(57)【要約】【課題】  コイルエンドが存在しない巻線方式と電機子及び界磁極の構造により、ローコストで小形・軽量・高効率な回転界磁型の同期発電機を得る。【解決手段】  固定子の軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、各コイルの外周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に、磁極片を備えた磁極歯部を、各コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成し、更に極間に非磁性部材を配置し、各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に互いに電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして軸方向に重ね合わせたように構成する。【選択図】    図１
2005151785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転子の外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるように界磁用のＮ・Ｓ極を交互に備え、この回転子の外側に所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置したインナーロータ形の回転界磁型同期発電機において、前記固定子に軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の内周側には、前記回転子と同一極数の前記磁極歯部が、当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されており、更に、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されていることを特徴とする三相同期発電機。
【請求項２】
インナーロータ形の回転界磁型同期発電機において、固定子の軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、前記各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記各コイルの外周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の内周側には、所定の極数の磁極歯部が当該コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、前記各コイルの前記磁極歯部を回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成する。そして更に、前記磁極歯部の内側で所定のエヤーギャップを介して対向する回転子は、前記固定子と同一極数の界磁用のＮ・Ｓ極を外周上に等ピッチで交互に備えており、その磁極の周方向中心は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルに対応させて回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成されていることを特徴とする三相同期発電機。
【請求項３】
回転子の外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるように界磁用のＮ・Ｓ極を交互に備え、この回転子の外側に所定のエヤーギャップを介して対向する磁極歯部を備えた固定子を配置したインナーロータ形の回転界磁型同期発電機において、前記固定子に回転軸を周回するようにリング状に一相分の電機子コイルを巻装し、前記コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、前記コイルの外周側と軸方向両端側に磁気回路を構成する固定子鉄心を設ける。そして、前記固定子鉄心の内周側には、前記回転子と同一極数の前記磁極歯部が、前記コイルを挟んで回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されていることを特徴とする単相同期発電機。
【請求項４】
前記磁極歯部に、磁性部材で構成された磁極片を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の同期発電機。
【請求項５】
前記磁極片と前記磁極歯部で形成される極間に、非磁性部材を配置したことを特徴とする請求項４に記載の同期発電機。
【請求項６】
前記磁極片と前記磁極歯部で形成される極間が、ブリッジ部分で連結されていることを特徴とする請求項４に記載の同期発電機。
【請求項７】
前記固定子あるいは前記回転子に、磁束の漏れを軽減するための手段を備えていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の同期発電機。
【請求項８】
前記固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の同期発電機。
【請求項９】
前記固定子鉄心の少なくともその一部を、所謂圧粉磁心（鉄粉磁心ともいう。以下同様）を用いて構成することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載の同期発電機。
【請求項１０】
前記磁極片の軸方向の断面積が、前記磁極歯部より漸減するように形成されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の同期発電機。
【請求項１１】
前記固定子あるいは前記回転子に、スキューを施したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の同期発電機。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、インナーロータ形の回転界磁型同期発電機に関し、特に、巻線方式、電機子を固定子とした鉄心構造、及び界磁極を回転子とした構造に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、この種の同期発電機として界磁用の永久磁石を備えたブラシレス型の三相同期発電機は、図１４に示すような構造が一般的に採用されている。図１４（ａ）は軸方向半断面側面図であり、固定子鉄心１２０には、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１１０が、図１４（ｂ）の巻線展開図に示すように専用機等により巻装された後、巻線相互間の結線及びリード線接続等の端末処置を行っている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  上述のような従来の同期発電機においては、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１１０を周方向に分布して巻線を行うため、固定子鉄心１２０の軸方向端面から突出したコイルエンドの長さｈが大きくなり、巻線量増加と銅損増加により、更なる小形・軽量・高効率化とコストダウンが困難であった。
【０００４】  この発明は、上述のような問題点を解消するためになされたものであり、コイルエンドが存在しないため小形・軽量・高効率であり、更に巻線の端末処理が容易な同期発電機の巻線方法、固定子鉄心構造、及び回転子構造を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  上述の目的を達成するために、この発明による同期発電機は、外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるように界磁用のＮ・Ｓ極を交互に備えた回転子の外側に、磁極歯部を備えた固定子を配置し、この固定子に軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に回転子と同一極数の磁極歯部が、当該コイルを挟んで回転軸の周方向に互いに電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、更に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイルの磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成されている三相同期発電機である。
【０００６】  つぎの発明による同期発電機は、固定子の軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、各コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイルの外周側及び軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に所定の極数の磁極歯部が、前記コイルを挟んで回転軸の周方向にπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成され、更に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の各コイルの磁極歯部が回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成されており、そして更に、この磁極歯部の内側で所定のエヤーギャップを介して対向する回転子は、前記固定子と同一極数の界磁用のＮ・Ｓ極を外周上に等ピッチで交互に備え、その磁極の中心をＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルに対応させて回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成されている三相同期発電機である。
【０００７】  つぎの発明による同期発電機は、外周上に等ピッチで軸方向に同一極性となるように界磁用のＮ・Ｓ極を交互に備えた回転子の外側に、磁極歯部を備えた固定子を配置し、この固定子に回転軸を周回するようにリング状に一相分の電機子コイルを巻装し、コイルのリングの中心と回転軸の中心が概ね一致するように配置して、コイルの外周側と軸方向両端側に磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に回転子と同一極数の磁極歯部が、前記コイルを挟んで回転軸の周方向に互いに電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に交互に形成されている単相同期発電機である。
【０００８】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、磁極歯部に磁性部材で構成された磁極片を備えたものである。
【０００９】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、磁極片と磁極歯部で形成される極間に、非磁性部材を配置したものである。
【００１０】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、磁極片と磁極歯部で形成される極間が、ブリッジ部分で連結されているものである。
【００１１】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、固定子あるいは回転子に、磁束の漏れを軽減するための手段を備えたものである。
【００１２】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して構成するものである。
【００１３】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて構成するものである。
【００１４】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、磁極片の軸方向の断面積が磁極歯部より漸減するように形成されたものである。
【００１５】  つぎの発明による同期発電機は、さらに、固定子あるいは回転子にスキューを施したものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】  以下に添付の図を参照にして、この発明にかかる同期発電機の実施の形態を詳細に説明する。【００１７】実施の形態１．
図１〜図４は、この発明による同期発電機の実施の形態１として、回転子に界磁用の永久磁石を備えた４極のブラシレス型三相同期発電機に適用した例を示しており、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１０〜１２とリード線１３、及び固定子２０、回転子８０、回転子８０を支持する回転軸９０、軸受部材９１、ブラケット９２、フレーム９３等で構成されている。【００１８】  Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１０〜１２は、回転軸９０の軸方向に分割して，各コイル１０〜１２のリングの中心と回転軸９０の中心が概ね一致するように、回転軸９０に対し同一方向に巻装され、適切な絶縁処理が施されてＹ字形に結線された後、リード線１３により負荷側に接続されている。【００１９】  固定子２０は、電機子コイル１０〜１２と、これの外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４〜２９で構成されており、Ｕ相の背面固定子鉄心２１と側面固定子鉄心２４・２５は、夫々磁気的につながっており、更に側面固定子鉄心２４・２５の内周側には、磁極片４０・４１を備えた磁極歯部３０・３１が夫々形成されている。Ｖ・Ｗ相の固定子鉄心も同様に構成されており、内周側に磁極片４２〜４５を備えた磁極歯部３２〜３５が形成されている。【００２０】  回転子８０は、例えば、所定の形状に加工された回転軸９０と一体の回転子鉄心８１の外周に、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５及び磁極片４０〜４５と所定のエヤーギャップを介して界磁用の永久磁石８２〜８４が配置され、回転軸９０・軸受部材９１により回転可能に支持されている。永久磁石８２〜８４は、ネオジウム系希土類磁石等にて構成されており、残留磁束及び保持力が共に大きく、磁気エネルギー積がきわめて大きい。このため、磁石面積を小さくしても必要なギャップ磁束を確保することができる。【００２１】  図２（ａ）〜図２（ｆ）は、側面固定子鉄心２４〜２９とこれの内周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３５と磁極片４０〜４５の構成を図１の反軸端側から軸端側へ透かして見た図であり、他の構成部品は図中省略している。図２（ａ）は，Ｕ相コイル１０の反軸端側の側面固定子鉄心２４であり、磁極歯部３０は，その周方向の中心がマッチマーク３６の位置と合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２個所に形成されている。図２（ｂ）は、Ｕ相コイル１０の軸端側の側面固定子鉄心２５であり、磁極歯部３１は、その周方向の中心が、反軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｕ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０と磁極片４０及び磁極歯部３１と磁極片４１により、内周側の周方向に交互に形成される。【００２２】  図２（ｃ）は、Ｖ相コイル１１の反軸端側の側面固定子鉄心２６であり、磁極歯部３２は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の反軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で２π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図２（ｄ）は、Ｖ相コイル１１の軸端側��側面固定子鉄心２７であり、磁極歯部３３は、その周方向の中心が、反軸端側の側面固定子鉄心２６に形成された磁極歯部３２の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ｕ相コイル１０の場合と同様に、背面固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｖ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２と磁極片４２及び磁極歯部３３と磁極片４３により、内周側の周方向に交互に形成される。【００２３】  図２（ｅ）は、Ｗ相コイル１２の反軸端側の側面固定子鉄心２８であり、磁極歯部３４は、その周方向の中心が、Ｕ相コイル１０の反軸端側の側面固定子鉄心２４に形成された磁極歯部３０の中心に対し、電気角で４π／３（ｒａｄ）ずらして構成されている。図２（ｆ）は、Ｗ相コイル１２の軸端側の側面固定子鉄心２９であり、磁極歯部３５は、その周方向の中心が、反軸端側の側面固定子鉄心２８に形成された磁極歯部３４の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、Ｕ・Ｖ相の場合と同様に、背面固定子鉄心２３（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｗ相コイル１２を挟んで側面固定子鉄心２８・２９の磁極歯部３４と磁極片４４及び磁極歯部３５と磁極片４５により、内周側の周方向に交互に形成される。【００２４】  図３（ａ）〜図３（ｆ）は、側面固定子鉄心の構成を示し、図３（ａ）・図３（ｃ）は、Ｕ相コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を上述と同様に、図１の反軸端側から軸端側へ透かして見た図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）の断面ＡＡ、図３（ｄ）は図３（ｃ）の断面ＢＢを示す。反軸端側の側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０には、これと対をなす軸端側の側面固定子鉄心２５の方向に，磁極歯部３０と同一内径寸法を有する磁極片４０を，コイル１０の内径側に備えている。軸端側の側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１には、磁極片４０と逆向きに，反軸端側の側面固定子鉄心２４の方向に，磁極歯部３１と同一内径寸法の磁極片４１を備えている。【００２５】  図３（ｅ）は、磁極片４０・４１を備えた側面固定子鉄心２４と２５を組み立てた状態を示し、図３（ｆ）は、図３（ｅ）の断面ＣＣを示す。側面固定子鉄心２４に形成された磁極片４０は、側面固定子鉄心２５の軸方向端面より，所定の寸法ａだけ短く構成されており、側面固定子鉄心２５に形成された磁極片４１も同様に、側面固定子鉄心２４の軸方向端面より、所定の寸法ａだけ短く構成されている。そして、側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０、及び、周方向の隣極となる側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１と磁極片４１で形成される極間には、所定の巾ｔの非磁性部材４６ａが配置されており、コイル巻装側のリング状非磁性部材４６ｂと一体に形成されている。非磁性部材４６ａ・４６ｂは、アルミニウム系等の金属材のほか樹脂材を用いることもでき、樹脂材を用いたときは、コイル巻装側の絶縁層４６ｃも一体に成型し、更に側面固定子鉄心と磁極片の隙間４６ｄも樹脂で充填することもできる。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されている。【００２６】  固定子２０は、上述のＵ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２と、外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２９を、前述の位置関係を維持しながら軸方向に重ね合わせたように構成されている。【００２７】  図４は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５及び磁極片４０〜４５と所定のエヤーギャップを介して対向する、回転子８０に備えた界磁用永久磁石８２〜８４の軸直角方向の断面を示す。いずれも固定子と同一極数である４極の磁極が、外周上に等ピッチで、軸方向に同一極性となるように構成されている。【００２８】  この実施の形態のものにおいては、例えば、界磁用の永久磁石８２（Ｎ極）の磁束は、所定のエヤーギャップ→磁極歯部３１及び磁極片４１→側面固定子鉄心２５→背面固定子鉄心２１→側面固定子鉄心２４→磁極歯部３０及び磁極片４０→所定のエヤーギャップ→永久磁石８２（Ｓ極）→回転子鉄心８１→永久磁石８２（Ｎ極）と巡る磁路を構成してリング状のコイル１０に鎖交するため、回転軸９０を外力で回転駆動することにより、この鎖交する磁束の方向が周期的に反転し、コイル１０に交流電圧を発生することができる。界磁用永久磁石８３・８４の磁束も同様にリング状のコイル１１・１２に鎖交し、更に磁極歯部３０・３２・３４を，周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、コイル１０〜１２に三相交流電圧を発生する同期発電機として作用させることができる。【００２９】  上述のような構成によれば、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らして銅損を低減することができ、また、各相のコイル数は最小限各１個で済むため、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができる。更に、磁性部材で構成された磁極片により界磁の磁束を有効に活用することができ、寸法ａ及びｔを最適化することにより磁束の漏れを軽減し、有効な磁束密度を確保することができるため、同期発電機の特性を向上させることができる。また、極間の非磁性部材により磁極片の剛性を向上させることができ、非磁性部材と磁極歯部及び磁極片との接合面に嵌合部分を設けたり、接着固定する等により剛性を更に向上させることができる。なお、大容量機種においては、各相のコイルを夫々複数個に分割して軸方向に配置し、各相毎に適宜直列あるいは並列に接続することにより、振動を更に抑制することも可能であり、分割したコイルの鉄心間を通風ダクトとして用いることもできる。なお、複数個に分割されたコイルの軸方向の並び順は、同期発電機の特性を考慮して適宜決定することができる。また、コイル１０〜１２の巻き方向が同一でない場合は、該当の磁極歯部を回転軸の周方向に電気角でπ（ｒａｄ）ずらす等により本実施の形態と同様に作用させることができる。【００３０】実施の形態２．
図５、図６は、この発明による同期発電機の、実施の形態２を示している。この実施の形態２は、前述の実施の形態１と同様に、４極のブラシレス型三相同期発電機に適用した例であり、実施の形態１に比して磁極歯部３０〜３５と磁極片４０〜４５、及び回転子８０の構成が異なるが、図１は大略において、実施の形態２の軸方向半断面側面図をも示している。【００３１】  図５は、実施の形態２における側面固定子鉄心２４〜２９と、これの内周側に形成された凸形の磁極歯部３０〜３５及び磁極片４０〜４５の構成を、実施の形態１と同様に、図１の反軸端側から軸端側へ透かして見た図を示し、他の構成部品は図中省略している。図５（ａ）は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１０〜１２（図中省略）の反軸端側の側面固定子鉄心２４・２６・２８を示し、磁極片４０・４２・４４を備えた磁極歯部３０・３２・３４は、その周方向の中心を、マッチマーク３６に合わせて時計の１２時と、電気角で２π（ｒａｄ）ずれた時計の６時の位置となるように２個所に形成されている。図５（ｂ）は、上記コイル１０〜１２の軸端側の側面固定子鉄心２５・２７・２９を示し、磁極片４１・４３・４５を備えた磁極歯部３１・３３・３５は、その周方向の中心が、反軸端側の側面固定子鉄心２４・２６・２８に形成された磁極歯部３０・３２・３４の中心に対し、電気角でπ（ｒａｄ）ずれた位置に形成されている。この結果、背面固定子鉄心２１（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｕ相コイル１０を挟んで側面固定子鉄心２４・２５の磁極歯部３０と磁極片４０及び磁極歯部３１と磁極片４１により、内周側の周方向に交互に形成される。同様に背面固定子鉄心２２（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｖ相コイル１１を挟んで側面固定子鉄心２６・２７の磁極歯部３２と磁極片４２及び磁極歯部３３と磁極片４３により、内周側の周方向に交互に形成される。更に、背面固定子鉄心２３（図中省略）を通して４極の磁極が、Ｗ相コイル１２を挟んで側面固定子鉄心２８・２９の磁極歯部３４と磁極片４４及び磁極歯部３５と磁極片４５により、内周側の周方向に交互に形成される。【００３２】  Ｕ相コイル１０の側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０は，実施の形態１の図３（ａ）〜図３（ｆ）と同じように、周方向の隣極となる側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１及び磁極片４１とで形成される極間に、所定の巾ｔの非磁性部材４６ａが配置されており、磁極片４０・４１は軸方向端面より寸法ａだけ短く構成され、必要に応じて非磁性部材４６ｂ〜４６ｄが採用されている。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されている。【００３３】  固定子２０は、上述のＵ・Ｖ・Ｗ相の各コイル１０〜１２と、外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、及び各コイルの側面固定子鉄心２４〜２９を上述のように各コイルの磁極歯部が回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成されている。【００３４】  図６（ａ）〜図６（ｃ）は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイル１０〜１２の磁極歯部３０〜３５及び磁極片４０〜４５と所定のエヤーギャップを介して対向する、回転子８０の外周に配置された界磁用永久磁石８２〜８４の軸直角方向の断面を示している。いずれも固定子と同一極数である４極の磁極が、外周上に等ピッチで形成されている。図６（ａ）は、Ｕ相コイル１０の磁極歯部３０・３１及び磁極片４０・４１に対向する永久磁石８２を示し、図６（ｂ）は、Ｖ相コイル１１の磁極歯部３２・３３および磁極片４２・４３に対向する永久磁石８３を示し、その磁極の周方向の中心は、永久磁石８２の磁極の周方向中心に対し、電気角で２π／３（ｒａｄ）ずれており、更に図６（ｃ）は、Ｗ相コイル１２の磁極歯部３４・３５及び磁極片４４・４５に対向する永久磁石８４を示し、その磁極の周方向の中心は、永久磁石８２の磁極の周方向中心に対し、電気角で４π／３（ｒａｄ）ずれて構成されている。【００３５】  この実施の形態のものにおいても、実施の形態１と同様に、界磁用永久磁石８２〜８４の磁束はリング状のコイル１０〜１２に鎖交し、更に永久磁石８２〜８４を周方向に電気角で２π／３（ｒａｄ）ずつずらしているため、回転軸９０を外力で回転駆動することによりコイル１０〜１２に三相交流電圧を発生する同期発電機として作用させることができる。【００３６】  上述のように、この構成によっても実施の形態１と同様に、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量を減らして、銅損を低減することができ、同期発電機の効率が向上し、コストダウンや更なる小形化も実現することができ、更に固定子鉄心の金型を簡略化することができるため、生産性の向上に寄与することができる。【００３７】  実施の形態１及び実施の形態２は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相から成る三相同期発電機の実施の形態を示したが、三相の内の一相分のみの固定子と回転子で構成することにより単相同期発電機として作用させることができ、この場合も同様の効果を得ることができる。【００３８】実施の形態３．
図７は、この発明による同期発電機の実施の形態３を示している。実施の形態３では、上述の実施の形態１及び実施の形態２において、極間に設けた非磁性部材４６ａの巾ｔ＝０とし、周方向の互いに隣接する磁極片と磁極歯部、及び磁極片どうしが薄肉のブリッジ部分で連結されたものである。【００３９】  図７（ａ）は、Ｕ相コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を、実施の形態１の図３（ｅ）と同様に組み立てた状態を示す。側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０と磁極片４０は、周方向に互いに隣接する側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１及び磁極片４１に、回転子８０（図中省略）に対向する内周側において、ブリッジ部分Ｅにより連結している。図７（ｂ）は、図７（ａ）のブリッジ部分Ｅの拡大図であり、ｓはブリッジ部分Ｅの径方向の厚さを示す。図７（ｃ）は、図７（ａ）の断面ＣＣを示し、回転子８０に対向する内周側は、寸法ａの部分を除いて連続した円筒形状となっている。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されている。【００４０】  上述のような構成によれば、側面固定子鉄心と磁極片の内周側の寸法精度が向上し、同期発電機の特性を改善することができ、また、ブリッジ部分の寸法、形状を最適化することにより、漏れ磁束による有効な磁束密度の低下を抑制しながら、磁極片の剛性を向上することができる。【００４１】実施の形態４．
実施の形態４では、上述のような実施の形態の構成に加え、固定子あるいは回転子の磁束の漏れを軽減するための手段として、軸方向に隣接する相間に磁気的な隙間を設けたものである。【００４２】  図８は、図３（ｆ）においてａ＝０とした三相同期発電機のＵ・Ｖ・Ｗ相の固定子とフレーム９３の組み立て状態を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。図８（ａ）においてＵ相の固定子は、コイル１０と軸方向両端側の側面固定子鉄心２４・２５及び背面固定子鉄心２１で構成されており、Ｖ・Ｗ相の固定子も同様にコイル１１・１２と各固定子鉄心で構成されているが、互いに隣接するＵ相の固定子鉄心とＶ相の固定子鉄心、及びＶ相の固定子鉄心とＷ相の固定子鉄心の間には、磁気的な隙間として所定の空隙ｂを設けて構成されている。【００４３】  図８（ｂ）は、他の実施の形態を示し、図８（ａ）と比較して背面固定子鉄心２１・２２・２３は連結して一体に形成されているが、互いに隣接するＵ相の側面固定子鉄心２５とＶ相の側面固定子鉄心２６の間、及びＶ相の側面固定子鉄心２７とＷ相の側面固定子鉄心２８の間には、磁気的な隙間として所定の空隙ｂを設けて構成されている。【００４４】  上述のような構成によれば、寸法ｂを最適化することにより、隣接する相への磁束の漏れを軽減し、有効な磁束密度を確保することができるため、同期発電機の特性を向上させることができる。また、図８に示す固定子に対しては、これに組み込まれる回転子の軸方向に互いに隣接する界磁用永久磁石８２〜８４の間にも、同様に空隙ｂを設けることにより、特性を向上させながら高価な磁石の使用量を減らしコストダウンを実現することができる。なお、固定子鉄心の空隙ｂを通風ダクトとして利用したり、マグネットワイヤーの引き出しに用いることができる。更に、固定子鉄心及び回転子の空隙ｂを隙間とせずに非磁性部材を用いて構成しても、同様の効果を得ることができる。なお、図３（ｆ）においてａ＝０以外の場合にも適用可能であることは明白である。【００４５】実施の形態５．
図９は、この発明による同期発電機の実施の形態５を示している。実施の形態５では、上述のような実施の形態の構成を実現する手段として、固定子鉄心の一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化するものである。【００４６】  図９は、Ｕ相コイル１０（図中省略）の側面固定子鉄心２４・２５を、実施の形態１と同様に、図１の反軸端側から軸端側へ透かして見た図を示す。図９（ａ）の側面固定子鉄心２４には、磁極歯部３０が形成されており、図９（ｂ）の側面固定子鉄心２４には磁極歯部３０に隣接して磁極片４１が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成されている。図９（ｄ）の側面固定子鉄心２５にも同様に、磁極歯部３１に隣接して磁極片４０が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成され、図９（ｅ）の側面固定子鉄心２５には磁極歯部３１が形成されている。図９（ｃ）は、磁極片４０と磁極片４１が、ブリッジ部分Ｅにより連結されて一体に形成されたものであり、側面固定子鉄心２４と２５の間に挟むようにして支持されるものである。【００４７】  図９（ａ）〜図９（ｅ）の夫々の部品は、板状磁性部材をプレス加工により製作し、同時にヌキカシメ４７により所要枚数を夫々積層し密着固定されるものであり、ヌキカシメの他にカシメピン・ネジ止め・溶接等により固着することもできる。他のコイルの固定子鉄心も同様に構成されており、適切な絶縁処理を施して各相のコイルを巻装後、円筒状の背面固定子鉄心２１等（図８参照）に焼き嵌め、圧入等を行うものである。なお、背面固定子鉄心２１等も板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することができる。【００４８】  上述のような製法によれば、高精度な固定子鉄心を安価で容易に製作することができるため、同期発電機の特性と生産性が向上し、コストダウンを実現することができる。【００４９】実施の形態６．
図１０・図１１は、この発明による同期発電機の実施の形態６を示している。実施の形態６では、固定子鉄心の一部を、鉄粉を無機系の皮膜などで一粒一粒絶縁し圧縮成型等を行なった所謂圧粉磁心を用いて構成するものである。【００５０】  図１０は、三相同期発電機の固定子とフレーム９３の組み立て状態を示す軸方向の半断面側面図であり、他の構成部品は図中省略している。固定子は、Ｕ・Ｖ・Ｗ相のコイル１０〜１２、これの外周側の背面固定子鉄心２１〜２３、コイル１０〜１２の軸方向両端側の側面固定子鉄心２４・２５等で構成されている。背面固定子鉄心２１〜２３は夫々圧粉磁心を用いて構成されており、その内径側に、コイル１０〜１２及び側面固定子鉄心２４・２５等を、図８（ａ）と同様に軸方向に順次積み重ねたように構成されている。【００５１】  図１０の矢印線５１〜５３は、界磁用永久磁石によりコイル１０〜１２に鎖交する、ある瞬間の磁束の流れを模式的に示しており、背面固定子鉄心２１〜２３の内部においては、磁束が三次元的に移動することとなる。このため、全方向に対し比抵抗と透磁率の値がともに大きい圧粉磁心を用いることにより、磁束の移動が容易となり、鉄心内部の損失を軽減することができ、同期発電機の効率向上に寄与することができる。また、側面固定子鉄心２４・２５等にも同様に圧粉磁心を用いることができる。【００５２】  図１１（ａ）は、圧粉磁心で構成した他の実施の形態を示す一相分の固定子であり、コイル１０の固定子鉄心は、軸直角方向の分割面ｆで二分されて夫々が圧粉磁心で構成されており、コイル１０は別工程にてリング状に形成され適切な絶縁処理を施した後、側面固定子鉄心２４・２５と組み立てを行なう。他の相の固定子鉄心も同様に構成されており、軸方向に隣接する固定子鉄心端面に固定子鉄心を相互に連結するための嵌合部分を設けることもできる。【００５３】  図１１（ｂ）は、更に他の実施の形態を示す一相分の固定子であり、コイル１０の固定子鉄心は、軸直角方向の分割面ｆで二分されて夫々が圧粉磁心で構成されており、コイル１０は別工程にてリング状に形成され適切な絶縁処理を施した後、側面固定子鉄心２４側に装着され、背面固定子鉄心２１と一体に構成された側面固定子鉄心２５側と、分割面ｆで嵌合・組み立てを行うものである。【００５４】  上述のような構成によれば、背面固定子鉄心２１から磁極片４０までの固定子鉄心内部を磁束が三次元的に容易に移動できるため、鉄心内部の損失を更に軽減することができ、同期発電機の効率向上に寄与することができる。また、鉄心プレスの工程が一部あるいは全部不要となるため、固定子鉄心を安価で容易に製作することができ、更に各コイルの巻線が容易となるため、生産性の向上とコストダウンに寄与することができる。なお、分割面ｆで二分された固定子鉄心は圧入・カシメピン・ネジ止め等により適宜固定されるものである。【００５５】  図１１においては、更に、側面固定子鉄心２４あるいは背面固定子鉄心２１の外周側にマグネットワイヤー引出し用のＵ字形溝を設けることができ、このＵ字形溝を各コイルの側面固定子鉄心の外周全域に適切なピッチで設けることにより、マグネットワイヤーを固定子の軸方向端面まで容易に引き出すことが可能となる。また、このときはＵ字形溝の一個所をマッチマーク３６として用いることができ、ワイヤーの引出しに使用しないＵ字形溝は、軸方向に互いに隣接する固定子鉄心を相互に連結するための手段として用いることができ、このＵ字形溝を貫通孔で代用することも可能である。なお、図１１に示す固定子鉄心の形状は、板状磁性部材を用いても構成することができる。【００５６】実施の形態７．
図１２は、この発明による同期発電機の実施の形態７を示している。実施の形態７では、磁極歯部に構成された磁極片の断面形状を、磁極歯部より漸減するように形成するものである。【００５７】  図１２は、Ｕ相の固定子鉄心を示す図７（ｃ）と同様の軸方向断面側面図であり、側面固定子鉄心２４の磁極歯部３０に構成された磁極片４０は、軸方向の断面積が側面固定子鉄心２５の方向に向かって磁極歯部３０より漸減するように形成されており、側面固定子鉄心２５の磁極歯部３１に構成された磁極片４１の断面積も、側面固定子鉄心２４の方向に向かって磁極歯部３１より漸減するように形成されている。他の相の固定子鉄心も同様に構成されている。【００５８】  上述のような構成によれば、各コイルを巻装する空間を確保しながら磁極歯部の磁束密度の上昇を抑えることができるため、鉄心内部の損失が更に低減し、同期発電機の効率向上に寄与することができる。【００５９】実施の形態８．
図１３は、この発明による同期発電機の実施の形態８を示している。実施の形態８では、上述のような実施の形態の構成に加え、固定子にスキューを施すものである。【００６０】  図１３は、三相同期発電機の回転軸を水平方向として固定子鉄心を切り開いて、回転子と対向する内周面を見た部分図である。Ｕ相の磁極歯部３０と磁極片４０は、周方向に隣接する磁極歯部３１、及び磁極片４１とスキュー角だけ傾いてブリッジ部分Ｅにより連結しており、軸方向に隣接するＶ・Ｗ相の夫々の磁極歯部と磁極片も同様に構成されている。【００６１】  上述の構成においては、固定子に容易にスキューを施し、スキュー角を最適化することによりギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させ、同期発電機の特性を向上させることができる。なお、固定子をスキューする代わりに、回転子に配置された界磁用永久磁石にスキュー着磁等を施しても同様の効果を得ることができる。図１３においては、実施の形態３の図７に示す固定子鉄心の形状を例に示したが、これ以外の実施の形態に示す固定子鉄心の形状にも適応可能である。【００６２】  実施の形態１〜８は、同期発電機の極数が４極で、界磁用の永久磁石を有するブラシレス型の場合をこの発明に適用したが、この発明による同期発電機は、これ以外の極数を有する場合に対しても有効であり、直流励磁される界磁巻線を有する場合に対しても有効である。そして、この発明による同期発電機は、コイル部分が露出しないためビルトイン型にも適しており、更に各コイルが独立して巻装されるため、低電圧機種においてはワニス処理等が不要となり対環境性に優れ、高電圧機種においても絶縁処理を容易に行うことができ、廃却時には材料の分離・再利用が容易である。
【発明の効果】
【００６３】  以上の説明から理解される如く、この発明による同期発電機によれば、三相同期発電機において固定子に軸方向に分割してリング状にＵ・Ｖ・Ｗ相の電機子コイルを巻装し、各コイルの外周側と軸方向両端側に夫々磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側の磁極歯部を回転軸の周方向に所定の角度ずらして、軸方向に重ね合わせたように構成することにより、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量が減少し、銅損も低減することができるため効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現することができる。また、コイルの巻線作業及び端末処理を大幅に簡略化することができ、生産性の向上に寄与することができる。
【００６４】  つぎの発明による同期発電機によれば、三相同期発電機において各コイルの磁極歯部を、回転軸の軸方向に一致するように重ね合わせて構成し、回転子の磁極の中心を、対向する電機子コイル毎に回転軸の周方向に所定の角度ずらして構成することにより、固定子鉄心の金型を簡略化することができ、コストダウンを実現することができる。
【００６５】  つぎの発明による同期発電機によれば、単相同期発電機において固定子に回転軸を周回するようにリング状に一相分の電機子コイルを巻装し、コイルの外周側と軸方向両端側に磁気回路を構成する固定子鉄心を設け、この内周側に磁極歯部を形成することにより、コイルエンドに相当する部分が存在しないため、コイルの銅線使用量が減少し、銅損も低減することができるため効率が向上し、コストダウンや小形・軽量化を実現することができる。
【００６６】  つぎの発明による同期発電機によれば、各磁極歯部に磁性部材で構成された磁極片を備えたことにより、界磁の磁束を有効に活用することができるため、漏れ磁束が減少し、同期発電機の効率が向上し、小型化に寄与することができる。
【００６７】  つぎの発明による同期発電機によれば、磁極片と磁極歯部で形成される極間に非磁性部材を配置したことにより、磁極片の剛性を向上させることができ、非磁性部材と磁極歯部及び磁極片との接合面に嵌合部分を設ける等により剛性を更に向上させることができる。
【００６８】  つぎの発明による同期発電機によれば、磁極片と磁極歯部で形成される極間が薄肉のブリッジ部分で連結されていることにより、固定子鉄心の寸法精度が向上し、同期発電機の特性を改善することができ、ブリッジ部分の寸法、形状を最適化することにより、漏れ磁束による有効な磁束密度の低下を抑制しながら、磁極片の剛性を向上することができる。
【００６９】  つぎの発明による同期発電機によれば、磁束の漏れを軽減するための手段を備えたことにより、漏れ磁束を低減し、有効な磁束密度を確保することができるため、同期発電機の特性を向上させることができる。
【００７０】  つぎの発明による同期発電機によれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、板状磁性部材を用いて積層一体化して構成することにより、高精度な固定子鉄心を、安価で容易に製作することができるため、生産性の向上に寄与することができる。
【００７１】  つぎの発明による同期発電機によれば、固定子鉄心の少なくともその一部を、圧粉磁心を用いて構成することにより、磁束が三次元的に容易に移動できるため、鉄心内部の損失を軽減することができ、同期発電機の効率向上と小形・軽量化に寄与することができる。
【００７２】  つぎの発明による同期発電機によれば、磁極片の断面形状を磁極歯部より漸減するように形成することにより、磁極歯部の磁束密度の上昇を抑えることができるため、鉄心内部の損失を更に低減することができ、同期発電機の効率向上に寄与することができる。
【００７３】  つぎの発明による同期発電機によれば、固定子あるいは回転子にスキューを施すことにより、ギャップ磁束の高調波成分の影響を低減させることができるため、同期発電機の特性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施の形態１における同期発電機の軸方向半断面側面図である。
【図２】実施の形態１における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、反軸端側から軸端側へ透かして見た図である。
【図３】実施の形態１における側面固定子鉄心と磁極片の構成を示す。
【図４】実施の形態１における回転子の、軸直角方向の断面図である。
【図５】実施の形態２における側面固定子鉄心の磁極歯部の構成を、反軸端側から軸端側へ透かして見た図である。
【図６】実施の形態２における回転子の、軸直角方向の断面図である。
【図７】実施の形態３における側面固定子鉄心と磁極片の構成を示す。
【図８】（ａ）は実施の形態４における固定子、（ｂ）は他の実施の形態における固定子を示す夫々軸方向半断面側面図である。
【図９】実施の形態５における側面固定子鉄心と磁極片の構成を、反軸端側から軸端側へ透かして見た図である。
【図１０】実施の形態６における固定子を示す軸方向半断面側面図である。
【図１１】（ａ）は実施の形態６の他の実施の形態における固定子、（ｂ）は更に他の実施の形態における固定子を示す軸方向半断面側面図である。
【図１２】実施の形態７における固定子を示す軸方向断面側面図である。
【図１３】実施の形態８における固定子鉄心の内周面の部分図である。
【図１４】従来例の同期発電機を示し、（ａ）は軸方向半断面側面図、（ｂ）は巻線展開図である。
【符号の説明】
１０〜１２  電機子コイル、１３  リード線、２０  固定子、２１〜２３  背面固定子鉄心、２４〜２９  側面固定子鉄心、３０〜３５  磁極歯部、３６  マッチマーク、４０〜４５  磁極片、４６ａ〜４６ｄ  非磁性部材、４７  ヌキカシメのカシメ位置、５１〜５３  磁束の流れ、８０  回転子、８１  回転子鉄心、８２〜８４  界磁用永久磁石、９０  回転軸、９１  軸受部材、９２  ブラケット、９３  フレーム、１１０  従来の電機子コイル、１２０  従来の固定子鉄心、ａ・ｂ  所定の隙間、Ｅ  ブリッジ部分、ｆ  分割面、ｈ  コイルエンドの長さ、ｓ  ブリッジ部分の径方向の厚さ、ｔ  非磁性部材の巾
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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