DE4442283A1

DE4442283A1 - Dynamo machine with pairs of permanent magnets

Info

Publication number: DE4442283A1
Application number: DE19944442283
Authority: DE
Inventors: Ryouhei Ishii
Original assignee: Ishii Corp
Current assignee: Ishii Corp
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-05-30

Abstract

The dynamo machine includes multiple pairs of permanent magnets (13-15). In each pair of permanent magnets poles of the same type face each other. The permanent magnets are arranged in a ring.Multiple armature windings (4) are wound on a ring-shaped magnet core (1) which is enclosed between the facing poles of the same type, such that it is equally spaced from the facing poles. A current switching device (SW) is provided for switching on and off a current which flows through the armature windings.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dynamomaschine und insbesondere eine solche, die einen hohen Wirkungsgrad hat und dünn ge baut werden kann.The invention relates to a dynamo and in particular one that is high in efficiency and thin can be built.

Wie in der eigenen nichtgeprüften JP-Patentveröffentlichung Nr. Hei.4-69047 angegeben wird, ist ein Motor bekannt, der zusammengesetzt ist aus einer Vielzahl von Magnetpaaren, wobei in jedem Magnetpaar Pole des gleichen Typs einander gegenüberstehen, und aus Ankerwicklungen, die jeweilige Magnetkerne enthalten, wobei die Wicklungen eine Relativbe wegung entlang einer Bahn ausführen, die von den Polen glei chen Typs der Vielzahl von Magnetpaaren gleichbeabstandet ist. Dieser Motor erlaubt eine dünne, plattenähnliche Konfi guration.As in our own unexamined JP patent publication No. Hei.4-69047, an engine is known which is composed of a large number of magnet pairs, with poles of the same type being in each other in each pair of magnets face each other, and from armature windings, the respective Magnetic cores included, with the windings a Relativbe Follow the path along a path that is the same as the Poles Chen type of the plurality of magnet pairs equally spaced is. This motor allows a thin, plate-like confi guration.

Bei dem obigen Motor sind jedoch weder die Drehkraft noch die Leistung ausreichend, weil die Magnetkerne in gleichen Abständen angeordnet sind. Wenn Drehkraft und Leistung erhöht würden, könnte ein anderer, dünnerer plattenähnlicher Motor gebaut werden.However, in the above motor, neither the torque nor the performance is sufficient because the magnetic cores are in the same Distances are arranged. When torque and performance could be increased, another, thinner plate-like Engine to be built.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung einer Dynamo maschine, die fähig ist, größere Drehkraft und höhere Lei stung als der oben beschriebene herkömmliche Motor zu erzeugen.The object of the invention is to provide a dynamo machine that is capable of greater torque and higher lei performance as the conventional motor described above produce.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist eine Dynamomaschine gemäß der Erfindung auf: eine Vielzahl von Paaren von Permanentma gneten, wobei in jedem Magnetpaar Pole gleichen Typs ein ander gegenüberstehen und die Magnetpaare in einer Ring anordnung angeordnet sind; eine Vielzahl von Ankerwick lungen, die auf einen ringartigen Magnetkern gewickelt sind, der zwischen den gegenüberstehenden Polen gleichen Typs der Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten eingeschlossen ist, so daß er von den gegenüberstehenden Polen gleichbe abstandet ist; und eine Stromschalteinrichtung zum Ein/Aus schalten eines Stroms, der durch die Vielzahl von Ankerwick lungen fließt.To solve this problem, a dynamo machine according to the invention on: a variety of pairs of permanentma gneten, poles of the same type in each pair of magnets face each other and the magnet pairs in a ring arrangement are arranged; a variety of anchor wick lungs that are wound on a ring-like magnetic core, that between the opposite poles of the same type of Variety of pairs of permanent magnets included is so that it is the same from the opposite poles is spaced; and a power switch for on / off switch a current through the multitude of armature wick lungs flows.

Die gegenüberstehenden N-Pole und die gegenüberstehenden S- Pole der Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten können alternierend zu der Ringanordnung angeordnet sein, wobei die Vielzahl von Ankerwicklungen, die auf den ringartigen Ma gnetkern gewickelt sind, zwischen den gegenüberstehenden Polen der Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten sand wichartig angeordnet ist.The opposing N poles and the opposing S Poles of the variety of pairs of permanent magnets can be arranged alternately to the ring arrangement, the Variety of armature windings based on the ring-like Ma gnetkern are wrapped between the opposite Poles of the multitude of pairs of permanent magnet sand is arranged wich-like.

Die Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten kann als 2n Paare und die Vielzahl von Ankerwicklungen als 5n bis 12n vorgesehen sein, wobei n eine positive ganze Zahl ist, die nicht kleiner als 2 ist, wobei dann die Vielzahl von Anker wicklungen bei Erregung n Elektromagnete bildet.The plurality of pairs of permanent magnets can be as 2n Pairs and the variety of armature windings as 5n to 12n be provided, where n is a positive integer that is not less than 2, then the plurality of anchors windings when excited n forms electromagnets.

Eine Vielzahl von Gruppen von Vorsprüngen und Ausnehmungen kann in dem ringartigen Magnetkern über den Gesamtumfang in gleichen Abständen gebildet sein, und in diesem Fall ist die Vielzahl von Ankerwicklungen in die jeweiligen Ausnehmungen gewickelt, und die Vorsprünge bilden die Elektromagnete, wenn die Vielzahl von Ankerwicklungen erregt wird.A variety of groups of protrusions and recesses can in the ring-like magnetic core over the entire circumference equidistant, and in this case the Large number of armature windings in the respective recesses wound, and the protrusions form the electromagnets, when the plurality of armature windings are excited.

Wenn bei Anwendung der Erfindung bei einem Motor der Viel zahl von Ankerwicklungen ein Strom zugeführt wird und die Ein/Ausschaltung durch die Stromschalteinrichtung erfolgt, treten die magnetischen Pole N und S in dem ringartigen Magnetkern immer an den Drehpositionen auf, die der Strom schalteinrichtung entsprechen. Infolgedessen wird der ring artige Magnetkern von den Permanentmagneten, bei denen die gegenüberstehenden N- und S-Pole alternierend entlang dem Umfang angeordnet sind, ständig gleichzeitig angezogen und abgestoßen.If when applying the invention to an engine of the lot number of armature windings a current is supplied and the Switched on / off by the current switching device, the magnetic poles N and S occur in the ring-like Magnetic core always at the rotational positions that the current correspond to the switching device. As a result, the ring like magnetic core from the permanent magnets, where the opposing N and S poles alternately along the Are arranged, constantly attracted and simultaneously repelled.

Bei Anwendung der Erfindung mit einem Generator arbeitet der Generator umgekehrt wie der Motor.When using the invention with a generator, the Generator reversed like the engine.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:The invention is also described below with respect to further Features and advantages based on the description of exec example and with reference to the enclosed Drawings explained in more detail. The drawings show in:

Fig. 1 eine Perspektivansicht eines ringartigen Magnetkerns eines Motors gemäß der Erfindung; Figure 1 is a perspective view of a ring-like magnetic core of a motor according to the invention.

Fig. 2 die Art und Weise, wie Ankerwicklungen auf den Magnetkern des Motors der Erfindung gewickelt sind; Fig. 2 shows how armature windings are wound on the magnetic core of the motor of the invention;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den Motor der Erfindung; Fig. 3 is a plan view of the engine of the invention;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Motors der Erfindung; Fig. 4 is a side view of the engine of the invention;

Fig. 5 ein Verdrahtungsschema des Motors der Erfindung; Fig. 5 is a wiring diagram of the motor of the invention;

Fig. 6 eine positionsmäßige Beziehung zwischen Bürsten, einem Kommutator, Ankerwicklungen und Magneten des Motors der Erfindung; Fig. 6 shows a positional relationship between the brush, a commutator, the armature coils and magnets of the motor of the invention;

Fig. 7 ein Diagramm, das Meßdaten der Magnetflußdichte an den Oberflächen von Vorsprüngen des ringartigen Magnetkerns (Vertikalachse) in bezug auf den Dreh winkel einer Welle (Horizontalachse) bei dem Motor der Erfindung zeigt; und Fig. 7 is a graph showing measurement data of the magnetic flux density on the surfaces of protrusions of the ring-like magnetic core (vertical axis) with respect to the angle of rotation of a shaft (horizontal axis) in the motor of the invention; and

Fig. 8 einen Rotationsbetrieb des Motors der Erfindung. Fig. 8 shows a rotating operation of the motor of the invention.

Eine bevorzugte Ausführungsform, wobei die Dynamomaschine bei einem Motor angewandt wird, wird nachstehend beschrie ben.A preferred embodiment, the dynamo applied to an engine will be described below ben.

Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, besteht der Motor aus einer Vielzahl von Paaren von Ferrit-Permanentmagneten 13-16, die ringartig angeordnet sind, wobei in jedem Paar davon die Pole gleichen Typs einander gegenüberstehen (die N- und S- Pole gleichen Typs sind in der Ringanordnung alternierend einander gegenüber angeordnet); einer Vielzahl von Anker wicklungen 4, die auf einen ringartigen Magnetkern 1 aus Siliziumstahl gewickelt und zwischen den gegenüberstehenden Polen gleichen Typs der Vielzahl von Paaren von Permanent magneten angeordnet sind, so daß sie von den gegenüberste henden Polen gleichbeabstandet sind; einer Stromschaltein richtung mit einem Kommutator 7 und Bürsten 8-11 zum Ein- Ausschalten eines Stroms, der durch die Vielzahl von Anker wicklungen 4 fließt.As shown in FIGS. 3 and 4, the motor consists of a plurality of pairs of ferrite permanent magnets 13-16 which are arranged in ring-like manner, wherein in each pair thereof, the poles of the same type face each other (same the N and S poles Type are arranged alternately opposite each other in the ring arrangement); a plurality of armature windings 4 , which are wound on a ring-like magnetic core 1 made of silicon steel and are arranged between the opposing poles of the same type of the plurality of pairs of permanent magnets, so that they are equally spaced from the opposing poles; a Stromschaltein device with a commutator 7 and brushes 8-11 for switching on and off a current that flows through the plurality of armature windings 4 .

Die N- und S-Pole gleichen Typs der Vielzahl von Paaren von Permanentmagneten 13-16 sind in der Ringanordnung alter nierend einander gegenüberstehend angeordnet, und die Viel zahl von Ankerwicklungen 4, die auf den ringartigen Magnet kern 1 gewickelt sind, sind zwischen den Polen gleichen Typs eingeschlossen. Bei dieser Ausführungsform stehen die N-Pole in den Permanentmagneten 13 und 15 einander gegenüber, und die S-Pole stehen einander in den Permanentmagneten 14 und 16 gegenüber.The N and S poles of the same type of the plurality of pairs of permanent magnets 13-16 are arranged in the ring arrangement alternatingly opposite one another, and the number of armature windings 4 , which are wound on the ring-like magnetic core 1 , are between the poles same type included. In this embodiment, the N poles in the permanent magnets 13 and 15 face each other, and the S poles face each other in the permanent magnets 14 and 16 .

Wie Fig. 1 zeigt, ist der ringartige Magnetkern 1 so auf gebaut, daß eine Vielzahl von Gruppen von Vorsprüngen 2 und Ausnehmungen 3 in regelmäßigen Abständen über den Gesamt umfang angeordnet ist. Die Ankerwicklungen 4 sind in die jeweiligen Ausnehmungen 3 gewickelt. Die Vorsprünge 2 dienen als Rotormagnetpole und bilden Elektromagnete, wenn die Vielzahl von in die Ausnehmungen 3 gewickelten Ankerwick lungen 4 erregt ist. Fig. 2 zeigt, wie die Vielzahl von Ankerwicklungen 4 gewickelt ist. 5 bezeichnet Zuleitungen der jeweiligen Ankerwicklungen 4.As shown in Fig. 1, the ring-like magnetic core 1 is built on that a plurality of groups of projections 2 and recesses 3 is arranged at regular intervals over the entire circumference. The armature windings 4 are wound in the respective recesses 3 . The projections 2 serve as rotor magnetic poles and form electromagnets when the plurality of armature windings 4 wound in the recesses 3 are excited. Fig. 2 shows how the plurality of armature windings 4 are wound. 5 denotes leads of the respective armature windings 4 .

Da bei dieser Ausführungsform der Motor den Kommutator 7 und die Bürsten 8-11 verwendet, dient der ringförmige Magnetkern 1, auf den die Vielzahl von Ankerwicklungen 4 gewickelt ist, als Rotor, und die Vielzahl Paare von Permanentmagneten 13-16 dienen als Stator.In this embodiment, since the motor uses the commutator 7 and the brushes 8-11 , the ring-shaped magnetic core 1 on which the plurality of armature windings 4 are wound serves as a rotor, and the plurality of pairs of permanent magnets 13-16 serve as a stator.

Nach den Fig. 3, 4 und 6 ist der ringartige Magnetkern 1 drehbar auf einer Welle 6 abgestützt. Der Kommutator 7, der aus einer Vielzahl von Kommutatorsegmenten 7a besteht, ist auf der Welle 6 festgelegt. Die Bürsten 8-11 sind mit dem Kommutator 7 in elektrischem Kontakt. Der Vielzahl von Ankerwicklungen 4 wird Strom von einer Gleichstromquelle 12 zugeführt, wobei die Ein/Ausschaltung von den Bürsten 8-11 und dem Kommutator 7 der Stromschalteinrichtung SW durchge führt wird. In den Fig. 3 und 4 sind die Ankerwicklungen 4, die in die Ausnehmungen 3 gewickelt sind, nicht gezeigt. FIGS. 3, 4 and 6 of the ring-like magnetic core 1 is rotatably supported on a shaft 6. The commutator 7 , which consists of a plurality of commutator segments 7 a, is fixed on the shaft 6 . The brushes 8-11 are in electrical contact with the commutator 7 . The plurality of armature windings 4 is supplied with current from a direct current source 12 , the on / off switching of the brushes 8-11 and the commutator 7 of the current switching device SW being carried out. In FIGS. 3 and 4 are the armature windings 4 wound in the recesses 3, not shown.

Allgemein werden 2n Paare von Permanentmagneten (n ist eine positive ganze Zahl, die nicht kleiner als 2 ist) und 5n bis 12n Ankerwicklungen 4 verwendet. Wenn die Vielzahl von An kerwicklungen 4 erregt wird, werden n Elektromagnete gebil det. Bei dem in Fig. 6 gezeigten Motor werden vier Paare von Permanentmagneten, 48 Ankerwicklungen 4 und 48 Kommutator segmente 7a des Kommutators 7 verwendet.Generally, 2n pairs of permanent magnets (n is a positive integer that is not less than 2) and 5n to 12n armature windings 4 are used. When the plurality of armature coils 4 are energized, n electromagnets are formed. In the motor shown in Fig. 6, four pairs of permanent magnets, 48 armature windings 4 and 48 commutator segments 7 a of the commutator 7 are used.

Fig. 5 zeigt den Verdrahtungsplan einschließlich der Anker wicklungen 4, des Kommutators 7 und der Bürsten 8 und 9. Wicklungen A, B, C, . . . , Q der Ankerwicklungen 4 entsprechen den den Wicklungen A, B, C, . . . , Q gemäß Fig. 6. Fig. 5 shows the wiring diagram including the armature windings 4 , the commutator 7 and the brushes 8 and 9 . Windings A, B, C,. . . , Q of the armature windings 4 correspond to the windings A, B, C,. . . , Q according to FIG. 6.

Wenn den Ankerwicklungen 4 ein Strom von der Gleichstrom quelle 12 zugeführt wird, wobei die Ein/Ausschaltung durch die Bürsten 8-11 und den Kommutator 7 der Stromschaltein richtung SW durchgeführt wird, wird der ringartige Magnet kern 1 in den Drehpositionen, die der Stromschalteinrichtung SW (Bürsten 8-11) entsprechen, immer alternierend polari siert (d. h. N-S-N-S), wie die Fig. 6 und 7 zeigen.When the armature windings 4, a current is supplied from the direct current source 12 , the on / off switching being carried out by the brushes 8-11 and the commutator 7 of the current switching device SW, the ring-like magnetic core 1 is in the rotational positions that the current switching device SW (Brushes 8-11 ) correspond, always alternating polarized (ie NSNS), as shown in FIGS . 6 and 7.

In Fig. 7 bezeichnet die Vertikalachse die Magnetflußdichte an den Oberflächen der Vorsprünge 2 des ringartigen Ma gnetkerns 1, und die Horizontalachse bezeichnet den Dreh winkel (360° für eine Umdrehung) der Welle 6. D. h., der Magnetkern 1 ist so polarisiert, daß er vier Pole (N-S-N-S) hat, wie Fig. 1 zeigt. Daher wird der Magnetkern 1 unter ständiger Anziehung und Abstoßung von den gegenüberstehenden Permanentmagneten 13-16 in der gleichen Richtung beschleu nigt, um die Rotation zu starten. Unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 wird beispielsweise im Fall der Permanentma gnete 13 durch die Wicklungen C-L, die auf die Ausnehmungen 3 des ringartigen Magnetkerns 1 gewickelt und mit einem Strom von der Gleichstromversorgung 12 über die Bürsten 8 und 9 des Kommutators 7 der Stromschalteinrichtung SW ge speist werden, bewirkt, daß die Vorsprünge 2 als Rotorma gnetpole N und S dienen. Infolgedessen wird der S-Pol der Rotormagnetpole von den N-Polen der Permanentmagnete 13 angezogen, und der N-Pol der Rotormagnetpole wird von den N- Polen der gleichen Permanentmagnete 13 abgestoßen. Somit wird der ringartige Magnetkern 1, auf den die Vielzahl von Ankerwicklungen 4 gewickelt ist und der als der Rotor dient, in der gleichen Richtung beschleunigt, d. h. gedreht.In Fig. 7, the vertical axis denotes the magnetic flux density on the surfaces of the projections 2 of the ring-like magnetic core 1 , and the horizontal axis denotes the angle of rotation (360 ° for one revolution) of the shaft 6 . That is, the magnetic core 1 is polarized to have four poles (NSNS) as shown in FIG. 1. Therefore, the magnetic core 1 is accelerated with constant attraction and repulsion from the opposing permanent magnets 13-16 in the same direction to start the rotation. With reference to FIGS . 7 and 8, for example in the case of permanent magnet 13 , the windings CL are wound on the recesses 3 of the ring-like magnetic core 1 and with a current from the direct current supply 12 via the brushes 8 and 9 of the commutator 7 Current switching device SW ge feeds, that the projections 2 serve as Rotorma gnetpole N and S. As a result, the S pole of the rotor magnetic poles is attracted to the N poles of the permanent magnets 13 , and the N pole of the rotor magnetic poles is repelled by the N poles of the same permanent magnets 13 . Thus, the ring-like magnetic core 1 on which the plurality of armature windings 4 are wound and which serves as the rotor is accelerated, that is, rotated, in the same direction.

Bei der obigen Konstruktion erfolgt auch dann ein Drehen, wenn die Position der Magnete 13 innerhalb eines Winkels e, der in Fig. 6 gezeigt ist, geändert wird. Das gleiche gilt für die übrigen Magnete 14-16.In the above construction, rotation also occurs when the position of the magnets 13 is changed within an angle e shown in FIG. 6. The same applies to the other magnets 14-16 .

Die obige Ausführungsform ist auf den Bürstenmotor gerich tet, bei dem die Stromschalteinrichtung zum Ein/Ausschalten eines der Vielzahl von Ankerwicklungen 4 zugeführten Stroms aus einem Kommutator und Bürsten besteht und der ringartige Magnetkern 1, auf den die Vielzahl von Ankerwicklungen 4 gewickelt ist, als Rotor dient. Die Erfindung ist aber auch bei einem Halbleitermotor anwendbar, der Halbleiterschalt elemente als die Stromschalteinrichtung verwendet. In diesem Fall dient die Vielzahl von Permanentmagneten als ein Rotor, und der ringartige Magnetkern 1, auf den die Vielzahl von Ankerwicklungen 4 gewickelt ist, dient als Ständer.The above embodiment is directed to the brush motor in which the current switching device for switching on / off one of the plurality of armature windings 4 supplied current consists of a commutator and brushes and the ring-like magnetic core 1 on which the plurality of armature windings 4 is wound as a rotor serves. However, the invention is also applicable to a semiconductor motor which uses semiconductor switching elements as the current switching device. In this case, the plurality of permanent magnets serve as a rotor, and the ring-like magnetic core 1 on which the plurality of armature windings 4 are wound serves as a stand.

Die obige Ausführungsform richtet sich zwar auf einen Motor, aber die Erfindung ist auf äquivalente Weise mit einem Gene rator anwendbar.The above embodiment is directed to an engine, but the invention is equivalent to a gene rator applicable.

Wenn, wie aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, die Dynamomaschine der Erfindung bei einem Motor verwendet wird, umfaßt der Motor die Ankerwicklungen, die auf den ringartigen Magnetkern gewickelt sind. Die neue, ganz spe zielle Konstruktion ermöglicht durch Anziehung und Absto ßung, daß der Rotor ständig in der gleichen Richtung be schleunigt wird, wodurch sehr große Drehkraft sowie ein hoher Wirkungsgrad erzeugt werden. Außerdem wird dadurch ein Motor realisiert, der dünner als herkömmliche Motoren ist. If, as can be seen from the above description, uses the dynamo of the invention in an engine the motor includes the armature windings that are on the ring-like magnetic core are wound. The new, very special Construction made possible by attraction and repulsion ßung that the rotor be constantly in the same direction is accelerated, creating very large torque as well high efficiency can be generated. It also becomes a Realized motor that is thinner than conventional motors.

Wenn die Erfindung bei einem Generator angewandt wird, wird der Wirkungsgrad der Stromerzeugung verbessert, und der Generator kann dünner als herkömmliche Generatoren gebaut werden.When the invention is applied to a generator the efficiency of power generation improves, and the Generator can be built thinner than conventional generators will.

Claims

1. dynamo machine,
marked by
a plurality of pairs of permanent magnets ( 13-16 ), each pair of which have poles of the same type facing each other and the permanent magnets are formed in a ring-like arrangement;
a plurality of armature windings ( 4 ) which are wound on a ring-like magnetic core ( 1 ) which is enclosed between the opposing poles of the same type of the plurality of pairs of permanent magnets ( 13-16 ) so that it is equally spaced from the opposing poles is; and a current switching device (SW) to switch on / off a current flowing through the plurality of armature windings ( 4 ).

2. Dynamo machine according to claim 1, characterized in that the opposing N poles and the opposing S poles of the plurality of pairs of permanent magnets ( 13-16 ) are arranged alternately in the ring-like arrangement and that the plurality of armature windings ( 4 ), which are wound on the ring-like magnetic core ( 1 ), are enclosed between the opposing poles of the plurality of pairs of permanent magnets ( 13-16 ).

3. Dynamo machine according to claim 1, characterized in that the plurality of pairs of permanent magnets ( 13-16 ) are provided as 2n pairs and the plurality of armature windings ( 4 ) with 5n to 12n, where n is a positive integer that is not is less than 2, and that the plurality of armature windings ( 4 ) form n electromagnets when excited.

4. Dynamo machine according to claim 1, characterized in that a plurality of groups of projections ( 2 ) and recesses ( 3 ) in the ring-like magnetic core ( 1 ) is formed over the entire circumference at equal intervals, the plurality of armature windings ( 4 ) In the respective recesses ( 3 ) are wound and the projections ( 2 ) form the electromagnets when the plurality of armature windings ( 4 ) is excited.