、それぞれの一端側は共通の短絡リング１８に
より短絡されている。また、内側コイル１６と外側コイ
ル１７との他端側は、接続部１９において後述するよう
に接続されている。なお、２０は回転軸１２に取り付け
られたプーリ、２１は電機子コイル４の交流出力を整流
する整流器、２２は界磁コイル８の電流を制御するレギ
ュレータである。

【００１７】図２と図３とでは電機子コイル４と界磁コ
イル８とが省略されている。界磁鉄心７の円筒部７ａと
突極部７ｂとはダブテールにて結合されているが、当然
のことながら一体構成でも良く、突極部７ｂの回転子鉄
心１５との対向面は円周方向両端に至るほど空隙が大き
く設定され、回転子９の内側コイル１６に正弦波電圧が
発生するように構成されている。回転子９の内側コイル
１６と外側コイル１７とは界磁鉄心７が構成する十二極
に対して、例えば、六相の出力が得られるように配列さ
れ、上記したように一端側は短絡リング１８により短絡
され、他端側は接続部１９において相の順序が反対にな
るように接続されている。

【００１８】図３は、この接続部１９の状態を示すもの
で、接続部１９の端面側から見た側面図である。図２と
図３において、内側コイル１６の各相をｕ相、ｖ相、ｗ
相、−ｕ相、−ｖ相、−ｗ相、とし、外側コイル１７の
各相をＵ相、Ｖ相、Ｗ相、−Ｕ相、−Ｖ相、−Ｗ相とす
ると、図３に示すように、ｕ相がＵ相に、ｖ相がＷ相
に、ｗ相がＶ相に、−ｕ相が−Ｕ相に、−ｖ相が−Ｗ相
に、−ｗ相が−Ｖ相に接続されている。この接続によ
り、界磁コイル８がＤＣ電源により励磁され、回転子９
が回転することにより、回転子９の内側コイル１６に発
生する交流六相の発電電流は相の順序が反対になって外
側コイル１７に供給され、電機子コイル４を励磁するこ
とになる。

【００１９】内側コイル１６の発電電流は、内側コイル
１６と鎖交する磁束とは逆方向の磁束が発生するように
流れ、内側コイル１６と鎖交する磁束は界磁コイル８に
よる磁束であり、界磁コイル８が固定されているために
内側コイル１６による磁束は固定子である界磁コイル８
に対しては静止状態にて発生する。言い換えれば、この
内側コイル１６による磁束は回転する回転子９に対して
は、回転子９の回転方向とは逆方向に同一回転速度で回
転していることになり、内側コイル１６とは相の順序が
反対になるように接続された外側コイル１７の電流によ
る起磁力は、回転子９に対して回転子９の回転方向とは
同一方向に同一回転速度で回転することになる。

【００２０】すなわち、外側コイル１７の電流による起
磁力は、界磁コイル８の起磁力とほぼ等しく、回転子９
の回転速度に対して二倍の回転速度を有することにな
る。従って、電機子コイル４には界磁２が回転子９の二
倍の回転速度で回転したのと等価の回転磁界が加わるこ
とになり、回転子９自体の回転速度を高めることなく回
転磁界の回転速度が高められるので、電機子コイル４の
巻数を１／２に減じて出力電流を二倍に高め、巻線抵抗
を１／４（巻数１／２、断面積二倍）に低減できて高出
力の発電機が得られることになる。また、従来装置と同
一の出力を得るものであれば回転子９の回転速度を１／
２に低減することができ、駆動する原動機との間の減速
比を小さくしたり全体の小型化が図れ、さらに、磁束量
を低減して磁気騒音の低い回転電機を得ることができる
など、様々な特徴を持つ発電機が得られることになる。

【００２１】図４ないし図８は、以上のように動作する
回転電機の変形例を示したもので、図４は、上記の図３
に対して電機子１が五相の巻線になったもので、回転子
９は上記の図３と同様に六相の内側コイル１６と外側コ
イル１７とを有し、内側コイル１６と外側コイル１７と
は逆相に接続されている。図５の変形例では回転子９が
四相の巻線を有し、内側コイル１６と外側コイル１７と
を逆相に接続したものである。また、図６は、回転子９
が十相の巻線を有し、内側コイル１６と外側コイル１７
とが逆相に接続されたものを示し、図７は電機子１が五
相の巻線を有しており、回転子９が四相の巻線を有し、
内側コイル１６と外側コイル１７とが逆相に接続された
ものである。さらに、図８は、回転子９が五相の巻線を
有する場合を示し、いずれの変形例も界磁２と内側コイ
ル１６とが構成する極数は十二極であり、電機子１と外
側コイル１７とが構成する極数も十二極の場合を示して
いる。このように界磁２側と電機子１側との極数が等し
い場合、回転磁界を回転子９に対して二倍速に増速で
き、内側コイル１６と外側コイル１７との相数を等しく
すれば接続が容易となり、電機子１の相数と回転子９の
相数とを異なるものとすることにより電磁音の低減が可
能になるものである。

【００２２】なお、以上の各例において、回転子９の内
径と外径とに空隙が存在するため、内径側の界磁鉄心７
の軸方向長さを、外径側の電機子鉄心３より大きくして
空隙の有効面積差を縮小し、空隙の磁束密度の差を縮小
するのが効果的である。また界磁２は界磁鉄心７の突極
部７ｂに界磁コイル８を巻装した場合について説明した
が、クローポール型の界磁を使用することにより、一個
の界磁コイルで複数の磁極を構成することもでき、さら
に、界磁２に永久磁石を使用して構成を簡単にすること
もできる。特に、界磁２が固定子であるために永久磁石
を使用することは極めて容易である。

【００２３】また、図９に示すように、内側コイル１６
と外側コイル１７とを回転子鉄心１５の端面からさらに
軸方向に延長させ、接続部１９と回転子鉄心１５との間
に空隙２３を設けるようにすれば、内側コイル１６と外
側コイル１７とを効果的に冷却することができ、また、
内側コイル１６や外側コイル１７、および、接続部１９
に平角線を使用すれば、接続部１９がファンを形成し、
ファン効果による電機子コイル４の冷却を行うこともで
きる。さらに、短絡リング１８にファンを一体に形成す
ることもできる。

【００２４】また、回転子９に設けられる内側コイル１
６と外側コイル１７とを挿入するスロットは、回転軸１
２に対してスキューさせることが効果的であり、内側コ
イル１６のスキューは界磁２の磁束の変化を修正して内
側コイル１６に流れる電流をより正弦波に近付けること
になり、さらに、外側コイル１７のスキューにより電機
子１との間の空隙磁束分布をほぼ正弦波とすることがで
きる。さらにまた、回転子９の内側コイル１６と外側コ
イル１７、および、短絡リング１８をアルミ鋳物により
形成すれば、回転子９の製造がより容易なものとなる。

【００２５】図３に示したような回転子９の内側コイル
１６と外側コイル１７との接続においては、内側コイル
１６の磁束と外側コイル１７の磁束とが干渉し、内側コ
イル１６のｕ相と外側コイル１７のＵ相の中間部分には
磁束は流れない。従って、この部分の鉄心は肉抜きが可
能であり、例えば回転子９を取り付けるネジ１４をこの
部分に設けることにより、特性上には全く影響のない取
り付け構造が得られ、また、このｕ相とＵ相の中間部分
に通気口を設けて冷却効果を向上させることができる。

【００２６】実施の形態２．図１０と図１１とは、この発明の実施の形態２による回
転電機を説明するもので、図１０は、固定子と回転子と
の関係を示す説明図、図１１は、回転子コイルの接続図
である。この実施の形態は、固定子を形成する電機子１
と界磁２との極数が異なる場合を示し、これに伴って回
転子９の内側コイル１６と外側コイル１７との導体数と
接続とを変えたものである。

【００２７】図１０は界磁２の突極部７ｂが六極であ
り、電機子１のコイル数が三十六で、十二極の三相コイ
ルである場合を示している。回転子９は、内側コイル１
６が三相で界磁２と同じ六極コイルを形成し、外側コイ
ル１７が電機子１と同じ十二極で三相コイルを形成して
おり、これらは図１１に示すように接続される。図１１
において、内側コイル１６の一方の巻線端は中性点２４
に接続され、他方の巻線端は各相毎の共通線２６のそれ
ぞれの相に接続されて星形結線になっている。外側コイ
ル１７は一方の巻線端は中性点２５に接続され、他方の
巻線端は各相毎の共通線２６のそれぞれの相に接続され
て星形結線を構成している。

【００２８】このように構成された場合、界磁の極数を
Ｐａ、回転子９の回転速度をＮとすると、内側コイル１
６にはｆ＝ＮＰａ／２で表される周波数の電流が発生
し、この電流が外側コイル１７に供給される。外側コイ
ル１７にこの電流が流れた場合には、電機子側の極数を
Ｐｂとすると、外側コイル１７による磁界の回転子９に
対する回転速度は、ｎ＝ｆ／（Ｐｂ／２）となる。従っ
て、実施の形態１のように内側コイル１６に対して外側
コイル１７が逆相に接続されておれば、外側コイル１７
による磁界の回転速度はＮ（１＋Ｐａ／Ｐｂ）となって
増速され、内側コイル１６に対して外側コイル１７が順
相に接続されておれば、磁界の回転速度はＮ（１−Ｐａ
／Ｐｂ）となって減速されることになる。

【００２９】このように、この発明の実施の形態２の回
転電機によれば、内側コイル１６と外側コイル１７とを
逆相に接続するか、順相に接続するかにより、回転磁界
を回転子９の回転速度に対して増速させたり減速させる
ことができ、逆相に接続した場合には実施の形態１の場
合と同様に磁界の回転速度を高めて高出力の発電機や磁
気騒音の低い発電機を得ることができると共に、順相に
接続して同期電動機として使用する場合には、電機子コ
イル４に与える電力の周波数より高い回転速度を持つ電
動機が得られることになる。

【００３０】なお、以上の効果は界磁２の極数と電機子
１の極数との差により生じるものであり、両者の極数お
よび回転子９の相数は限定されるものでなく、例えば、
回転子のそれぞれのコイルの極数が界磁２および電機子
１と同じであれば、相数は四相でも五相でもあるいはそ
れ以上の多相でも同様の効果が得られることになり、ま
た、電機子１と回転子９との相数を整数倍から外すこと
により、磁気騒音を低減することも可能になるものであ
る。

【００３１】実施の形態３．図１２は、この発明の実施の形態３による回転電機の回
路図であり、この実施の形態は上記の実施の形態２にて
一部述べたように回転電機を同期電動機として使用する
ものである。図において、電機子１の三相の電機子コイ
ル４にはスイッチング素子２８ないし３３からなるイン
バータ２７から三相の電力が供給され、インバータ２７
には電源３４から電力が供給される。界磁コイル８には
直流電源３４ａから界磁電流が供給され、界磁電流はス
イッチング素子３５により電流値が制御される。回転子
９には内側コイル１６と外側コイル１７とが設けられ、
内側コイル１６と外側コイル１７とは上記した実施の形
態１または実施の形態２にて説明したように接続され
る。

【００３２】このように回転電機を同期電動機として使
用する場合、回転子９の内側コイル１６と外側コイル１
７とを逆相に接続し、電機子１と界磁２とが同一極数の
場合には、上記の実施の形態１にて説明したのと同一理
由により、極数が二倍の同期電動機として使用すること
ができ、電機子１と界磁２とが同一極数でない場合には
実施の形態２にて説明した理由により、電機子１と界磁
２との極数比分増速、または、減速して高トルクの電動
機として使用することができる。なお、この電動機は回
転子９が重負荷でロックされると起動しないので、起動
時にはインバータ２７の周波数を制御して起動させ、起
動後に同期運転させるのが望ましい。

【００３３】実施の形態４．図１３と図１４とは、この発明の実施の形態４による回
転電機を説明するもので、図１３は、回転子９の回転子
鉄心１５に円周方向のスリット３７を設けるようにした
ものである。このように構成することにより、外側コイ
ル１７により形成される磁束波形が、界磁２からの磁束
や内側コイル１６の電流による磁束に影響されず、電機
子コイル４の電圧波形の乱れが抑制されると共に、内側
コイル１６による磁束と外側コイル１７による磁束との
相互干渉が低減し、磁気騒音を緩和することができるも
のである。また、このスリットに非磁性の導電体を埋設
することにより、非磁性の導電体に渦電流が流れ、効果
をより大きいものとすることができる。

【００３４】図１４は、この非磁性の導電体３８を延長
して回転軸１２に固定された円板部１３と結合し、回転
子９を回転軸１２から非磁性の導電体３８を介して保持
すると共に駆動するようにしたものである。非磁性の導
電体３８をこのように使用することにより、鉄板の積層
体である回転子鉄心１５にネジ穴を設けることなく、回
転子９と回転軸１２との結合を容易とすることができ
る。

【００３５】実施の形態５．図１５は、この発明の実施の形態５による回転電機の構
成を説明する説明図である。上記に示した各実施の形態
では、固定子である電機子１が外周側に配設され、同じ
固定子を形成する界磁２が内径側に配設されて、両者の
間を回転子９が回転するものであったが、図１５に示す
ように、この実施の形態では、界磁２が外周側に配設さ
れ、電機子１が内周側に配設されて、両者の間を回転子
９が回転するように構成されている。回転電機の構成に
よってはこのように界磁２を外周側に配設する方が有利
な場合があるが、このように構成しても上記の各実施の
形態と同様の効果が得られるものである。

【００３６】実施の形態６．図１６は、この発明の実施の形態６による回転電機の概
略構成図であり、この実施の形態は電機子１と界磁２と
を軸方向に配列したものである。電機子コイル４を有す
る電機子鉄心３と、界磁コイル８を有する界磁鉄心７と
がヨーク３９の内径に軸方向に配列されており、回転軸
１２に設けられ、界磁鉄心７の内径と対向する第一の回
転子鉄心４０には多相の第一の回転子コイル４１が設け
られ、電機子鉄心３の内径と対向する第二の回転子鉄心
４２には多相の第二の回転子コイル４３が設けられ、第
一の回転子コイル４１と第二の回転子コイル４３とは接
続部４４において接続されている。

【００３７】第一の回転子コイル４１は実施の形態１に
おける内側コイル１６に、第二の回転子コイル４３は外
側コイル１７に相当するものであり、接続部４４は実施
の形態１および２の接続部１９と同様な接続、すなわ
ち、第一の回転子コイル４１に対して第二の回転子コイ
ル４３が逆相に、または、順相に接続されている。回転
電機をこのように構成しても、電機子１と界磁２との極
数が同じであり、第一の回転子コイル４１と第二の回転
子コイル４３とが逆相に接続されておれば第二の回転子
コイル４３による電機子１に対する回転磁界は、回転軸
１２の回転速度の二倍速となり、実施の形態１と同様の
効果が得られ、また、電機子１と界磁２との極数を実施
の形態２と同様に構成することにより実施の形態２の場
合と同様の効果を得ることができるものである。

【００３８】実施の形態７．図１７は、この発明の実施の形態７による回転電機の概
略構成図であり、この実施の形態は、電機子１と界磁２
とを回転軸１２の軸方向に対面して平行に配列したもの
で、回転子９は電機子１と界磁２との間に配置され、そ
れぞれとは所定の空隙を介して回転するようにしたもの
である。実施の形態１の半径方向に電機子１と回転子９
と界磁２とが配列された場合と動作は同様であるが、回
転子９の電機子１に対する空隙と界磁２に対する空隙と
の面積が同一となり、両空隙の磁束密度を同一とできる
ので高効率の回転電機とすることができる。なお、この
構成においては、各鉄心は鉄板の積層品でなく、磁性焼
結材を使用するのが有利である（積層品ではスロットの
形成が困難である）。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように、この発明の回転
電機において、請求項１に記載の発明によれば、固定子
を形成する電機子と、電機子と共に固定子を形成する界
磁と、電機子と界磁とに対向して回転する回転子と、回
転子の界磁に対向する部位に設けられ、界磁の生成する
磁界により発電する第一のコイルと、回転子の電機子に
対向する部位に設けられ、第一のコイルから電流が供給
されて電機子に磁界を与える第二のコイルとを備え、第
一のコイルと第二のコイルとが複数の相を有すると共
に、界磁と第一のコイルとが形成する磁極数と、電機子
と第二のコイルとが形成する磁極数とを等しい値に設定
し、第一のコイルの相順と第二のコイルの相順とが逆に
なるように接続したので、回転子の回転速度に対して二
倍速の回転界磁が得られ、高出力の発電機が得られると
共に、回転子の回転速度を１／２に低減したり、小型化
を図ったり、磁束量を低減して磁気騒音の低い回転電機
を得ることができるものである。

【００４０】さらに、請求項２に記載の発明によれば、
第一のコイルと第二のコイルとが複数の相を有すると共
に、界磁と第一のコイルとが形成する磁極数と、電機子
と第二のコイルとが形成する磁極数とが異なる値に設定
され、第一のコイルの相順と第二のコイルの相順とが逆
になるように接続したので、回転磁界の回転速度を回転
子に対して（１＋極数比）分の増速が可能となり、発電
機の高出力化や小型化が可能になるものである。

【００４１】さらにまた、請求項３に記載の発明によれ
ば、第一のコイルと第二のコイルとが複数の相を有する
と共に、界磁と第一のコイルとが形成する磁極数と、電
機子と第二のコイルとが形成する磁極数とが異なる値に
設定され、第一のコイルの相順と第二のコイルの相順と
が同一となるように接続したので、電機子コイルに与え
る電力の周波数より高い回転速度を持つ同期電動機を得
ることができるものである。

【００４２】また、請求項４に記載の発明によれば、界
磁と回転子と電機子とを、それぞれの間に空隙を介して
半径方向に順に配設するようにしたので、車両用の回転
電機などに適した形状の回転電機を得ることができ、さ
らに、請求項５に記載の発明によれば、界磁の磁路を形
成する界磁鉄心と、回転子の磁路を形成する回転子鉄心
と、電機子の磁路を形成する電機子鉄心とを半径方向に
順に配設し、界磁鉄心と、回転子鉄心と、電機子鉄心と
の軸方向の積み厚が、内径側ほど大きくなるようにした
ので、半径の差による空隙の面積差を縮小し、空隙の磁
束密度の差を縮小することができ高性能の回転電機を得
ることができるものである。

【００４３】さらにまた、請求項６に記載の発明によれ
ば、回転子を構成する回転子鉄心の第一のコイルを有す
る部位と、第二のコイルを有する部位との間に非磁性体
を介在させたので第一のコイルの磁束と第二のコイルの
磁束との相互干渉が低減し、性能の向上が図れると共
に、磁気騒音を低減することができ、また、請求項７に
記載の発明によれば、この非磁性体を回転子鉄心に設け
られたスリットとしたので簡単な構成にて効果を上げる
ことができ、さらに、請求項８に記載の発明によれば、
この非磁性体を回転子鉄心に埋設された非磁性金属とし
たので、渦電流により磁束の相互干渉低減効果を高くす
ることができるものである。

【００４４】さらにまた、請求項９に記載の発明によれ
ば、請求項９による非磁性金属を回転子から突設して設
けることにより、回転子と回転軸との結合部材として構
成するようにしたので、回転子と回転軸との結合が容易
となるものである。また、請求項１０に記載の発明によ
れば、界磁と電機子とが、回転軸の軸方向に配設され、
回転子が界磁と対向する第一の回転子鉄心と電機子と対
向する第二の回転子鉄心とに分離されており、第一の回
転子鉄心には第一のコイルが、第二の回転子鉄心には前
記第二のコイルが設けられるようにしたので、請求項１
〜請求項３に示した回転電機を外径を大きくすることな
く構成できるものである。

【００４５】さらに、請求項１１に記載の発明によれ
ば、回転子の第一のコイルと第二のコイルとの相数を等
しくしたので、第一のコイルと第二のコイルとの接続を
容易にして請求項１〜請求項３に記載の効果を得ること
ができ、さらにまた、請求項１２に記載の発明によれ
ば、回転子の第一のコイルおよび第二のコイルの相数
と、電機子の相数とを異ならしめたので、電磁音の低減
が可能になるものである。

【００４６】また、請求項１３に記載の発明によれば、
回転子の第一のコイル、および／または、第二のコイル
がアルミ鋳物によりカゴ型に形成され、回転子鉄心の一
方の端面において短絡リングにより短絡されると共に、
他方の端面において第一のコイルと第二のコイルとが接
続部材により接続されるようにしたので、請求項１〜請
求項３に示した回転電機を容易に生産することができる
ものである。

【００４７】さらに、請求項１４に記載の発明によれ
ば、回転子の第一のコイルと第二のコイルとが棒状の導
体により形成され、回転子鉄心の一方の端面において短
絡リングにより短絡されると共に、他方の端面におい
て、回転子鉄心の端面から所定の寸法突出した状態で第
一のコイルと第二のコイルとの接続部が形成されるよう
にしたので、回転子の各コイルの冷却性が向上し、さら
にまた、請求項１５に記載の発明によれば、短絡リング
にファンを一体に形成したので、簡単な構成で電機子コ
イルの冷却ができるものである。また、請求項１６に記
載の発明によれば、請求項１４において、棒状の導体を
平角導線にて構成したので、接続部がファンを形成し、
あらためてファンを設ける必要なく電機子コイルの冷却
ができるものである。

【００４８】さらに、請求項１７に記載の発明によれ
ば、回転子の第一のコイルと第二のコイルとの相互干渉
により磁束が相殺される部位に回転軸に対する取り付け
機構、または、通風孔を配設したので、特性を犠牲にす
ることなく取り付け構造を形成したり冷却効果を向上さ
せることができ、さらにまた、請求項１８に記載した発
明によれば、界磁と電機子とが、回転軸の軸方向に対向
して配設され、回転子が界磁と電機子との間に配設され
るようにしたので、回転電機を薄型に構成でき、電動機
に適した構成とすることができるものである。また、請
求項１９に記載の発明によれば、界磁に永久磁石を使用
し、界磁は固定子であるので、強度上の配慮を行うこと
なく単純な構成の回転電機を得ることができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による回転電機の断
面図である。

【図２】この発明の実施の形態１による回転電機の固
定子と回転子との関係を示す断面図である。

【図３】この発明の実施の形態１による回転電機の回
転子巻線の接続状態を示す説明図である。

【図４】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図５】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図６】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図７】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図８】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図９】この発明の実施の形態１による回転電機の変
形例を示す説明図である。

【図１０】この発明の実施の形態２による回転電機の
固定子と回転子との関係を示す説明図である。

【図１１】この発明の実施の形態２による回転電機の
回転子コイルの接続図である。

【図１２】この発明の実施の形態３による回転電機の
回路図である。

【図１３】この発明の実施の形態４による回転電機の
説明図である。

【図１４】この発明の実施の形態４による回転電機の
断面図である。

【図１５】この発明の実施の形態５による回転電機の
構成を説明する説明図である。

【図１６】この発明の実施の形態６による回転電機を
説明する概略構成図である。

【図１７】この発明の実施の形態７による回転電機を
説明する概略構成図である。

【符号の説明】

１電機子、２界磁、３電機子鉄心、４電機子コ
イル、５フロントブラケット、６リヤブラケット、７界
磁鉄心、８界磁コイル、９回転子、１０、１１軸受、１２
回転軸、１３円板部、１５回転子鉄心、１６第一のコイル
（内側コイル）１７第二のコイル（外側コイル）、１８短絡リン
グ、１９接続部、２０プーリ、２３空隙、２４、２５中性点、２６
共通線、２７インバータ、２８〜３３、３５スイッチング素
子、３４電源、３４ａ直流電源、３７スリット、３８非磁性の導
電体、３９ヨーク、４０第一の回転子鉄心、４１第一の
回転子コイル、４２第二の回転子鉄心、４３第二の回転子コイル、
４４接続部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】固定子を形成する電機子、前記電機子と
共に固定子を形成する界磁、前記電機子と前記界磁とに
対向して回転する回転子、前記回転子の前記界磁と対向
する部位に設けられ、前記界磁の生成する磁界により発
電する第一のコイル、前記回転子の前記電機子と対向す
る部位に設けられ、前記第一のコイルから電流が供給さ
れて前記電機子に磁界を与える第二のコイルを備え、前
記第一のコイルと前記第二のコイルとが複数の相を有す
ると共に、前記界磁と前記第一のコイルとが形成する磁
極数と前記電機子と前記第二のコイルとが形成する磁極
数とが等しい値に設定され、前記第一のコイルの相順と
前記第二のコイルの相順とが逆になるように接続され、
前記第1のコイルによる磁束を前記回転子の回転方向と
は逆方向に同一回転速度で回転させると共に、前記第二
のコイルによる磁束を前記回転子の回転方向と同一方向
に二倍の回転速度で回転させるようにしたことを特徴と
する回転電機。
【請求項２】固定子を形成する電機子、前記電機子と
共に固定子を形成する界磁、前記電機子と前記界磁とに
対向して回転する回転子、前記回転子の前記界磁と対向
する部位に設けられ、前記界磁の生成する磁界により発
電する第一のコイル、前記回転子の前記電機子と対向す
る部位に設けられ、前記第一のコイルから電流が供給さ
れて前記電機子に磁界を与える第二のコイルを備え、前
記第一のコイルと前記第二のコイルとが複数の相を有す
ると共に、前記界磁と前記第一のコイルとが形成する磁
極数と前記電機子と前記第二のコイルとが形成する磁極
数とが異なる値に設定され、前記第一のコイルの相順と
前記第二のコイルの相順とが逆になるように接続され、
前記第1のコイルによる磁束を前記回転子の回転方向と
は逆方向に同一回転速度で回転させると共に、前記第二
のコイルによる磁束を前記回転子の回転方向と同一方向
に前記両磁極数の比に対応して増速回転させるようにし
たことを特徴とする回転電機。
【請求項３】固定子を形成する電機子、前記電機子と
共に固定子を形成する界磁、前記電機子と前記界磁とに
対向して回転する回転子、前記回転子の前記界磁と対向
する部位に設けられ、前記界磁の生成する磁界により発
電する第一のコイル、前記回転子の前記電機子と対向す
る部位に設けられ、前記第一のコイルから電流が供給さ
れて前記電機子に磁界を与える第二のコイルを備え、前
記第一のコイルと前記第二のコイルとが複数の相を有す
ると共に、前記界磁と前記第一のコイルとが形成する磁
極数と前記電機子と前記第二のコイルとが形成する磁極
数とが異なる値に設定され、前記第一のコイルの相順と
前記第二のコイルの相順とが同一となるように接続さ
れ、前記第1のコイルによる磁束を前記回転子の回転方
向とは逆方向に同一回転速度で回転させると共に、前記
第二のコイルによる磁束を前記回転子の回転方向と同一
方向に前記両磁極数の比に対応して減速回転させるよう
にしたことを特徴とする回転電機。
【請求項４】前記界磁と、前記回転子と、前記電機子
とが、それぞれの間に空隙を介して半径方向に順に配設
されたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか
一項に記載の回転電機。
【請求項５】前記界磁の磁路を形成する界磁鉄心と、
前記回転子の磁路を形成する回転子鉄心と、前記電機子
の磁路を形成する電機子鉄心とを有し、半径方向に順に
配設された前記界磁鉄心と、前記回転子鉄心と、前記電
機子鉄心との軸方向の積み厚が、内径側ほど大きくなる
ように構成したことを特徴とする請求項４に記載の回転
電機。
【請求項６】前記回転子の磁路を構成する前記回転子
鉄心は、前記第一のコイルを有する部位と、前記第二の
コイルを有する部位との間に非磁性体を介在させたこと
を特徴とする請求項４に記載の回転電機。
【請求項７】前記非磁性体が前記回転子鉄心に設けら
れたスリットであることを特徴とする請求項６に記載の
回転電機。
【請求項８】前記非磁性体が前記回転子鉄心に埋設さ
れた非磁性金属であることを特徴とする請求項６に記載
の回転電機。
【請求項９】前記回転子鉄心に埋設された非磁性金属
が前記回転子から突設して設けられ、前記回転子が結合
される回転軸との結合部材として構成されたことを特徴
とする請求項８に記載の回転電機。
【請求項１０】前記界磁と前記電機子とが、前記回転
軸の軸方向に配設され、前記回転子が前記界磁と対向す
る第一の回転子鉄心と前記電機子と対向する第二の回転
子鉄心とに分離されており、前記第一の回転子鉄心には
前記第一のコイルが、前記第二の回転子鉄心には前記第
二のコイルが設けられたことを特徴とする請求項１〜請
求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１１】前記回転子の前記第一のコイルと前記
第二のコイルとの相数を等しくしたことを特徴とする請
求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１２】前記回転子の前記第一のコイルおよび
前記第二のコイルの相数と、前記電機子の相数とを異な
らしめたことを特徴とする請求項１１に記載の回転電
機。
【請求項１３】前記回転子の前記第一のコイル、およ
び／または、前記第二のコイルがアルミ鋳物によりカゴ
型に形成され、前記回転子鉄心の一方の端面において短
絡リングにより短絡されると共に、他方の端面において
前記第一のコイルと前記第二のコイルとが接続部材によ
り接続されたことを特徴とする請求項４または請求項１
０に記載の回転電機。
【請求項１４】前記回転子の前記第一のコイルと前記
第二のコイルとが棒状の導体により形成され、前記回転
子鉄心の一方の端面において短絡リングにより短絡され
ると共に、他方の端面において前記回転子鉄心の端面か
ら所定の寸法突出した状態で前記第一のコイルと前記第
二のコイルとの接続部が形成されたことを特徴とする請
求項４または請求項１０に記載の回転電機。
【請求項１５】前記短絡リングにファンが一体に形成
されたことを特徴とする請求項１３または請求項１４に
記載の回転電機。
【請求項１６】前記棒状の導体が平角導線であること
を特徴とする請求項１４に記載の回転電機。
【請求項１７】前記回転子の、前記第一のコイルと前
記第二のコイルとの相互干渉により磁束が相殺される部
位に前記回転軸に対する取り付け機構、または、通風孔
を配設したことを特徴とする請求項４に記載の回転電
機。
【請求項１８】前記界磁と前記電機子とが、前記回転
軸の軸方向に対向して配設され、前記回転子が前記界磁
と前記電機子との間に配設されたことを特徴とする請求
項１〜請求項３のいずれか一項に記載の回転電機。
【請求項１９】前記界磁に永久磁石を使用したことを
特徴とする請求項５または請求項１０または請求項１８
に記載の回転電機。