(57)【要約】      （修正有）【課題】電動機の巻線スペースの占積率を高め、低トルク、低回転でのスムーズな起動を可能にする。【解決手段】平角導線と、該導線の周りを被覆する絶縁被覆と、該絶縁被覆の周りをさらに被覆する融着被覆とを備える平角融着導線を空芯アルファ巻した電磁コイルを電動機の電機子１、回転子５の円周上に合致するように湾曲成形し導体収納溝のない電機子に装着固定したことを特徴とする電動機は、コキングトルクの無い高効率電動機を提供する。【選択図】図１
2007288933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平角導線と、該導線の周りを被覆する絶縁皮膜と、該絶縁皮膜の周りをさらに被覆する融着皮膜とを備える融着導線（以降融着導線と言う）をもちい空芯アルファ巻成形した電磁コイルを導体収納溝のない電動機の電機子に、装着固定した事を特徴とする電動機。
【請求項２】
平角融着導線を空芯アルファ巻単体または、積層成形した電磁コイルを導体収納溝のない電動機の電機子、界磁コイルに装着固定した事を特徴とする電動機。
【請求項３】
平角融着導線を空芯アルファ巻単体または、積層成形した電磁コイルの巻芯空間部分に隣接コイルの軸方向長辺部分をコイル厚さ寸法範囲内で円周面上に段差及びコイル間の接触なく2種類のコイルを組合せ、導体収納溝のない電動機の電機子に装着固定した事を特徴とする電動機。
【請求項４】
電機子及び界磁コイルに装着された複数個の電磁コイルの端面が相互に接触しないように成形されたことを特徴とする電磁コイルを有する電動機。
【請求項５】
導体収納溝のない電機子、界磁コイルに平角融着導線を空芯アルファ巻成形した電磁コイルを装着固定した、コキングトルクの無い請求項１から４の電動機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平角融着導線を用い空芯アルファ巻電磁コイルを成形し、成形した電磁コイルを導体収納溝のない発電機の電機子または界磁コイルの円周部分に隙間無く装着固定した事を特徴とする電動機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
発電機の性能向上のためには電磁コイルの巻線密度向上させる方法が一般的であるが従来の発電機においては、巻線スペース形状は角錐台であり巻線時、巻形状が崩れるため巻線スペースに対する占積率を高くする事が極めて難しい。更にスロットタイプ（導体収納溝ありと類似構造）で発電出力を大きくする為には巻線数を多くするため、銅損が増加しトータル効率が低下する等の欠点を有している。またスロットタイプにはコキングトルクがあり、起動時に大きなトルクが必要のため小さい駆動出力では始動しない等の欠点を有していた。
【０００３】
また起動トルクを小さくするためにスロットレスタイプにした場合には、磁束密度が低下するため巻線を多くする必要があった。コキングトルクは小さくなるが巻線数が多い事による銅損が増加し結果として効率低下を招くと言う欠点があった。
【０００４】
更に従来構造の発電機は、スリット構造のため鉄心溝による鉄損、スリットによるコキングトルクの発生、極間の磁気吸引力の変動によるトルク変動を伴い、低起動トルク駆動用としては向かないと言う欠点があった。
【０００５】
特許文献１では、スロット占積率を向上させる為スロット断面形状に合う平角線を装着する事によりスロット占積率を向上することが出来、伝熱抵抗を格段に減少させることが出来、伝熱抵抗減少により温度上昇による損失の増加を低減でき、小型化ができるとあるが当該特許は、スロットに平角線を挿入していく方法であり本発明が使用する平角融着導線空芯アルファ巻成形電磁コイルは、巻線後電機子の円周上に隙間無く配置できるように湾曲成形加工し装着固定することにより、高い占積率をもつ発電機に関するものである。更に特許文献２においては、テース部分に占積率が高くなるように巻線する為に、板厚さを変えた平角線をテース部分に巻き、占積率を向上させることを目的とした平角線板厚さに関する発明であり、本発明が使用する平角融着導線空芯アルファ巻成形電磁コイルは、巻線後電機子の円周上に隙間無く配置できるように湾曲成形加工し装着固定することにより、高い占積率をもつ発電機に関するものである。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１６１０５０
【特許文献２】特開２００１−１８６７０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、巻線スペースをフルに活用し、尚且つ低トルクにおいてもスムースな起動が出来る事にある。平角融着導線を空芯アルファ巻にした後、平角融着導線を空芯アルファ巻単体または、積層成形した電磁コイルの巻芯空間部分に隣接コイルの軸方向部分をコイル厚さ寸法範囲内で、円周面上に段差及びコイル間の接触なく2種類のコイルを組合せ導体収納溝のない発電機の電機子に装着固定した。単体または積層電磁コイルを電機子、回転子の円周状曲線に合わせ成形し、導体収納溝のない発電機の電機子または、回転子に装着固定する事にある。回転子は界磁コイルであっても良い。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するために、平角融着導線を空芯アルファ巻にし、必要に応じて電磁コイルを単層または積層し、導体収納溝のない発電機の電機子または、回転子の巻線スペースに合致するように電磁コイルを湾曲成形し発電機の電機子または、回転子に2種類のコイルを円周状に隙間無く装着固定することにより、発電出力に必要な磁束と直角になる導線の占有密度はエアーギャップを除き９０％以上にする事が出来た。従来の発電機の巻線に対し同一空間内での線断面積の拡大と巻線数が改善できた。前改善により銅損が減少し発電効率が向上する事と、スロットレスにすることにより磁力による吸引力の変動が無くかつコキングトルクが発生しない。ここでエアーギャップとは電機子外周に固定された電磁コイルとマグネットと間の空間を言う。本発明に用いられる押圧加工されたコイルは厚み寸法が高精度となるため、マグネットや界磁コイルとの空間を小さく設計加工することができる。巻線密度が極めて高く、コキングトルクが無く低起動トルクで起動する発電機を提供する事にある。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の平角融着導線アルファ巻成形コイルを有した事を特徴とする発電機は平角融着導線アルファ巻単体または積層成形した電磁コイルを発電機の電機子の外周部分に装着固定する時、電磁コイルの軸方向の長辺部分が巻芯空間部分に挿入できるように成形し装着固定することにより、巻き線密度が高くすることができた。電磁コイルの結線は単相または三相結線をすることにより効率良く出力を得る事が出来る。コイル組合せが自由であるため多極化が容易である。さらに導体収納溝のない電機子にする事によりコキングトルクの無い発電機が完成し、起動時のトルクが極めて小さく、低トルク起動でもスムースに回転する。特に起動トルクの小さい動力からエネルギーを伝達する場合は、コキングトルクが始動のために致命的な欠点となっていた。本発明の平角融着導線を使用した空芯アルファ巻き成形電磁コイルを有した発電機はコキングトルクが極めて小さく、また巻線密度が高く極めて効率の高い発電機を提供する事ができた。コキングトルクが極めて小さいため、起動トルクの小さい風力発電等の発電機として最適である。また発電機を電動機と読み替えてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
平角融着導線を用い空芯アルファ巻きで単体または積層湾曲成形し、隣接する電磁コイルの巻き芯空間部分にも隣接電磁コイルの長辺部分を段差無く挿入出来るように成形し、導体収納溝のない発電機電機子の外周に隙間無く装着固定する。電機子に隙間無く装着固定する事により電機子の発電に関わる導体密度が高くなるため起電力が大きくなり、大きな電力がとれ、発電効率が高くコキングトルクの極めて小さい発電機が実現した。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本発明の発電機の立体図であって、１は電機子、２は固定軸挿入部、３は電機子の積層珪素鋼板、４は電機子コイル、５は回転子、６はヨーク、７はＮ極の永久磁石、８はＳ極の永久磁石を示す。
【００１２】
図２は、本発明の発電機電機子の立体図であって、９は固定軸挿入部、１０は電機子の積層珪素鋼板、１１は外側の装着電磁コイル、１２は内側の装着電磁コイル、１３は電磁コイル間の隙間を示す。
【００１３】
図３は、本発明の発電機回転子の立体図であって、１４はヨーク、１５はＮ極の永久磁石、１６はＳ極の永久磁石を示す。
【００１４】
図４は、本発明の発電機の断面図であって、１７は電機子、１８は固定軸、１９は回転軸、２０は外側の装着電磁コイル、２１は内側の装着電磁コイル、２２は回転子、２３はエアーギャップ、２４はＮ極の永久磁石、２５はＳ極の永久磁石、２６は電機子の積層珪素鋼板を示す。
【００１５】
図５は、本発明の発電機に使用した成形前の電磁コイルの立体図であり、２７は平角融着導線、２８は巻芯空間部分、２９は軸方向長辺部分を示す。図６は、本発明の発電機に使用した成形後電磁コイルの立体図であって、３０は湾曲部分、３１は平角融着導線、３２は巻芯空間部分、３３は引出しリード線を示す。図７は、外側装着電磁コイルの湾曲部拡大図であり、３４は外側装着湾曲部分、３５は平角融着導線、３６は巻芯空間部分を示す。図８は、内側装着電磁コイルの湾曲部拡大図であり、３７は内側装着湾曲部分、３８は平角融着導線、３９は巻芯空間部分を示す。
【００１６】
図９は電機子巻線の直列接続であって、４０は電機子コイル、４１は電機子コイル接続部分、４２は直列接続出力端子を示す。図１０は電機子巻線の並列接続であって、４３は電機子コイル、４４は電機子コイル接続部分、４５は並列接続出力端子を示す。
【００１７】
図１１は発電機の出力特性比較を示す。図１２は発電機の効率特性比較を示す。
【００１８】
平角融着導線で図５のように空芯アルファ巻きをし、更に電機子に密着するように湾曲成形する。要求出力電圧に合わせ電磁コイルは単体、または積層状態にし同様に電機子の円周に密着するように湾曲成形する。隣接する電磁コイルの巻き芯空間部分に隣りの電磁コイルの長辺部分が段差無く装着固定できるように成形し、電機子の外周部分に隙間無く装着固定する。電磁コイルの巻き始め、巻き終りをスターまたはデルタ結線をする事により三相出力を得る事が出来る。
【００１９】
更に低回転で十分な出力を得るために、発電機の巻き線の接続を図９のように直列接続する事により、低回転時高い出力電圧を得る事ができる、回転が速く発電量が大きい時は図１０のように並列接続し出力電流を多く取り銅損を少なくする事が出来る。回転数により最適な出力が得られ、尚且つ優れた効率で発電出来る発電機が得られた。
【００２０】
本発明の発電機に使用する空芯アルファ巻き単体または積層成形電磁コイルは、電機子の外周に隙間無く配置できるように湾曲成形をする。電磁コイルを電機子の円周上に配置した場合、電磁コイルの両端は相互に重なり合うため電磁コイル同士が接触し絶縁低下をする危険性がある。絶縁低下危険性を回避するために、図７、図８に示すように湾曲特殊成形し、電磁コイル間に隙間が出来るようにする。湾曲特殊成形した電磁コイルを導体収納溝のない電機子の外周に装着固定し出来上がったのが図２に示す電機子で、当該電機子と永久磁石を有する図３の回転子を組合せ図１の発電機が出来た。
【００２１】
本発明の発電機は、起動トルクが小さく、さらに鉄損、銅損が小さいため発電効率が高く、低速回転から発電電力が得られる。同等出力の発電機特性比較を図１１、図１２で示す。従来型発電機に比較し出力電流に対する発電効率は出力電流全域に渡り優れている事が解る、また出力電力については、出力電流に対し本発明の発電機は比例して増加に対し従来型では、出力電流に対し最大出力電力点が電流値の比較的小さいところにあり、それ以降については急激に低下する、従って最大出力電力の限界が早く、使用可能電流範囲が狭い、本発明の発電機は広範囲の電流値迄出力電力が得られ、大電流範囲まで使用できると言う利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明の発電機は、起動トルクが小さく、さらに鉄損、銅損が小さい為発電効率が高く、低速回転から発電電力が得られるため、駆動動力変動の大きな風力発電の発電機として最適である。更に低速回転から発電電力が得られるため、回転数の低い水力発電の発電機としても適している。従来の風力発電機では高速回転時には発電電力が得られるが、低速回転では発電電力が急激に低下する等の問題が有った。更に風速の小さい状態では風車の回転トルクが小さく発電機の起動トルクに達しない為回転しない等の問題が有った。本発明の発電機は起動トルクが極めて小さい為微風時においてもスムースに回転し、微弱であるが発電開始する特徴がある。本発明の発電機と風車、または水車を組合せることにより駆動エネルギーが小さいところから発電でき、また鉄損、銅損が小さい為発電効率が高く駆動エネルギーを有効に活用でき、マイクロ風力、小型水力等の普及に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の発電機の立体図。
【図２】本発明の発電機電機子の立体図。
【図３】本発明の発電機回転子の立体図。
【図４】本発明の発電機の断面図。
【図５】本発明の発電機に使用した成形前の電磁コイルの立体図。
【図６】本発明の発電機に使用した成形加工後の電磁コイルの立体図。
【図７】外側装着電磁コイルの湾曲部拡大図。
【図８】内側装着電磁コイルの湾曲部拡大図。
【図９】発電機の直列接続。
【図１０】発電機の並列接続。
【図１１】発電機の出力特性比較。
【図１２】発電機の効率特性比較。
【符号の説明】
【００２４】
１、１７、                電機子
２，９、                  固定軸挿入部
３、１０、２６、          積層珪素鋼板
４、４０、４３、          電機子コイル
５、２２、                回転子
６、１４、                ヨーク
７、１５、２４、          Ｎ極の永久磁石
８、１６、２５、          Ｓ極の永久磁石
１１、２０、              外側の装着電磁コイル
１２、２１、              内側の装着電磁コイル
１３、                    電磁コイル間の隙間
１８、                    固定軸
１９、                    回転軸
２３、                    エアーギャップ
２７、３１、３５、３８、  平角融着導線
２８、３２、３６、３９、  巻芯空間部分
２９、                    軸方向長辺部分
３３、                    引出し線
３４、                    外側湾曲部分
３７、                    内側湾曲部分
４１、４４、              電機子コイル接続部分
４２、                    直列接続出力端子
４５、                    並列接続出力端子
【図１】
2007288933.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007288933.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007288933.tif 000009
【図８】
2007288933.tif 000010
【図９】
2007288933.tif 000011
【図１０】
2007288933.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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