JPS5850507B2 - 直流機の電機子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流機の電機子に係り、特に整流作用を改善し
つる全く新規な直流機の電機子に関する。

従来の直流機の電気子は、電機子鉄心に多数の直線状の
スロットを設け、これらスロットのそれぞれに上および
下コイルからなる電機子巻線を線装している。

上および下コイルの、各別の整流子片に接続されるコイ
ル辺の数は通常ｌ〜５程度である。

第１図にコイル辺が１の場合のこの種電機子の概略構成
を示す。

図において、１０は電機子鉄心のティース、１１はスロ
ットである。

１２は電機子巻線で、１２ａ１．１２ａ２はその上コイ
ル、１２ｂｌ、１２ｂ２は下コイルである。

１３は整流子、１３ａ〜１３ｅは整流子片、１５はブラ
シである。

ブラシ１５の位置がＡの場合は、上コイル１２ａ０と下
コイル１２ｂ１ の整流が終った時点であり、この時の
電流変化ｄ ｉ ／ ｄ ｔによりスロット漏れ磁束φ
ｔが生じ、リアクタンス電圧ｅ ｒ ＝ｄ ４／ｄ ｔ
＝−Ｌｄ ｉ／ｄ ｔ （Ｌは整流コイルのインダクタ
ンス）が発生する。

そして、このリアクタンス電圧が火花発生限界電圧を越
えると、ブラシ１５の出口側端面に火花が発生して、直
流機の性能を左右することとなる。

ここで、第１図の場合はｌスロット中の上コイルのコイ
ル辺数が１であるから、整流子４が矢印方向に距離Ｔβ
だけ回転してブラシ１５の位置がＢにきた時の上コイル
１２ａ２．下コイル１２ｂ２に発生するりアクタンス電
圧は、上コイル１２ａ１ と下コイル１２ｂ１に発生す
るりアクタンス電圧と同−匝となり、各整流コイル間の
バラツキがない。

次に、第２図に１スロツト中の上コイルのコイル辺数が
２の場合を示す。

ブラシ１５の位置がＡの点で上コイル１２ａ１ と下コ
イルｂ１ の整流が終了し、Ｂの点で上コイル１２ｃと
下コイル１２ｄの整流が終了するが、Ａ点とＢ点での整
流時に発生するりアクタンス電圧ｅ、の匝が異なる。

すなわち、ブラシ１５の位置がＡの場合の上コイル１２
ａ１ と下コイル１２ｂ０ の整流電流によって生ずる
スロット漏れ磁束φｔは、同一スロット内にある上コイ
ル１２ｅと下コイル１２ｄがブラシで短絡されており、
その変化が抑制されるために、発生するりアクタンス電
圧力列・さくなる。

これに対し、ブラシ１５の位置がＢの場合の上コイル１
２ｃと下コイル１２ｄの整流電流によるスロット漏れ磁
束φｔは同一スロット内に短絡されたコイルがないため
、リアクタンス電圧が大きくなる。

この結果、整流性能は上コイル１２ｅと下コイル１２ｄ
に誘起されるリアクタンス電圧で左右される欠点がある
。

特に、コイル辺数がさらに多くなると、この傾向が大き
くなり、整流性能の良し悪しを決める無火花帯の幅が狭
くなる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、ｌ
スロット内に複数本のコイル辺が挿入きれている場合、
各整流コイルのインダクタンスを均一化して、整流性能
を向上することのできる直流機の電機子を提供するにあ
る。

この目的を達成するため、本発明は、回転子鉄心のスロ
ットを軸方向にコイル辺の数の整数倍に区分するととも
に、各区分の周方向位置を、スロットピッチをコイル辺
の数で割ったピッチずつ異ならせ、コイル辺がスロット
の各区分内の異なる各位置を通るように電機子巻線を巻
装したことを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を第８図ないし第６図について
説明する。

第１図および第２図は本発明が適用される直流電動機の
一例を示す上半部縦断側面図および縦断正面図である。

これらの図において、１は継鉄、２′、３は継鉄１に固
着された界磁鉄心および補極鉄心、４，５は界磁鉄心２
および補極鉄心３にそれぞれ巻装された界磁巻線および
補極巻線、６は継鉄１の両開口端部に取付けられたエン
ドブラケットで、これらの各部分１〜６により固定子が
構成されている。

７は前記エンドブラケット６に軸受８を介して支承され
たシャフト、９はシャフト７に固着された電機子鉄心で
、その外周部に多数のティース１０およびスロット１１
が形成されている。

１２はスロット１１内に巻装された電機子巻線、１３は
シャフト７に固着された整流子で、これらの各部分７〜
１３により回転子が構成されている。

また、１４はエンドブラケット６に取付けられたブラシ
保持器で、ブラシ１５を整流子１３に摺接するように保
持している。

外部からブラシ１５および整流子１３を介して電機子巻
線１２に電力を供給すると同時に、界磁巻線４に励磁電
流を流して主磁束を発生させると、この主磁束と電機子
巻線１２に流れる電流との相互作用により駆動力が生じ
るが、この際、電機子巻線１２に流れる電流は、ブラシ
１５による整流区間、つまり電機子巻線１２の一部が接
続されている整流子片間がブラシ１５で短絡され始めて
から、短絡が終了する期間内で反転する。

この時の電流変化ｄ ｉ ／ ｄ ｔとブラシ１５で短
絡される整流コイルのインダクタンスＬとの横でリアク
タンス電圧ｅ、が発生するが、前述のように、この（直
が火花発生限界電圧以上になると、ブラシ１５から激し
い火花が発生する。

このリアクタンス電圧を補償するために、補極鉄心３お
よび補極巻線５からなる補極を設けるが、このような補
償手段を設けても、前述の如きｌスロット内の各整流コ
イルのインダクタンスの差異によるリアクタンス電圧の
差異をすべて補償することは困難である。

そこで、本実施例では、第５図および第６図に示すよう
な電機子構造とする。

すなわち、この実施例のようにコイル辺数が２の場合は
、電機子鉄心９は積厚方向、つまり軸方向にそって２つ
に分割され、２つに分割された各鉄心部分は一方の鉄心
部分のティース１０ａ１．１０ａ２およびスロット１１
ａ１〜１１ａ３と他方の鉄心部分のティース１０ｂ〜１
０ｂ３釦よびスロット１１ｂ１〜１”１ｂ３の周方向位
置が互に−スロットピッチだけずれるように、配置され
ている。

なか、両鉄心部分の間は通風ダクトとして、利用するの
がよい。

そして、電機子巻線１２は、例えば一方の鉄心部分のス
ロット１１ａ２に挿入された上コイル１２ａ。

１２ｃについて説明すると、スロツ） １１ ａ２内で
は上コイル１２ａはスロットの左位置Ｉ、上コイル１２
ｃは右位置Ｈにあるが、他方の鉄心部分ではスロット１
１ａ２ と周方向位置がそれぞれ反対方向に−スロット
ピッチだけずれた２つのスロット１１ｂ２，１１ｂ３に
各別に挿入され、上コイル１２ａはスロット１１ｂ２の
左位置■となるように、つまり一方Ｏ鉄芯部分と他方の
鉄芯部分ではスロット内で゛のコイル位置が互に逆にな
るように、巻回される。

なお、上コイルの一部について述べたが、他の上コイル
や、下コイルについても同様に巻回岱れる。

以上のように構成された電機子では、第７図に示すよう
に、ブラシ１５の位置がＡの場合、上コイル１２ａと下
コイル１２ｂの整流電流によるスロット漏れ磁束は、こ
れらのコイル１２ａ。

１２ｂがスロツ）１１ａでは左位置■でこれらと同一ス
ロット内の右位置■にある上コイル１２ｃと下コイル１
２ｄがブラシ１５により短絡されているため、抑制され
るが、スロット１１ｂでは上コイル１２ａと下コイル１
２ｂが右位置■となるため、大きくなる。

これとは逆に上コイル１２ｃと下コイル１２ｄの整流が
終るブラシ位置Ｂの場合、スロット１１ａでは上コイル
１２ｃと下コイル１２ｄが右位置■であるため、スロッ
ト漏れ磁束が大きいが、スロット１１ｂでは上コイル１
２ｃと下コイル１２ｄが左位置■で、これらと同一スロ
ット内の右位置■にある上コイル１２ａと下コイル１２
ｂが短絡されているため、スロット漏れ磁束が小さくな
る。

この結果、上コイル１２ａと下コイル１２ｂ、および上
コイル１２ｃと下コイル１２ｄに誘起するりアクタンス
電圧は同一となる。

すなわち、各整流コイルのスロット漏れ磁束が同一１直
となるので、インダクタンスおよびインダクタンス１直
で左右されるリアクタンス電圧を均等化でき、各整流コ
イルの無火花帯の領域を同一にすることができる。

゛第５図会よび第６図の実施例では、コイル辺数が２の
場合について述べたが、コイ？し辺数が３の場合につい
ては第８図および第９図に示すような電機子構造とすれ
ばよい。

すなわち、電機子鉄心９は積厚方向にそって３つに分割
され、３つに分割された第１．第２．第３の各鉄心部分
は、第１の鉄心部分のティース１０ａ１〜１０ａ３ｈよ
びスロット１１ａ１〜１１ａ３と、第２の鉄心部分のテ
ィース１０ｂ１〜１０ｂ３およびスロット１１ｂ１〜１
１ｂ３と、第３の鉄心部分のティース１０ｃ１〜１０ｃ
３およびスロット１１ｃ１〜１１Ｃ３との周方向位置が
それぞれ−スロットピソチずつずれるように、配置され
ている。

そして、電機子巻線１２は、例えば第１の鉄心部分のス
ロツＮ１ａ２に挿入宮れた上コイル１２ａ。

１２ｃ、１２ｅについて説明すると、スロット１１ａ２
内ではこれらの上コイル１２ａ、１２ｃ。

１２ｅはそれぞれ左位置■、中央位置■、右位置■にあ
るが、第２の鉄心部分では、上コイル１２ａｅ １２
ｃはスロット１１ｂ２の中央位置■と右位置■、上コイ
ル１２ｅは他のスロット１１ｂ３の左位置■となり、さ
らに第８の鉄心部分では、上コイル１２ａはスロット１
１ｃ２の右位置■、上コイル１２ｃ、１２ｅはスロット
１１ｃ３の左位置■と中央位置■となるように、つまり
上コイル１２ａ〜１２ｃが第１〜第３鉄心部分のスロッ
トにおける各位置Ｉ、ＩＩ、ＩＩＩをすべて通るように
、巻回される。

なお、他の上コイルや、下コイルについても同様に巻回
される。

したがって、コイル辺数が３であるこの実施例の場合に
も、コイル辺数が２の前記実施列と同様に、各整流コイ
ルのスロット漏れ磁束が同一１直となり、同様の効果を
得ることができる。

また、前記各実施例では、コイル辺を横積みした場合に
ついて述べたが、第１０図ないし第１２図に示すように
、縦積みした場合にも同様に適用することができる。

すなわち、例えば一方の鉄心部分のスロット１１ａ２に
挿入された上コイル１２ａ、１２ｃについてみると、ス
ロット１１ａ２内では上コイル１２ａは同一スロット内
の最上方位置■、上コイル１２ｃは上方位置Ｈにあるが
、他方の鉄心部分では、異なるスロット１１ｂ２と１１
ｂ３に各別に挿入され、上コイル１２ａはスロット１１
ｂ２の上方位置■、上コイル１２Ｃはスロット１１ｂ３
の最上方位置工になる。

つまり、−万の鉄心部分と他方の鉄心部分ではスロット
内での位置１．ｌＩが互に逆となるように巻回される。

なお、下コイル１２ｂ、１２ｄについても、同様にスロ
ット内での位置、つ筺り下方位置■、最下方位置■が逆
になるように巻回される。

この縦積みで、コイル辺数が２の場合の整流状態を第１
８図に示す。

この実施例の場合においても、第１３図から判るように
、ブラシ位置Ａにおける上コイル１２ａと下コイル１２
ｂからなる整流コイル、およびブラシ位置Ｂにおける上
コイル１２ｃと下コイル１２ｄからなる整流コイルのス
ロット漏れ磁束は同一１直となシ、横積みの場合と同様
な効果を得ることができる。

以上、上コイルおよび下コイルのコイル辺数が２あるい
は３で、コイル辺が横積みと縦積み（１１合について述
べたが、コイル辺数が多くなっても、それに比例して電
機子鉄心の軸方向の分割数を多くするとともに、各鉄心
部分における電機子巻線位置を前記と同様の方法により
順次ずらせることにより、同様の効果を得ることができ
る。

以上述べたように、本発明によれば、各整流コイルの無
火花帯の領域を同一とし、総合的な無火花帯を著しく増
大することができる。

また、電機子鉄心のティースの位置が軸方向に対して順
次ずれているので、スロットリップルの影響による磁気
振動や騒音を小さくすることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の電機子のコイル辺数が１の
場合と２の場合における各整流状態を示す説明図、第３
図および第４図は本発明が適用される直流機の一例を示
す上半部縦断側柄図および縦断正面図、第５図および第
６図は本発明の一実施例に係る電機子の要部断面図およ
び要部側面図、第７図は第５図および第６図に示した電
機子の整流状態を示す説明図、第８図および第９図は本
発明の他の実施例に係る電鼾の要部断面図および要部側
面図、第１０図は本発明のさらに他の実施例に係る電機
子の要部側面図、第１１図は第１０図のＸ−Ｘ線断面図
、第１２図は第１０図のＹ−Ｙ線断面図、第１３図は第
１０図ないし第１２図に示した電機子の整流状態を示す
説明図である。 ９・・・・・・電機子鉄心、１０．１０ａ１〜１０ａ３
゜１０ ｂｌ 〜１０ｂ３ 、 １０ｃ１〜１０ｃ３
・・・・・・ティース、１１，１１ａ１〜１１ａ３．
１１ｂ１〜１ ｌ ｂ３． １１ ｃ、 〜１１ ｃ３
”−スｏット、１２・・・・・・電機子巻線、１２ａ、
１２ｃ＝ １２ｅ′＝・°゛上コイル、１２ｂ、１２
ｄ、１２ｆ・・・・・・下コイルＯ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多数のスロットを有する回転子鉄心と、この回転子
   鉄心のスロット内に巻装された複数本のコイル辺を有す
   る上コイルおよび下ケイルからなる電機子巻線とを備え
   たものにおいて、前記スロットを軸方向に前記コイル辺
   の数の整数倍に区分するとともに、この各区分の周方向
   位置を、スロットピッチを前記コイル辺の数で割ったピ
   ッチずつ異ならせ、前記コイル辺が前記スロットの各区
   分内の異なる各位置を通るように前記電機子巻線を巻装
   したことを特徴とする直流機の電機子。 ２、特許請求の範囲第１項にわいて、前記スロットの区
   分位置を通風ダクトに対応させ、この通風ダクトで前記
   コイル辺を折り曲げて前記スロットの各区分に挿入した
   ことを特徴とする直流機の電機子。