JP2003180041A - 電気−機械装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 モータ１は、それが駆動する遠心ポンプのイ
ンペラ３を取り付けるロータ２を含み、そのロータは、
少なくとも２つの永久磁石磁極を含む。薄い耐水性の固
定セプタム５がロータを蜜に囲む。円形ステータ９はボ
ウル形状ヨーク１０とそのヨークの内面に設けられる巻
線１１とを有し、その巻線は、連続するセグメント、す
なわちヨークの上側および下側の縁部の間でモータの回
転軸に斜めになる部分を含む。 【効果】 巻線に磁気的不活性部分がなく、高効率のモ
ータが得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気−機械装置、特
に、遠心ポンプの駆動部として使用されるような、減じ
られた軸方向の高さを有する、モータおよび発電機に関
する。

【０００２】

【発明の背景】従来のほとんどのモータは、巻線を貫通
するヨークおよび軟質磁性材料の磁気ステータ部を含
む。これらの部分は磁気的に不活性であり、パワーロス
の原因となり、サイズや重さを大きくする。

【０００３】この発明は、遠心ポンプに使用され、短い
軸高さが要求される効率的なモータを提供する。

【０００４】

【発明の概要】この発明の第１のおよび第２の目的は、
磁気的不活性な巻線部分がなく、比較的短い軸長の、効
率的でコンパクトなモータを提供することである。この
タイプのモータは遠心ポンプの駆動部として効率的に使
用され得る。

【０００５】好ましくは球形状を有する磁化されたロー
タ（回転子）を使用することによって、これらの目的お
よびこれ以外の価値ある目的が達成される。

【０００６】相手側の腕（bowl）型ステータ（固定子）
は、ロータを同心円に囲む円形ヨークおよび巻線を含
む。巻線は、交互の順序でヨークの内壁に取り付けられ
る複数のセグメントと、モータの回転軸に斜めに配向さ
れたセグメントとを含む。ヨークは、好ましくは、非導
電層でコートされた強磁性材料の粒子の合成物からな
る。

【０００７】発明の好ましい実施例においては、ロータ
はインペラと一体的に形成され、かつポンプ流体に浸さ
れるように、防水性セプタム（septum：隔壁または隔
膜）がロータと軟質磁性材料の磁気ヨークと間のエアギ
ャップ中に設けられる。

【０００８】球形のモータを構成することにより最も効
率的な短軸の機械にすることができるが、切頭円錐形状
や円筒形状でさえ、発明の重要な利点を保持しながら、
製造容易性の故に選択されてもよい。

【０００９】巻線が取り付けられたヨークの内面はモー
タの回転軸と同心であるが、円筒形状の場合と異なり、
必ずしも回転軸と平行ではない。その内面は、円筒や切
頭円錐での設計におけるように軸方向に直線的であって
もよいし、非直線つまり、弧形や複雑な破線形状であっ
てもよい。

【００１０】同じ効率的な構造が、コンパスや検流計、
電磁石を含む任意の他の装置のような電気−磁気装置と
同様に、発電機のような他の電気機器の設計や構造に有
利に適用され得る。

【００１１】

【実施例】図面を参照して、この発明に従った遠心ポン
プ用モータのインペラとロータ部分１を図１に示す。ポ
ンプ流体の流れは矢印で示す。インペラ３を取り付ける
ロータ２は、ロータの外面６に近いセプタム５を含む防
水性の囲い（enclosure）の内側の、ボール−キャップ
構造の球形ベアリング４上に平衡に保たれている。セプ
タムは、好ましくは、渦電流損をなくすために、薄い非
導電有機材料、たとえば、サーモプラスチックから作ら
れる。ロータは永久磁石で形成される。ロータの外面６
は、モータの回転軸Ｘ−Ｘ′に垂直な２つの平行平面Ｐ
１およびＰ２の間の球形部分を規定する。

【００１２】ステータ９はセプタム５とロータ２とを同
心円に囲む。ステータは、軟質磁性材料の磁気ヨーク１
０と、ヨークの内面１２に付与された巻線１１とを含
む。その内面および巻線は、ロータ外面６の球形を反映
している。ヨークは、好ましくは、絶縁コートされた軟
質強磁性粒子（insulation-coated soft ferro-magneti
c particles）である。

【００１３】モータがＡＣ電源を電力源とする場合、ロ
ータは、比較的低い保磁力であるが高い導電性を有する
永久磁石を含む。

【００１４】巻線１１は、図２に示すように、ヨークの
全内面１２上にある３つの別々の相（フェーズ）１３，
１４，１５に分割される。巻線の各相は、以下で説明す
るように、のこ歯形状に折り曲げられた導線の多重巻
（マルチターン）ループで構成される。巻線は、好まし
くは、図３に示すように、ヨーク内面に形成された溝パ
ターン１６内に装入する。

【００１５】各巻線相は、好ましくは、図４（Ａ）−図
４（Ｄ）で示す各段階に従って作られる。図４におい
て、参照文字Ａ−Ｎは、各ループの各象限に沿って使用
され、各図間の対応を表す。まず、或る長さの絶縁導線
１７が図４（Ａ）に示されるように、螺旋１８に巻かれ
る。図形を見やすくするために、間隔を開けた３ターン
のみを示す。実際には非常に多いターンが使用される。
各ターンは、好ましくは、リボン状の壁を有する浅いシ
リンダ形状のループを形成するために、隣接した導線に
くっつけて巻かれる。ループの直径は、ヨーク内面にお
ける上側の大きい縁部２２の直径よりわずかに大きくさ
れる。

【００１６】次に、螺旋ないしループ１８は、折り曲げ
られた半分ずつ、径方向において対向する２つの軸Ｙ−
Ｙ′とＺ−Ｚ′に巻かれる。それらの軸は、図４（Ａ）
および図４（Ｂ）に示すように、互いに平行でループの
軸に対して斜めである。巻線は、図４（Ｂ）および図４
（Ｃ）に示すように、共通の根元（root）と離れた頂点
を有する２つの弧（arch）の形状である。ループの頂点
領域Ｃ，Ｇ，ＫおよびＥ，Ｉ，Ｍは、軸Ｙ−Ｙ′および
Ｚ−Ｚ′に斜めの断面であり、ヨーク内面１２の軸方向
の曲率にほぼ一致する。巻線はここでボール形状ヨーク
内に落とし込まれ、各セグメントはヨークの内面に形成
された対応する溝１６に押し込まれる。ループを折り曲
げるとき、２つの軸Ｙ−Ｙ′およびＺ−Ｚ′を、ヨーク
の上側の最大縁部２２に対応する円２１の直径よりわず
かに短い長さにするように注意しなければならない。巻
線はヨークの内面の、上側の縁部２２から下側の最小の
縁部２３まで、全幅にわたって延びる。これらの縁部
は、好ましくは、２つの平面Ｐ１およびＰ２にある。

【００１７】図５に示す巻線１１の別の実施例では、螺
旋ないしコイルは、球状部分の形状を有する薄い円形フ
レーム２４に巻かれる。フレームは、ヨークの内面にぴ
ったりと合うような形状寸法にされる。種々のセグメン
ト２５，２６，２７，２８の位置や斜め配向は、先に述
べた巻線の実施例に基本的に類似する。しかし、２つの
低い部分２９，３０は、フレーム２４の最小エッジ３１
の近くで折り曲げられ、コイルは４つのセグメントにな
る。巻線はフレームを通して巻かれるのではなく、下側
のエッジ３１に沿って上側のエッジ３２の上で折り曲げ
られる、ことに注意すべきである。底のエッジ３１の下
を通る巻線の部分はない。２つのセグメント２５，２６
はフレームの内壁に対し設けられ、他の２つのセグメン
ト２７，２８はそれの外壁に対して設けられる。

【００１８】代わりに、巻線は作成中にはフレームの周
りに巻かれ、フレームの上側と下側の両方のエッジ上で
折り曲げられてもよい。

【００１９】図６−図８に示す、巻線の第２の別の実施
例において、螺旋状の導線ループ３３−３８は、並んだ
３相構成で、ヨーク１０の内面１２に設けられる。各ル
ープの上部分３９は、台形配列に折り曲げられ、ヨーク
の最大縁部２２で曲げられる。各ループの下部分４０
は、同様に他の台形配列に折り曲げられ、ヨークの最小
縁部上で曲げられる。６つのループが３相４極のステー
タ巻線を形成するように配置される。１つのループ３３
だけが図面中に完全に示される。線３４−３８および４
１−４５は他の５つのループの経路を示す。

【００２０】当然のことながら、他のタイプのモータは
３つのタイプの巻線のどれか１つを使用して実現できる
ことが理解されよう。たとえば、図６に示したような巻
線形状を利用した２相モータは、４で割り切れる数のル
ープで実現できる。

【００２１】図９に示すポンプの別の実施例では、ロー
タ４６とステータ４７とを分離または隔離するセプタム
はない。それの流れを矢印で示す流体と両方とも接触し
ている。電気部品は先に述べたものと同様である。イン
ペラ４８は、多極永久磁石４９を含むロータ４６に取り
付けられる。球形ベアリング５０は吸い込み口５２内に
位置決めされている一連のベーン５１によって支持され
る。このタイプのポンプは導電性流体を送るために使用
されないことが理解されよう。

【００２２】この発明の好ましい実施例が説明された
が、変形も可能であり、この発明の意図と請求範囲から
はずれることなく、他の実施例が考えられてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明に従った、遠心ポンプのインペ
ラとモータ駆動部分との断面図である。

【図２】図２は３相２極巻線を有するステータの平面図
である。

【図３】図３はヨークの平面図である。

【図４】図４は第１の巻線の製造方法の説明図である。

【図５】図５は第１の別の巻線の形状を示す斜視図であ
る。

【図６】図６は第２の別の実施例の巻線を有するステー
タの平面図である。

【図７】図７は図６の線７−７に沿った部分的断面図で
ある。

【図８】図１１は下方巻線の接続の底面図である。

【図９】図１２は別の実施例のポンプの断面図である。

【符号の説明】

２，４６ …ロータ ３，４８ …インペラ ４ …球形ベアリング ５ …セプタム ９，４７ …ステータ １０ …ヨーク １１ …巻線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 502364660 バーガー ラング ドイツ マルバッハ 71672 キルヒェン ヴァインベルグシュトラッセ45 (72)発明者 カールステン ラング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ラ・ジョラ (72)発明者 ニコラス ラング アメリカ合衆国 カリフォルニア州 サン ディエゴ ラ・ジョラ (72)発明者 ゾルタン ヨゴシッチ ハンガリー共和国 グゴラー Ｆターム(参考） 3H022 AA01 BA03 BA07 CA50 CA51 DA00 5H002 AA06 AB04 AB05 AB08 AE01

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回転軸を有する電気−機械装置であって、 複数の永久磁石磁極，外層，所定軸長，および軸方向に
   対向する第１および第２の縁部を有するロータ、および
   前記ロータを同心円に囲みかつ、ロータの外層に対して
   平行でそこから間隔を隔てて設けられる内層を有する軟
   質磁性材料の磁気ヨーク，および前記内層に付与される
   少なくとも１つの連続した多極巻線であって異なる方向
   に走る複数のセグメントを含む巻線を含む、ステータを
   備え、 前記外層と内層とは回転軸に対して非平行である、電気
   −機械装置。
2. 【請求項２】前記外層と内層とは軸方向に非直線的であ
   る、請求項１記載の電気−機械装置。
3. 【請求項３】前記外層と内層とは軸方向に弧形である、
   請求項２記載の電気−機械装置。
4. 【請求項４】前記外層と内層は前記回転軸に垂直な第１
   および第２の平行平面で限定される球形部を規定する、
   請求項３記載の電気−機械装置。
5. 【請求項５】前記ヨークと前記巻線とは実質的に等しい
   軸方向長さを有する、請求項１記載の電気−機械装置。
6. 【請求項６】前記ヨークは非導電材料でコートされた強
   磁性材料の粒子を含む、請求項１記載の電気−機械装
   置。
7. 【請求項７】前記ヨークは非導電材料でコートされた強
   磁性材料の粒子を含み、 ヨークの内面は、ロータおよび内面全体に延びる前記巻
   線の軸方向の長さと実質的に等しい軸方向長さを有す
   る、請求項４記載の電気−機械装置。
8. 【請求項８】前記巻線は、或る幅の螺旋状のマルチター
   ンループに巻かれる少なくとも１つの絶縁導体を含み、
   前記ループは、１対の平行軸について２つの径方向にお
   いて対向する位置で折り曲げられて２つの実質的に対称
   な弧を形成し、それによって前記巻線は実質的に切頭円
   錐構造を規定し、 前記装置はヨークの内面に蜜に接触するような形状寸法
   とされる、請求項１記載の電気−機械装置。
9. 【請求項９】ヨークの内面は前記巻線を装入するための
   形状寸法とされた溝パターンを含む、請求項８記載の電
   気−機械装置。
10. 【請求項１０】ステータの内面は、ロータや内面全体に
    延びる前記巻線の軸方向の長さと実質的に等しい軸方向
    長さを有する、請求項１記載の電気−機械装置。
11. 【請求項１１】前記セグメントは回転軸に斜めになる、
    請求項１記載の電気機械−装置。
12. 【請求項１２】前記巻線は、前記内面と外層との間で同
    心円となるような形状寸法とされた円形フレーム上に巻
    かれた少なくとも１つの絶縁導体を含む、請求項１記載
    の電気−機械装置。
13. 【請求項１３】前記ロータは高い導電性の永久磁石から
    なる、請求項１記載の電気−機械装置。
14. 【請求項１４】前記ロータはポンプインペラと関連して
    設けられる、請求項１記載の電気−機械装置。
15. 【請求項１５】前記ロータと前記ステータとの間に入る
    ような形状寸法とされた耐水セプタムをさらに備え、そ
    れによって前記ステータはポンプにより送られる流体か
    ら隔離される、請求項１４記載の電気-機械装置。
16. 【請求項１６】前記セプタムが非導電材料からなる、請
    求項１５記載の電気−機械装置。