JP2000060092A - 多極発電機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータの極数とステータのスロット数との比
が特別な関係で、コギングトルクを小さくする共に、ス
テータに巻回される三相電機子巻線の各相を分離できる
巻線構造にし、従来と比べ発生電圧が大幅な電圧低下を
することなく、電圧波形を良くする。 【解決手段】 複数個の永久磁石３を磁極とするロータ
２を回転させ、ステータ３に巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ
相の電機子巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機
において、磁極の極性を順に異にするロータ２の極数が
２４で構成されると共に、ステータのスロット数が２７
で構成され、ステータ３に巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の各相の巻線が３スロット連続巻きを単位にし
た巻き方で順次巻回されると共に、この３スロット連続
巻きで巻回される真中の各巻線がその両隣の巻線に対し
逆方向巻きに巻回されて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多極発電機、特に
永久磁石を磁極とするロータの極数とステータのスロッ
ト数との比に特別な関係を持たせ、発生する三相交流電
圧の大幅な電圧低下を回避しながら、ロータの磁極と対
応するステータの歯との正対をできる限り少なくし、三
相交流電圧のリップルを減少させると共に、コギングト
ルクを小さくするように構成した多極発電機に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】エンジン溶接機に用いられる発電機とし
て、現在では多極磁石発電機が多用されるようになって
きている。図２５は従来の多極磁石発電機のロータ形状
説明図、図２６は従来の多極磁石発電機の巻線が省略さ
れたステータ形状説明図、図２８は従来の多極磁石発電
機の発電ユニットの説明図を示している。

【０００３】図２５ないし図２７において、ステータ１
の外周を回転するロータ２の内部には、磁極の極性が順
に異なるようにして♯１ないし♯１８の１８個の永久磁
石３が配設されている。ステータ１は２７個のスロット
４が形成されており、この２７個のスロット４を用い、
２スロット飛ばしで同方向に巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ
相の三相電機子巻線が巻回されている。すなわち図２７
に示されている様に、Ｕ相の電機子巻線は♯１の歯、♯
４の歯及び♯７の歯に同方向に巻回された３個の巻線か
らなっており、Ｖ相の電機子巻線は♯２の歯、♯５の歯
及び♯８の歯に同方向に巻回された３個の巻線からなっ
ており、Ｗ相の電機子巻線は♯３の歯、♯６の歯及び♯
９の歯に同方向に巻回された３個の巻線からなってい
る。

【０００４】このような関係をもって、残りの♯１０な
いし♯２７の歯にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子巻線が巻
回され、それぞれの対応相の電機子巻線の端子どうし
が、必要に応じ直列接続又は並列接続されて三相交流電
圧が取り出されるようになっている。

【０００５】この巻線構造の三相交流磁石発電機を用い
た従来のエンジン溶接機は、図２８の垂下特性形溶接機
の構成図に示されている様に、当該三相交流磁石発電機
５から発生したＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相交流電圧を整流
器６で整流し、この整流器６で整流しただけの直流電圧
ではそのリップルが大きいので、当該整流器６とアーク
負荷７との間にリアクタ８を入れ、上記リップルの軽減
をはかるようにしている。なお９は母材、１０は溶接棒
を表している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、エンジ
ン溶接機に用いられている従来の三相交流磁石発電機で
は、回転数が３０００ｒｐｍ、周波数が４５０Ｈｚでの
図２９に示された従来の多極磁石発電機の整流電圧と相
間電圧の波形図から分かるように、相間電圧波形（図２
９の参照）が悪く、従って整流後の整流電圧波形（図
３０の参照）のリップル、すなわち脈動率が２８．５
％と大きい欠点があった。

【０００７】本発明は上記の欠点を解決することを目的
としており、永久磁石を磁極とするロータの極数とステ
ータのスロット数との比が特別な関係で、ロータの磁極
と対応するステータの歯との正対をできる限り少なくし
てコギングトルクを小さくする共に、ステータに巻回さ
れる三相電機子巻線の各相を分離できる巻線構造にし、
従来と比べ発生電圧が大幅な電圧低下をすることなく、
そして電圧波形が良くてリップルが小さく、エンジン溶
接機に使用するに当たって整流後のリアクタが小型のも
ので済ますことのできる多極発電機を提供することを目
的にしている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を解決するた
めに、本発明の多極発電機は複数個の磁石を磁極とする
ロータを回転させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、
Ｗ相の電機子巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電
機において、磁極の極性を順に異にするロータの極数が
８ｎ（ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共に、ス
テータのスロット数が９ｎで構成され、ステータに巻回
される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線が３スロ
ット連続巻きを単位にした巻き方で順次巻回されると共
に、この３スロット連続巻きで巻回される真中の各巻線
がその両隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回されてなるこ
とを特徴としている。

【０００９】また磁極の極性を順に異にするロータの極
数が（６ｎ＋３）±１（ｎ＝１，２，３，……）で構成
されると共に、ステータのスロット数が６ｎ＋３で構成
され、ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相
の各相の巻線が２ｎ＋１スロット連続巻きを単位にした
巻き方で順次巻回されると共に、この２ｎ＋１スロット
連続巻きで巻回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻き
に巻回されてなる発電ユニットとすることもできる。

【００１０】また磁極の極性を順に異にするロータの極
数が１２ｎ＋２（ｎ＝１，２，３，……）で構成される
と共に、ステータのスロット数が１２ｎで構成され、ス
テータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の
巻線が２ｎスロット連続巻きを単位にした巻き方で順次
巻回されると共に、この２ｎスロット連続巻きで巻回さ
れる巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され、かつ
Ｕ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次にＶ相の
巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の巻線
の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線形
態で巻回されてなる発電ユニットとすることもできる。

【００１１】また磁極の極性を順に異にするロータの極
数が１２ｎ−２（ｎ＝１，２，３，……）で構成される
と共に、ステータのスロット数が１２ｎで構成され、ス
テータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相の
巻線が２ｎスロット連続巻きを単位にした巻き方で順次
巻回されると共に、この２ｎスロット連続巻きで巻回さ
れる巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され、かつ
Ｕ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＷ相の
巻線、Ｗ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の巻線
の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線形
態で巻回されてなる発電ユニットとすることもできる。

【００１２】また磁極の極性を順に異にするロータの極
数が１２（ｎ＋１）＋２（ｎ＝１，２，３，……）で構
成されると共に、ステータのスロット数が６（ｎ＋１）
で構成され、ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の各相の巻線がｎ＋１スロット連続巻きを単位
にした巻き方で順次巻回されると共に、このｎ＋１スロ
ット連続巻きで巻回される巻線が隣の巻線と同方向巻き
に巻回され、かつＵ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の
巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ相の巻線の
順で、各相の巻線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向
と逆方向の巻線形態で巻回されてなる発電ユニットとす
ることもできる。

【００１３】また磁極の極性を順に異にするロータの極
数が１２（ｎ−１）＋２（ｎ＝１，２，３，……）で構
成されると共に、ステータのスロット数が６（ｎ＋１）
で構成され、ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の各相の巻線がｎ＋１スロット連続巻きを単位
にした巻き方で順次巻回されると共に、このｎ＋１スロ
ット連続巻きで巻回される巻線が隣の巻線と同方向巻き
に巻回され、かつＵ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の
巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次にＵ相の巻線の
順で、各相の巻線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向
と逆方向の巻線形態で巻回されてなる発電ユニットとす
ることもできる。

【００１４】例えば、ロータの極数が８ｎ（ｎ＝１，
２，３，……）、ステータのスロット数が９ｎ、Ｕ相、
Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線が３スロット連続巻きを単位に
した巻き方で順次巻回されると共に、この３スロット連
続巻きで巻回される真中の各巻線がその両隣の巻線に対
し逆方向巻きに巻回されてなる三相交流発電機において
は、３スロット連続巻きで巻回される真中の巻線の出力
ベクトルが１８０°反転して他の出力ベクトルと合成さ
れるので、三相交流電圧の電圧低下が少なくて済む。Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の各相の巻線が３スロット連続巻きを単
位にした巻線構造であるので、各相の巻線を分離するこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る多極発電機の
一実施例ロータ形状説明図、図２は本発明に係る多極発
電機の巻線が省略された一実施例ステータ形状説明図、
図３は本発明に係る多極発電機の発電ユニットの一実施
例説明図を示している。

【００１６】図１ないし図３において、ステータ１の外
周を回転するロータ２の内部には、磁極の極性が順に異
なるようにして♯１ないし♯２４の２４（＝８×３）個
の永久磁石３が配設されている。ステータ１は２７（＝
９×３）個のスロット４が形成されており、この２７個
のスロット４を用い、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻
線が３スロット連続巻きを単位にした巻き方で順次巻回
されると共に、この３スロット連続巻きを単位にした巻
き方で巻回される真中の各巻線はその両隣の巻線に対し
逆方向巻きに巻回されている。

【００１７】すなわち図３に示されている様に、Ｕ相の
電機子巻線は連続した３つの歯を単位にした巻線構造が
とられており、♯１と♯３との歯に同方向巻きに巻回さ
れた２個の巻線と、♯１と♯３の歯の真中の♯２の歯に
♯１や♯３の歯の巻き方向とは逆方向に巻回された１個
の巻線との３個の連続巻線からなっている。

【００１８】同様にして、Ｖ相の電機子巻線は♯４と♯
６の歯に同方向巻きに巻回された２個の巻線と、♯４と
♯６との歯の真中の♯５の歯に♯４や♯６の歯の巻き方
向とは逆方向に巻回された１個の巻線との３個の連続巻
線からなっており、Ｗ相の電機子巻線は♯７と♯９の歯
に同方向巻きに巻回された２個の巻線と、♯７と♯９と
の歯の真中の♯８の歯に♯７や♯９の歯の巻き方向とは
逆方向に巻回された１個の巻線との３個の連続巻線から
なっている。

【００１９】このような関係をもって、残りの♯１０な
いし♯２７の歯にＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各電機子巻線が巻
回され（図３ではこれらの巻線の描画省略）、それぞれ
の対応相の電機子巻線の端子どうしが、必要に応じ直列
接続又は並列接続されて三相交流電圧が取り出されるよ
うになっている。

【００２０】図４は本発明に係る多極発電機の整流電圧
と相間電圧の波形図を示している。このときの回転数は
２２５０ｒｐｍで、従来のものとの比較を容易とするた
め周波数は同じ４５０Ｈｚに合わせている。

【００２１】図４から分かるように、相間電圧波形（図
４の参照）が良くなり、従って整流後の整流電圧波形
（図４の参照）のリップル、すなわち脈動率が格段に
改善され、本発電機を溶接機として使用する図２８の例
においてはリアクタ８が従来との対比で小型でも良好な
溶接特性が得られる。

【００２２】ここで図３図示の出力電圧、例えばその一
相のＵ相について考察すると、ロータ２の磁極数が２
４、ステータ１のスロット数が２７であるので、３スロ
ット連続巻きの巻線には、１８０°×（２４／２７）＝
１６０°の位相関係を有する図５（Ａ）図示のベクトル
Ｕ₁ 、ベクトルＵ₂ 、ベクトルＵ₃ の電圧が発生してい
る。すなわち、ベクトルＵ₁ を基準にして、当該ベクト
ルＵ₁ とベクトルＵ₂ とは位相角１６０°、当該ベクト
ルＵ₂ とベクトルＵ₃ とは位相角１６０°となってい
る。

【００２３】この３スロット連続巻きの巻線の出力が最
大になるのは、図５（Ａ）図示のベクトルＵ₂ を図５
（Ｂ）図示の如く位相を反転させてベクトルＵ₂ バーと
し、ベクトルＵ₁ 、ベクトルＵ₂ バー、ベクトルＵ₃ を
ベクトル加算するときである。つまり３スロット連続巻
きで巻回されている３個の巻線の内の真中の巻線をその
両隣の巻線に対し逆方向巻きにすると、当該真中の巻線
は図５（Ｂ）図示の如くベクトルＵ₂ バーとなり、ベク
トルＵ₂ バーはベクトルＵ₁ に対して角２０°、ベクト
ルＵ₃ はベクトルＵ₂ バーに対して角２０°の関係とな
る。

【００２４】従って、３スロット連続巻きで巻回されて
いる３個の巻線の内の真中の巻線をその両隣の巻線に対
し逆方向巻きにして得られる３スロット連続巻きの合成
ベクトルＵは、図６図示の如くなる。

【００２５】いま、ベクトルＵ₁ の大きさを１（＝ベク
トルＵ₂ ，ベクトルＵ₃ の大きさ）としたとき、上記合
成ベクトルＵの大きさは２．８８となる。すなわちＵ相
の３スロット連続巻きの巻線の発生電圧は、２．８８で
ある。

【００２６】つまり従来の図２７に示された２スロット
飛ばしで３巻線同方向に巻回された巻線構造のＵ相の発
生電圧が３であるのに対し、図３に示された３スロット
連続巻きのＵ相の発生電圧は２．８８であるから、図３
に示された３スロット連続巻きの巻線構造を用いても、
その出力は（２．８８／３）×１００＝９６％であるの
で、それ程の電圧低下が生じないことが分かる。他のＶ
相、Ｗ相の各巻線についても同様である。この３スロッ
ト連続巻きの巻線構造と２スロット飛ばしで３巻線同方
向に巻回された巻線構造との上記発生電圧関係は、実験
によっても確認されている。

【００２７】また電圧波形についても、図４に示された
本発明の波形の方が、図２９の従来の波形より良く、従
って溶接機に用いられる多極発電機においては、図２８
の整流器６で整流後のリップル、すなわち脈動率が改善
されリアクタ８が小型化さることに比べれば、その電圧
低下を犠牲にして余りあることが理解される。そして巻
線構造にあっては、３スロット連続巻きであるので、Ｕ
相、Ｖ相、Ｗ相の巻線の分離がなされ、絶縁が有利とな
る利点がある。

【００２８】図１ないし図３ではステータのスロット数
が２７（＝９×３）、ロータの磁極が２４（＝８×３）
の構造の多極発電機で説明したが、一般にステータのス
ロット数が９ｎ、ロータの磁極が８ｎ（ｎ＝１，２，
３，……）であっても、上記説明の３スロット連続巻き
を単位とした巻き方を採れば、同様なことが成立する。
このとき図３で示されているように、ロータの磁極と対
応するステータの歯との正対が少ない構造であるので、
コギングトルクを小さくすることができる。

【００２９】図７は本発明に係る多極発電機の発電ユニ
ットの他の実施例説明図を示している。

【００３０】同図において、ステータ１の外周を回転す
るロータ２の内部には、磁極の極性が順に異なるように
して♯１ないし♯２６の２６（＝６×４＋２）個の永久
磁石３が配設されている。ステータ１は２７（＝６×４
＋３）個のスロット４が形成されており、この２７個の
スロット４を用い、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻線
が９（＝２×４＋１）スロット連続巻きを単位にした巻
き方で順次巻回されると共に、この９スロット連続巻き
で巻回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回さ
れている。

【００３１】すなわち、Ｕ相の電機子巻線は連続した９
つの歯を単位にした巻線構造がとられており、♯１の歯
と♯２の歯の巻線は逆方向巻きに巻回され、♯２の歯と
♯３の歯の巻線は逆方向巻きに巻回され、以下同様に♯
８の歯と♯９の歯の巻線は逆方向巻きに巻回された９個
の連続巻線からなっている。

【００３２】同様にして、Ｖ相の電機子巻線は♯１０か
ら♯１８までの歯に互いに逆方向巻きに巻回された９個
の連続巻線からなっており、Ｗ相の電機子巻線は♯１９
から♯２７までの歯に互いに逆方向巻きに巻回された９
個の連続巻線からなっている。

【００３３】このときのロータ２の磁極とステータ１と
の関係を示したものが図８である。図８において、Ｔは
ステータ１の歯を表し、そのＴに付された矢印は巻線方
向を表している。ステータ１は２７スロットであるのに
対し、ロータ２の磁極数が２６極であるので、ステータ
１のスロット、すなわち歯とロータ２の磁極とは電気角
で１８０°−１８０°×（２６／２７）＝１８０°−１
７３．３３°＝６．６７°（小数点第３桁目を四捨五
入）づつずれている。

【００３４】いま分かり易くするため、Ｕ相の電機子巻
線の巻線Ｕ₁ が巻回されているステータ１の歯を表すＴ
の左端が、ロータ２の♯１の磁極Ｎの左端に一致してい
るものとすると、巻線Ｕ₉ の次のＶ相の電機子巻線の巻
線Ｖ₁ が巻回されている歯のＴの左端は、６．６７°×
９＝６０．０３°（上記四捨五入のため０．０３°増え
ているが、正確には６０°。図にはこの値を記入）ず
れ、ロータ２の♯１０の磁極Ｓの左端から６０．０３°
の位置にあり、ロータ２の♯９の磁極Ｎの右端から１８
０°−６０．０３°＝１１９．９７°（正確には１２０
°。図にはこの値を記入）の位置にある。すなわちＶ相
の電機子巻線の巻線Ｖ₁ が巻回されている歯のＴの左端
は、ロータ２の♯９の磁極Ｎの２／３の位置にある。

【００３５】同様にして、巻線Ｖ₉ の次のＷ相の電機子
巻線の巻線Ｗ₁ が巻回されている歯のＴの左端は、６．
６７°×１８＝１２０．０６°ずれ（上記四捨五入のた
め０．０６°増えているが、正確には１２０°）、ロー
タ２の♯１９の磁極Ｎの左端から１２０．０６°の位置
にあり、ロータ２の♯１８の磁極Ｓの右端から１８０°
−１２０．０６°＝５９．９４°（正確には６０°）の
位置にある。すなわちＶ相の電機子巻線の巻線Ｖ₁ が巻
回されている歯のＴの左端は、ロータ２の♯１８の磁極
Ｓの１／３の位置にある。

【００３６】そしてＷ₉ の次の元のＵ相の電機子巻線の
巻線Ｕ₁ が巻回されている歯のＴの左端は、６．６７°
×２７＝１８０．０９°ずれ（上記四捨五入のため０．
０９°増えているが、正確には１８０°）、ロータ２の
♯２の磁極Ｓの左端から１８０．０９°の位置にあり、
ロータ２の♯１の磁極Ｎの右端から１８０°−１８０．
０９°＝−０．０９°（正確には０°）の位置にある。
すなわちＵ相の電機子巻線の巻線Ｕ₁ が巻回されている
歯のＴの左端は、ロータ２の♯１の磁極Ｎの０／３の位
置、つまり最初の位置に戻る。すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ
相の各９スロット連続巻線が電気角で１２０°ずれた巻
線となっており、図１０図示の如く、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相
の三相交流電圧を発生させることができる巻線構造とな
っている。

【００３７】ここで図７図示の出力電圧、例えばその一
相のＵ相について考察すると、９スロット連続巻きで巻
回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回されて
いるので、各巻線Ｕ₁ ないしＵ₉ に発生した電圧は加算
されることになる。すなわちベクトルＵ₁ を基準にし
て、６．６７°づつずれたベクトルＵ₂ ないしベクトル
Ｕ₉ をベクトル加算したときの９スロット連続巻きの合
成ベクトルＵは、図９図示の如くなり、ベクトルＵ₁ の
大きさを１（＝ベクトルＵ₂ ，……，ベクトルＵ ₉ の大
きさ）としたとき、合成ベクトルＵの大きさは８５．９
９となる。すなわちＵ相の９スロット連続巻きの発生電
圧は、８５．９９である。この図７に示された発電ユニ
ットの多極発電機の発生電圧は、従来のものに比べその
出力は（８５．９９／９）×１００＝９６．０％とな
り、この場合もそれ程の電圧低下が生じないことが分か
る。また図７から分かる様に、ロータの磁極と対応する
ステータの歯との正対が少ない構造であるので、コギン
グトルクが小さくなる。

【００３８】図１１は本発明に係る多極発電機の発電ユ
ニットの他の実施例説明図を示している。

【００３９】同図において、ステータ１の外周を回転す
るロータ２の内部には、磁極の極性が順に異なるように
して♯１ないし♯１０の１０（＝６×１＋４）個の永久
磁石３が配設されている。ステータ１は９（＝６×１＋
３）個のスロット４が形成されており、この９個のスロ
ット４を用い、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻線が３
（＝２×１＋１）スロット連続巻きを単位にした巻き方
で順次巻回されると共に、この３スロット連続巻きで巻
回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回されて
いる。

【００４０】すなわち、Ｕ相の電機子巻線は連続した３
つの歯を単位にした巻線構造がとられており、♯１の歯
と♯２の歯の巻線は逆方向巻きに巻回され、♯２の歯と
♯３の歯の巻線は逆方向巻きに巻回された３個の連続巻
線からなっている。

【００４１】同様にして、Ｗ相の電機子巻線は♯４と♯
５、♯５と♯６の歯に互いに逆方向巻きに巻回された３
個の連続巻線からなっており、Ｖ相の電機子巻線は♯７
と♯８、♯８と♯９の歯に互いに逆方向巻きに巻回され
た３個の連続巻線からなっている。

【００４２】このときのロータ２の磁極とステータ１と
の関係を示したものが図１２である。図１２において、
Ｔはステータ１の歯を表し、そのＴに付された矢印は巻
線方向を表している。ステータ１は９スロットであるの
に対し、ロータ２の磁極数が１０極であるので、ステー
タ１のスロット、すなわち歯とロータ２の磁極とは電気
角で１８０°−１８０°×（１０／９）＝１８０°−２
００°＝−２０°づつずれている。

【００４３】いま分かり易くするため、Ｕ相の電機子巻
線の巻線Ｕ₁ が巻回されているステータ１の歯を表すＴ
の左端が、ロータ２の♯１の磁極Ｎの左端に一致してい
るものとすると、巻線Ｕ₂ が巻回されている歯のＴの左
端は２０°ずれ、巻線Ｕ₃ が巻回されている歯のＴの左
端は更に２０°ずれている。そしてＷ相の電機子巻線の
巻線Ｗ₁ が巻回されている歯のＴの左端は、更に２０°
ずれているので、ロータ２の♯４の磁極Ｓの１／３の位
置となる。以下同様にしてＶ相の電機子巻線の巻線Ｖ₁
が巻回されている歯のＴの左端は、ロータ２の♯７の磁
極Ｎの２／３の位置となる。次のＵ相の巻線Ｕ₁ が巻回
されている歯のＴの左端は、２０°×９＝１８０°ず
れ、ロータ２の♯１の磁極Ｎの左端と一致する。つまり
Ｕ相の電機子巻線の巻線Ｕ₁ が巻回されている歯のＴの
左端は最初の位置に戻る。すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の
各３スロット連続巻線が電気角で１２０°ずれた巻線と
なっており、図１０図示の如く、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三
相交流電圧を発生させることができる巻線構造となって
いる。

【００４４】ここで図１１図示の出力電圧、例えばその
一相のＵ相について考察すると、３スロット連続巻きで
巻回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され
ているので、各巻線Ｕ₁ ないしＵ₃ に発生した電圧は加
算されることになる。すなわちベクトルＵ₁ を基準にし
て、−２０°づつずれたベクトルＵ₂ 、ベクトルＵ₃を
ベクトル加算したときの３スロット連続巻きの合成ベク
トルＵは、図１３図示の如くなり、ベクトルＵ₁ の大き
さを１（＝ベクトルＵ₂ ，ベクトルＵ₃ の大きさ）とし
たとき、合成ベクトルＵの大きさは２．８８となる。す
なわちＵ相の３スロット連続巻きの発生電圧は、２．８
８である。この図１１に示された発電ユニットの多極発
電機の発生電圧は、従来のものに比べその出力は（２．
８８／３）×１００＝９６．０％となり、この場合もそ
れ程の電圧低下が生じないことが分かる。また図１１か
ら分かる様に、ロータの磁極と対応するステータの歯と
の正対が少ない構造であるので、コギングトルクが小さ
くなる。

【００４５】図１１ではステータのスロット数が９（＝
６×１＋３）、ロータの磁極が１０（＝６×１＋４）の
構造の多極発電機で説明したが、一般に図１４に示され
た関係を有する発電ユニットの構造で、そのステータの
スロット数が６ｎ＋３、ロータの磁極が６ｎ＋４（ｎ＝
１，２，３，……）であっても、同様なことが成立す
る。このときも電圧低下も少なく、その上、ロータの磁
極と対応するステータの歯との正対が少ない構造である
ので、コギングトルクが小さくなる。

【００４６】図１５は本発明に係る多極発電機の発電ユ
ニットの他の実施例説明図を示している。

【００４７】同図において、ステータ１の外周を回転す
るロータ２の内部には、磁極の極性が順に異なるように
して♯１ないし♯１４の１４（＝１２×１＋２）個の永
久磁石３が配設されている。ステータ１は１２（＝１２
×１）個のスロット４が形成されており、この１２個の
スロット４を用い、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻線
が２（＝２×１）スロット連続巻きを単位にした巻き方
で順次巻回されると共に、この２スロット連続巻きで巻
回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回されて
いる。そのうえＵ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻
線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ´相の巻線、
以下同様の順で、各相の巻線の巻き方向が次の相の巻線
の巻き方向と逆方向の巻線形態で巻回されている。

【００４８】すなわち、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の各電機子巻
線は連続した２つの歯を単位にした巻線構造がとられて
おり、Ｕ相の♯１の歯と♯２の歯の巻線は逆方向巻きに
巻回され、そしてＷ相の♯３の歯と♯４の歯の巻線は逆
方向巻きに巻回され、Ｖ相の♯５の歯と♯６の歯の巻線
は逆方向巻きに巻回されている。しかもＵ相の♯２の歯
の巻線とＷ相の♯３の歯の巻線とは、同方向巻きに巻回
され、Ｗ相の♯４の歯の巻線とＶ相の♯５の歯の巻線と
は、同方向巻きに巻回されている。以下同様にして、Ｖ
相の♯６の歯の巻線と次のＵ´相の♯１の歯の巻線と
は、同方向巻きに巻回されている。

【００４９】このときのロータ２の磁極とステータ１の
極との関係を示したものが図１６である。図１６におい
て、Ｔはステータ１の歯を表し、そのＴに付された矢印
は巻線方向を表している。ステータ１は１２スロットで
あるのに対し、ロータ２の磁極数が１４極であるので、
ステータ１のスロット、すなわち歯とロータ２の磁極と
は電気角で１８０°−１８０°×（１４／１２）＝１８
０°−２１０°＝−３０°づつずれている。

【００５０】いま分かり易くするためＵ相の電機子巻線
の巻線Ｕ₁ が巻回されているステータ１の歯を表すＴの
左端がロータ２の♯１の磁極Ｎの左端に一致しているも
のとすると、巻線Ｕ₂ が巻回されている歯のＴの左端は
３０°ずれている。そしてＷ相の電機子巻線の巻線Ｗ₁
が巻回されている歯のＴの左端は、更に３０°ずれてい
るので、ロータ２の♯３の磁極Ｎの１／３の位置とな
る。以下同様にしてＶ相の電機子巻線の巻線Ｖ₁ が巻回
されている歯のＴの左端は、ロータ２の♯５の磁極Ｎの
２／３の位置となる。次のＵ´相の電機子巻線の巻線Ｕ
₁ ´が巻回されている歯のＴの左端は、ロータ２の♯８
の磁極Ｓの左端と一致する。以下このように関係を保ち
ながらずれてゆくので、図示されていないＶ´相の次Ｕ
相の電機子巻線の巻線Ｕ₁ が巻回されている歯のＴの左
端は、最初の位置に戻る。すなわちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の
各２スロット連続巻線が電気角で１２０°ずれた巻線と
なっており、図１０図示の如く、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三
相交流電圧を発生させることができる巻線構造となって
いる。

【００５１】ここで図１５図示の出力電圧、例えばその
一相のＵ相について考察すると、２スロット連続巻きで
巻回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され
ているので、各巻線Ｕ₁ 、Ｕ₂ に発生した電圧は加算さ
れることとなる。すなわち、ベクトルＵ₁ を基準にして
−３０°ずれたベクトルＵ₂ をベクトル加算したときの
２スロット連続巻きの合成ベクトルＵは、図１７図示の
如くなり、ベクトルＵ ₁ の大きさを１（＝ベクトルＵ₂
の大きさ）としたとき、合成ベクトルＵの大きさは１．
９３となる。すなわちＵ相の２スロット連続巻きの発生
電圧は１．９３である。この図１５に示された発電ユニ
ットの多極発電機の発生電圧は、従来のものに比べその
出力は（１．９３／２）×１００＝９６．５％となり、
この場合もそれ程電圧低下も少なく、その上、ロータの
磁極と対応するステータの歯との正対が少ない構造であ
るので、コギングトルクが小さくなる。

【００５２】図１５ではステータのスロット数が１２
（＝１２×１）、ロータの磁極が１４（＝１２×１＋
２）の構造の多極発電機で説明したが、一般に図１８に
示された関係を有する発電ユニット構造で、そのステー
タのスロット数が１２ｎ、ロータの磁極が１２ｎ＋２
（ｎ＝１，２，３，……）であっても、同様なことが成
立する。このときの電圧低下も少なく、ロータの磁極と
対応するステータの歯との正対が少ない構造であるの
で、コギングトルクが小さくなる。

【００５３】ここで、図１５で示される巻線形態、すな
わちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻線が２（＝２×
１）スロット連続巻きを単位にした巻き方で順次巻回さ
れると共に、この２スロット連続巻きで巻回される巻線
が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回される巻線は、図１
９に示された関係を有する発電ユニットでも、成立す
る。ただしこのときのロータの極数が１２ｎ−２（ｎ＝
１，２，３，……）、ステータのスロット数が１２ｎで
構成され、かつＵ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻
線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次にＵ相の巻線の順
で、各相の巻線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と
逆方向の巻線形態で巻回されていることである。

【００５４】このときの例えば、ロータの極数が１０、
ステータのスロット数が１２のとき、ステータ１のスロ
ット４とロータ２の磁極とは電気角で１８０°−１８０
°×（１０／１２）＝１８０°−１５０°＝３０°づつ
ずれ、上記説明の図１５や図１８の場合と逆のずれ方を
するだけであるので、その説明は省略する。

【００５５】図２０は本発明に係る多極発電機の発電ユ
ニットの他の実施例説明図を示している。

【００５６】同図において、ステータ１の外周を回転す
るロータ２の内部には、磁極の極性が順に異なるように
して♯１ないし♯２６の２６〔＝１２（１＋１）＋２〕
個の永久磁石３が配設されている。ステータ１は１２
〔＝６（１＋１）〕個のスロット４が形成されており、
この１２個のスロット４を用い、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三
相電機子巻線が２（＝１＋１）スロット連続巻きを単位
にした巻き方で順次巻回されると共に、この２スロット
連続巻きで巻回される巻線が隣の巻線に対し同方向巻き
に巻回されている。そのうえＵ相の巻線の次にＷ相の巻
線、Ｗ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ
´相の巻線、以下同様の順で、各相の巻線の巻き方向が
次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線形態で巻回され
ている。

【００５７】すなわち、Ｕ相、Ｗ相、Ｖ相の各電機子巻
線は連続した２つの歯を単位にした巻線構造がとられて
おり、Ｕ相の♯１の歯と♯２の歯の巻線、Ｗ相の♯３の
歯と♯４の歯の巻線、Ｖ相の♯５の歯と♯６の歯の巻線
は、それぞれの相において同方向巻きに巻回され、Ｕ相
の巻線とＷ相の巻線、Ｗ相の巻線とＶ相の巻線、そして
Ｖ相の巻線と次のＵ´相の巻線は、それぞれ逆方向巻き
に巻回され巻回されている。Ｗ´相、Ｖ´相の巻線につ
いても、上記の場合と同様である。

【００５８】このときのロータ２の磁極とステータ１の
極との関係を示したものが図２１である。図２１におい
て、Ｔはステータ１の歯を表し、そのＴに付された矢印
は巻線方向を表している。ステータ１は１２スロットで
あるのに対し、ロータ２の磁極数が２６極であるので、
ステータ１のスロット、すなわち歯とロータ２の磁極と
は電気角で１８０°−１８０°×（２６／１２）＝１８
０°−３９０°＝−２１０°づつずれている。

【００５９】いま分かり易くするためＵ相の電機子巻線
の巻線Ｕ₁ が巻回されているステータ１の歯を表すＴの
左端をロータ２の♯１の磁極Ｎの左端に一致しているも
のとすると、巻線Ｕ₂ が巻回されている歯のＴの左端は
２１０°、すなわちロータ２の♯３の磁極Ｎの左端から
３０°ずれている。そしてＷ相の電機子巻線の巻線Ｗ ₁
が巻回されている♯３の歯のＴの左端は、更に２１０°
ずれているので、ロータ２の♯５の磁極Ｎの左端から６
０°、すなわち１／３の位置となる。以下同様にしてＶ
相の電機子巻線の巻線Ｖ₁ が巻回されている歯のＴの左
端は、ロータ２の♯９の磁極Ｎの２／３の位置となる。
図２１には図示されていないが、次のＵ´相の電機子巻
線の巻線Ｕ₁ ´が巻回されている歯のＴの左端は、ロー
タ２の♯１２の磁極Ｓの左端と一致する。以下このよう
に関係を保ちながらずれてゆくので、図示されていない
Ｖ´相の次Ｕ相の電機子巻線の巻線Ｕ₁ が巻回されてい
る歯のＴの左端は、最初の位置に戻る。すなわちＵ相、
Ｖ相、Ｗ相の各２スロット連続巻線が電気角で１２０°
ずれた巻線となっており、図１０図示の如く、Ｕ相、Ｖ
相、Ｗ相の三相交流電圧を発生させることができる巻線
構造となっている。

【００６０】ここで図２０図示の出力電圧、例えばその
一相のＵ相について考察すると、２スロット連続巻きで
巻回される巻線が隣の巻線に対し同方向巻きに巻回され
ているので、各巻線Ｕ₁ 、Ｕ₂ に発生した電圧は加算さ
れることとなる。すなわち、ベクトルＵ₁ を基準にして
−３０°ずれたベクトルＵ₂ をベクトル加算したときの
２スロット連続巻きの合成ベクトルＵは、図２２図示の
如くなり、ベクトルＵ ₁ の大きさを１（＝ベクトルＵ₂
の大きさ）としたとき、合成ベクトルＵの大きさは１．
９３となる。すなわちＵ相の２スロット連続巻きの発生
電圧は１．９３である。この図２０に示された発電ユニ
ットの多極発電機の発生電圧は、従来のものに比べその
出力は（１．９３／２）×１００＝９６．５％となり、
この場合もそれ程電圧低下も少なく、その上、ロータの
磁極と対応するステータの歯との正対が少ない構造であ
るので、コギングトルクが小さくなる。

【００６１】図２０ではステータのスロット数が１２
〔＝６（１＋１）〕、ロータの磁極が２６〔＝１２（１
＋１）＋２〕の構造の多極発電機で説明したが、一般に
図２３に示された関係を有する発電ユニット構造で、そ
のロータの磁極が１２（ｎ＋１）＋２（ｎ＝１，２，
３，……）、ステータのスロット数が６（ｎ＋１）であ
っても、同様なことが成立する。このときの電圧低下も
少なく、ロータの磁極と対応するステータの歯との正対
が少ない構造であるので、コギングトルクが小さくな
る。

【００６２】ここで、図２０で示される巻線形態、すな
わちＵ相、Ｖ相、Ｗ相の三相電機子巻線が２（＝１＋
１）スロット連続巻きを単位にした巻き方で順次巻回さ
れると共に、この２スロット連続巻きで巻回される巻線
が隣の巻線に対し同方向巻きに巻回される巻線は、図２
４に示された関係を有する発電ユニットでも、成立す
る。ただしこのときのロータの極数が１２（ｎ＋１）−
２（ｎ＝１，２，３，……）、ステータのスロット数が
６（ｎ＋１）で構成され、かつＵ相の巻線の次にＶ相の
巻線、Ｖ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次に
Ｕ相の巻線の順で、各相の巻線の巻き方向が次の相の巻
線の巻き方向と逆方向の巻線形態で巻回されていること
である。

【００６３】このときの例えば、ロータの極数が２２、
ステータのスロット数が１２のとき、ステータ１のスロ
ット４とロータ２の磁極とは電気角で１８０°−１８０
×（２２／１２）＝１８０°−３３０°＝−１５０°づ
つずれ、上記説明の図２０や図２３の場合と逆のずれか
たをするだけであるので、その説明は省略する。

【００６４】

【発明の効果】以上説明した如く、本発明によれば、ロ
ータの極数とステータのスロット数との比に特別な関係
を持たせると共に、複数個のスロット連続巻きを単位に
した巻線構造としたので、発生する三相交流電圧が大幅
な電圧低下となることなく、電圧のリップルを減少させ
ることができ、ステータの電機子巻線の各相を分離でき
る。またロータの磁極と対応するステータの歯との正対
が少ないので、コギングトルクが小さくなる。そしてＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の各２スロット連続巻きで巻回される巻
線は同方向で巻回することができるので、巻線がし易い
利点を有している。 そして出力電圧波形が良くてリッ
プルが改善されるので、エンジン溶接機に使用するに当
たって整流後のリアクタが小型のもので済ますことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る多極発電機の一実施例ロータ形状
説明図である。

【図２】本発明に係る多極発電機の巻線が省略された一
実施例ステータ形状説明図である。

【図３】本発明に係る多極発電機の発電ユニットの一実
施例説明図である。

【図４】本発明に係る多極発電機の整流電圧と相間電圧
の波形図である。

【図５】Ｕ相の３スロット連続巻きのベクトル説明図で
ある。

【図６】Ｕ相の３スロット連続巻きの合成ベクトル説明
図である。

【図７】本発明に係る多極発電機の発電ユニットの他の
実施例説明図である。

【図８】磁極とステータとの関係説明図である。

【図９】Ｕ相の９スロット連続巻きの合成ベクトル説明
図である。

【図１０】三相交流電圧発生説明図である。

【図１１】本発明に係る多極発電機の発電ユニットの他
の実施例説明図である。

【図１２】磁極とステータとの関係説明図である。

【図１３】Ｕ相の３スロット連続巻きの合成ベクトル説
明図である。

【図１４】同じ関係にある磁極とステータとの構成説明
図である。

【図１５】本発明に係る多極発電機の発電ユニットの他
の実施例説明図である。

【図１６】磁極とステータとの関係説明図である。

【図１７】Ｕ相の２スロット連続巻きの合成ベクトル説
明図である。

【図１８】同じ関係にある磁極とステータとの構成説明
図である。

【図１９】同じ関係にある磁極とステータとの構成説明
図である。

【図２０】本発明に係る多極発電機の発電ユニットの他
の実施例説明図である。

【図２１】磁極とステータとの関係説明図である。

【図２２】Ｕ相の２スロット連続巻きの合成ベクトル説
明図である。

【図２３】同じ関係にある磁極とステータとの構成説明
図である。

【図２４】同じ関係にある磁極とステータとの構成説明
図である。

【図２５】従来の多極磁石発電機のロータ形状説明図で
ある。

【図２６】従来の多極磁石発電機の巻線が省略されたス
テータ形状説明図である。

【図２７】従来の多極磁石発電機の発電ユニットの説明
図である。

【図２８】垂下特性形溶接機の構成図である。

【図２９】従来の多極磁石発電機の整流電圧と相間電圧
の波形図である。

【符号の説明】

１ ステータ ２ ロータ ３ 永久磁石 ４ スロット ５ 三相交流磁石発電機 ６ 整流器 ８ リアクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H603 AA01 BB02 BB07 BB13 CA01 CA05 CB05 CC04 CC11 CC17 CD01 CD05 CD21 CE01 5H621 AA02 GA01 GA04 GB11 GB14 HH05 JK05

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が８ｎ（ｎ＝
   １，２，３，……）で構成されると共に、 ステータのスロット数が９ｎで構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線が３スロット連続巻きを単位にした巻き方で順次
   巻回されると共に、この３スロット連続巻きで巻回され
   る真中の各巻線がその両隣の巻線に対し逆方向巻きに巻
   回されてなることを特徴とする多極発電機。
2. 【請求項２】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が（６ｎ＋３）
   ±１（ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共に、 ステータのスロット数が６ｎ＋３で構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線が２ｎ＋１スロット連続巻きを単位にした巻き方
   で順次巻回されると共に、この２ｎ＋１スロット連続巻
   きで巻回される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回
   されてなることを特徴とする多極発電機。
3. 【請求項３】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が１２ｎ＋２
   （ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共に、 ステータのスロット数が１２ｎで構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線が２ｎスロット連続巻きを単位にした巻き方で順
   次巻回されると共に、この２ｎスロット連続巻きで巻回
   される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され、か
   つＵ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次にＶ相
   の巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の巻
   線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線
   形態で巻回されてなることを特徴とする多極発電機。
4. 【請求項４】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が１２ｎ−２
   （ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共に、 ステータのスロット数が１２ｎで構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線が２ｎスロット連続巻きを単位にした巻き方で順
   次巻回されると共に、この２ｎスロット連続巻きで巻回
   される巻線が隣の巻線に対し逆方向巻きに巻回され、か
   つＵ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＷ相
   の巻線、Ｗ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の巻
   線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線
   形態で巻回されてなることを特徴とする多極発電機。
5. 【請求項５】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が１２（ｎ＋
   １）＋２（ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共
   に、 ステータのスロット数が６（ｎ＋１）で構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線がｎ＋１スロット連続巻きを単位にした巻き方で
   順次巻回されると共に、このｎ＋１スロット連続巻きで
   で巻回される巻線が隣の巻線と同方向巻きに巻回され、
   かつＵ相の巻線の次にＷ相の巻線、Ｗ相の巻線の次にＶ
   相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の
   巻線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻
   線形態で巻回されてなることを特徴とする多極発電機。
6. 【請求項６】 複数個の磁石を磁極とするロータを回転
   させ、ステータに巻回されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電機子
   巻線に三相交流電圧を発生させる多極発電機において、 磁極の極性を順に異にするロータの極数が１２（ｎ−
   １）＋２（ｎ＝１，２，３，……）で構成されると共
   に、 ステータのスロット数が６（ｎ＋１）で構成され、 ステータに巻回される巻線は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相
   の巻線がｎ＋１スロット連続巻きを単位にした巻き方で
   順次巻回されると共に、このｎ＋１スロット連続巻きで
   巻回される巻線が隣の巻線と同方向巻きに巻回され、か
   つＵ相の巻線の次にＶ相の巻線、Ｖ相の巻線の次にＷ相
   の巻線、Ｗ相の巻線の次にＵ相の巻線の順で、各相の巻
   線の巻き方向が次の相の巻線の巻き方向と逆方向の巻線
   形態で巻回されてなることを特徴とする多極発電機。