JPH08308200A

JPH08308200A - ２連単極機ならびに単極機誘導機兼用回転機

Info

Publication number: JPH08308200A
Application number: JP12745295A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Nishitani; 正西谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-04-28
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-11-22

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気回路の強化を図り磁束を増加させるとと
もに、エアギャップを狭くし漏れ磁束を少なくすること
によって、回転トルクの高い単極機を得る。【構成】外箱２０に２個の界磁鉄心２２、２２ならび
に界磁継鉄２６を固着し、回転中心軸である電機子軸４
６に、２個の電機子鉄心３６、３６を嵌合し、電機子鉄
心３６、３６に電機子継鉄４４を固着する。電機子継鉄
４４は扇形に作り、電機子継鉄４４、４４の間の空隙５
０の中に径方向連絡線４０を通す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、汎用の回転電気機械
（以下、回転機という。）に関し、さらに詳しくは、単
極機、および、単極機と誘導機との兼用機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の回転機において、回転子は通例１
個であり、本発明のような複数個のものは稀有である。
また、ＩＰＣ、Ｈ０２Ｋ３１／００によれば、単極機は
直流機であって、本発明のように直流機であるほか、交
流機、交直両用機であるもの、また、単極機と誘導機と
の兼用機であるもの、についての従来例はない。また、
ＩＰＣ、Ｈ０２Ｋ３１／００によれば、単極機の電機子
は円筒形の導体円筒であって、本発明のようなスロット
を有する電機子鉄心に導体線を収容する構成の従来例は
ない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】単極機は、長い歴史を
有する回転機であり、整流子機に比べ簡単・堅牢な構造
であるにもかかわらず、あまり普及していない。この解
決のためには単極機自体の改良が必要であり、それが本
出願中の「特定発明」の課題である。

【０００４】単極機のほか整流子機、同期機には、回転
子との電気受渡しのための摺動接触装置、具体的には、
整流子またはスリップリングならびにブラシがあり、近
年、大容量インバータの開発により高速回転および速度
制御が可能となった誘導機は、摺動接触装置を必要とし
ない。単極機および整流子機は、誘導機と比べ、始動ト
ルクが高いこと、速度制御が容易なことの利点があった
が、後者の利点は消滅しつつある。

【０００５】本発明の「特定発明」に係る一実施例の回
転子の構造は、ＩＰＣ、Ｈ０２Ｋ３１／００に規定され
る現用単極機の回転子と異なり、誘導機の回転子に近い
構造をしており、この実施例の配線を一部変更すれば、
誘導機への転換が可能であると考えられる。そこで、本
発明のうち「関連発明」においては、高い始動トルクを
有する単極機の特長と、摺動接触装置がなく超高速回転
に支障がない誘導機の特長とを、併せもつ兼用回転機を
提供することを課題としている。

【０００６】本出願のうち、「特定発明」が解決しよう
とする課題、すなわち単極機の弱点には、次に掲げるも
のがある。なお、以下においては、本発明に係る単極機
は電動機であるものとして説明するが、構造的にみて電
動機と発電機は同一のものであることは、ＪＩＳ、Ｃ４
００４−1992「回転電気機械通則」からも裏付けられる
ので、本発明に係る単極機は発電機としても用いること
ができるものとする。

【０００７】１）単極機の回転子である導体円筒の円筒
部と端面とでは、電流と磁束との相互作用として発生す
る電磁力の回転方向が逆である。

【０００８】この課題については、従来からも方策が立
てられてきたが、十分なものではなかった（従来の改良
案としては、たとえば、特公平４−６８８５４を参
照。）。

【０００９】２）現用単極機においては、界磁の極は文
字どおりＮ極またはＳ極の単極であって、整流子機にみ
られるようなＮ極およびＳ極からなる両極の界磁を有す
る磁気回路と比べ、磁気回路の構成が弱体であった。

【００１０】３）現用単極機においては、回転子である
導体円筒の端面と継鉄（本発明でいう界磁継鉄。）との
間にできる隙間（エアギャップ。）が、整流子機におけ
る回転子である電機子と界磁との間のエアギャップと比
べて広いため、漏れ磁束が大きくなり、この点からも磁
気回路の弱体化を招いていた。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記１）〜３）の課題を
解決するために、本出願中の「特定発明」である２連単
極機においては、次に記す諸改良を行った。

【００１２】１）回転子であるとともに電機子である導
体円筒（電機子鉄心を含む。）を２個とし、それらを串
刺し状に電機子軸に嵌め、２個の導体円筒には相互に逆
方向となる電気を通電する（電気の受渡しは、現用単極
機と同じくスリップリングおよびブラシを用いる。）。
２個の導体円筒の各々を取り囲む位置に、２群の同極か
らなる（ただし、交流機として使用する場合は、交番す
る。）突極界磁の集合体であるＮ極界磁およびＳ極界磁
を、固定子として配する。

【００１３】Ｎ極界磁とＳ極界磁とを界磁継鉄（現用整
流子機の継鉄に相当する。）で結ぶとともに、２個の導
体円筒の内側にある電機子鉄心を電機子継鉄によって結
ぶ。すなわち、Ｎ極界磁−界磁継鉄−Ｓ極界磁…片側の
導体円筒および電機子鉄心−電機子継鉄−他側の導体円
筒および電機子鉄心…Ｎ極界磁、により磁気回路が構成
され、エアギャップは２か所の…において、整流子機と
ほぼ同様の狭いものが生ずるだけになる。

【００１４】上記構成においては、電機子鉄心寄りの導
体円筒と電機子軸方向とを結ぶ配線（径方向連絡線とい
う。）は、電機子継鉄と重なり合うことになる。そこ
で、電機子継鉄は周方向において扇形となるように作
り、各々の電機子継鉄の間にできる空隙に、径方向連結
線を収容するものとする。

【００１５】前記したように、導体円筒の円筒部と端面
とでは電磁力の回転方向が逆であるが、端面の磁束の大
半は磁性体である電機子継鉄を通るから、電機子継鉄の
間にできる空隙に収容される径方向連絡線を通る電流と
磁束とはほとんど作用せず、逆向きの回転トルクはほと
んど発生しない。

【００１６】２）整流子機の磁気回路は、Ｎ極界磁−継
鉄−Ｓ極界磁…電機子…Ｎ極界磁、であり、現用単極機
においては、界磁（−継鉄）…導体円筒円筒部および電
機子鉄心円筒部・同端面…継鉄−界磁、であり、本発明
においては、Ｎ極界磁−界磁継鉄−Ｓ極界磁…片側の導
体円筒および電機子鉄心−電機子継鉄−他側の導体円筒
および電機子鉄心…Ｎ極界磁、である。このように、本
発明の２連単極機は、整流子機と同様に、Ｎ極界磁およ
びＳ極界磁の両者を備えた、強力な磁気回路を有してい
る。

【００１７】３）現用単極機の導体円筒端面と継鉄との
間にできるエアギャップは、整流子機の界磁と電機子と
の間のエアギャップに比べて広く漏れ磁束が大きいが、
本発明の２連単極機に係るエアギャップは、整流子機と
同じ電機子である導体円筒の円筒部と界磁との間にでき
るため、整流子機と同程度の狭いものであり、漏れ磁束
も整流子機と同程度で済む。

【００１８】本出願のうち「関連発明」に関する「発明
が解決しようとする課題」、「課題を解決するための手
段」、「実施例」は、「特定発明」の実施例の後段、す
なわち段落番号００４２〜００５８で説明する。

【００１９】

【作用】本出願の「特定発明」である２連単極機は、現
用単極機と異なり導体円筒が２個あるが、その各々を流
れる電流の向きは逆であり、界磁から発する磁束の極も
各々逆であるから、２個の導体円筒から発生する回転ト
ルクの回転方向は等しくなる。

【００２０】ＩＰＣ、Ｈ０２Ｋ３１／００において、単
極機は直流機であると規定されているが、本発明の２連
単極機は交流機あるいは交直両用機ともなりうる。交流
整流子機は整流子およびブラシの保守が容易ではないた
め、始動トルクが低いにもかかわらず誘導機をもって代
用されることが多いが、本発明の２連単極機により代替
可能である。ただし、回転子の単位表面積当たりのトル
クの限界は、磁束の交番のある交流機では直流機の約半
分とされるから、特に大トルクを要求される場合（始動
時を含む。）は直流機であることが望ましい。

【００２１】

【実施例】実施例について、図面を参照しながら説明す
ると、図１〜図８は本出願中の「特定発明」である２連
単極機および単極機に係るもの、図９〜図１１は「関連
発明」である単極機誘導機兼用回転機に係るものであ
る。まず、２連単極機の基本実施例について、電源、固
定子、回転子、電気の流れ、磁気回路、の各々の構成
を、図１および図２を参照しながら説明する。

【００２２】１）電源は、直流電源１０、サイリスタチ
ョッパ１２、逆転スイッチ１４、界磁回路１６、電機子
回路１８、などから構成されている。

【００２３】図示しない他の実施例にあっては、直流電
源１０の代わりに交流電源１１を用いてもよい。また、
サイリスタチョッパ１２の代わりに、現用される他の制
御機器を用いてもよい。さらに、逆転スイッチ１４は、
図１においては界磁回路１６に設けられているが、電機
子回路１８に設けることもできる。

【００２４】２）固定子は、外箱２０に固着された２組
の界磁鉄心２２（各々の界磁鉄心は複数の突極界磁２４
から構成される。）、左右の界磁鉄心２２を結ぶ界磁継
鉄２６、界磁鉄心２２に巻かれた界磁巻線２８、などか
ら構成されている。以上の主要静止部分のほか、固定側
は、各々２個以上の軸受３０、ブラシ３２、などから成
っている。

【００２５】３）回転子は、各々２個の電機子鉄心３６
および導体円筒３８、複数の径方向連絡線４０および軸
内線４２、周方向において扇形をなす複数の電機子継鉄
４４、中空に作られ、その中に軸内線４２が配線される
電機子軸４６、電機子軸と絶縁され且つ固設される２個
のスリップリング４８、などから構成されている。

【００２６】図２は、図１に示す線ＩＩ−ＩＩに沿う径
方向縦断面図であり、同図に示されるように電機子継鉄
４４は扇形をしており、電機子軸４６を取り囲むように
配されている。隣り合う２つの電機子継鉄４４、４４の
間には空隙５０があり、この空隙５０の中に径方向連絡
線４０が収容されている。さらに、複数の径方向連絡線
４０を通る電気は、連絡環５２にまとめられ、電機子軸
４６にあけられた挿通孔５４を通って、軸内線４２に接
続している。なお、導体円筒３８、径方向連絡線４０、
軸内線４２、スリップリング４８、連絡環５２には、絶
縁が施されるものとする。また、電機子鉄心３６と電機
子継鉄４４とは固着され、一体化されている。

【００２７】４）電気の流れは、図１に矢印をもって示
されているように、直流電源１０の＋極から出るが、第
１に、回転子側においては、電機子回路１８、ブラシ３
２、スリップリング４８、左端の径方向連絡線４０ａを
経て、左側の導体円筒３８を流れて界磁鉄心２２と作用
した後、径方向連絡線４０ｂ、連絡環５２などを通り、
軸内線４２ａを右行し、連絡環５２、径方向連絡線４０
ｄを経て、右側の導体円筒３８を左行しつつ界磁鉄心２
２と作用した後、径方向連絡線４０ｃ、連絡環５２、軸
内線４２ｂ、右端のスリップリング４８、ブラシ３２な
どを経て、直流電源１０の−極に戻る仕組みになってい
る。

【００２８】第２に、固定子側においては、直流電源１
０の＋極を出た電流は、逆転スイッチ１４を有する界磁
回路１６を通り、左側（右側）の界磁巻線２８を流れ
て、左側（右側）の界磁鉄心２２をＳ極に磁化した後、
右側（左側）の界磁巻線を流れて右側（左側）の界磁鉄
心をＮ極に磁化し、界磁回路１６を経て、直流電源１０
の−極に戻る仕組みである。

【００２９】軸内線４２の片方を流れる電流の方向と、
導体円筒３８を流れる電流の方向とは逆なので、この軸
内線は導体円筒とは逆方向の回転トルクが発生する。そ
こで、軸内線４２は、できるかぎり電機子軸４６の中央
に位置するのが好ましく、また、複数の軸内線４２は、
捩れたり絡まるのを防ぐため、まとめられることが望ま
しい。

【００３０】５）磁気回路は、符合５６の破線で示され
る。エアギャップ５８は、界磁鉄心２２と導体円筒３８
との間で２か所発生する。

【００３１】以上に示した基本実施例においては、電機
子鉄心および導体円筒の表面は現用例と同様に平滑なも
のであり，電機子導体として電気が流れる部分はＩＰ
Ｃ、Ｈ０２Ｋ３１／００において単極機の電機子として
規定される導体円筒であったが、他の実施例において
は、整流子機および誘導機にみられるように、電機子鉄
心に設けたスロットの中に導体線を格納する構造の電機
子とすることもできる。

【００３２】すなわち、図３に示される実施例において
は、電機子鉄心６２にスロット６４を設け、スロットの
中に導体線６６を格納する。図３（図２）に示される径
方向連絡線６８（４０）、軸内線７０（４２）、電機子
軸７２（４６）、連絡環７４（５２）、挿通孔７６（５
４）、の各々はほぼ同様の形状または構成とする。

【００３３】整流子機においては、電機子巻線から生ず
る周方向の磁束の影響を受けて、界磁磁束は曲げられ、
スロットの片側の側面に作用する磁束と他側の側面に作
用する磁束とに差が生じ、これが回転トルクのもとにな
るとされている。すなわち、界磁磁束は、透磁率の小さ
い電機子巻線には僅かしか通らないから、界磁磁束は電
機子巻線には直接的にはほとんど作用せず、界磁磁束は
電機子巻線から生ずる磁束の影響を受けて、ほとんどが
片側のスロット側面に作用する。このことは、図３に示
される実施例にもあてはまるから、スロット６４の数
は、比較的多いことが望ましく、同時に電機子継鉄７８
の中心角は、図２に示される電機子継鉄４４より小さな
角度となる。

【００３４】しかし、スロットの数を、現用される整流
子機または誘導機と同程度まで増やし、径方向連絡線を
スロットに合わせて増やすと、磁気回路を形成する電機
子継鉄の断面は薄いものとなってしまい、その結果、狭
い間隔で隣り合う２枚の電機子継鉄から生ずる漏れ磁束
は、径方向連絡線を流れる電流と作用して、導体線また
はスロットとは逆方向の回転トルクを発生させることに
なる。

【００３５】そこで、他の実施例、すなわち図４に示さ
れる実施例においては、電機子鉄心８２に整流子機など
と同程度の数のスロット８４を設け、スロットの中に導
体線８６を収容する一方、導体線を周方向連絡線８８に
よって連結し、径方向連結線９０の本数を減らすととも
に、電機子継鉄９２の断面積の増大によって、漏れ磁束
の減少をはかる構成とした。なお、軸内線９４、電機子
軸９６、連絡環９８、挿通孔１００、などの形状および
構造は、図１〜図３に示される実施例とほぼ同様とする
が、径方向連絡線９０と挿通孔１００が同数であるとき
は、連絡環９８は設けなくてもよい。

【００３６】本発明に係る電機子は、図１に示されるよ
うに、現用機と違い２個あり、そのために軸方向寸法が
現用回転機より大きい。そこで他の実施例においては、
導体線を２以上電機子鉄心に巻き、電機子の軸方向寸法
を縮減する構成とする。回転機における回転トルクの上
限は、回転子径の二乗および回転子長に比例するが、後
者は導体線長に置換できるから、導体線を重ねて巻くこ
とにより、回転子長を小さくすることができ、その結果
として回転機長も短くできる。

【００３７】他の実施例、すなわち図５に示される実施
例において、スロット１０６を有する電機子鉄心１０４
に、２以上の導体線１０８を巻き付ける。この導体線１
０８、１０８は、同図に示されるように、径方向連絡線
１１０、連絡環１１２、戻り線１１４、などによって接
続されるものとし、図示されない周方向連絡線１１６、
挿通孔１２０のほか、同図に示される軸内線１１８、電
機子継鉄１２２の形状および構成は、図１〜４に示され
る各実施例とほぼ同様のものとする。

【００３８】図６は、図５に示す線ＶＩ−ＶＩに沿った
縦断面図であり、同図に示されるように、導体線１０
８、１０８は、スロット１０６の中に横並べに設けられ
ることが望ましい。

【００３９】以上の実施例は、２個の電機子を有する単
極機であったが、他の実施例においては、図７に示され
るように、１個の電機子を有する、現用単極機を改良し
たものであってもよい。

【００４０】図７に示される実施例において、この単極
機は、外箱１２６の内側に固着された界磁継鉄１２８の
内側に界磁鉄心１３０が設けられ、界磁鉄心１３０には
界磁巻線１３２が巻かれている。回転中心軸である電機
子軸１３４は軸受１３６により支承され、電機子軸１３
４には電機子鉄心１３８が固着されている。図８に示さ
れるように、電機子鉄心１３８には、スロット１４０が
設けられ、スロットの中には導体線１４２が収容されて
いる。図７に示されるように、電機子鉄心１３８の左右
には電機子継鉄１４４が固着され、磁気回路１４６は、
同図下方に示されるように、界磁鉄心１３０、界磁継鉄
１２８、電機子継鉄１４４、電機子鉄心１３８、から構
成され、エアギャップ１４８は、界磁継鉄１２８と電機
子継鉄１４４との間ならびに界磁鉄心１３０と電機子鉄
心１３８との間、１磁気回路当り２か所発生する。電機
子継鉄１４４は、図２〜図４に示される電機子継鉄４
４、７８、９２と同様に周方向において扇形とされてお
り、径方向連絡線１５０は、電機子継鉄１４４、１４４
の間にある図示しない空隙１５２の中を通っている。な
お、図示しない軸内線１５４、連絡環１５６、挿通孔１
５８、周方向連絡線１６０の各々の形状および構成は、
図１〜図５に示される実施例と同様とし、さらに、図示
しない戻り線１６２は図５に示される実施例と同様と
し、それらの各々の形状および構造は、図１〜図６に示
される各実施例に準ずるものとする。なお、図７に示さ
れる導体線１４２の代わりに、図示しない平滑な表面の
電機子鉄心１３９の外周に導体円筒１４３を固着する構
成としてもよい。図７に示す実施例においては、スリッ
プリング１６４と径方向連絡線１５０または連絡環１５
６との間は、軸方向連絡線１６６により結ばれている
が、図示しない他の実施例においては、図２〜図５に示
される実施例と同様に、電機子軸１３４を中空とし、挿
通孔１５８を穿ち、軸内線１５４によって結ぶ構成とす
ることもできる。

【００４１】界磁巻線１３２は、界磁回路１６８に接続
し、その終端は界磁端子１７０（ａ〜ｄ。）とされ、図
示しない電源１７２に連なっている。一方、導体線１４
２は、径方向連絡線１５０、軸方向連絡線１６６、スリ
ップリング１６４、ブラシ１７４などを経て、電機子回
路１７６に接続し、その終端は電機子端子１７８（α、
β。）とされ、電源１７２に連なっている。なお、電源
および制御装置（逆転スイッチを含む。）の構成は、図
１に示され、または、同図に関説した実施例に準ずる。

【００４２】

【関連発明において発明が解決しようとする課題】単極
機、整流子機、同期機などには、回転子との電気授受の
ための摺動接触装置、すなわち、ブラシおよび、整流子
またはスリップリングが必要とされ、線接触または点接
触で大電力が授受されるという弱点があり、特に超高速
回転の障害となってきた。本出願のうち「関連発明」で
ある、単極機と誘導機との兼用回転機（以下、兼用機と
いう。）は、高い始動トルクを有する単極機と、摺動接
触装置を必要としないが始動トルクが小さい誘導機との
兼用機を提供することを課題としており、この兼用機
は、低速域では単極機として、高速域では誘導機として
用いる（なお、整流子機においても、各整流子片を短絡
しスリップリングと同様な働きをさせ、さらに、回路に
変更を加えれば整流子機と誘導機との兼用機の作成は可
能であるが、構成が複雑となるので、今回は出願しな
い。）。

【００４３】

【関連発明において課題を解決するための手段】本出願
のうち「特定発明」である２連単極機の実施例のうち、
図３、図４に示される構造の電機子は、誘導機の２次電
機子の構造と同じであるから、図７、図８に示される界
磁端子１７０（ａ〜ｄ。）と電源１７２（図示されな
い。）との接続を変えれば、兼用機とすることができ
る。すなわち、単極機においては、たとえば、図８の上
側の界磁と下側の界磁とは同極となるよう励磁されてお
り、具体的にはａとｃ、ｂとｄが各々直流電源の＋極
（−極）、−極（＋極）に接続されており、さらに、電
機子鉄心１３８に巻かれた導体線１４２にも通電されて
いる。一方、誘導機として使用する場合は、図８の上側
の界磁（後注参照。）と下側の界磁とは異極となり、回
転磁界が発生するよう励磁されているから、単極機の場
合とは異なり、ａとｄ、ｂとｃが各々単相交流の電源端
子に接続されており、電機子（後往参照。）は通電され
ず、スリップリングは短絡環の働きをすることになる。

【００４４】〔注〕明細書中の用語は、全体を通して
同一の用語を使用することが法定されているので、「特
定発明」に係る２連単極機で用いた、界磁、電機子など
の用語を、「関連発明」である兼用機においても用い
た。なお、ＪＩＳ−Ｃ４００４−1992「回転電気機械通
則」では、固定子は、「回転機の主要静止部分。」とあ
り、外箱、軸受、界磁継鉄などを含んだ概念であり、同
様に、回転子は、「回転機の回転部分。」とあり、電機
子軸、スリップリングなどを含んだ概念であるため、界
磁、電機子の各々の代わりに、固定子、回転子という用
語を用いることもできなかった。

【００４５】

【関連発明の実施例】実施例について、図面を参照しな
がら説明すると、図７、図８は、「特定発明」の一実施
例に係るものであるが、「特定発明」の実施例であると
同時に、「関連発明」の機械部分の概略構造図でもあ
る。図９は、図７および図８に示される兼用機の配線
図、図１０は、図８の他の実施例、すなわち、三相交流
用兼用機の概略断面構造図、図１１は、図１０に示され
る兼用機の配線図である。

【００４６】段落番号００４１に前記したように、図
７、図８の単極機には、４個の界磁端子１７０（ａ〜
ｄ。）および２個の電機子端子１７８（α、β。）が設
けられている。図９は、この図７、図８に示される、簡
略化された単極機の一実施例を兼用機に転用した場合の
配線図である。なお、図７、図８に示す単極機の一実施
例は、「特定発明」に係る〔発明が解決しようとする課
題〕として列挙した１）〜３）のうち、２）は解決して
おらず、「特定発明」の有力な一実施例というよりは、
プリミティブな構造であるがゆえに、「関連発明」と
「特定発明」との関連性を説明しやすい利点を有すると
ともに、「関連発明」の基本実施例の説明にも利用でき
る点に特長がある。ただし、図１〜図６に示される各実
施例を兼用機に転換した場合における配線は、図９、図
１１に示されるものと、ほぼ同一のものである。したが
って、後記する段落番号００４９、００５０、００５３
〜００５５における界磁鉄心１３０、２３０は界磁鉄心
２２に、図７、８、１０に示す界磁巻線１３２、２３２
は界磁巻線２８に、電機子鉄心１３８は電機子鉄心６
２、８２、１０４に、導体線１４２は導体線６６、８
６、１０８に、それぞれ読み替えることができる。

【００４７】図９に示される兼用機の配線図は、大別し
て、電源および制御装置、単極機回路、誘導機回路、界
磁端子および電機子端子、切換器などから成っている。

【００４８】まず、電源２００は、図９に示される直流
のほか、交流を電源として直流に整流されたもの、ある
いは交流をそのまま電源としてもよい。制御装置は、単
極機回路２０６においてはサイリスタチョッパ２０２、
誘導機回路２０８においてはインバータ２０４を用いて
いるが、現用される他の制御装置であってもよい。

【００４９】単極機回路２０６は、界磁端子１７０（ａ
〜ｄ。）および電機子端子１７８（α、β。）に接続
し、２つの界磁鉄心１３０、１３０はＮ極またはＳ極の
同極に励磁されている（なお、界磁端子１７０は、図９
においては８個あるように示されているが、単極機回路
側と誘導機回路側の界磁端子は同一物であって、界磁端
子１７０は、図７、図８に示されるように、４個から成
っている。）。単極機回路２０６を流れる電気が直流の
場合は、回路の途中に逆転スイッチ２１０が挿入されて
いる。交流の場合も、図示しない逆転スイッチ２１１を
挿入するものとする。

【００５０】誘導機回路２０８は、界磁端子１７０（ａ
〜ｄ。）のみに接続し、２つの界磁鉄心１３０、１３０
は、Ｎ極（Ｓ極）およびＳ極（Ｎ極）の異極に励磁さ
れ、２つの界磁鉄心１３０、１３０は回転磁界を形成し
ている。なお、誘導機回路２０８には、図示しない逆転
スイッチ２１２を設けるものとする。また、連絡環１５
６、周方向連絡線１６０およびスリップリング１６４な
どは、誘導機においては短絡環として機能する。

【００５１】図９に示される符号２１４は、切換器であ
って、回路を単極機回路２０６または誘導機回路２０８
に切り換えるのに用いられる。また、同図に示されるよ
うに、単極機回路界磁スイッチ２１６（ａ〜ｄ。）、単
極機回路電機子スイッチ２１８（α、β。）、誘導機回
路界磁スイッチ２２０（ａ〜ｄ。）、ならびに単極機回
路スイッチ２２４および誘導機回路スイッチ２２６と切
換器２１４とは、たて方向の破線に示されるように連結
されており、連動して開閉する。

【００５２】誘導機として回転するときは、スリップリ
ング１６４とブラシ１７４とは摺動接触する必要はな
く、むしろ高速回転時には、磨耗や騒音の原因となるの
で、図７に示すように、電機子回路１７６の途中にブラ
シ引揚装置２２２を設け、スリップリングとブラシとが
接触しないようにすることもできる。このブラシ引揚装
置２２２の構造は、始動抵抗器を用いる誘導機の一始動
方式にみられるようなブラシ引揚装置の現用例に準ず
る。

【００５３】図８および図９に示される実施例において
は、界磁鉄心１３０は２個、界磁端子１７０は４個であ
ったが、図示しない他の実施例においては、界磁鉄心１
３０は２の倍数個、界磁端子１７０は界磁鉄心と同数
個、またはその倍数個とすることもできる。

【００５４】図８および図９に示される実施例において
は、界磁鉄心１３０は２個であり、また、図示されない
実施例においては２の倍数個であったが、他の実施例、
たとえば図１０、図１１に示される界磁鉄心２３０は３
個、また、図示されない実施例においては３の倍数個に
することもできる。界磁鉄心２３０が３または３の倍数
個の兼用機について誘導機として用いる際の電源は三相
交流となる。

【００５５】図１０に示される実施例においては、界磁
鉄心２３０が３個あり、各々の界磁鉄心には界磁巻線２
３２が巻かれている。界磁端子２３４（ｅ〜ｊ。）は６
個あり、図１１に示されるように、これと接続する単極
機回路界磁スイッチ２３６および誘導機回路界磁スイッ
チ２３８も各々６個設けられている。電機子端子２４０
は２個あり、γおよびδの符号で示す。

【００５６】図１１は、図１０に示される実施例の回路
図であるが、図９の回路図と異なる点は、逆転スイッチ
２４２の明示と、三相回路特有のＹ結線２４４である。
なお、Ｙ結線２４４は図示されない他の実施例にあって
は、Δ結線２４５であってもよい。

【００５７】図１〜１０に示される各実施例において、
界磁鉄心２２、１３０、２３０は突極界磁、界磁巻線２
８、１３２、２３２は集中巻きであったが、図示されな
い実施例においては、各々、円筒界磁、分布巻きとする
ことができるものとする。

【００５８】スロット６４、８４、１０６、１４０は、
電機子軸と平行して設けられたもののほか、軸に対して
ねじれた斜めスロットであってもよい。

【００５９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００６０】まず、「特定発明」である２連単極機につ
いては、Ｎ極界磁とＳ極界磁とからなる２組の界磁を有
し、磁気回路の構成が整流子機と同様に強固であり、現
用機に対し磁束が強い。

【００６１】電機子鉄心の端面に作用する磁束の大半は
径方向連絡線に力を及ぼさないから、現用機と比べ、逆
向きの回転トルクの発生は少ない。

【００６２】エアギャップは、現用機と比べ小さく、前
記したように強固な磁気回路と併せて、漏れ磁束が少な
い。

【００６３】電機子鉄心にスロットを設け、その中に導
体線を収容する構成とし、さらに、その導体線を電機子
鉄心に複数回、巻き付けることにより、現用される１層
の導体円筒を用いるものより、小型化が可能となる。

【００６４】以上を総合すれば、本発明の２連単極機
は、現用単極機と比べ、磁束が強く、漏れ磁束が少な
く、逆向きトルクが少なく、小型化が可能であることに
より、回転トルクが高く、且つ効率が高いので、構造的
に整流子という弱点をもつ直流整流子機より優れた直流
回転機となる。従来、交流回転機には、主として誘導機
が、交直両用機には整流子機が、各々用いられてきた
が、本発明に係る２連単極機は、誘導機にみられる始動
電流が大きいにもかかわらず始動トルクが小さいなどの
欠点、整流子機にみられるブラシおよび整流子の保守の
困難といった欠点、現用単極機にみられる前記した多く
の欠点を、各々克服しており、誘導機に代わって交流汎
用機に、また、整流子機に代わって交直両用汎用機また
は直流汎用機（永久磁石を用いるものを含む。）となる
ことができる。この場合、特に小型機においては、イン
バータやサイリスタチョッパなど高価な制御機器を用い
ない、安価な現用される制御方式が採られることが望ま
しい。

【００６５】次に、「関連発明」である単極機誘導機兼
用回転機は、前記した電機子鉄心にスロットを設け、そ
の中に導体線を収容する構成が、誘導機と共通すること
にもとづくもので、単極機のスリップリングは誘導機の
短絡環に変じ、配線を切り替えることで、両機の兼用機
となる。そのことにより、単極機の高い始動トルクと、
誘導機の超高速回転の両者の長所を併せもつ回転機とす
ることが可能となり、現用回転機と比べ、汎用性および
実用性が高い回転機を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２連単極機の基本実施例の軸方向の縦断面図で
ある。

【図２】図１に示す線ＩＩ−ＩＩに沿う回転子の側面図
である。

【図３】回転子の他の実施例の側面図である。

【図４】回転子の他の実施例の側面図である。

【図５】回転子の他の実施例の軸方向の縦断面図であ
る。

【図６】図５に示す線ＶＩ−ＶＩに沿う径方向の縦断面
図である。

【図７】他の実施例である単極機の軸方向の概念図であ
る。

【図８】同実施例の径方向の概念図である。

【図９】同実施例を誘導機との兼用機とした場合の配線
図である。

【図１０】兼用機の他の実施例の径方向の概念図であ
る。

【図１１】同実施例の配線図である。

【符号の説明】

１０直流電源１２サイリスタチョッパ１４逆転スイッチ１６界磁回路１８電機子回路２０外箱２２界磁鉄心２４突極界磁２６界磁継鉄２８界磁巻線３０軸受３２ブラシ３６電機子鉄心３８導体円筒４０、４０ａ〜４０ｄ径方向連絡線４２、４２ａ・４２ｂ軸内線４４電機子継鉄４６電機子軸４８スリップリング５０空隙５２連絡環５４挿通孔５６磁気回路５８エアギャップ６２電機子鉄心６４スロット６６導体線６８径方向連絡線７０軸内線７２電機子軸７４連絡環７６挿通孔７８電機子継鉄８２電機子鉄心８４スロット８６導体線８８周方向連絡線９０径方向連絡線９２電機子継鉄９４軸内線９６電機子軸９８連絡環１００挿通孔１０４電機子鉄心１０６スロット１０８導体線１１０径方向連絡線１１２連絡環１１４戻り線１１６周方向連絡線１１８軸内線１２０挿通孔１２２電機子継鉄１２６外箱１２８界磁継鉄１３０界磁鉄心１３２界磁巻線１３４電機子軸１３６軸受１３８電機子鉄心１３９電機子鉄心１４０スロット１４２導体線１４３導体円筒１４４電機子継鉄１４６磁気回路１４８エアギャップ１５０径方向連絡線１５２空隙１５４軸内線１５６連絡環１５８挿通孔１６０周方向連絡線１６２戻り線１６４スリップリング１６６軸方向連絡線１６８界磁回路１７０界磁端子１７２電源１７４ブラシ１７６電機子回路１７８電機子端子２００電源２０２サイリスタチョッパ２０４インバータ２０６単極機回路２０８誘導機回路２１０逆転スイッチ２１１逆転スイッチ２１２逆転スイッチ２１４切換器２１６単極機回路界磁スイッチ２１８単極機回路電機子スイッチ２２０誘導機回路界磁スイッチ２２２ブラシ引揚装置２２４単極機回路スイッチ２２６誘導機回路スイッチ２３０界磁鉄心２３２界磁巻線２３４界磁端子２３６単極機回路界磁スイッチ２３８誘導機回路界磁スイッチ２４０電機子端子２４２逆転スイッチ２４４Ｙ結線２４５ Δ結線

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外箱（２０）に固着され界磁巻線（２
８）が巻かれた２組の界磁鉄心（２２）と、界磁鉄心
（２２、２２）と連結された界磁継鉄（２６）と、電機
子軸（４６）に嵌合された２個の電機子鉄心（３６）
と、「電機子導体」として電機子鉄心の外側に固着され
た２個の導体円筒（３８）と、電機子鉄心（３６、３
６）と連結された扇形をした複数の電機子継鉄（４４）
と、電機子継鉄（４４、４４）の間の空隙（５０）の中
に収容される複数の径方向連絡線（４０、４０ａ〜４０
ｄ）と、複数の径方向連絡線（４０）を連絡する連絡環
（５２）と、中空軸である電機子軸（４６）の中に配さ
れる軸内線（４２、４２ａ・４２ｂ）と、を有し、且
つ、界磁回路（１６）、電機子回路（１８）、およびエ
アギャップ（５８）をもつ磁気回路（５６）と、を有す
ることをもってなる２連単極機。
【請求項２】スロット（６４）が設けられた電機子鉄
心（６２）と、「電機子導体」としてスロット（６４）
の中に収容される導体線（６６）と、比較的に小さな中
心角をもつ電機子継鉄（７８）と、をもって特徴とする
請求項１記載の２連単極機。
【請求項３】スロット（８４）が設けられた電機子鉄
心（８２）と、導体線（８６）を連結する周方向連絡線
（８８）と、比較的に大きな中心角をもつ電機子継鉄
（９２) と、をもって特徴とする請求項１記載の２連単
極機。
【請求項４】スロット（１０６）が設けられた電機子
鉄心（１０４）と、電機子鉄心（１０４）に巻き付けら
れた２以上の導体線（１０８）および１以上の戻り線
（１１４）と、をもって特徴とする請求項１〜３記載の
２連単極機。
【請求項５】外箱（１２６）に固着された界磁継鉄
（１２８）と、界磁継鉄（１２８）の内側に固着され界
磁巻線（１３２）が巻かれた界磁鉄心（１３０）と、中
空軸である電機子軸（１３４）に嵌合され、スロット
（１４０）が設けられた電機子鉄心（１３８）と、スロ
ット（１４０）に収容された導体線（１４２）と、電機
子鉄心（１３８）の軸方向両側に固着された電機子継鉄
（１４４）と、電機子継鉄（１４４、１４４）の間の空
隙（１５２）の中に収容される径方向連絡線（１５０）
と、複数の径方向連絡線と連絡する連絡環（１５６）
と、電機子軸（１３４）の中に配される軸内線（１５
４）および戻り線（１６２）と、導体線（１４２）と連
結する周方向連絡線（１６０）と、を有し、且つ、界磁
回路（１６８）、電機子回路（１７６）、およびエアギ
ャップ（１４８）をもつ磁気回路（１４６）と、を有す
ることをもってなる単極機。
【請求項６】電機子鉄心（１３９）の外側に導体円筒
（１４３）が固着されたこと、をもって特徴とする請求
項５記載の単極機。
【請求項７】界磁鉄心（２２、１３０）が突極界磁で
あり、界磁巻線（２８、１３２）が集中巻きであること
を特徴とする、請求項１〜４記載の２連単極機および請
求項５、６記載の単極機。
【請求項８】界磁鉄心（２２、１３０）が円筒界磁で
あり、界磁巻線（２８、１３２）が分布巻きであること
を特徴とする、請求項１〜４記載の２連単極機および請
求項５、６記載の単極機。
【請求項９】４または４の倍数個の単極機回路界磁ス
イッチ（２１６）および誘導機回路界磁スイッチ（２２
０）と、２個の単極機回路電機子スイッチ（２１８）
と、逆転スイッチ（２１０、２１１）および単極機回路
スイッチ（２２４）を有する単極機回路（２０６）と、
逆転スイッチ（２１２）および誘導機回路スイッチ（２
２６）を有する誘導機回路（２０８）と、単極機回路界
磁スイッチ、単極機回路電機子スイッチ、誘導機回路界
磁スイッチ、単極械回路スイッチ、および誘導機回路ス
イッチと連結される切換器（２１４）と、を有すること
をもってなる、請求項１〜４、および請求項７、８記載
の２連単極機および請求項５〜８記載の単極機と、誘導
機との、兼用回転機。
【請求項１０】６または６の倍数個の単極機回路界磁
スイッチ（２３６）および誘導機回路界磁スイッチ（２
３８）と、逆転スイッチ（２４２）とＹ結線（２４４）
またはΔ結線（２４５）と、をもって特徴とする請求項
９記載の兼用回転機。
【請求項１１】ブラシ引揚装置（２２２）を有するこ
と、をもって特徴とする、請求項９、１０記載の兼用回
転機。
【請求項１２】界磁鉄心（２２、１３０、２３０）が
突極界磁であり、界磁巻線（２８、１３２、２３２）が
集中巻きであること、をもって特徴とする、請求項９〜
１１記載の兼用回転機。
【請求項１３】界磁鉄心（２２、１３０、２３０）が
円筒界磁であり、界磁巻線（２８、１３２、２３２）が
分布巻きであること、をもって特徴とする、請求項９〜
１１記載の兼用回転機。