(57)【要約】【課題】  従来の直流回転機器では、回転に伴って変化する電流の向きを一定方向に揃えるための整流子が必要であり、これが直流回転機器の構造を複雑にしており、製作が容易でなく、機器の特性・寿命・価格などの点で今なお問題点を残している。【解決手段】  回転子の表面側の磁極を一極だけとし、回転子の軸部分側を他の一極となるように回転子を固定磁石で構成する。これにより、回転子から固定子内面に向かう放射状の磁束が、回転子の全周に亘って発生する。従って、固定子内部の導体線に流れる電流方向と放射状磁束の交差関係は常に一定となるので、電動機にあっては回転子が常に一定方向に回転し、従来の直流回転機器に不可欠であった「整流子」を一切必要としない、直流電動機、直流発電機、直流変圧機が得られる。【選択図】図１（Ａ）
2013070587.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電動機、若しくは直流発電機であって、
回転子と固定子とで構成され、
上記回転子はその全部が固定磁石で構成されるか、又はその一部が固定磁石、
残部が磁性体で構成され、
上記固定子は磁性体から成る固定子本体とサイドヨークとで構成され、
複数本の導体線から成る内部導体線群を、上記回転子と対面する固定子本体の内面全面に亘って、又は、上記の内部導体線群を分割・分散して上記固定子本体内面の所望位置に敷設し、
上記の内部導体線の方向と回転子軸方向との成す角度については、平行か、又は斜めに交差する関係にあり、
上記各内部導体線の両端の線を、上記固定子本体又は上記サイドヨークに設けられた引き出し窓を通して外部に引き出し、
上記引き出し窓にあっては、引き出し窓形状の長手方向に沿う引き出し窓中心線を、上記固定子本体又は上記サイドヨークの中を流れる磁束の方向と平行になるように引き出し窓を配設し、
固定子外部に取り出された上記内部導体線の両端線またはこれらの両端に接続されたリード線を直列、並列、又は上記の並列した線群を更に直列接続し、
上記により接続された内部導体線群を、直流電動機にあっては駆動用の導体線群として、又、直流発電機にあっては発電起電力の取り出し導体線群として用いることを特徴とする直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項２】
上記固定子外部に取り出した内部導体線の各両端の導線の各々を直列接続する代わりに、上記固定子本体をコアとして内部導体線を含む導体線をコイル状に巻き線したことを特徴とする請求項１に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項３】
上記固定子内面に１個又は分割して敷設する各々の内部導体線群として、可撓性のあるプリント基板上に印刷法により内部導体線群を形成した「内部導体線ユニット」を用いることを特徴とする請求項１に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項４】
上記固定子本体の内面形状に倣う湾曲した形状と高透磁率とを有する板状コアに、内部導体線を含む導体線を巻き線した「巻き線ユニット」を構成し、
上記「巻き線ユニット」にあっては、リターン線（磁束と直交する正規の内部導体線以外の巻き線部分）は、上記板状コアの側壁を通って板状コアの表面の内部導体線となり、
又、上記リターン線が磁束と直交する側壁を通るに際しては、上記板状コアの端部にある庇状部分またはＵ字溝部分と上記固定子内面壁とで形成される磁気シールドトンネル内にリターン線を通し、
上記固定子内面に１個または分割して敷設する各々の内部導体線群として、上記構成に成る「巻き線ユニット」を上記固定子内面に固着させたことを特徴とする請求項１に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子において、
回転子が回転子本体と回転子軸近傍に位置する内部軸部と回転子軸の三者で構成され、
回転子本体と回転子軸は磁性体材料で構成され、
回転子本体と回転子軸との中間に位置する内部軸部は、回転子軸よりも太く、
かつ、回転子本体よりも細い直径を有し、
上記の内部軸部は円柱状の固定磁石で構成され、互いに対向する側の内部軸部の磁極が同一の極性となるようにして、回転子本体・内部軸部・回転子軸の三者の中心軸を一致させてこれらを組み立てて一体化して回転子を構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転子において、
磁性体から成る回転子本体と回転子軸とで構成された回転子に対し、
上記の回転子本体の主面（固定子本体の内面に対面する面）に、円筒状固定磁石を嵌合・固着し、
上記の円筒状固定磁石は、円筒状外側面がＮ極（又はＳ極）であり、その内側面がＳ極（又はＮ極）であるように磁化されており、
上記の構成から成る回転子を用いたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流電動機若しくは直流発電機。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載する直流電動機において、複数個に分割した内部導体線群の一つを一次側の入力端子とし、残る他の内部導体線群を二次側の出力端子として使用し、一次側入力端子に変圧すべき電圧を加えて上記の直流電動機を動作させ、二次側出力端子から変圧された電圧を得ることを特徴とする直流変圧機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は直流回転機械に係り、特に、整流子を必要としない直流電動機、直流発電機、及び直流変圧機に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来の直流回転機器（直流電動機、直流発電機）においては、周知のように、常に一定方向に回転力が得られるように、あるいは、常に一方向への電流を外部回路に取り出せるようにするために、「整流子」が必要であった。整流子は「ブラシ」と接触しながら回転するので、接触不良、破壊、雑音の発生などによる問題がある。さらにまた、直流電動機・発電機に共通するが、固定子の内部空間において、多くの場合、固定子や回転子の磁極（Ｎ極、Ｓ極）が偏在しているので、電流、トルクなどが変動し、動作の不安定性、交流分による渦電流損失の発生などが避けられない欠点があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】公開特許公報  特開２００９−１８９２２４
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】多田  隈進、石川  芳博、常広  譲  著、「電気機器学基礎論」、電気学会、２００４年９月２０日  発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  上述のように、従来の直流回転機器（直流電動機、直流発電機）においては、回転によって変わる電流の向きを一方向にするための整流子があり、そのため、電流の脈流、脈流による渦電流損失・雑音があり、電気的性能が不安定でかつ機器が壊れやすかった。また、従来の直流電動機、直流発電機では、回転円周内に磁極対（Ｓ／Ｎ）が一対以上あるので、回転に際して引力と反力が働き、回転トルクが変動する。このため振動が発生し、回転エネルギーの損失や騒音の発生などの欠点があった。【０００６】  また、直流の電圧を自由に変換する直流変圧機がなかったので、発電、送電、配電を効率よく行うことが出来なかった。このため、直流を利用した、発電から送電、配電を自由に効率よく組み合わせた電力発電、送電、配電からなる送・配電網を組むことが不可能であった。
本発明の目的は、整流子を必要とせず、また、回転トルク変動の極めて少ない直流電動機、直流発電機、直流変圧機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  従来の問題点を解消する本発明の原理を、図１を用いて説明する。図１（Ａ）は、本発明による電動機の回転軸を通る垂直面で切断した断面の模式図である。また、図１（Ｂ）は、図１（Ａ）のＰ−Ｐ面から見た模式断面図である。図１（Ａ）に見るように、磁性体からなる固定子は、円筒状の固定子本体１２０とその両側に接続・固定されているサイドヨーク１２５とで構成されている。サイドヨークには、その中央部に貫通孔を設け、回転子軸受け部１１７としている。回転子１１０は、固定子の内部に収容されており、その一部又は全部が固定磁石（永久磁石）で構成されている。図示のように固定子本体と対面している回転子の表面は、すべて、例えばＮ極（又はＳ極）であり、表面から離れている回転子軸部１１５はＳ極（又はＮ極）であるように磁化された回転子である。【０００８】  上記構造の回転子の場合には、図１（Ｂ）に示すように、回転子表面のＮ極から発した放射状の磁束１０５は、対面する固定子本体１２０の内面に進入し、固定子本体の内部を通って両端にあるサイドヨーク１２５に流入する。更に磁束は回転子軸部１１５から回転子内部を通ってＮ極に還流している。【０００９】  一方、固定子本体には電動機の駆動用コイルが巻かれている。本例では、図１（Ｂ）に示すように４箇所に分散して配置された、第１巻き線１３０、第２巻き線１４０、第３巻き線１５０、第４巻き線１６０がある。各巻き線は、例えば第１巻き線１３０に見るように、固定子本体の貫通孔（図示せず）を通して内部導体線１３２が敷設された後、再び貫通孔を通して導体線は固定子本体の外側に出たのち、固定子本体の外面に添うように敷設されるリターン線１３５となる。巻き線の両端部も固定子本体の外側に引き出されて、引き出し導体線１３７、１３８となっている。【００１０】  なお、以上に記載した各呼称の「線」（例えば「内部導体線」）とは、当然ながら表面に絶縁膜被覆が施された導体線を指す。また、磁性体材料としては例えば珪素鋼、パーマロイ、固定磁石としてはフェライト磁石、ネオジウム磁石などであるが、これらに限定されるものではない。以下の明細書中での記述についても同様である。さらに、図面は模式的に描かれたものであり、巻き線数が極端に少ない「単層巻き」として描かれているが、もちろん「多層巻き」構造でもよく、巻き線数も図示に限定されるものではない。【００１１】  固定子本体の内面に敷設される内部導体線（例えば１３２）については、導体線の配置方向を回転子の軸方向と、大略、同一にしてある。今、巻き線に電流を流した場合には、例えば、図１（Ｂ）の第１巻き線１３０の矢羽根・矢尻印のような電流方向になり、当然ながら各内部導体線には皆同一の方向に電流が流れる。そして、この電流は回転子の外周面から固定子本体の内周面に向かう放射状の磁束と直交しており、かつ、「フレミングの左手則」により磁束との相互作用が最も大きくなる交差関係にあり、固定磁石で構成された回転子はフレミングの左手則に従う方向に回転する。【００１２】  以上の説明では、固定子本体の内面に敷設する複数の内部導体線の方向と回転子の軸方向とを、大略、平行にするとしてきたが、これは導体線中の電流と固定子〜回転子間の磁束とを直交させ、その交互作用を最大に成らしめるためである。しかしながら、内部導体線方向と回転子軸方向とを、大略、平行とすることが必須の要件ではない。場合によっては、内部導体線の方向が回転子の軸方向と斜めに交差するように内部導体線を配置しても差し支えない。この場合には、磁束との交互作用を考慮すると、斜め交差により内部導体線の有効な長さは実際の長さよりも短くなってしまうので、その分だけ製造に要する導体線量を多く使うことになるが、回転中の単位時間当たりに換算した導体線の有効長さは導体線が磁束と直交する場合と比べて殆ど変わらない（但し、導体線群を分割して分散配置した場合には、分散度合いが多いほどロスが多くなる）。以上を考慮・容認できれば、内部導体線の方向が回転子の軸方向と斜めに交差するような内部導体線の敷設も可能である。【００１３】  ここで注目すべきことは、内部導体線に流れる電流の方向と放射状磁束の交差関係は、回転子の回転位相角とは無関係に回転子の回転方向は常に一定していることである。このことにより、回転子は、整流子が存在しなくても常に一定方向に回転することが可能となる。【００１４】  以上は、電動機について説明したが、上記と全く同様の構造からなる発電機を考えた場合、固定磁石からなる回転子を外力で回転させた場合に、電動機の場合と全く同じ原理により、巻き線から取り出される発電起電力の極性方向は、回転子の回転位相角とは無関係に常に一定している。このことにより、整流子を必要としない直流発電機が実現できる。【００１５】  次に、本発明の直流変圧機について説明する。図１（Ｂ）に見るように、４個の巻き線（第１〜４巻き線）が固定子本体に設けられている場合を考える。第１巻き線１３０を変圧機の１次側巻き線、第２〜４巻き線１４０、１５０、１６０を２次側巻き線とする。今、第１巻き線（１次巻き線）に直流電圧を加えると、電動機の機能により回転子が回転する。これにより、第２〜４巻き線には、巻き線数に応じた発電起電力が発生し、変圧機の２次側出力となる。したがって、直流電動機と直流発電機を直結させて直流変圧を行う従来の方式に比べて、本発明では回転式の一個の変圧機だけで直流電圧の変圧が可能になる。【００１６】  以上述べた本発明の電動機、発電機、変圧機の主な特徴を下記に示す。
（１）回転子の主面（固定子本体内面に対面している面）の磁極をＮ極（又はＳ極）の一極だけとし、回転子の軸部分側を他の一極であるＳ極（又はＮ極）となるように回転子を構成する。これにより、回転子主面から固定子本体内面に向かう放射状の磁束が、回転子主面の全周に亘って発生する。
（２）上記固定子の内面には複数の内部導体線を敷設し、導体線の配置方向を回転子の軸方向と、大略、同一の方向とするが、導体線の使用量のロス分を容認できれば、斜め方向に内部導体線を敷設しても差し支えない。
（３）以上の構成により、内部導体線に流れる電流と放射状磁束の交差関係は、回転子の回転位相角とは無関係に常に一定となるので、電動機にあっては回転子が常に一定方向に回転し、また、発電機（又は変圧機）にあっては発電起電力の極性が常に一定になる。
（４）すなわち、従来の直流回転機器に不可欠であった「整流子」を一切必要としない、直流電動機、直流発電機、直流変圧機が得られる。
（５）回転円周内にはＮまたはＳ極の一極しか存在しないので、回転に対するトルク変動が極めて少なく、このため、回転時の振動やエネルギー損失が少なく、極めてスムーズで静かな回転が得られる。【００１７】  次に、本発明を構成する巻き線（内部導体線）、回転子、サイドヨークなどについて、以下に詳細を説明する。【００１８】  まず、内部導体線を敷設する方法として、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示すようにコイル状の巻き線を例に挙げた。この場合に、固定子内面の内部導体線を敷設する部分に「スロット」を設け、この中に内部導体線を挿入する方式でも良い。また、内部導体線の一本ずつを、その両端を延伸して固定子本体を貫通する引出し窓から固定子外部に引き出しても良い。この場合の引き出し線は、巻き線の場合のリターン線１３５、１４５に相当するが、固定子の外部にあるため、放射状磁束とは一切交差しないので、引き出し線同士を自由に引き回して接続することができる。内部導体線に電流を供給する直流電源との整合性を図る目的で、例えば、内部導体線を数本まとめて並列接続を成し、更に、この並列接続された導体線群の幾つかを直列接続することができる。これにより内部導体線群の合成抵抗値を所望の値に調整し、駆動用直流電源の電圧・電流との整合を取ることが容易になる。【００１９】  さらに、内部導体線を敷設する別の方式として、予め内部導体線群を基板上に設け、これを固定子本体の内面に取り付ける方式がある。具体的には、可撓性のあるプリント基板上に複数本の導体線を印刷配線し、各導体線の両端に引き出し線を接続した「内部導体線ユニット」である。あるいはまた、磁性体からなる板状コアの表面に複数本の導体線を巻きつけて「巻き線ユニット」とする。表面に導体線を巻きつける際のリターン線は、板状コアの側壁をめぐり、表面の内部導体線と平行になるリターン部分については、実質的に磁気シールドされたトンネル内をリターンするように構成される。【００２０】  以上述べた「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に装着する方式は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）に示す巻き線方式に比べて製作が容易である。特に、変圧機を製作する際には、各種の変圧比仕様に対応した「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」を予め準備しておくことができるので、製造上、大きな利点がある。【００２１】  上記の「内部導体線ユニット」や「巻き線ユニット」の引き出し線を固定子の外部に取り出すには、固定子本体やサイドヨークに設けられた引き出し窓を用いる。このときに、引き出し窓が固定子本体やサイドヨーク内の磁束の流れを極力妨げることのないように、その形状を磁束の方向に沿う長孔とし、そのサイズも必要最小限に抑える必要がある。これにより、リード線引き出し窓の設置による固定子本体やサイドヨーク部分の磁気抵抗の増加を最小限に抑える。【００２２】  以上述べた内部導体線については、コイル状巻き線、内部導体線ユニット、巻き線ユニットを問わず、これを固定子本体の内面全面に亘って敷設してもよく、また、何箇所かに分割・分散して敷設してもよい。【００２３】  次に、回転子の構造について述べる。上述のように、回転子の主面（固定子本体の内面に対面している面）の���極をＮ極（又はＳ極）の一極だけとし、回転子の軸部分側を他の一極であるＳ極（又はＮ極）とする。上記の極性になるように回転子全部を固定磁石で構成する。あるいは、回転子を磁性体で構成し、その一部に固定磁石を組み込む構造としても良い。この場合には、回転子全体でみたときに最も磁気抵抗が大きい回転子軸近傍の部材に棒状の固定磁石を組み込む構造が好適であり、磁気抵抗の低減にも効果がある。【００２４】  本発明における固定子本体〜サイドヨーク〜回転子からなる磁気回路の磁気抵抗の低減に関しては、上記の改善策の他に、回転子軸受け部での工夫がある。すなわち、軸受け部分ではサイドヨークと回転子軸との間にギャップができているので、この部分では磁気抵抗が増加している。このため、サイドヨークの軸受け部分の板厚を周縁部分に比べて厚くする構造とした。これにより、回転子軸面とこれに対向するサイドヨーク軸受け面との対向面積が増加するので、この部分の磁気抵抗の増加を低減できる。
【発明の効果】
【００２５】  本発明の直流電動機は、出力トルク変動がなく、静かで効率が高く、低雑音で故障が少なく、優れた耐久性を示す。また、本発明の直流発電機では、脈流の少ない直流電流が容易に発生し、しかも、低雑音で故障が少なく、優れた耐久性を示す。さらに、本発明により実現できた直流変圧機は、脈流の少ない直流電圧を種々の安定した直流電圧に変換するのみならず、脈流のある直流電圧から、脈流、雑音等の少ない所望の直流電圧に変換することができる。特に本発明の直流変圧機は、効率的な直流送電・変電・配電システムに応用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１（Ａ）】本発明の電動機の模式断面図
【図１（Ｂ）】図１（Ａ）のＰ−Ｐ切断面における模式断面図
【図２（Ａ）】本発明の実施例１における電動機の模式断面図
【図２（Ｂ）】本発明の実施例１における回転子の模式断面図
【図２（Ｃ）】本発明の実施例１における巻き線の模式平面図
【図２（Ｄ）】本発明の実施例１における固定子軸受け端部の模式断面図
【図３】本発明の実施例２における回転子の模式断面図
【図４（Ａ）】本発明の実施例３における電動機の模式断面図
【図４（Ｂ）】本発明の実施例３における「内部導体線ユニット」の模式平面図
【図５（Ａ）】本発明の実施例４における「巻き線ユニット」の模式断面図
【図５（Ｂ）】本発明の実施例４における「巻き線ユニット」の模式平面図
【発明を実施するための形態】
【００２７】  以下に、本発明の実施例につき図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００２８】  図２（Ａ）は、本発明の実施例１による電動機の回転子軸方向に平行な断面図であり、図２（Ｂ）は本例における回転子の具体的な構造を示す断面模式図である。磁性体からなる円筒状の固定子本体２２０の側方に同じく磁性体からなるサイドヨーク２２５が接続されて電動機の固定子を構成している。【００２９】  本例では固定子本体の２箇所に第１巻き線２３０、第２巻き線２４０の二つの巻き線が設けられており、これが電動機の駆動用コイルになっている。以下、巻き線の構造を第１巻き線について説明する。図２（Ｃ）は、第１巻き線を固定子本体の内側から見た模式平面図である。固定子本体２２０に貫通して設けられた導体線の引き出し窓２２２を通って、導体線が固定子本体の内側・外側を通ってコイル状に巻かれており、巻き線の両端は引き出し導体線２３７、２３８として固定子本体の外側に引き出されている。固定子本体の内側には、回転子２１０の軸方向にほゞ平行な方向に導体線（内部導体線２３２）が敷設されていることになる。【００３０】  今、巻き線に電流を流したとすると、当然ながら、各内部導体線２３２には、それぞれ同一方向に電流が流れる。また、導体線を取り出すために設けられている引き出し窓２２２は、固定子本体の中を流れる磁束に対して少なからず障害になるので、細長い貫通孔の方向を磁束の流れ方向に平行になるようにし、また、必要以上にそのサイズを大きくしないように留意する必要がある。これにより、固定子本体内の磁気抵抗の増加を低減できる。【００３１】  上記のように構成された固定子の中に回転子２１０が収容されている。サイドヨークの中心部分には、回転子軸２１５を支持するための回転子軸受け部２１７がサイドヨークを貫通する形で設けられている。また、回転子軸２１５と連結し、回転子軸よりも直径の大きな内部軸部２１２が設けられている。図１（Ａ）に示したように、回転子の中を通る磁束に対して、直径が細くなる回転子軸２１５の部分では比較的大きな磁気抵抗が生じる。このため、回転子本体２１１と回転子軸２１５の間にある内部軸部２１２は、回転子軸２１５よりも直径を太くして磁気抵抗の増加を抑えている。【００３２】  同じような理由で、回転子軸受け部２１７に接するサイドヨークの貫通孔の部分におけるサイドヨークの肉厚を厚くして、回転子軸受け部での磁気抵抗の増加を抑えている。【００３３】  次に、回転子について説明する。図２（Ｂ）は、本例の回転子の詳細構造を示す軸方向の模式断面図である。回転子２１０は、磁性体からなる回転子本体２１１と円柱状固定磁石からなる内部軸部２１２と磁性体からなる回転子軸２１５とで構成されている。固定子と回転子で構成される磁気回路では、回転子軸付近で最も磁気抵抗が高くなるので、この付近に位置する内部軸部２１２を固定磁石で構成することが、磁気回路の磁気抵抗の増加を低減する上で効果的である。【００３４】  また、固定磁石で構成されている回転子は、サイドヨークとの間に磁気吸引力が発生する。この吸引力は、軸方向でほゞバランスするが、完全にはゼロにはならないので、内部軸部２１２とサイドヨーク２２５との間で摩擦抗力が発生する。このため、内部軸部の側面とサイドヨークの内側面の間にスラ���トベアリング２６５を挿入して、摩擦抗力の低減を図っている。同様に、回転子軸受け部２１７で生じる摩擦抗力の低減のために、ラジアルベアリング２６０を設けている。【００３５】  図２（Ａ）に示す本例の直流電動機では、第１巻き線２３０と第２巻き線２４０を固定子外部で直列に接続し、これに電流を供給すれば、回転子が回転する。第１巻き線と第２巻き線の仕様が同一であれば、これらを並列接続して運転することも可能である。また、本例では固定子が二つの巻き線を持つ構造を示したが、二つ以上の巻き線であってもよく、また、一つの巻き線を固定子本体の内面全面に亘って敷設しても良い。更には、巻き線を複数に分けて敷設する方式では、各巻き線を直列・並列・直並列など所望の接続を行えば、駆動用の直流電源との整合が取りやすくなる。【００３６】  次に、図２に示す直流電動機を直流変圧機として使用する例を説明する。今、第１巻き線２３０のみに直流電圧を加えて回転子を回転させ、第２巻き線２４０から発生起電力を取り出せば、直流変圧機として動作させることができる。この場合、一次側の第１巻き線の巻き線数と２次側の第２巻き線の巻き線数の比に相当する変圧比で直流電圧を変圧できる。【００３７】  なお、本例のような変圧機として動作させる場合には、回転子軸受け端部を図２（Ｄ）に示す構造とすることが可能になる。図２（Ｄ）は、回転子軸受け端部の模式断面図であり、回転子軸２１５の終端部分に磁性体からなるシールドキャップ２２７を設けている。変圧機においては回転子軸をサイドヨークの外側まで露出させる必要がないので、シールドキャップにより回転子軸端部からサイドヨークの外側に漏れ出す磁束をシールドすることができる。また、図示を省略するが、シールドキャップとサイドヨークを一体化して、回転子軸受け部分を袋状の構造としてシールド効果を得ることも可能である。
【実施例２】
【００３８】  図３は、本発明の実施例２による回転子の構造を示す模式断面図である。本例の回転子３１０は、円筒状固定磁石３１３と磁性体から成る回転子本体３１１、回転子軸３１５とで構成されている。円筒状固定磁石は磁性体からなる回転子本体に嵌合・固着されている。また、円筒状固定磁石の外側面はＮ極（又はＳ極）であり、内側面はＳ極（又はＮ極）となっている。上記の円筒状固定磁石を回転子本体に嵌合・固着したことにより、回転子軸の部分はＳ極（又はＮ極）に磁化される。なお、回転子本体３１１の形状は、これに限定されるものではなく、図２（Ｂ）に示したように、回転子本体の肩部にテーパをつけた形状も有りうる。
【実施例３】
【００３９】  内部導体線を固定子本体の内面に敷設する際の別の方式を以下に述べる。本例では、３個の「内部導体線群」を可撓性のあるプリント基板上に印刷法により形成し、これを「内部導体線ユニット」として固定子本体の内面に固定している。図４（Ａ）は、上記のプリント基板式の３個の「内部導体線ユニット」４１０を固定子本体内面に装着した構造を示す模式断面図であり、また、図４（Ｂ）は、上記のプリント基板式「内部導体線ユニット」の模式平面図である。【００４０】  図４（Ｂ）に見るように、可撓性のあるプリント配線用基板４３２の上に印刷法により内部導体線４３０が設けられている。図示を一部省略しているが、各導体線の端末４３３には、各導体線を固定子の外部に引き出すためのリード線４３７が接続されており、これらのリード線は纏められて引き出し窓４２２を通して固定子外部に引き出されている。本例では、引き出し窓はサイドヨークに貫通孔として設けられているが、固定子本体の所望の場所であっても良い。【００４１】  このとき、引き出し窓が、サイドヨークや固定子本体の内部の磁束の流れの抵抗となることを最小限に抑える必要がある。このため、磁束の流れ方向に対する引き出し窓の断面積を必要最小限とし、また、引き出し窓の長手方向に沿う形状中心線を、固定子又はサイドヨークの中を流れる磁束の方向に平行となるように引き出し窓を配設する。【００４２】  リード線により引き出された各内部導体線については、これらを直列に接続したのち、同種の別箇所の「内部導体線ユニット」と直列、又は並列接続して、直流電動機にあっては、これを駆動用の内部導体線群として用い、また、直流発電機にあっては、これを発電起電力を取り出すための内部導体線群として用いる。
【実施例４】
【００４３】  内部導体線を固定子本体の内面に敷設する際の更に別の方式を以下に述べる。本例では、板状磁性体コアに導体線を巻き線し、この「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に固定している。図５（Ａ）は、上記の「巻き線ユニット」を固定子本体の内面に固定した状態の模式部分断面図である。また、図５（Ｂ）は、上記の「巻き線ユニット」の模式平面図である。【００４４】  以下、巻き線ユニット５２０Ａの詳細を以下に説明する。図示のように、磁性体からなる板状コア５１０は、固定子本体４２０の内面に密着・固定されるので、固定子の内面の曲率に倣って湾曲している。また、板状コアの内部導体線５３０と平行する側壁部分には「庇状凹部」を設けている。隣り合う板状コアが各々の側壁部分で密着したときに、固定子本体の内壁と庇状凹部とで磁気シールドトンネルを形成する。【００４５】  次に、巻き線ユニット５２０Ａを例にして、更に詳しく巻き線状態について説明する。図５（Ａ）の内部導体線５３０に記している矢羽根印や矢尻印は、仮に内部導体線に電流を流したとしたら、各内部導体線にはこのような向き（又は逆向き）に電流が流れることを示している。各スロット５６０にある内部導体線５３０の中を流れる電流は全て同じ方向に流れる。本例では、回転子に対面する板状コア面に、回転子軸方向とほゞ平行な方向にスロット５６０が設けられている。これにより、板状コア上での内部導体線の位置決めと固定が容易になる。【００４６】  以下に板状コアの巻き線状態を図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照しながら説明する。巻き線導体線は、例えば、板状コアの側壁にある「庇状凹部」の中をリターン線の２（５３２）として通り、次にコア上面のスロット５６０の中を通って反対側のスロット出口からリターン線の１（５３１）として最初の「庇状凹部」に向かう。更に、このリターン線５３１は、一度通過した「庇状凹部」の中を通り、リターン線の１（５３１）としてコア側壁を通り、再びコア面上の次のスロットの中に入る。【００４７】  以上を繰り返して巻き線作業が進行する。スロットの半数が巻き線されたときに、リターン線の２（５３２）をそれまでと反対側にある「庇状凹部」の中を通るように変更する。その後は、同様の巻き線作業を行い、全部のスロットに内部導体線を配設し、巻き線の両端にある導体線を引き出し導体線５３７として、所望の引き出し窓（図示せず）から固定子の外部に引き出す。【００４８】  本例では、固定ボルト５８０を用いて巻き線ユニット５２０Ａ、５２０Ｂ、５２０Ｃを固定子本体の内面に密着・固定している。なお、上記によらずに、接着剤により固着させてもよく、密着・固定がなされれば、固定方法を限定するものではない。【００４９】  なお、本例では固定子本体のほゞ内面全面に亘って巻き線ユニットを敷設する例を示したが、巻き線ユニットの幾つかを固定子本体の内面に分散配置しても良い。このとき、隣り合う巻き線ユニットが存在しない巻き線ユニットでは、側壁にある庇状凹部のみでは磁気シールドトンネルを形成できない。このため、このような巻き線ユニットの板状コアの側壁側には、Ｕ字溝を設ける。この構造を持つ巻き線ユニットを固定子本体の内面に取り付ければ、板状コアの端部に設���られたＵ字溝と固定子本体の内面壁とで囲まれた空間を磁気シールドトンネルとして使用することができる。【００５０】  固定子の外部に引き出した導体線により、幾つかの巻き線ユニット同士を必要に応じて直列や並列に接続することができる。直流電動機とする場合には、これらの巻き線ユニットは駆動用の内部導体線群として機能し、また、直流発電機とする場合には、発電起電力の取り出し用の内部導体線群となる。【００５１】  なお、上述のように、本発明の回転子の構造については幾つかの実施例を示したが、これに限定されるものではない。すなわち、「課題を解決するための手段」の項で述べたように、磁性体材料からなる固定子の一部に固定磁石を組み込んで、回転子全体が磁化された状態が実現できればよい。固定磁石の組み込み方、回転子の各部の寸法比などは、用いる固定磁石や磁性体材料の特性、及びその加工上の制約などを考慮して決定される。【００５２】  また、実施例の説明においては内部導体線の方向を回転子軸方向に、大略、一致させるとしているが、これは必須の要件ではない。すなわち、両者の方向に角度ズレが生じても内部導体線の実際の物理的長さに比べて電磁的実効長が減少するだけであり、これを容認できれば、内部導体線の方向を回転子軸方向からずらして内部導体線を敷設することもできる。これによれば、斜め巻きした「巻き線ユニット」を用いることも可能である。【００５３】  更には、以上述べてきた種々の構造をもつ電動機においては、複数の内部導体線群が何箇所かに分散して敷設されていれば、これを直流変圧機として動作させることが可能である。すなわち、一箇所の内部導体線群を一次側の入力端子とし、残り他の箇所の導体線群を二次側の出力端子とする直流の変圧機となる。従来の方式に比べて、本発明では回転式の一個の変圧機だけで直流電圧の変圧が可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】  本発明の直流電動機、直流発電機は、従来から広く用いられている直流電動機、直流発電機との互換性が高く、産業上幅広く利用・応用が可能である。又、本発明の直流変圧機は、直流の変圧を必要とする設備・装置に利用可能である。
【符号の説明】
【００５５】１１０、２１０、３１０・・・回転子
１１５、２１５、３１５・・・・・回転子軸
１１７、２１７・・・・・回転子軸受け部
１２０、２２０、４２０・・・・・固定子本体
１２５、２２５・・・・・サイドヨーク
１３０、２３０・・・・・第１巻き線
１３２、１４２、２３２、２４２、４３０、５３０・・・内部導体線
１３５、１４５、２３５、２４５・・・・・リターン線
１３７、１３８、１４７、１４８・・・引き出し導体線
１４０、２４０・・・・・第２巻き線
１９０、２９０・・・・・固定子据付用脚
２１１、３１１・・・・・回転子本体
２１２・・・・・内部軸部
２２０・・・・・固定子本体
２２２、４２２・・・・・引き出し窓
２３７，２３８、２４７、２４８・・・引き出し導体線
２６０・・・・・ラジアルベアリング
２６５・・・・・スラストベアリング
３１３・・・・・円筒状固定磁石
４１０・・・・・内部導体線ユニット
４３２・・・・・プリント配線用基板
５２０Ａ、Ｂ、Ｃ・・・・・巻き線ユニット
５３１・・・・・リターン線の１
５３２・・・・・リターン線の２
５８０・・・・・固定ボルト
【図１（Ａ）】
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【図１（Ｂ）】
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【図２（Ａ）】
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【図２（Ｂ）】
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【図２（Ｃ）】
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【図２（Ｄ）】
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【図３】
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【図４（Ａ）】
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【図４（Ｂ）】
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【図５（Ａ）】
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【図５（Ｂ）】
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