JPH11196558A - 回転電機のステータコイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回転電機の発電効率あるいは回転トルクの効
率を向上させることができる回転電機におけるステータ
コイルを提供する。 【解決手段】 ハウジング１１に支持された回転軸１２
にホルダ１３を設け、該ホルダ１３に対し円周方向に異
極が交互に現れるように複数個の永久磁石１５を嵌合し
てロータを構成する。ハウジング１１に対しホルダ１７
を介して前記ロータの永久磁石１５の磁極に渦巻き面が
対向するように支持した複数個の渦巻きコイル１８から
なるステータコイルを装着する。前記ステータコイルの
各渦巻きコイル１８の中心部に該コイル１８を構成する
導線をほぼ隙間無く渦巻き状に巻回し、空洞部を無くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は発電機や電動機等
の回転電機におけるステータコイルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】発電機や電動機等の回転電機として、特
開平１０−２３６９７号公報に示すものが提案されてい
る。この回転電機は、円周方向に異極が交互に現れるよ
うに複数個の永久磁石を設けたロータと、複数個の渦巻
きコイルを前記ロータの磁極に対抗させて設けたステー
タとから構成されている。又、前記ステータコイルを構
成する６個のコイルはそれぞれ渦巻状に形成され、各渦
巻きコイルは中心部が空洞となっている。

【０００３】前記ステータコイルをハウジング内の所定
位置に配置し、前記ロータを回転すると、ステータコイ
ルの各渦巻きコイルに電磁誘導作用により電力が発生す
るようになっている。反対に、ステータコイルの複数の
端子に対し交流電圧を印加すると、前記ロータが回転さ
れるようになっている。

【０００４】又、従来のアキシャル型ブラシレス電動機
として特開平９−１６８２７０号公報に示すものが提案
されている。この電動機のステータコイルを構成する渦
巻きコイルは帯状の平角導線を渦巻き状に巻回した平角
コイルであって、各コイルの中心部には空洞が形成され
ている。そして、前記各平角コイルに電圧を印加する
と、永久磁石を備えたロータが磁極の反発力により回転
されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記二つの
回転電機は、ステータコイルの各コイルの中心部に空洞
部が形成されているので、発電機にあっては高出力電圧
が得られないという問題があった。又、電動機にあって
は高出力トルクが得られないという問題があった。電動
機の場合には、渦巻きコイルの中心部に空洞部が形成さ
れていると、ステータコイルに所定電圧及び電流を印加
した場合に誘起される磁界の強度（ガウス）が前記空洞
部においてほぼ同じ強度となり、ロータの高出力トルク
を得ることができない。

【０００６】一方、平角コイルを用いたステータコイル
の場合には、平角コイルが前後二層に接合され、それら
の中心部において導線の端部を互いに接続する構成であ
るため、一層のみの場合のように中心部からリード線を
導出する必要がないが、構造が複雑で部品点数が多くな
り製造が面倒であるという問題があった。特に、永久磁
石を備えた一対のロータの隙間に一層のみの平角コイル
を介在する構造では、コイルの中心部からのリード線の
導出を適正に行う構造はまだ提案されていなかった。

【０００７】この発明の第１の目的は上記従来の技術に
存する問題点を解消して、回転電機の発電効率あるいは
出力トルクの効率を向上させることができる回転電機に
おけるステータコイルを提供することにある。

【０００８】この発明の第２の目的は上記第１の目的に
加えて平角コイルを使用した場合におけるコイル中心部
からのリード線の導出を適正に行うことができる回転電
機のステータコイルを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明では、ハウジングに支持さ
れた回転軸にホルダを設け、該ホルダに対し円周方向に
異極が交互に現れるように複数個の永久磁石を設けたロ
ータと、ハウジングに対しホルダを介して前記ロータの
永久磁石の磁極に渦巻き面が対向するように支持した複
数個の渦巻きコイルからなるステータコイルとを備えた
発電機あるいは電動機等の回転電機において、前記ステ
ータコイルの各渦巻きコイルの中心部に該コイルを構成
する導線をほぼ隙間無く渦巻き状に巻回している。

【００１０】請求項２に記載の発明では、請求項１にお
いて前記ロータは回転軸の軸線方向又は半径方向へ所定
の間隔をもって複数箇所に配設され、前記ステータコイ
ルは対向する前記ロータの間に介在されている。

【００１１】請求項３に記載の発明では、請求項１又は
２において前記渦巻きコイルは、帯状の平角導線を渦巻
き状に巻回して形成された平角コイルである。請求項４
に記載の発明では、請求項３において平角コイルの一側
面にはその中心部から外周面に向けて溝が形成され、該
溝に平角コイルの中心部の導線端部に接続したリード線
が収容されて外部に導出されている。

【００１２】請求項５に記載の発明では、請求項１〜４
のいずれか一項において、前記ロータを構成するホルダ
の外側には永久磁石の磁束を遮蔽する遮蔽板が設けられ
ている。

【００１３】請求項６に記載の発明では、請求項１にお
いて回転電機は電動機であって、前記ステータコイルを
構成する各渦巻きコイルは、円周方向に６箇所にほぼ等
ピッチで配設され、第１〜第６の渦巻きコイルのうち、
第１〜第３の渦巻きコイルの中心部の導線端部から導出
されたリード線が三相交流電源の三つの端子Ｕ，Ｖ，Ｗ
にそれぞれ接続され、第１〜第３のコイルの外周部の導
線端部に接続されたリード線は、第４〜第６の渦巻きコ
イルの中心部の導線端部に接続されたリード線にそれぞ
れ接続され、第４〜第６のコイルの外周部の導線端部に
接続されたリード線は、それぞれ端子Ｘ，Ｙ，Ｚに接続
されている。

【００１４】

【発明の実施の形態】最初に、この発明のステータコイ
ルを適用した発電機の第１及び第２の基本構造を図１及
び図２に基づいて説明する。

【００１５】図１は第１の基本構造を示し、ハウジング
１１には回転軸１２が外部動力により回転可能に支持さ
れている。この回転軸１２には、円板状をなす第１及び
第２の回転ホルダ１３，１４がハウジング１１内に位置
するように、かつ軸１２の軸線方向に所定間隔をおいて
固定されている。又、第１及び第２の回転ホルダ１３，
１４にはそれぞれ複数の第１永久磁石１５及び第２永久
磁石１６が嵌合固定され、各部材１３，１４、１５，１
６によりロータが構成されている。前記複数の第１永久
磁石１５は回転ホルダ１３の周方向に、つまり回転軸１
２の軸心を中心とする同一円軌跡上に等間隔に複数箇所
に嵌合固定されている。同様に、複数の第２永久磁石１
６も周方向に等間隔に設けられている。

【００１６】前記ハウジング１１の内周面には固定ホル
ダ１７が第１及び第２の回転ホルダ１３，１４の間に位
置するように取り付けられ、該固定ホルダ１７には複数
のコアレスコイル１８が周方向に、つまり回転軸１２の
軸心を中心とする同一円軌跡上において等間隔に取り付
けられ、各部材１７，１８〜１８によりステータコイル
が構成されている。

【００１７】前記コアレスコイル１８を挟んで対向する
一対の永久磁石１５，１６の対向面における極性は、Ｎ
極とＳ極又はＳ極とＮ極というように異なるようにして
いる。又、回転ホルダ１３の同一円軌跡上の位相の異な
る複数の永久磁石１５の極性は一個又は複数個毎にそれ
ぞれ反転するようにしている。回転ホルダ１４の同一円
軌跡上の位相の異なる複数の永久磁石１６の極性も一個
又は複数個毎にそれぞれ反転するようにしている。

【００１８】図１において回転軸１２が回転されると、
第１及び第２の回転ホルダ１３，１４を介して第１及び
第２の永久磁石１５，１６が同期回転される。すると、
永久磁石１５，１６の磁束（磁界の強さ）が所定位置に
配置された複数のコイル１８を横切ることによりコアレ
スコイル１８に電流が流れ、コイル１８に接続した図示
しないリード線から電力が取り出される。

【００１９】図２に示す第２の基本構造は、回転軸１２
に対し筒状をなす第１回転ホルダ１２及び第２回転ホル
ダ１３を半径方向に所定間隔をもって同期回転可能に取
り付け、第１及び第２の永久磁石１５，１６の間に固定
ホルダ１７に支持した複数のコアレスコイル１８を配置
している。この第２の基本構造においても、回転軸１２
が回転されると、両永久磁石１５，１６が両回転ホルダ
１３，１４によって回転され、複数のコアレスコイル１
８から電力が取り出される。なお、複数の永久磁石１
５，１６の極性は第１の基本構造の永久磁石１５，１６
と同様に設定されている。

【００２０】上述した２つの基本構造においては、コイ
ル１８にコアがなく、しかもコイルの中心部まで渦巻き
状に密に巻回されているので、永久磁石１５，１６が鉄
芯に接近・離間されて磁力による制動力を受けることは
なく、起動時のトルク及び通常運転時のトルクを低減で
きる。又、コアに起因する鉄損による発電効率の低下が
少なくなるとともに、一対の永久磁石１５，１６の磁束
がコアレスコイル１８を挟むようにして横切ることによ
り、発電効率を高めることができる。

【００２１】なお、前記発電機の第１及び第２の基本構
造は、電動機の基本構造でもあり、コイル１８に二相又
は三相の交流電圧を印加すると、回転軸１２が回転され
る。次に、図３〜図１２により第１の基本構造を用いた
発電機のステータコイルの第１実施形態を説明する。

【００２２】図３，４において符号２０はハウジングと
しての支持部材を示し、該支持部材２０は、左側の支持
板２１と、右側の支持板２２と、両支持板２１，２２を
所定間隔隔てて互いに連結する複数（この実施形態では
４本）の連結ボルト２３とにより構成されている。各連
結ボルト２３の左右両端部は支持板２１，２２の孔２１
１，２２１に貫通した状態で各ボルト２３に螺合したナ
ット２３１により両支持板２１，２２に一体的に連結さ
れている。

【００２３】又、図４に示すように、前記支持部材２０
の両支持板２１，２２の中心部には、穴２１２，２２２
が明けられ、該穴２１２，２２２には回転軸２４が図３
に示すように一対の軸受２５，２６により所定位置にお
いて回転可能に支持されている。前記回転軸２４の中間
部には絶縁材（例えばエポキシ樹脂等の合成樹脂材）よ
りなる円盤状の第１〜第３の回転ホルダ２７，２８，２
９が軸方向に所定間隔をおいて連結金具３０により連結
固定されている。この連結金具３０は回転軸２４に嵌合
固定されるボス部３０１と、該ボス部３０１に一体形成
され、かつ前記回転ホルダ２７〜２９にボルト着される
フランジ部３０２とから構成されている。なお、この実
施形態では第２の回転ホルダ２８用の連結金具３０は図
示されていない。

【００２４】前記第１〜第３の回転ホルダ２７〜２９に
は第１〜第３の永久磁石３１，３２，３３がそれぞれ複
数箇所に嵌合固定され、各部材２７〜２９、３１〜３３
により三つのロータが構成されている。各回転ホルダ２
７〜２９の永久磁石３１〜３３のそれぞれの個数は１８
個で、全回転ホルダでは、合計５４個使用されている。
第１の回転ホルダ２７の左側面には第１磁束遮蔽板３４
が、第３の回転ホルダ２９の右側面には第２磁束遮蔽板
３５が接着固定されている。

【００２５】第１〜第３の回転ホルダ２７〜２９に把持
された第１〜第３の永久磁石３１〜３３は、図８に示す
ように横円柱状に形成されていて、回転軸２４の軸線２
４１を中心とする同一円軌跡上で３個毎に磁極がＮ極、
Ｓ極と交互に反転している。又、第１の永久磁石３１と
同一軸線上に位置して対向する第２の永久磁石３２の対
向面が第１の永久磁石３１の極性と反対になるようにし
ている。さらに、第２の永久磁石３２と同一軸線上に位
置して対向する第３の永久磁石３３の対向面が第２の永
久磁石３２の極性と反対になるようにしている。

【００２６】前記回転軸２４及び第１〜第３の回転ホル
ダ２７〜２９は、図３に示す回転機構３６により同期回
転される。この回転機構３６は、上部に位置する一本の
連結ボルト２３に対しナット２３１により連結されたブ
ラケット３７に設けた原動機３８と、該原動機３８の回
転運動を前記回転軸２４に伝達するベルト３９とから構
成されている。この原動機３８として例えば油圧モータ
あるいはガソリンエンジンが使用される。

【００２７】次に、前記第１〜第３の回転ホルダ２７，
２８，２９の間に形成される２つの空間に介装された第
１及び第２のステータコイル４１，４２について説明す
る。なお、両ステータコイル４１，４２は同様に構成さ
れている。

【００２８】図５に示すように、絶縁材（例えばエポキ
シ樹脂等の合成樹脂材）よりなる第１〜第４の取付プレ
ート４３，４４，４５，４６は四隅部に形成した孔４３
１，４４１，４５１，４６１を利用して前記四本のボル
ト２３に支持される。前記連結ボルト２３〜２３には各
取付プレート４３，４４，４５，４６が回転軸２４の軸
線方向へ所定の間隔をもって配置され、各プレート４３
〜４６の両面を挟着するようにボルト２３に螺合された
ナット２３１〜２３１により締め付け固定されている。

【００２９】第１及び第２の取付プレート４３，４４の
間には、第１ステータコイル４１が介在され、第３及び
第４の取付プレート４５，４６の間には第２ステータコ
イル４２が介在されている。両ステータコイル４１，４
２には、図７に示すように、複数（この実施形態では６
個）のコアレス渦巻きコイル４７が回転軸２４の軸線を
中心とする同一円軌跡上において等ピッチで配設されて
いる。各渦巻きコイル４７の外周側は絶縁材（例えばエ
ポキシ樹脂等の合成樹脂材）よりなる外側位置規制リン
グ４８により、内周側は同じく絶縁材よりなる内側位置
規制リング４９により位置規制されている。第２ステー
タコイル４２は、図５に示すように複数のコアレス渦巻
きコイル５０と、外側位置規制リング５１及び内側位置
規制リング５２により構成されている。これらのコイル
５０、リング５１，５２は前記コイル４７，リング４
８，４９と同様の構成である。

【００３０】この実施形態では、前記第１及び第２の取
付プレート４３，４４と、外内側位置規制リング４８，
４９とにより各渦巻きコイル４７を支持部材２０に保持
する固定ホルダ５３を構成している。同様に、前記第３
及び第４の取付プレート４５，４６と、外内側位置規制
リング５１，５２とにより各渦巻きコイル５０を支持部
材２０に保持する固定ホルダ５４を構成している。

【００３１】前記第１及び第２のステータコイル４１，
４２の各コイル４７，５０の結線は、図９に示すように
直列接続になっている。次に、前記のように構成したコ
アレス発電機についてその動作を説明する。

【００３２】図３において原動機３８によりベルト３９
を介して回転軸２４が回転されると、連結金具３０を介
して第１〜第３の回転ホルダ２７，２８，２９が同期回
転される。このため、各回転ホルダ２７，２８，２９に
嵌入固定した第１〜第３の永久磁石３１，３２，３３も
同期して回転され、永久磁石３１，３２，３３の間に発
生している軸方向の磁束が第１及び第２のステータコイ
ル４１，４２の各渦巻きコイル４７，５０を横切ること
になる。このため、コイル４７，５０に起電力が発生
し、コイルの出力端子から電力が取り出される。

【００３３】次に、前記のように構成したコアレス発電
機の作用効果を構成とともに列記する。 ・ 前記第１実施形態では、コアレスコイルよりなる第
１及び第２のステータコイル４１，４２を支持部材２０
の所定位置に配置固定するとともに、両ステータコイル
４１，４２を挟むように第１〜第３の回転ホルダ２７，
２８，２９を配設した。このため、従来のコアを有する
コイルを用いた発電機と異なり、コアに起因する鉄損を
なくして、発電効率を高めることができる。

【００３４】・前記第１実施形態では各コイル４７，５
０の中心部まで導線が巻装されているので、発電効率を
高めることができる。この実験データを図１０に基づい
て説明する。図１０（ａ）に示す従来のコイル４７Ａ
は、外径Ｄが８０ｍｍで、中心部に直径ｄが２５ｍｍの
空洞部を設けており、その幅Ｗは１５ｍｍである。同図
（ｂ）に示す本発明のコイル４７は外径Ｄが８０ｍｍ
で、空洞部をもたず、その幅Ｗは１５ｍｍである。両コ
イル４７Ａ、４７の板厚はともに０，２ｍｍ、板幅１５
ｍｍの帯導線（平角導線）よりなる。巻き線回数は前者
が１００回、後者が１４０回であり、回転軸２４の回転
数を１８００/ｒｐｍとした。従来のコイル４７Ａに発
生した電圧は１，１Ｖであったが、本発明は、１，９Ｖ
であった。又、前記帯導線に代えて円形断面の線状導線
を用いたコイルについて同様の実験をしたところ、上記
のデータとほぼ同様のデータを得ることができた。

【００３５】・ 前記第１実施形態では、第１及び第２
のステータコイル４１，４２を支持部材２０に取り付け
固定したので、コイル４７，５０から電力を取り出す
際、ブラシと回転接触子等を用いる必要がなく、このた
め部品点数を少なくして構造を簡素化することができ、
ブラシ摩擦損をなくし、軽量化を促進することができ
る。

【００３６】・ 前記第１実施形態では第１及び第３の
回転ホルダ２７，２９の外側面に対し第１磁束遮蔽板３
４及び第２磁束遮蔽板３５を接着したので、第１永久磁
石３１及び第３永久磁石３３の磁束が外側方に漏洩する
のを抑制して、磁束を第１及び第２のステータコイル４
１，４２に有効に作用させ、発電効率をさらに向上する
ことができる。仮に、前記遮蔽板３４、３５がないと、
支持板２１が前記磁束により磁化されて第１及び第３の
回転ホルダ２７，２９の回転抵抗が増大し、これにより
支持板２１が発熱し、動力損失が大きくなる。

【００３７】・ 前記第１実施形態では第１〜第３の回
転ホルダ２７，２８，２９を樹脂により円盤状に形成
し、回転ホルダに形成した孔に永久磁石３１，３２，３
３を嵌入したので、各磁石の保持を確実に行うことがで
きる。

【００３８】・ 前記第１実施形態では第１及び第２の
ステータコイル４１，４２の各コイル４７，５０を渦巻
き状に形成し、そのコイルの渦巻き面を側方から永久磁
石３１，３２，３３により所定の隙間をもって挟むよう
にした。このため、対向する永久磁石３１，３２間又は
３２，３３間を走る磁束がコイルを横切る時、コイル４
７，５０に発生する起電力を大きくすることができる。

【００３９】・ 前記第１実施形態では各回転ホルダ２
７〜２９に永久磁石３１〜３３を複数箇所に配設し、各
永久磁石３１，３２，３３をそれらの極性が回転軸２４
の軸心２４１を中心とする同一円軌跡上で一個又は複数
個毎に交互に反転するように、かつ軸方向に対向する永
久磁石３１，３２，３３の対向面の極性が異なるように
した。このため、対向する永久磁石３１，３２間又は３
２，３３間を走る磁束がコイルを横切る時、コイル４
７，５０に発生する起電力を大きくすることができる。

【００４０】次に、この発明の第２実施形態を図１１及
び図１２に基づいて説明する。この第２実施形態では、
図１１に示すようにコアレスコイル４７の個数と、永久
磁石３１の個数を相違させている。即ち、第１コイル４
７１に対し第１永久磁石３１１を軸方向（図１１の紙面
直交方向）に対応させた場合、第２コイル４７２に対し
第２永久磁石３１２がその回転（矢印）方向に所定角度
だけ位相が先行し、以下、第３コイル４７３から第６コ
イル４７６に行くに従い第３永久磁石３１３から第５永
久磁石３１５の位相角が順次先行するようにしている。
さらに、コアレスコイル５０と第２及び第３の永久磁石
３２，３３の関係も第１コイル４７１〜第６コイル４７
６と第１〜第５の永久磁石３１１〜３１５との関係と同
様にしている。

【００４１】上述した第２実施形態では、図１２に示す
ように第１〜第６のコイル４７１〜４７６に発生する起
電力の最大値が経時的に変化するので、それらを合成し
た起電力のカーブが緩やかとなり、回転軸を回転する際
のトルクの変動を緩やかにすることができる。

【００４２】次に、この発明のステータコイルを三相交
流電動機に具体化した第３実施形態を図１３〜図１９に
基づいて説明する。この第３実施形態においては、図１
３に示すようにステータコイル４１，４２の各渦巻きコ
イル４７，５０の軸方向の長さが前記第１実施形態より
も長くなっており、回転軸２４の端部に設けた回転機構
３６が省略されている。回転ホルダ２７〜２９には図１
４に示すように永久磁石３１〜３３が四箇所にそれぞれ
三個ずつ極性が交互に反転するように嵌合されている。

【００４３】又、前記ステータコイル４１，４２を構成
する各コイル４７，５０は全て平角コイルにより形成さ
れている。各コイル４７〜４７，５０〜５０はほぼ同様
に形成されているので、一つのコイル４７について図１
５により説明する。

【００４４】コイル４７は導線よりなる帯状平板（厚さ
０．１ｍｍ、幅３０ｍｍ程度）の銅製の薄帯板５５によ
り渦巻状に形成されている。コイル４７の一側面には中
心部から外周面にかけて直線状の溝５６が形成されてい
る。この溝５６にはコイル４７を形成する薄帯板５５の
中心側端部に接続されたリード線５７がコイルの中心部
から外周面に導出されている。前記コイル４７，５０を
構成する薄板帯５５外周側端部にはリード線５８が接続
されている。

【００４５】前記ステータコイル４１，４２の第１〜第
６のコイル４７１〜４７６の結線構造は、図１６及び図
１７に示すようになっている。即ち、第１のコイル４７
１の中心部から導出されたリード線５７には三相交流の
Ｕ相が接続されている。又、第１のコイル４７１のリー
ド線５８は、第４のコイル４７４のリード線５７に接続
され、該第４のコイル４７４のリード線５８は端子Ｘに
接続されている。前記第２のコイル４７２のリード線５
７は三相交流のＶ端子に接続され、同コイル４７２のリ
ード線５８は第５のコイル４７５のリード線５７に接続
され、該コイル４７５のリード線５８は端子Ｙに接続さ
れている。同様にして、第３のコイル４７３のリード線
５７は端子Ｗに接続され、同コイル４７３のリード線５
８は第６のコイル４７６のリード線５７に接続され、該
コイル４７６のリード線５８は端子Ｚに接続されてい
る。なお、前記平角コイル５０１〜５０６のの結線構造
もコイル４７１〜４７６の結線構造と同様である。

【００４６】この第３実施形態において、前記平角コイ
ル４７１〜４７６及びコイル５０１〜５０６の端子Ｕ，
Ｖ，Ｗに三相交流電圧を印加すると、各コイル４７１〜
４７６に極性の異なる磁界が交互に生成される。この磁
界の極性の変化により、第１〜第３の回転ホルダ２７、
２８、２９の永久磁石３１、３２、３３が反発、吸引作
用を繰り返し、各ホルダ２７〜２９が同方向に回転さ
れ、回転軸２４が回転される。

【００４７】前記のように構成した三相交流電動機の各
コイル４７は、図１８（ａ）に示すように中心部まで薄
帯板５５が巻回されている。コイル４７の外径Ｄが８０
ｍｍで、中心部に空洞部が殆どなく、その幅Ｗは１５ｍ
ｍである。このため、各コイルに所定の電圧（２４
Ｖ）、所定の電流（５．２Ａ）で２ヘルツの交流を印加
すると、コイル４７の外周部に生じる磁界の強度（ガウ
ス）が５ガウスから中心部に向かうに従い２００ガウス
と大きくなる。

【００４８】これに対し図１８（ｂ）に示すように、外
径Ｄが１２５ｍｍ、中心部の空洞部の径ｄが３６ｍｍ、
その幅Ｗが１５ｍｍの従来のコイル４７Ａでは、前記と
同じ条件で電圧を印加した場合、コイル４７Ａの外周が
１０ガウスであるのに対し空洞部は全て１４０ガウスで
ほぼ一定となり、大きな磁界強度を得ることができな
い。このため、本実施形態の三相交流電動機は従来のコ
イル４７Ａを用いた場合と比較して小型軽量化を図るこ
とができるとともに、回転軸２４の出力トルクを大幅に
向上することができる。

【００４９】又、前記三相交流電動機を、発電機として
用いた場合には、つまり回転軸２４を外部の原動機によ
り回転して各コイル４７１〜４７６、コイル５０１〜５
０６に生じる電力を測定したところ、図１９に示すよう
に三相Ｕ，Ｖ，Ｗに発生する電圧が規則正しい三相波形
となることが判明した。

【００５０】なお、前記各実施形態は、次のように変更
して具体化することもできる。 ・図２０に示す別例は、６個のコイルに代えて、４個の
コイル４７１，４７２，４７３，４７４を用いるととも
に、三つの群の永久磁石３１〜３１を４箇所に設けたも
のである。この実施形態においてコイル４７１〜４７４
の結線は、第１のコイル４７１のリード線５７が二相交
流電源のＵ相に接続され、リード線５８が第２コイル４
７２のリード線５８に接続され、該コイル４７２のリー
ド線５７が第３のコイル４７３のリード線５７に接続さ
れている。又、第３のコイル４７３のリード線５８は第
４のコイル４７４のリード線５８に接続され、第４のコ
イル４７４のリード線５７が二相交流のＶ相に接続され
ている。

【００５１】従って、この別例においても、二相Ｕ，Ｖ
に交流電圧が印加されると、第１〜第４のコイル４７１
〜４７４に交互に極性の反転する磁界が生じ、このため
永久磁石３１〜３１を埋め込んだ回転ホルダ２７が回転
される。

【００５２】・ 図２１（ａ），（ｂ），（ｃ）に実線
あるいは鎖線で示すように前記第１〜第３の回転ホルダ
２７，２８，２９に嵌入される永久磁石３１，３２，３
３の形状及び個数を変更すること。鎖線で示すように扇
形にした場合には磁束（磁界）強度が大きくなり、コイ
ルの起電力を大きくすることができる。

【００５３】・ 第１〜第３の永久磁石３１，３２，３
３の磁極数を図２１（ａ）に示す二対、同図（ｂ）に示
す一対、あるいは同図（ｃ）に示す三対にしてもよい。
これ以外の複数対にしたり、図８に示す合計１８個の第
１の永久磁石３１のうち一個、二個及び三個の磁石毎に
磁極を反転したり、ランダムに反転したりしてもよい。

【００５４】・前記第３実施形態の三相交流電動機の場
合に、コイルの個数と永久磁石の極数との対応関係は、
３対２、６対４、９対６、１２対８・・・というように
設定される。つまりコイルが３個ずつ増える毎に磁石の
極数は、２個ずつ増え、ｎを整数とすると（３＋ｎ・
３）対（２＋ｎ・２）となる。

【００５５】・ 図２２（ａ），（ｂ）に示すように、
前記第１，第２のステータコイル４１，４２のコアレス
コイル４７，５０の形状を変更してもよい。 ・ 図２３に示すように前記第１，第２のステータコイ
ル４１，４２のコアレスコイル４７，５０を嵌合する穴
を有する固定ホルダ６１を使用すること。

【００５６】・ 前記各実施形態では第１〜第３の回転
ホルダ２７，２８，２９を用いたが、これを２つとし、
ステータコイル４１，４２を１つにすること。又、回転
ホルダを四つ以上設け、この個数をＮ個とすると、ステ
ータコイルの個数を（Ｎ−１）にすること。

【００５７】この発明では上記の回転ホルダの個数Ｎ
と、ステータコイルの個数（Ｎ−１）を軸方向に多くし
て、発電機の容量を簡単に大きくすることができる。 ・ 前記第２実施形態では渦巻きコイル４７，５０の個
数を６個とし、永久磁石の個数を５個としたが、コイル
４７，５０の個数をＮ個（Ｎ＝２，３，４，５，６・・
・）とするとき、永久磁石の個数をＮ−１、Ｎ−２ある
いはＮ−３とすること。

【００５８】・ 前記各実施形態では、第１〜第３の回
転ホルダ２７〜２９及び第１及び第２のステータコイル
４１，４２を回転軸２４の半径方向と同方向又は軸心２
４１と平行方向に配設したが、これを傾斜状態にするこ
と。

【００５９】・ 前記各実施形態のコアレス発電機を家
庭の発電機、工場の発電機、水力発電所の発電機、火力
発電所の発電機、あるいは原子力発電所の発電機として
具体化すること。

【００６０】・ 図２に示す基本構成において、径方向
の最外側に位置する回転ホルダの外周面に円筒状あるい
は角筒状等の筒状の磁束遮蔽板を嵌合すること。上記実
施形態から把握できる請求項１〜６以外の技術思想につ
いて、以下にその効果とともに記載する。

【００６１】請求項２〜６のいずれかにおいて、固定ホ
ルダを樹脂により一体形成し、コイルを固定ホルダに形
成した穴に嵌入固定した発電機。この発電機は、部品点
数を減少して製造及び組み付けを容易に行うことができ
る。

【００６２】請求項２〜６のいずれかにおいて、永久磁
石３１，３２，３３をそれぞれ多数個用い、それらの各
永久磁石の極性を複数個毎に交互に反転した発電機。こ
の発電機は、各永久磁石を小径の円柱状にでき、円弧状
の磁石と比較して製造を容易に行うことができる。

【００６３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の発
明は、回転電機の発電効率あるいは出力トルクの効率を
向上させることができる。

【００６４】請求項３記載の発明は、平角コイルを使用
した場合におけるコイル中心部からのリード線の導出を
適正に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の発電機の第１の基本構造を示す断
面図。

【図２】 この発明の発電機の第２の基本構造を示す断
面図。

【図３】 この発明を具体化した第１実施形態を示す発
電機の正面図。

【図４】 第１実施形態の支持部材の分解斜視図。

【図５】 永久磁石を保持した第１〜第３の回転ホル
ダ、第１及び第２のステータコイル等を示す分解斜視
図。

【図６】 図３の１−１線断面図。

【図７】 図３の２−２線断面図。

【図８】 永久磁石の極性を示す斜視図。

【図９】 第１及び第２のステータコイルの結線構造を
示す回路図。

【図１０】 従来のコイルと本発明のコイルを示す説明
図。

【図１１】 この発明の第２実施形態の永久磁石とコア
レスコイルの関係を示す正面図。

【図１２】 第２実施形態の発電機の各コイルの起電力
を示すグラフ。

【図１３】 第３実施形態の電動機の正面図。

【図１４】 回転ホルダと磁石の構造を示す断面図。

【図１５】 渦巻きコイルの拡大斜視図。

【図１６】 ステータコイルの結線構造を示す説明図。

【図１７】 ステータコイルの結線構造を示す回路図。

【図１８】 本発明のコイルと従来のコイルの効果の説
明図。

【図１９】 本発明のコイルの出力電圧を示すグラフ。

【図２０】 ステータコイルの別の実施形態を示す正面
図。

【図２１】 （ａ），（ｂ），（ｃ）は、この発明の永
久磁石の形状、個数及び配置構造の別の実施形態を示す
正面図。

【図２２】 （ａ），（ｂ）は、この発明のコアレスコ
イルの構造の別の実施形態を示す正面図。

【図２３】 この発明のコアレスコイルを保持する固定
ホルダの別の実施形態を示す斜視図。

【符号の説明】

１１…ハウジング、１２…回転軸、１３…ロータを構成
する第１回転ホルダ、１４…ロータを構成する第２回転
ホルダ、１５…ロータを構成する第１永久磁石、１６…
ロータを構成する第２永久磁石、１８…コアレスコイ
ル、２０…支持部材、２４…回転軸、２７〜２９…ロー
タを構成する第１〜第３の回転ホルダ、３１〜３３…ロ
ータを構成する第１〜第３永久磁石、３１１〜３１５…
ロータを構成する第１〜第５永久磁石、３４，３５…第
１，第２磁束遮蔽板、４１，４２…第１，第２ステータ
コイル、４７，５０…コアレスコイル、４７１〜４７６
…第１〜第６コアレスコイル。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ハウジングに支持された回転軸にホルダ
   を設け、該ホルダに対し円周方向に異極が交互に現れる
   ように複数個の永久磁石を設けたロータと、ハウジング
   に対しホルダを介して前記ロータの永久磁石の磁極に渦
   巻き面が対向するように支持した複数個の渦巻きコイル
   からなるステータコイルとを備えた発電機あるいは電動
   機等の回転電機において、前記ステータコイルの各渦巻
   きコイルの中心部に該コイルを構成する導線をほぼ隙間
   無く渦巻き状に巻回したことを特徴とする回転電機のス
   テータコイル。
2. 【請求項２】 請求項１において前記ロータは回転軸の
   軸線方向又は半径方向へ所定の間隔をもって複数箇所に
   配設され、前記ステータコイルは対向する前記ロータの
   間に介在されている回転電機のステータコイル。
3. 【請求項３】 請求項１又は２において前記渦巻きコイ
   ルは、帯状の平角導線を渦巻き状に巻回して形成された
   平角コイルである回転電機のステータコイル。
4. 【請求項４】 請求項３において平角コイルの一側面に
   はその中心部から外周面に向けて溝が形成され、該溝に
   平角コイルの中心部の導線端部に接続したリード線が収
   容されて外部に導出されている回転電機のステータコイ
   ル。
5. 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一項において、
   前記ロータを構成するホルダの外側には永久磁石の磁束
   を遮蔽する遮蔽板が設けられている回転電機のステータ
   コイル。
6. 【請求項６】 請求項１において回転電機は電動機であ
   って、前記ステータコイルを構成する各渦巻きコイル
   は、円周方向に６箇所にほぼ等ピッチで配設され、第１
   〜第６の渦巻きコイルのうち、第１〜第３の渦巻きコイ
   ルの中心部の導線端部から導出されたリード線が三相交
   流電源の三つの端子Ｕ，Ｖ，Ｗにそれぞれ接続され、第
   １〜第３のコイルの外周部の導線端部に接続されたリー
   ド線は、第４〜第６の渦巻きコイルの中心部の導線端部
   に接続されたリード線にそれぞれ接続され、第４〜第６
   のコイルの外周部の導線端部に接続されたリード線は、
   それぞれ端子Ｘ，Ｙ，Ｚに接続されている回転電機のス
   テータコイル。