JP2002262531A

JP2002262531A - 直流発電機

Info

Publication number: JP2002262531A
Application number: JP2001057026A
Authority: JP
Inventors: Toshio Takegawa; 敏夫竹川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2002-09-13

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの
変換効率を高めた直流発電機を提供する。【解決手段】ロータ軸を支承するケーシングを構成する
アルミ製の固定フレーム１５と、ロータ軸８の回転方向
に磁極１４を配置して成る磁極ロータ７と、固定フレー
ム１５の内周に設置された複数個のＣ形ステータ１８と
を備える。Ｃ形ステータ１８は、ロータ軸８の回転方向
前後に前側コア部１６ａ及び後側コア部１６ｂを有し、
各コア部１６ａ，１６ｂに巻装されたステータコイル１
７の巻装両端に全波整流回路が接続されている。磁極１
４の設置総数ＸとＣ形ステータ１８の各コア部１６ａ，
１６ｂの設置総数Ｙとは、Ｘ／Ｙの値が整数とならない
関係とし、また磁極１４は、Ｃ形ステータ１８の両コア
部のピッチ幅に略相当する間隔で配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は直流発電機に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】直流及び交流発電機の起電力は、電機子
と界磁極との相対作用により生じる誘導起電力である。
この誘導起電力により電機子電流が生ずる。そして、こ
の電機子電流により、電機子反作用が起きて、交流の場
合、力率１（交差磁化作用）を中心に電気角９０度進相
から電気角９０度遅相間で磁界ができる。例えば交流電
力をＡＣジェネレーター・レギュレーターで直流電力に
変換し、電圧調整するオルターネータ発電機を定格回転
速度（同期速度）で運転し、対称三相負荷を接続する
と、電機子巻線には対称三相電流が流れる。この三相電
機子電流が発生すると同時に電機子反作用によって作ら
れる回転磁界は、磁極の作る界磁主磁束に対して一定の
位相差（遅れ）をもって、同期速度で回転する。この結
果、磁極には回転方向とは逆向きの電磁トルク（ブレー
キ）が発生する。このマイナストルクは磁束ロータより
ロータ軸を通して、原動機に伝えられる機械的動力負荷
（入力エネルギーを要する）となる。例えば、特開平５
−１４６１２５号公報に記載の発電機におけるステータ
鉄心は、全て内歯車形のリング状に構成されているが、
かかるステータ鉄心の場合、界磁主磁束はステータ鉄心
の円周方向へ流れ、電機子反作用で磁極ロータの回転方
向へ回転磁界が発生する。ただし、回転磁界はロータの
回転周速度より一定の遅れ（力率により異なる）を保っ
た速さで回転するマイナス磁界であり、磁極ロータに電
磁ブレーキ作用を与えて、機械的動力負荷を与える。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の発電機は機構
上、マイナス磁界のみ有する回転磁界を消滅させる手段
がなく、それ故、上記電機子反作用によって生ずる機械
的動力負荷を効果的に低減または消滅させることができ
ず、機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの変換
効率は７０〜９０％にとどまるものであった。しかし、
上記の電機子電流（負荷電流）に基づく電機子反作用に
よって生ずる機械的動力負荷を低減または消滅できれ
ば、機械的動力エネルギーから電気エネルギーへの変換
効率を高めることができる。本発明はかかる点に着目
し、磁界遅れによる位相差を利用してプラス磁界（プラ
ス回転トルク）を発生させ、機械的動力エネルギーから
電気エネルギーへの変換効率を高めた直流発電機を提供
することを課題とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１の発明に記載の発明は、ロータ軸の回転方
向に磁極のＮ極及びＳ極を交互に配置して成る磁極ロー
タを有する直流発電機であって、ロータ軸の回転方向前
後にコア部を有する略Ｃ状溝型のステータブロックにス
テータコイルを巻装して成る複数のＣ形ステータと、各
ステータコイルの巻装両端に接続された全波整流回路と
を備え、前記磁極をＣ形ステータの両コア部のピッチ幅
に略相当する間隔で配置し、かつ前記複数のＣ形ステー
タ同士を磁気絶縁したことを特徴とする。

【０００５】請求項２の発明に記載の発明は、請求項１
の構成に加え、前記磁極の設置総数Ｘ及びＣ形ステータ
のコア部の設置総数Ｙを、Ｘ／Ｙの値が整数にならない
関係としたことを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具現化した一実施
形態について図面をもとに詳細に説明する。直流発電機
１のケーシング２を構成する左右のエンドフレーム３，
４には軸承部５，６が形成され、該軸承部５，６により
ランデル形の磁極ロータ７が支承されている。磁極ロー
タ７のロータ軸８の外周には巻線枠９（９ａ，９ｂ）が
嵌着されており、該巻線枠９には励磁コイル１０が巻装
されている。そして、励磁コイル１０の巻装両端１０
ａ，１０ｂには、ロータ軸８の一端部に嵌着した一対の
スリップリング１１ａ，１１ｂに接続されている。スリ
ップリング１１ａ，１１ｂには、付勢バネ１２ａ，１２
ｂの付勢力により弾出するブラシ１３ａ，１３ｂが摺接
している。

【０００７】ロータ軸８に嵌着した巻線枠９には、軸方
向左右外周に磁束が流れやすい金属でできた磁極１４の
Ｓ極ポールコア１４ａとＮ極ポールコア１４ｂを計１６
個設け、前記各コアの先端部を軸方向内向きにして、各
々交互に等角度間隔で、歯車状に配設した界磁極を有す
る磁極ロータ７を形成している。そして、左右のエンド
フレーム３，４間には円筒状の固定フレーム１５が配設
されてケーシングを構成し、固定フレーム１５の内周に
略等角度間隔でＣ形ステータ１８が配設されている。Ｃ
形ステータ１８は、ロータ回転方向で前後に前側コア部
１６ａと後側コア部１６ｂとを有するケイ素綱板を積層
した略Ｃ状溝形鉄心をもって形成したステータブロック
１６と、そのステータブロック１６の前側コア部１６ａ
と後側コア部１６ｂに巻装したステータコイル１７とか
ら形成され、前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂとの
ロータ回転方向の鉄心幅Ｗ₁，Ｗ₂はステータコアピッチ
Ｐｓより狭くして形成されている。かかるＣ形ステータ
１８は、前側コア部１６ａ・後側コア部１６ｂがＳ極ポ
ールコア１４ａ及びＮ極ポールコア１４ｂの外周に僅か
な空隙をあけて配設されている。尚、磁極１４は、その
サイクルピッチＰｒの１／２ピッチであるポールコアピ
ッチＰｐが前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂ間のス
テータコアピッチＰｓと略同寸となるよう配設されてい
る。

【０００８】ステータコイル１７は、後側コア部１６ｂ
に対しては磁極ロータ７の磁極１４側から見て右巻に巻
装されている。そして、右巻に巻装したステータコイル
１７は前側コア部１６ａに対しては、磁極ロータ７の磁
極１４に向かって右巻の延長に巻装されている。

【０００９】尚、固定フレーム１５は非磁性体材料であ
るアルミで形成されており、これによって各ステータブ
ロック１６間が磁気絶縁され、ステータブロック１６毎
に独立した電機子電流が発生し、磁界が独立に作用す
る。また、トータルバランス作用をつくるために、Ｓ極
ポールコア１４ａとＮ極ポールコア１４ｂとの設置総数
Ｘと、Ｃ形ステータ１８のコア部１６ａ，１６ｂの設置
総数Ｙとの関係を、Ｘ／Ｙの値が整数とならないように
している。ここでは、Ｘ＝１６，Ｙ＝１４とする。

【００１０】図３に示すように、各ステータブロック１
７の巻装両端１７ａ，１７ｂはそれぞれ４個のダイオー
ドからなる全波整流回路１９の入力端子に接続されてい
る。全波整流回路１９の出力端子には、平滑コンデンサ
２０を並列に介装した負荷回路２１が接続されている。
また、図１に示すように、励磁用直流電源回線２２に
は、ブラシ１３ａからプラス接続電線２３と開閉スイッ
チ２４を介して直流電源制御装置２５のプラス側端子
に、そして、ブラシ１３ｂからマイナス接続電線２６を
介してマイナス側端子にそれぞれ接続される。

【００１１】次に、かかる直流発電機の作用について説
明する。励磁用直流電源回線２２の開閉スイッチ２４を
閉じ、直流電源制御装置２５で自動または手動で調節し
て所定の直流電源を励磁コイル１０に印加するととも
に、外部の機械的動力で磁極ロータ７を回転させる。励
磁コイル１０は右巻に巻装されているため、右ねじの法
則に基づきＳ極ポールコア１４ａ側はＳ極となり、Ｎ極
ポールコア１４ｂ側はＮ極となる。そのＳ極とＮ極とに
よって発生する界磁主磁束φは図３に示す方向へ生じ
る。磁極ロータ７が回転すると、ポールコア１４ａ及び
１４ｂは、Ｃ形ステータ１８の前側コア部１６ａと後側
コア部１６ｂに対して、Ｎ極とＳ極とが交互に変わる。
よって界磁主磁束φの流れ方向は各ステータブロック１
６の前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂとの間で円周
方向（ロール回転方向に対して前後方向）へ交互に変わ
って往来する。

【００１２】そして、Ｓ極ポールコア１４ａとＮ極ポー
ルコア１４ｂが回転移動して、界磁主磁束φの磁力線が
ステータブロック１６の前側コア部１６ａと後側コア部
１６ｂに対して増大方向へ変化すると共に、同時に平行
作用する前方（ロータ回転方向に対して・以下同様）の
異極ポールコアの磁力線が反比例して減少方向へ変化す
る場合は、ファラデーの電磁誘導の法則及びレンツの法
則に基づき、両極複合による相互誘導作用によりステー
タコイル１７に総合効果のプラス，マイナス交互（交
流）の起電力が発生する。

【００１３】つまり、Ｓ極ポールコア１４ａ，Ｎ極ポー
ルコア１４ｂとステータブロック１６の前側コア部１６
ａ，後側コア部１６ｂとの位相が合致して磁力線の変化
が停止し、プラスまたはマイナス起電力の発生がピーク
になる位置から、Ｓ極ポールコア１４ａ，Ｎ極ポールコ
ア１４ｂがさらに移動して、前側コア部１６ａ、後側コ
ア部１６ｂに対して磁力線が減少方向へ変化すると共
に、後方の異極ポールコアによる磁力線が同時に入り、
反比例して増加方向へ変化する場合は、両極複合による
相互誘導作用によりステータコイル１７にプラス（ピー
ク）から０を通過してマイナス（ピーク）へ、またはマ
イナス（ピーク）から０を通過してプラス（ピーク）へ
と交互にサイクルで移り、誘導起電力が発生する。この
ように、Ｓ極ポールコア１４ａとＮ極ポールコア１４ｂ
とが交互に各コア部１６ａ，１６ｂを通過する毎に、ス
テータコイル１７に個々独立した誘導交流起電力が誘起
され、交流電流が発生する。その誘導交流起電力は各々
Ｃ形ステータ１８毎に設けられた全波整流回路１９によ
り整流され、直流電力となって負荷回路２１に流れる。

【００１４】図４は、界磁主磁束φの波形に対して、磁
界発生時点の遅れ位相を０（原点）とした場合における
逆起磁力作用をもつ磁界磁束の波形を示す起原磁束波形
図である。相互誘導作用によりステータコイル１７に誘
導交流起電力が誘起し、交流電流が発生すると、電機子
反作用によって磁界が発生する。その磁界は、界磁主磁
束φの正逆交互への流れ方向に対して、逆起磁力作用に
よってそれぞれ逆らう方向へ磁界磁力が発生する。そし
て、個々独立したステータブロック１６毎の全波整流回
路１９で個々独立に整流した直流電力を負荷回路２１に
流すことにより、上記交流電流による電機子反作用と逆
起磁力作用で生ずる磁界の遅れは、界磁主磁束φより電
気角９０度遅相の力率１相当（交差磁化作用）で一定の
遅れ位相αに固定される。尚、図５は、前記界磁主磁束
φより電気角９０度遅相（磁界遅れ）の磁界磁束波形
と、界磁主磁束φの波形とを示す作動磁束波形図であ
る。

【００１５】上記、磁界の遅れが力率１相当（交差磁化
作用）で一定位相（遅れ位相α）において、ステータコ
イル１７に交流電流（プラス電流とマイナス電流とが交
互に流れる）が発生し、ステータブロック１６の前側コ
ア部１６ａ、後側コア部１６ｂで電機子反作用により発
生する磁界磁束と、磁極１４のＮ極ポールコア１４ｂ、
Ｓ極ポールコア１４ａで生ずる界磁主磁束φとの間で、
反発作用をする反発磁力が生じ、また逆に吸引作用をす
る合成磁力（吸引磁力）が発生する。この両磁力は、磁
極ロータ７の回転方向へ作用するプラス回転トルク（モ
ーター作用）と、逆方向へ作用するマイナストルク（ブ
レーキ作用）とに分かれる。

【００１６】ここで、Ｃ形ステータ１８の１個を取り上
げ、更にそのＣ形ステータ１８の前側コア部１６ａ及び
後側コア部１６ｂに対するＳ極ポールコア１４ａ，Ｎ極
ポールコア１４ｂの位置関係を図示した図６をもとに説
明すると、磁界が力率１相当（交差磁化作用）の一定の
遅れ位相α時において、磁極ロータ７のＳ極ポールコア
１４ａとＮ極ポールコア１４ｂとがＣ形ステータ１８の
前側コア部１６ａ及び後側コア部１６ｂの鉄心を交互に
通過する毎に、ステータコイル１７に誘起交流起電力が
誘起され、交流電流が発生する。発生した交流電流によ
って前記両コア部１６ａ、１６ｂにＮ極とＳ極の遅れ磁
界が交互に発生する。Ｓ極ポールコア１４ａとＮ極ポー
ルコア１４とがの前側コア部１６ａ及び後側コア部１６
ｂに対して回転移動すると、前側コア部１６ａには鉄心
幅Ｗ₁の全幅に渡って遅れ位相αのＮ極磁界が発生し、
同時に後側コア部１６ｂには鉄心幅Ｗ₂の全幅に渡って
遅れ位相αのＳ極磁界が発生する。Ｓ極ポールコア１４
ａとＮ極ポールコア１４ｂとがロータ回転方向へ移動し
て極が逆になると、前側コア部１６ａ及び後側コア部１
６ｂに発生する両磁界極も逆になる。

【００１７】従って、前側コア部１６ａの鉄心幅Ｗ₁の
全幅に対してＮ極ポールコア１４ｂが全幅に掛かり、同
時に後側コア部１６ｂの鉄心幅Ｗ₂の全幅に対してＳ極
ポールコア１４ａが全幅に掛かっている状態で、しかも
前記両極ポールコア１４ａ，１４ｂよりロータ回転方向
後方に有る両異極ポールコアの前方角端（ロータ回転方
向に対して）が磁界極変化０点（波形）の位置Ａ
₀（Ｂ₀）にいる状態から、回転移動してステータブロッ
ク１６の各コア部１６ａ，１６ｂの後方角端（ロータ回
転方向に対して）の位置Ａ₁，Ｂ₁と、各コア部１６ａ，
１６ｂの中心位置Ａ₂，Ｂ₂を通過し、更に、ステータブ
ロック１６の各コア部１６ａ、１６ｂの前方角端位置Ａ
₃，Ｂ₃を通過して磁界極変化０点（波形）の位置Ａ₄，
Ｂ₄（この時点の前方のポールコア前方角端は位置Ａ₅，
Ｂ₅）に達するまでの間で、後方のポールコア１４ａ，
１４ｂの界磁磁極とＣ形ステータ１８の各コア部１６
ａ，１６ｂの磁界磁極とが異極の場合はプラス吸引磁力
作用が働き、また前方のポールコア１４ａ，１４ｂとＣ
形ステータ１８の各コア部１６ａ、１６ｂとの両磁極が
同極の場合はプラス反発磁力作用が生ずる。遅れ位相α
の磁界発生時に前記両磁力の作用でモーター作用が生じ
る前側モーター作用ＡゾーンＺ₁と、前側モーター作用
ＢゾーンＺ₂，並びに後側モーター作用ＡゾーンＺ₃と後
側モーター作用ＢゾーンＺ₄では、いずれのゾーンもロ
ータ回転方向へのプラス回転トルク（プラス磁界）が発
生する。磁極ロータ７のＳ極ポールコア１４ａとＮ極ポ
ールコア１４ｂは、各Ｃ形ステータ１８の前側コア部１
６ａと後側コア部１６ｂに対して、交互に順次サイクル
で移動通過し、トータルバランス作用の積畳によって連
続的にロータ回転方向へのプラス回転トルクを与え、い
かなる位相でも磁極ロータ７に連続してモーター作用を
与える。尚、モーター作用の発生条件として、一定以上
の独立した強いプラス磁界磁束（プラス回転トルク）を
発生させる必要があり、それには一定以上の出力電気負
荷を必要とする（出力電気負荷に比例して磁界磁束は強
力になる）。

【００１８】上記について詳細に説明すると、ステータ
ブロック１６の前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂ
に、仮に磁界が生じていない場合、磁極ロータ７の磁極
１４で発生している界磁磁束によって、図７に示すよう
に磁極１４のＳ極ポールコア１４ａ（Ｎ極ポールコア１
４ｂ）の中心位置（ポールコアピッチＰｐの１／２）
が、前側コア部１６ａ（後側コア部１６ｂ）の鉄心の中
心位置（鉄心幅Ｗ₁，Ｗ₂の１／２）に合致する方向へ吸
引される作用がポールコア毎に順次生ずる。従って、各
ポールコアの対鉄心吸引磁力の波形は図示のように、各
ステータブロック１６のコア部１６ａ，１６ｂに対して
プラス方向とマイナス方向へ発生する。また、図７に示
す波形については、前記Ｘ／Ｙの値が整数の場合の作用
と、単独一個のステータブロック１６のコア１６ａ，１
６ｂに対する作用とを示しており、単独一個のステータ
ブロック１６を設置した場合は、磁極ロータ７を一回転
させると、１個のステータブロック１６に対して１６回
のマイナス方向への断続的対鉄心吸引力（ブレーキ作
用）が働くが、１６回のプラス方向への作用はマイナス
方向への作用とは作用位相が異なり、マイナス方向への
作用を打ち消すことができない。従って、マイナス方向
への作用が断続的負荷となって鋸歯形波動の回転斑が発
生する。

【００１９】一方、磁極１４のＳ極ポールコア１４ａ，
Ｎ極ポールコア１４ｂの総計個数Ｘと、Ｃ形ステータ１
８の個数Ｙとの関係を、Ｘ／Ｙの値が整数とならないよ
うにした場合には、Ｃ形ステータ１８毎の鉄心吸引磁力
の波形は、図８に示すように多重波形となる。従ってポ
ールコアピッチＰｐの間に奇数となる７つの波形が等間
隔にでき、この場合の磁極ロータ７の界磁磁力はＣ形ス
テータ１８の前側コア部１６ａ、後側コア部１６ｂに対
して、ロータ回転方向へモーター作用をするプラス吸引
磁力作用と、逆方向へブレーキ作用をするマイナス吸引
磁力作用とに均等力で２分割される。このプラスとマイ
ナスの前記両吸引磁力は全位相（３６０度）において、
全ポールコア１４ａ，１４ｂと全ステータブロック１６
のコア部１６ａ，１６ｂとの間で引っ張り合い、全体作
用で拮抗してトータルバランス作用をつくる。従って界
磁主磁束φを発生している磁極ロータ７は、いかなる位
相でもトータルバランス作用を受けるため前述の回転斑
がなく、スムーズに回転する。このため磁磁力とステー
タブロック１６のコア鉄心の間で生ずる回転動力負荷は
低減され、あるいは消滅する。尚、各Ｃ形ステータ１８
に発生する磁界も同じように上記のトータルバランス作
用を受け、総合作用によって強力なプラス回転トルクを
発生させる。

【００２０】図９は、上記実施の形態で説明した直流発
電機１により個々独立したＣ形ステータ１８で個々独立
に発生した交流起電力を、全波整流回路１９により個々
独立した直流電力に整流した状態の整流波形を示したも
のである。各個々独立したＣ形ステータ１８に前記の全
波整流回路１９を設けていることにより、誘起交流電流
が一方向へ流れることで、磁界遅れ位相は、界磁主磁束
φより電気角９０度遅相である力率１相当（交差磁化作
用）一定の遅れ位相αに固定される。また、電機子反作
用で生じるＮ極とＳ極の磁界磁束は、Ｎ極からＳ極へ流
れる界磁主磁束φに対して、逆起磁力作用で逆らう方向
へ発生する（図４参照）。

【００２１】上記、力率１相当（交差磁化作用）の遅れ
磁界の作用波形をもとにした図６をもとに説明すると、
一定以上の出力電気負荷時において、ステータブロック
１６のロータ回転方向前側にある前側コア部１６ａの鉄
心全幅に掛かって合致しているＮ極ポールコア１４ｂが
ロータ回転方向へ移動して鉄心を通過し、同時に後方
（ロータ回転方向に対して）のＳ極ポールコア１４ａが
ロータ回転方向へ移動して前側コア部１６ａにＮ極の磁
界が発生する。一方、同時に並行作用で、前側コア部１
６ａと同じように、ステータブロック１６の後側コア部
１６ｂの鉄心全幅に掛かっているＳ極ポールコア１４ａ
がロータ回転方向へ移動して鉄心を通過し、後方のＮ極
ポールコア１４ｂがロータ回転方向へ移動して後側コア
部１６ｂの鉄心全幅に掛かり合致するまで後側コア１６
部ｂにＳ極の磁界が発生する。そして、前側コア部１６
ａ及び後側コア部１６ｂに対して、Ｓ極ポールコア１４
ａとＮ極ポールコア１４ｂとが回転移動して交互に入れ
替わり、前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂには上記
と逆の極の磁界が交互に発生する。要するに界磁主磁束
φを発生している磁極ロータ７が、回転すると７個のＣ
形ステータ１８に個々独立した誘導交流起電力が誘起さ
れ、交流電流が発生し、この交流電流によってＣ形ステ
ータ１８の前側コア部１６ａと後側コア部１６ｂには、
電機子反作用でＳ極とＮ極の遅れ磁界が順次交互に繰り
返し、サイクルで発生する。

【００２２】前側モーター作用ＡゾーンＺ₁について説
明すると、Ｃ形ステータ１８のロータ回転方向前側に設
けた前側コア部１６ａの鉄心幅Ｗ₁にＮ極ポールコア１
４ｂが完全に掛かって合致し、そしてＮ極ポールコア１
４ｂの後方角端が位置Ａ₀から位置Ａ₄まで移動する間に
おいて、前側コア部１６ａにはＮ極の磁界が発生するの
で、Ｎ極ポールコア１４ｂはＮ極同極となり、ロータ回
転方向へのプラス反発磁力作用を受ける。同時に並行作
用するＮ極ポールコア１４ｂ後方のＳ極ポールコア１４
ａの前方角端が位置Ａ₀からロータ回転方向へ移動して
前側コア部１６ａの鉄心幅Ｗ₁の１／２（中心）位置Ａ₂
を通過し、更に移動して、位置Ａ₄に達するまでは、上
記と同じＮ極の磁界であり、そのＮ極磁界に対して前記
Ｓ極ポールコア１４ａは異極になるため、Ｓ極ポールコ
ア１４ａはロータ回転方向へのプラス吸引磁力作用を受
ける。従って、両極複合によるモーター作用が発生す
る。

【００２３】前側モーター作用ＢゾーンＺ₂について、
上記Ｓ極ポールコア１４ａが更にロータ回転方向へ移動
を始めると前側コア部１６ａの磁界がＳ極に変わり始
め、移動位置によって強力なＳ極磁界となる。そしてＳ
極ポールコア１４ａの前方角端が位置Ａ₄から位置Ａ₅ま
で移動する間において、前側コア１６ａにＳ極の磁界が
発生するので、Ｓ極ポールコア１４ａはＳ極同極とな
り、ロータ回転方向へプラス反発磁力作用を受ける。同
時に並行作用するＳ極ポールコア１４ａ後方のＮ極ポー
ルコア１４ｂの前方角端が位置Ａ₀からロータ回転方向
へ移動して位置Ａ₄に達するまでは、前側コア部１６ａ
に上記と同じＳ極の磁界が発生するので、Ｎ極ポールコ
ア１４ｂは異極によるプラス吸引磁力作用を受ける。従
って、複合作用により更にモーター作用が増す。そし
て、前側コア部１６ａに対してＳ極ポールコア１４ａと
Ｎ極ポールコア１４ｂとが交互に順次繰り返し作用す
る。

【００２４】一方、後側モーター作用ＡゾーンＺ₃につ
いて説明すると、Ｃ形ステータ１８のロータ回転方向後
側に設けた後側コア部１６ｂの鉄心幅Ｗ₂にＳ極ポール
コア１４ａが完全に掛かって合致し、そして前記Ｓ極ポ
ールコア１４ａの後方角端が位置Ｂ₀から位置Ｂ₄まで移
動する間において、後側コア１６ｂにＳ極の磁界が発生
するので、Ｓ極ポールコア１４ａはＳ極同極となり、ロ
ータ回転方向へのプラス反発磁力作用を受ける。同時に
並行作用するＳ極ポールコア１４ａ後方のＮ極ポールコ
ア１４ｂの前方角端が位置Ｂ₀からロータ回転方向へ移
動して後側コア部１６ｂの鉄心幅Ｗ₂の１／２（中心）
位置Ｂ₂を通過し、更に移動して位置Ｂ₄に達するまで
は、上記と同じＳ極の磁界であり、そのＳ極磁界に対し
て前記Ｎ極ポールコア１４ｂは異極になるため、Ｎ極ポ
ールコア１４ｂはロータ回転方向へのプラス吸引磁力作
用を受ける。従って、両極複合によるモーター作用が発
生する。

【００２５】後側モーター作用ＢゾーンＺ₄について、
上記Ｎ極ポールコア１４ｂが更にロータ回転方向へ移動
を始めると後側コア部１６ｂの磁界がＮ極に変わり始
め、移動位置によって強力なＮ極磁界となる。そしてＮ
極ポールコア１４ｂの前方角端が位置Ｂ₄から位置Ｂ₅ま
で移動する間において、後側コア１６ｂにＮ極の磁界が
発生するのでＮ極ポールコア１４ｂは同極となり、ロー
タ回転方向へプラス反発磁力作用を受ける。同時に並行
作用するＮ極ポールコア１４ｂ後方のＳ極ポールコア１
４ａの前方角端が位置Ｂ₀からロータ回転方向へ移動し
て位置Ｂ₄に達するまでは、上記と同じＮ極の磁界であ
り、Ｓ極ポールコア１４ａは異極によるプラス吸引磁力
作用受ける。従って、両極複合によりモーター作用が更
に倍増する。よって、機械的動力エネルギーから電気エ
ネルギーへの変換効率を高めることができる。

【００２６】つまり、磁極ロータ７のＳ極ポールコア１
４ａとＮ極ポールコア１４ｂの設置総数Ｘと、Ｃ形ステ
ータ１８の両コア部１６ａ，１６ｂの設置総数Ｙの関係
を、Ｘ／Ｙが整数とならない関係とし、特にＣ形ステー
タ１８の個数を奇数にすることにより、Ｃ形ステータ１
８の各コア部１６ａ，１６ｂと磁極１４との間において
は磁極ロータ７の全位相（３６０度）で抵抗のない平滑
なトータルバランス作用が発生する。そして、前記トー
タルバランス作用が、上記のゾーンＺ₁〜Ｚ₄の総合モー
ター作用に積畳することによって相乗効果が生じ、回転
する磁極ロータ７は強力なモーター作用（プラス回転ト
ルク）を受けて、機械的動力エネルギーから電気エネル
ギーへの変換効率が９６％以上に向上する可能性が期待
できる。

【００２７】なお、本発明の直流発電機は上記実施の形
態に限定せず、磁極ロータの配置・設置数，Ｃ形ステー
タの形状・配置・設置数，ステータコイル，全波整流回
路等、適宜変更可能である。例えば、磁極ロータにあっ
てはランデル形の他、セーレント形，風車形，あるいは
永久磁石を用いた円盤形，碗形，ローラ形等の回転体と
することができる。またステータコイルは必ずしもロー
タ回転方向前後に分離する必要はない。また、実施の形
態では単相回路を用いた場合について説明したが、三相
回路であってもよい。更にＣ形ステータが偶数個の場
合、及び三相回路の場合、Ｃ形ステータ１個につき全波
整流回路１回路に限定されない。また励磁回路は、他励
式のみならず自励式を採用してもよい。更に、各Ｃ形ス
テータの磁気絶縁手段にあっては、ステータブロックと
固定フレームとの間に間座を設けた構成とすることも可
能である。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、電機子反作用による機械的動力負荷が低
減または消滅し、かつ電機子誘導リアクタンスを極小値
に抑えることができるので、機械的動力エネルギーから
電気エネルギーへの変換効率が向上する。

【００２９】請求項２に記載の発明によれば、磁極とＣ
形ステータとの相互作用が全体でバランスし、磁極ロー
タの回転動力負荷が低減あるいは消滅して、機械的動力
エネルギーから電気エネルギーへの変換効率がさらに向
上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す直流発電機の正面一
部断面図である。

【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図２に示すステータブロック及び磁極の展開図
である。

【図４】図１に示す直流発電機において、磁界の遅れが
ない場合を仮定した界磁主磁束波に対する磁界磁束波の
関係を示す起原磁束波形図である。

【図５】図１の直流発電機において、界磁主磁束より電
気角９０度遅相の力率１相当の磁界磁束波を示す作動磁
束波形図である。

【図６】図１の直流発電機において、界磁主磁束波と磁
界磁束波とを示す波形図、及び、Ｃ形ステータの両コア
部に対する磁極の各位置における作用説明図である。

【図７】図１の直流発電機において、磁極の界磁磁力が
Ｃ形ステータのコア部の鉄心に対する作用説明図であ
る。

【図８】図１に示す直流発電機において生ずる７つの吸
引磁力作用が積畳した状態をしめす波形図である。

【図９】図１に示す直流発電機において、各Ｃ形ステー
タに生ずる誘起交流起電力を全波整流回路が直流電力に
整流した状態を示す波形図である。

【符号の説明】

１・・直流発電機、２・・ケーシング、３，４・・エン
ドフレーム、５，６・・軸承部、７・・磁極ロータ、８
・・ロータ軸、９（９ａ，９ｂ）・・巻線枠、１０・・
励磁コイル、１０ａ，１０ｂ・・巻装端部、１１ａ，１
１ｂ・・スリップリング、１２ａ，１２ｂ・・付勢バ
ネ、１３ａ，１３ｂ・・ブラシ、１４・・磁極、１４ａ
・・Ｓ極ポールコア、１４ｂ・・Ｎ極ポールコア、１５
・・固定フレーム、１６・・ステータブロック、１６ａ
・・前側コア部、１６ｂ・・後側コア部、１７・・ステ
ータコイル（電機子巻線）、１７ａ，１７ｂ・・巻装両
端、１８・・Ｃ形ステータ、１９・・全波整流回路、２
０・・平滑コンデンサ、２１・・負荷回路、２２・・励
磁用直流電源回路、２３・・プラス接続電線、２４・・
開閉スイッチ、２５・・直流電源制御装置、２６・・マ
イナス接続電線、α・・遅れ位相、φ・・界磁主磁束、
Ｐｐ・・ポールコアピッチ、Ｐｓ・・ステータコアピッ
チ、Ｗ₁，Ｗ₂・・鉄心幅。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ロータ軸の回転方向に磁極のＮ極及びＳ
極を交互に配置して成る磁極ロータを有する直流発電機
であって、ロータ軸の回転方向前後にコア部を有する略
Ｃ状溝型のステータブロックにステータコイルを巻装し
て成る複数のＣ形ステータと、各ステータコイルの巻装
両端に接続された全波整流回路とを備え、前記磁極をＣ
形ステータの両コア部のピッチ幅に略相当する間隔で配
置し、かつ前記複数のＣ形ステータ同士を磁気絶縁した
ことを特徴とする直流発電機。
【請求項２】磁極の設置総数Ｘ及びＣ形ステータのコ
ア部の設置総数Ｙを、Ｘ／Ｙの値が整数にならない関係
とした請求項１に記載の直流発電機。