JP2003516708A - ハイブリッド式ブラシレス電気機械 - Google Patents
ハイブリッド式ブラシレス電気機械Info
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- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/02—Details
- H02K21/04—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation
- H02K21/046—Windings on magnets for additional excitation ; Windings and magnets for additional excitation with rotating permanent magnets and stationary field winding
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- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/12—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
- H02K21/14—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
- H02P9/14—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field
- H02P9/26—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices
- H02P9/30—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output by variation of field using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
- H02P9/302—Brushless excitation
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- Synchronous Machinery (AREA)
- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Motor Or Generator Frames (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
本ブラシレス電気機械は、透磁性材料から作成され、内部領域を有するハンジングと、内部領域内に装着されてハウジングに取り付けられ、ステータ巻線を有するステータと、ステータ内の回転軸の回りを回転するように装着されたロータとから構成される。ロータは、各永久磁石が一対の連続した磁極片間に配置されそして磁化の軸がロータの回転面に位置するように、円周方向へ交互に配列された複数の磁極片および永久磁石により構成される。ロータは、第1の磁気回路を形成するように、第1のエアギャップによりステータ巻線から分離される。ロータは更に、第1の側部と、第1の側部に取り付けられた第1のロータ端部キャップと、第2の側部と、第2の側部に取り付けられた第2のロータ端部キャップとから構成される。各ロータ端部キャップは少なくとも幾つかの磁極片と接触する。各ロータ端部キャップは透磁性材料から作成される。本ブラシレス電気装置は更に一対の励磁巻線により構成される。各励磁巻線は、励磁巻線がロータの回転面に円周方向へそして対応するロータ端部キャップの回りに延びるように、ロータのいずれかの側でハウジングに固着される。励磁巻線は第2のエアギャップによりロータ端部キャップから分離される。第1および第2のエアギャップは第2の磁気回路を形成するように共作動する。
Description
【0001】
本発明は、総体的に、電力を供給するように用いられる電気機械に関する。特
に、本発明は、アクセサリを動かしたりバッテリに充電したりするための電力を
供給するように自動車に用いられるタイプの交流発電機に関する。
に、本発明は、アクセサリを動かしたりバッテリに充電したりするための電力を
供給するように自動車に用いられるタイプの交流発電機に関する。
【0002】
多くの従来技術の交流発電機は、交流発電機のロータに配置された励磁巻線を
利用している。このような構造は、永久磁石をロータに配置することができる多
くの可能な手段を制限している。更に、このような構造は、典型的に、製造コス
トを増大し、摩耗や交換に関係した問題を発生するブラシを用いている。その他
の従来技術の交流発電機は、ロータの外側で閉鎖された磁気回路と共にステータ
に取り付けられた励磁巻線を使用している。このような従来技術の構造はランデ
ル(Lundell)ブラシレス磁気回路として知られている。
利用している。このような構造は、永久磁石をロータに配置することができる多
くの可能な手段を制限している。更に、このような構造は、典型的に、製造コス
トを増大し、摩耗や交換に関係した問題を発生するブラシを用いている。その他
の従来技術の交流発電機は、ロータの外側で閉鎖された磁気回路と共にステータ
に取り付けられた励磁巻線を使用している。このような従来技術の構造はランデ
ル(Lundell)ブラシレス磁気回路として知られている。
【0003】
本発明は、永久磁石がロータに配置されているだけの新規な交流発電機を意図
するものである。励磁巻線は、ロータに配置されるのではなくて、交流発電機ハ
ウジングの内部に取着される。このような構造はブラシレス交流発電機に帰着す
る。本発明の交流発電機の幾つかの重要な特色は以下の通りである。 1) ステータ巻線(誘導ステータ)に永久磁石と励磁巻線の両者が組み合わされ
た制御可能な可変磁束を発生するように利用される。 2) ブラシは必要ではなく、それにより前述したブラシに付随する問題を解決す
る。 3) 永久磁石により発生される誘導磁界および励磁巻線により発生される誘導磁
界は共通の磁気通路をステータの内部にだけ有する、すなわち、励磁巻線により
発生される磁束は永久磁石を通らず、永久磁石により発生される磁束は励磁巻線
を取り巻くループを形成しない。 4) 励磁巻線磁気回路の磁束通路は誘導ステータ内を除いてどこでも永久磁石回
路の磁束通路に垂直である。 5) 励磁巻線により発生される磁束は、ランデル型ブラシレス交流発電機におい
て4つであるのに対して2つのエアギッャプだけを通過する。
するものである。励磁巻線は、ロータに配置されるのではなくて、交流発電機ハ
ウジングの内部に取着される。このような構造はブラシレス交流発電機に帰着す
る。本発明の交流発電機の幾つかの重要な特色は以下の通りである。 1) ステータ巻線(誘導ステータ)に永久磁石と励磁巻線の両者が組み合わされ
た制御可能な可変磁束を発生するように利用される。 2) ブラシは必要ではなく、それにより前述したブラシに付随する問題を解決す
る。 3) 永久磁石により発生される誘導磁界および励磁巻線により発生される誘導磁
界は共通の磁気通路をステータの内部にだけ有する、すなわち、励磁巻線により
発生される磁束は永久磁石を通らず、永久磁石により発生される磁束は励磁巻線
を取り巻くループを形成しない。 4) 励磁巻線磁気回路の磁束通路は誘導ステータ内を除いてどこでも永久磁石回
路の磁束通路に垂直である。 5) 励磁巻線により発生される磁束は、ランデル型ブラシレス交流発電機におい
て4つであるのに対して2つのエアギッャプだけを通過する。
【0004】
一観点において、本発明は、透磁性(magnetically permeable)材料から作成
されかつ内部領域を有するハウジングと、ステータ巻線を有し、ハウジングに取
り付けられて内部領域内に装着されたステータと、各磁極片が一対の連続した磁
極片の間に配置されそして磁化の軸がロータの回転面に位置するように円周方向
に交互に配列された複数の磁極片および永久磁石から構成される、ステータ内の
回転軸の回りで回転するように装着されたロータとから構成されるブラシレス電
気機械を意図している。ロータは第1の磁気回路を形成するように第1のエアギ
ャップによりステータ巻線から分離される。ロータは更に、第1の側部と、第1
の側部に取り付けられた第1のロータ端部キャップと、第2の側部と、第2の側
部に取り付けられた第2のロータ端部キャップとから構成される。各ロータ端部
キャップは少なくとも幾つかの磁極片に接触する。各ロータ端部キャップは透磁
性材料から作成される。本ブラシレス電気機械は更に一対の励磁巻線から構成さ
れる。各励磁巻線は、励磁巻線がロータの回転面で円周方向へかつ対応するロー
タ端部キャップの回りに延びるように、ロータのいずれかの側でハウジングに固
定される。励磁巻線は第2のエアギッャプによりロータ端部キャップから分離さ
れる。第1および第2のエアギャップは第2の磁気回路を形成するように共作動
する。
されかつ内部領域を有するハウジングと、ステータ巻線を有し、ハウジングに取
り付けられて内部領域内に装着されたステータと、各磁極片が一対の連続した磁
極片の間に配置されそして磁化の軸がロータの回転面に位置するように円周方向
に交互に配列された複数の磁極片および永久磁石から構成される、ステータ内の
回転軸の回りで回転するように装着されたロータとから構成されるブラシレス電
気機械を意図している。ロータは第1の磁気回路を形成するように第1のエアギ
ャップによりステータ巻線から分離される。ロータは更に、第1の側部と、第1
の側部に取り付けられた第1のロータ端部キャップと、第2の側部と、第2の側
部に取り付けられた第2のロータ端部キャップとから構成される。各ロータ端部
キャップは少なくとも幾つかの磁極片に接触する。各ロータ端部キャップは透磁
性材料から作成される。本ブラシレス電気機械は更に一対の励磁巻線から構成さ
れる。各励磁巻線は、励磁巻線がロータの回転面で円周方向へかつ対応するロー
タ端部キャップの回りに延びるように、ロータのいずれかの側でハウジングに固
定される。励磁巻線は第2のエアギッャプによりロータ端部キャップから分離さ
れる。第1および第2のエアギャップは第2の磁気回路を形成するように共作動
する。
【0005】
別の観点において、本発明は、内部領域を有しかつ透磁性材料から作成された
ハウジングと、ステータ巻線を有しかつハウジングに取り付けられて内部領域内
に装着されたステータと、回転軸の回りを回転するように装着されかつエアギャ
ップによりステータ巻線から離間されたロータとから構成されるブラシレス電気
機械を意図している。ロータは一対の透磁性のクロー極(claw poles)により構
成される。各クロー極は、周縁部を有する本体部分と、本体部分の周縁部から軸
方向に延びて他方のクロー極の指状部に噛み合う(intermesh)指状部とから構
成される。ロータは更に、複数の永久磁石と、クロー極を仲介しかつ各永久磁石
が一対の連続的な内方磁極片の間に配置されるように円周方向に交互に配列され
る複数の内方磁極片とから構成される。この永久磁石と内方磁極片の配列はロー
タ外周縁とその回りでロータが回転するシャフトを受容するための中央開口とを
画定する。複数の内方磁極片は、クロー極の一方に取着された第1の内方磁極片
のグループと、他方のクロー極に取着された第2の内方磁極片のグループとから
構成される。クロー極は永久磁石から磁気的に絶縁される。各クロー極の指状部
はステータとロータ外周縁の間に介在する。本ブラシレス電気機械は更に一対の
励磁巻線により構成される。各励磁巻線は、励磁巻線がロータの回転面に円周方
向へ延びるように、ロータのいずれかの側でハウジングに固着される。励磁巻線
はエアギャップによりクロー極から分離される。
ハウジングと、ステータ巻線を有しかつハウジングに取り付けられて内部領域内
に装着されたステータと、回転軸の回りを回転するように装着されかつエアギャ
ップによりステータ巻線から離間されたロータとから構成されるブラシレス電気
機械を意図している。ロータは一対の透磁性のクロー極(claw poles)により構
成される。各クロー極は、周縁部を有する本体部分と、本体部分の周縁部から軸
方向に延びて他方のクロー極の指状部に噛み合う(intermesh)指状部とから構
成される。ロータは更に、複数の永久磁石と、クロー極を仲介しかつ各永久磁石
が一対の連続的な内方磁極片の間に配置されるように円周方向に交互に配列され
る複数の内方磁極片とから構成される。この永久磁石と内方磁極片の配列はロー
タ外周縁とその回りでロータが回転するシャフトを受容するための中央開口とを
画定する。複数の内方磁極片は、クロー極の一方に取着された第1の内方磁極片
のグループと、他方のクロー極に取着された第2の内方磁極片のグループとから
構成される。クロー極は永久磁石から磁気的に絶縁される。各クロー極の指状部
はステータとロータ外周縁の間に介在する。本ブラシレス電気機械は更に一対の
励磁巻線により構成される。各励磁巻線は、励磁巻線がロータの回転面に円周方
向へ延びるように、ロータのいずれかの側でハウジングに固着される。励磁巻線
はエアギャップによりクロー極から分離される。
【0006】
図1および2を参照すると、本発明のハイブリッド式ブラシレス交流発電機1
0が示されている。交流発電機10は、総体的に、ハウジング12と、ステータ
部分13と、参照符号14で総体的に示されるロータ部分とから構成される。エ
アギャップ15がステータ部分13とロータ部分14とを分離している。一実施
形態において、ハウジング12は透磁性材料から作成される。ステータ部分13
はハウジング12の内部壁に取り付けられそしてステータ巻線13aを有する。
交流発電機10は、軸18の回りで回るシャフト16を備えている。ロータ部分
14はシャフト16に装着される。かくして、ロータ部分14はステータ部分1
3に関して回転する。ロータ部分14は実質的に円筒状の中央部分20と、ロー
タ端部キャップ22と、ロータ端部キャップ24とから構成される。6極構造の
例において、中央部分20は、総体的に、図2に示される交互の位置関係で配列
される6つの磁極片26a−26f(図2参照)と6つの永久磁石28a−28
fとから構成される。磁極片26a−26fは透磁性材料から作成される。一実
施形態において、永久磁石28a−28fはフェライト磁石として形成される。
別の実施形態において、永久磁石28a−28fは希土類磁石として形成される
。前述の説明は6極の場合のものであるが、6極よりも少なくしたり多くしたり
することができることは理解されるべきである。
0が示されている。交流発電機10は、総体的に、ハウジング12と、ステータ
部分13と、参照符号14で総体的に示されるロータ部分とから構成される。エ
アギャップ15がステータ部分13とロータ部分14とを分離している。一実施
形態において、ハウジング12は透磁性材料から作成される。ステータ部分13
はハウジング12の内部壁に取り付けられそしてステータ巻線13aを有する。
交流発電機10は、軸18の回りで回るシャフト16を備えている。ロータ部分
14はシャフト16に装着される。かくして、ロータ部分14はステータ部分1
3に関して回転する。ロータ部分14は実質的に円筒状の中央部分20と、ロー
タ端部キャップ22と、ロータ端部キャップ24とから構成される。6極構造の
例において、中央部分20は、総体的に、図2に示される交互の位置関係で配列
される6つの磁極片26a−26f(図2参照)と6つの永久磁石28a−28
fとから構成される。磁極片26a−26fは透磁性材料から作成される。一実
施形態において、永久磁石28a−28fはフェライト磁石として形成される。
別の実施形態において、永久磁石28a−28fは希土類磁石として形成される
。前述の説明は6極の場合のものであるが、6極よりも少なくしたり多くしたり
することができることは理解されるべきである。
【0007】
相対的に高出力の交流発電機がエアギャップ15を横断する磁束を最大にする
ことにより実現できることは技術的に証明されている。この概念は、以下の説明
から明らかとなる本発明の交流発電機の設計内で実施される。
ことにより実現できることは技術的に証明されている。この概念は、以下の説明
から明らかとなる本発明の交流発電機の設計内で実施される。
【0008】
図1を参照すると、ロータ端部キャップ22および24は同様に構成されそし
て透磁性材料から作成される。ロータ端部キャップ22および24は中央部分2
0の対向する側部に配置されそして相互に関して1極ピッチ(one pole pitch)
で円周方向へ変位される。端部キャップ22は部分22aおよび22bを含む。
部分22aはロータの中央部分20に取り付けられそして所定数の磁極片26a
−26fおよび永久磁石28a−28fに接触する。部分22bはロータ部分1
4から離間されそしてシャフト16の回りに円周方向へ延びる。同様に、キャッ
プ24は部分24aおよび24bを含む。部分24aはロータの中央部分20に
取り付けられそして所定数の磁極片26a−26fおよび永久磁石28a−28
fに接触する。部分24bはロータ部分14から離間されそしてシャフト16の
回りに円周方向へ延びる。ロータ部分14全体(すなわち、中央部分20および
端部キャップ22、24)はハウジング12内で枢動する。
て透磁性材料から作成される。ロータ端部キャップ22および24は中央部分2
0の対向する側部に配置されそして相互に関して1極ピッチ(one pole pitch)
で円周方向へ変位される。端部キャップ22は部分22aおよび22bを含む。
部分22aはロータの中央部分20に取り付けられそして所定数の磁極片26a
−26fおよび永久磁石28a−28fに接触する。部分22bはロータ部分1
4から離間されそしてシャフト16の回りに円周方向へ延びる。同様に、キャッ
プ24は部分24aおよび24bを含む。部分24aはロータの中央部分20に
取り付けられそして所定数の磁極片26a−26fおよび永久磁石28a−28
fに接触する。部分24bはロータ部分14から離間されそしてシャフト16の
回りに円周方向へ延びる。ロータ部分14全体(すなわち、中央部分20および
端部キャップ22、24)はハウジング12内で枢動する。
【0009】
図1を参照すると、交流発電機10は励磁巻線30、32を更に備えている。
励磁巻線30、32は、ハウジング12の内部壁のリップ部分12a、12bに
それぞれ巻きつけられた円形コイルにより構成され、それにより回転しない。励
磁巻線30および32はそれぞれロータ端部キャップ24bおよび22bの回り
に円周方向へ延びる。巻線30および32はロータ14のための第2の磁気回路
を生じる(巻線30、32は図2の面に位置するが、図1にのみ示されている。
)。巻線30は軸方向のエアギャップ33aによって端部キャップ部分24aか
ら分離される。同様に、巻線32は軸方向のエアギャップ33bによって端部キ
ャップ部分22aから分離される。エアギャップ33aおよび33bは総体的に
回転軸18と平行な方向へ延びる。
励磁巻線30、32は、ハウジング12の内部壁のリップ部分12a、12bに
それぞれ巻きつけられた円形コイルにより構成され、それにより回転しない。励
磁巻線30および32はそれぞれロータ端部キャップ24bおよび22bの回り
に円周方向へ延びる。巻線30および32はロータ14のための第2の磁気回路
を生じる(巻線30、32は図2の面に位置するが、図1にのみ示されている。
)。巻線30は軸方向のエアギャップ33aによって端部キャップ部分24aか
ら分離される。同様に、巻線32は軸方向のエアギャップ33bによって端部キ
ャップ部分22aから分離される。エアギャップ33aおよび33bは総体的に
回転軸18と平行な方向へ延びる。
【0010】
図1を参照すると、磁極片26a−26fは永久磁石28a−28fからと励
磁巻線30および32からの磁束を導く。励磁巻線30および32からの磁束は
端部キャップ22および24によりエアギャップ34を通って磁極片26a−2
6fに導かれる。エアギャップ34は総体的に回転軸18に垂直な方向へ延びる
。これらの特徴については以下に詳述する。
磁巻線30および32からの磁束を導く。励磁巻線30および32からの磁束は
端部キャップ22および24によりエアギャップ34を通って磁極片26a−2
6fに導かれる。エアギャップ34は総体的に回転軸18に垂直な方向へ延びる
。これらの特徴については以下に詳述する。
【0011】
図2を参照すると、永久磁石28a−28fは、磁化の軸が図2の面(すなわ
ち、ロータ部分14の回転面)に位置するように配列される。永久磁石28a−
28fは、磁束が以下のように流れるように交互に向きを変えて組み込まれる。
(i) 第1の永久磁石から、(ii) 隣接する磁極片(例えば、磁極片26a−26
f)に、(iii) エアギャップ15を横断し、(iv) ステータ部分13の後背鉄部
分(back iron portion)を通り、(v) エアギャップ15を横切って戻り、(vi)
第1の永久磁石の他方側にある磁極片へ流れ、そこにおいて、前述の第1の永久
磁石に戻る。このことは図2に示されており、磁束は矢印40によって表されて
いる。明確に言えば、磁束は永久磁石28bから磁極片26cに流れ、エアギッ
ャプ15を横切って上方へ流れる。次いで、磁束はステータ部分13の後背鉄部
分を通り、エアギッャプ15を横切って隣接する磁極片26bへ流れ、永久磁石
28bへと戻る。隣接する永久磁石28cもまた磁束を発生する。この磁束は矢
印50で示されており、磁束40と同じ面で流れるが反対方向へ循環する。この
ことは図2に示されている。磁束は磁石28cから磁極片26cに流れ、次いで
、エアギャップ15を横切って上方へ流れる。次いで、磁束はステータ部分13
の後背鉄部分を通り、エアギャップ15を横切って戻り、隣接する磁極片26d
へ流れて永久磁石28cに戻る。このような構成により、磁束通路(例えば、磁
束通路40および50)の向きまたは方向はロータ部分14の周縁に沿って交互
に向きを変える。
ち、ロータ部分14の回転面)に位置するように配列される。永久磁石28a−
28fは、磁束が以下のように流れるように交互に向きを変えて組み込まれる。
(i) 第1の永久磁石から、(ii) 隣接する磁極片(例えば、磁極片26a−26
f)に、(iii) エアギャップ15を横断し、(iv) ステータ部分13の後背鉄部
分(back iron portion)を通り、(v) エアギャップ15を横切って戻り、(vi)
第1の永久磁石の他方側にある磁極片へ流れ、そこにおいて、前述の第1の永久
磁石に戻る。このことは図2に示されており、磁束は矢印40によって表されて
いる。明確に言えば、磁束は永久磁石28bから磁極片26cに流れ、エアギッ
ャプ15を横切って上方へ流れる。次いで、磁束はステータ部分13の後背鉄部
分を通り、エアギッャプ15を横切って隣接する磁極片26bへ流れ、永久磁石
28bへと戻る。隣接する永久磁石28cもまた磁束を発生する。この磁束は矢
印50で示されており、磁束40と同じ面で流れるが反対方向へ循環する。この
ことは図2に示されている。磁束は磁石28cから磁極片26cに流れ、次いで
、エアギャップ15を横切って上方へ流れる。次いで、磁束はステータ部分13
の後背鉄部分を通り、エアギャップ15を横切って戻り、隣接する磁極片26d
へ流れて永久磁石28cに戻る。このような構成により、磁束通路(例えば、磁
束通路40および50)の向きまたは方向はロータ部分14の周縁に沿って交互
に向きを変える。
【0012】
図1を参照すると、励磁巻線30、32はロータ部分14のための第2の磁気
回路を生じている。巻線30および32は、図1の面に流れる、矢印60および
70でそれぞれ表される磁束を発生する。換言すると、矢印60および70によ
り表される磁束は、図2の面に垂直な面に流れる(例えば、矢印60および70
で示される磁束はロータ部分14の回転面に垂直な面に流れる。)。磁束の向き
は、巻線30および32に流れる電流の向きによって制御される。しかし、矢印
60および70で表される磁束は、依然としてエアギャップ15を横切り、交流
発電機の速度および要求出力電圧いかんで決まる磁束の補足または減少の要求に
応じて、それぞれ、永久磁石により発生される磁束を加えるかまたは減衰させる
。
回路を生じている。巻線30および32は、図1の面に流れる、矢印60および
70でそれぞれ表される磁束を発生する。換言すると、矢印60および70によ
り表される磁束は、図2の面に垂直な面に流れる(例えば、矢印60および70
で示される磁束はロータ部分14の回転面に垂直な面に流れる。)。磁束の向き
は、巻線30および32に流れる電流の向きによって制御される。しかし、矢印
60および70で表される磁束は、依然としてエアギャップ15を横切り、交流
発電機の速度および要求出力電圧いかんで決まる磁束の補足または減少の要求に
応じて、それぞれ、永久磁石により発生される磁束を加えるかまたは減衰させる
。
【0013】
この永久磁石28a−28fの特徴により、励磁巻線30および32からの磁
束は永久磁石28a−28fを通過するわずかな成分を有する。更に、磁極片2
6a−26fは永久磁石28a−28fからの磁束と周囲の励磁巻線30および
32からの磁束を共に受容する。
束は永久磁石28a−28fを通過するわずかな成分を有する。更に、磁極片2
6a−26fは永久磁石28a−28fからの磁束と周囲の励磁巻線30および
32からの磁束を共に受容する。
【0014】
図4を参照すると、本発明の互換性のあるブラシレス交流発電機の四分円部分
が示されている。互換性のある交流発電機100は、総体的に、ハウジング10
2とステータ部分103とロータ部分104とから構成され、これらは前述の説
明で述べたハウジング12、ステータ部分13およびロータ部分14と同様な手
段でそれぞれ機能する。ハウジング102は、その回りをロータ部分104が回
転するシャフト(図示なし)の回りに円周方向へ延びるリップ部分105を備え
る。交流発電機100は、前述の説明で述べた励磁巻線30および32と同様な
手段で機能する励磁巻線106を更に備える。ロータ部分104は、前述の説明
で述べた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様な手段で交互に
配向して配列された永久磁石108および磁極片110から構成される中央部分
107を有する。磁石108aは仮想線で示されている。磁石108および磁極
片110は、総体的に、前述の説明で述べた磁石28a−28fおよび磁極片2
6a−26fとそれぞれ同様な構成である。エアギャップ15(図1参照)と同
様なエアギャップ(図示なし)がステータ部分103とロータ部分104との間
に存在する。ロータ部分104は更に一対の同様に構成された伸延部分を備え、
その一方は参照符号112で示され、他方の伸延部分は図示されていない。磁石
108および磁極片110は伸延部分112と図示されていない他方の伸延部分
との間に配置される。後続する説明は伸延部分112に関係するものであるが、
その説明は図示されていない伸延部分にも適用されるものであることを理解され
たい。一実施形態において、伸延部分112はロータ部分104の周縁の回りに
円周方向へ延びる。一実施形態において、伸延部分112は、リップ部105の
回りに円周方向へ延びる本体部分から構成される環状またはディスク状の部材と
して形成される。伸延部分112は透磁性材料から作成される。伸延部分112
、図示されていない伸延部分も同様に、磁極片110に取り付けられる。互換性
のある実施形態において、磁極片110および伸延部分112(図示されていな
い伸延部分も同様である)は一つの部品として一体化されて形成される。巻線1
06から発生される磁束は矢印120で示されており、ロータ部分104の回転
面に垂直な面に位置する。永久磁石108aからの磁束は矢印130で示されて
おり、ロータ部分104の回転面と同じ面に位置する。かくして、磁気回路は相
互に対して垂直でありそして磁極片を共有するが、永久磁石からの磁束は巻線を
通過しないかまたはその逆である。
が示されている。互換性のある交流発電機100は、総体的に、ハウジング10
2とステータ部分103とロータ部分104とから構成され、これらは前述の説
明で述べたハウジング12、ステータ部分13およびロータ部分14と同様な手
段でそれぞれ機能する。ハウジング102は、その回りをロータ部分104が回
転するシャフト(図示なし)の回りに円周方向へ延びるリップ部分105を備え
る。交流発電機100は、前述の説明で述べた励磁巻線30および32と同様な
手段で機能する励磁巻線106を更に備える。ロータ部分104は、前述の説明
で述べた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様な手段で交互に
配向して配列された永久磁石108および磁極片110から構成される中央部分
107を有する。磁石108aは仮想線で示されている。磁石108および磁極
片110は、総体的に、前述の説明で述べた磁石28a−28fおよび磁極片2
6a−26fとそれぞれ同様な構成である。エアギャップ15(図1参照)と同
様なエアギャップ(図示なし)がステータ部分103とロータ部分104との間
に存在する。ロータ部分104は更に一対の同様に構成された伸延部分を備え、
その一方は参照符号112で示され、他方の伸延部分は図示されていない。磁石
108および磁極片110は伸延部分112と図示されていない他方の伸延部分
との間に配置される。後続する説明は伸延部分112に関係するものであるが、
その説明は図示されていない伸延部分にも適用されるものであることを理解され
たい。一実施形態において、伸延部分112はロータ部分104の周縁の回りに
円周方向へ延びる。一実施形態において、伸延部分112は、リップ部105の
回りに円周方向へ延びる本体部分から構成される環状またはディスク状の部材と
して形成される。伸延部分112は透磁性材料から作成される。伸延部分112
、図示されていない伸延部分も同様に、磁極片110に取り付けられる。互換性
のある実施形態において、磁極片110および伸延部分112(図示されていな
い伸延部分も同様である)は一つの部品として一体化されて形成される。巻線1
06から発生される磁束は矢印120で示されており、ロータ部分104の回転
面に垂直な面に位置する。永久磁石108aからの磁束は矢印130で示されて
おり、ロータ部分104の回転面と同じ面に位置する。かくして、磁気回路は相
互に対して垂直でありそして磁極片を共有するが、永久磁石からの磁束は巻線を
通過しないかまたはその逆である。
【0015】
図5を参照すると、クロー極を使用する、本発明の別のブラシレス交流発電機
の四分円部分の斜視図が示されている。典型的なクロー極の構造は米国特許第5
,892,313号に述べられており、その開示内容は本説明において参照事項
として組み込まれる。交流発電機200は、総体的に、前述の説明で述べられた
ハウジング12、ステータ部分13およびロータ部分14と同様な手段でそれぞ
れ機能するハウジング202、ステータ部分203およびロータ部分204によ
り構成される。ハウジング202はロータ部分204の回転軸の回りに円周方向
へ延びるリップ部205を備える。リップ部205はロータ部分204へと延び
る。交流発電機200は更に、前述の説明で述べられた励磁巻線30および32
と同様な手段で機能する励磁巻線206を備える。巻線206は総体的にリップ
部205の回りに巻かれたコイルにより構成される。ロータ部分204は、前述
の説明で述べられた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様な手
段で交互に配向して配列された永久磁石208と内方磁極片209および210
とから構成される中央部分207を有する。磁石208aは仮想線で示されてい
る。磁石208と磁極片209および210は、総体的に、前述の説明で述べら
れた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様にそれぞれ構成され
る。磁石208と磁極片209および210の数は同じであるが、機械の電磁極
の数と異なることができる。エアギッャプ15(図1参照)と同様なエアギッャ
プ(図示なし)がステータ部分203とロータ部分204の間に存在する。
の四分円部分の斜視図が示されている。典型的なクロー極の構造は米国特許第5
,892,313号に述べられており、その開示内容は本説明において参照事項
として組み込まれる。交流発電機200は、総体的に、前述の説明で述べられた
ハウジング12、ステータ部分13およびロータ部分14と同様な手段でそれぞ
れ機能するハウジング202、ステータ部分203およびロータ部分204によ
り構成される。ハウジング202はロータ部分204の回転軸の回りに円周方向
へ延びるリップ部205を備える。リップ部205はロータ部分204へと延び
る。交流発電機200は更に、前述の説明で述べられた励磁巻線30および32
と同様な手段で機能する励磁巻線206を備える。巻線206は総体的にリップ
部205の回りに巻かれたコイルにより構成される。ロータ部分204は、前述
の説明で述べられた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様な手
段で交互に配向して配列された永久磁石208と内方磁極片209および210
とから構成される中央部分207を有する。磁石208aは仮想線で示されてい
る。磁石208と磁極片209および210は、総体的に、前述の説明で述べら
れた磁石28a−28fおよび磁極片26a−26fと同様にそれぞれ構成され
る。磁石208と磁極片209および210の数は同じであるが、機械の電磁極
の数と異なることができる。エアギッャプ15(図1参照)と同様なエアギッャ
プ(図示なし)がステータ部分203とロータ部分204の間に存在する。
【0016】
図5を参照すると、ロータ部分204は更に、一対の放射方向へ延びるクロー
極を備え、その一方は参照符号212で示され、他方のクロー極は図示されてい
ない。磁極片210はクロー極212に結合され、磁極片209は図示されてい
ないクロー極に結合される。図5は交流発電機200の部分図(例えば、四分部
分)でしかなく、総体的に前述した米国特許第5,892,313号に示される
ように形成された2つのクロー極部分があることを理解すべきである。軸方向の
エアギャップ211がクロー極212から磁石208を磁気的に絶縁する。部分
212は透磁性材料から作成される。巻線206から発生される磁束は矢印22
0で示されており、ロータ部分204の回転面に垂直な面に位置する。永久磁石
208aからの磁束は矢印230で示されており、クロー極212を通り、ステ
ータ203とロータ部分204を分離するエアギャップを通って流れる。かくし
て、磁気回路は相互に対して垂直でありそして磁極片を共有するが、永久磁石か
らの磁束は巻線を通過しないかまたはその逆である。
極を備え、その一方は参照符号212で示され、他方のクロー極は図示されてい
ない。磁極片210はクロー極212に結合され、磁極片209は図示されてい
ないクロー極に結合される。図5は交流発電機200の部分図(例えば、四分部
分)でしかなく、総体的に前述した米国特許第5,892,313号に示される
ように形成された2つのクロー極部分があることを理解すべきである。軸方向の
エアギャップ211がクロー極212から磁石208を磁気的に絶縁する。部分
212は透磁性材料から作成される。巻線206から発生される磁束は矢印22
0で示されており、ロータ部分204の回転面に垂直な面に位置する。永久磁石
208aからの磁束は矢印230で示されており、クロー極212を通り、ステ
ータ203とロータ部分204を分離するエアギャップを通って流れる。かくし
て、磁気回路は相互に対して垂直でありそして磁極片を共有するが、永久磁石か
らの磁束は巻線を通過しないかまたはその逆である。
【0017】
かくして、本発明の以下のような特色が相対的に改良された性能および能力を
有する交流発電機を提供する。 a) 永久磁石28a−28fにより発生される誘導磁界および励磁巻線30、3 2により発生される誘導磁界はステータ部分13の内側にだけ共通の磁気通 路を有する、すなわち、励磁巻線30、32により発生される磁束は永久磁 石28a−28fを通過せず、永久磁石28a−28fにより発生される磁 束は励磁巻線30、32を取り巻くループを形成しない。 b) 励磁巻線磁気回路の磁束通路はステータ部分13の外側で永久磁石回路の磁 束通路に垂直である。 c) 励磁巻線により発生される磁束は、ランデル型のブラシレス交流発電機の設 計では4つであるのに対して2つのエアギャップを通過するだけである。 d) 励磁巻線30、32がロータ部分に置かれるのでなくて、どちらかと言えば ハウジング12のリップ部12aおよび12bに取り付けられるので、相対 的により多くの永久磁石をロータ部分14に設置し得る。 e) 励磁巻線30、32とロータ部分12の間の関係が必要ないので、交流発電 機10はブラシレスであり、それによりブラシの性能、摩耗および交換に関 する問題が解消される。 f) 磁石208の数が交流発電機200の電磁極の数と異なることができるので 、より大きな数の磁石がより大きな磁束密度をクロー極に提供し得る。
有する交流発電機を提供する。 a) 永久磁石28a−28fにより発生される誘導磁界および励磁巻線30、3 2により発生される誘導磁界はステータ部分13の内側にだけ共通の磁気通 路を有する、すなわち、励磁巻線30、32により発生される磁束は永久磁 石28a−28fを通過せず、永久磁石28a−28fにより発生される磁 束は励磁巻線30、32を取り巻くループを形成しない。 b) 励磁巻線磁気回路の磁束通路はステータ部分13の外側で永久磁石回路の磁 束通路に垂直である。 c) 励磁巻線により発生される磁束は、ランデル型のブラシレス交流発電機の設 計では4つであるのに対して2つのエアギャップを通過するだけである。 d) 励磁巻線30、32がロータ部分に置かれるのでなくて、どちらかと言えば ハウジング12のリップ部12aおよび12bに取り付けられるので、相対 的により多くの永久磁石をロータ部分14に設置し得る。 e) 励磁巻線30、32とロータ部分12の間の関係が必要ないので、交流発電 機10はブラシレスであり、それによりブラシの性能、摩耗および交換に関 する問題が解消される。 f) 磁石208の数が交流発電機200の電磁極の数と異なることができるので 、より大きな数の磁石がより大きな磁束密度をクロー極に提供し得る。
【0018】
本発明の要部、好適な実施形態および作動方法は上述の説明において述べられ
ている。しかしながら、ここにおいて保護されるよう意図される本発明は、前述
した特定な形態に制限されるように解釈されるべきでなく、限定というよりも例
示として理解されるべきである。当業者にとって本発明の主旨から逸脱すること
なしに種々の変更が行われ得る。従って、上述した説明は本質的に典型的なもの
であり、請求の範囲に述べる本発明の範囲および主旨を制限するものではない。
ている。しかしながら、ここにおいて保護されるよう意図される本発明は、前述
した特定な形態に制限されるように解釈されるべきでなく、限定というよりも例
示として理解されるべきである。当業者にとって本発明の主旨から逸脱すること
なしに種々の変更が行われ得る。従って、上述した説明は本質的に典型的なもの
であり、請求の範囲に述べる本発明の範囲および主旨を制限するものではない。
【図1】 本発明の交流発電機の部分断面正面図である。
【図2】 図1の線2−2に沿った図である。
【図3】 図1に示されたロータの側面図である。
【図4】 本発明の交流発電機の互換例の四分円部分の斜視図である。
【図5】 本発明の交流発電機の別の実施例の四分円部分の斜視図である。
10、100、200 交流発電機
12、102、202 ハウジング
12a、12b、105、205 リップ部分
13、103、203 ステータ部分
13a ステータ巻線
14、104、204 ロータ部分
15、33a、33b、34、211 エアギャップ
16 シャフト
18 軸
20、107、207 中央部分
22、22a、22b、24、24a、24b、 ロータ端部キャップ
26a−26f、110、209、210 磁極片
28a−28f、108、108a、208、208a 永久磁石
30、32、106、206 励磁巻線
40、50、60、70、120、130、220、230 磁束通路
112 伸延部分
212 クロー極
─────────────────────────────────────────────────────
【要約の続き】
でハウジングに固着される。励磁巻線は第2のエアギャ
ップによりロータ端部キャップから分離される。第1お
よび第2のエアギャップは第2の磁気回路を形成するよ
うに共作動する。
Claims (11)
- 【請求項1】 透磁性(magnetically permeable)材料から作成され、内部
領域を有するハンジングと、 前記内部領域内に装着されてハウジングに取り付けられ、ステータ巻線を有す
るステータと、 各永久磁石が一対の磁極片の中間に位置されかつ磁化の軸がロータの回転面に
位置するように円周方向に交互に配列された複数の磁極片および永久磁石から構
成され、第1の磁気回路を形成するように第1のエアギャップによりステータ巻
線から分離され、更に第1の側部と、第1の側部に取着された第1のロータ端部
キャップと、第2の側部と、第2の側部に取着された第1のロータ端部キャップ
とから構成され、各ロータ端部キャップが少なくとも幾つかの磁極片に接触し、
各ロータ端部キャップが透磁性材料から作成される、ステータ内で回転軸の回り
を回転するように装着されたロータと、 ロータの回転面に円周方向へかつ対応するロータ端部キャップの回りに延びる
ように各々がロータのいずれかの側でハウジングに固着され、第2のエアギャッ
プによりロータの端部キャップから分離され、第1および第2のエアギャップが
第2の磁気回路を形成するように共作動する、一対の励磁巻線と から構成される、ブラシレス電気機械。 - 【請求項2】 各ロータ端部キャップはロータの対応する側部に取着された
第1の端部キャップ部分とロータの対応する側部から離間されて回転軸の回りに
延びる第2の端部キャップ部分とを有し、各励磁巻線は対応する第2の端部キャ
ップ部分の回りに円周方向へ延び、各励磁巻線は円周方向へ延びるエアギャップ
により第2の端部キャップ部分から離間される、請求項1に記載のブラシレス電
気機械。 - 【請求項3】 各ロータ端部キャップはロータの対応する側部に取着された
第1の端部キャップ部分とロータの対応する側部から離間されて回転軸の回りに
延びる第2の端部キャップ部分とを有し、各励磁巻線は軸方向に延びるエアギャ
ップにより第1の端部キャップ部分から離間される、請求項1に記載のブラシレ
ス電気機械。 - 【請求項4】 ハウジングはその内部領域内に内部壁をそして該内部壁に取
着されたリップ部を備え、各励磁巻線は対応するリップ部の回りに巻かれた円形
コイルにより構成され、各リップ部はロータの対応する側部に配置されて対応す
る第2の端部キャップの回りに円周方向へ延びる、請求項2に記載のブラシレス
電気機械。 - 【請求項5】 各ロータ端部キャップは実質的に環状の部材から構成され、
ハウジングは更に内部領域内の内部壁と該内部壁に取着された一対のリップ部と
から構成され、各リップ部はロータ端部キャップが第2のリップ部分の回りに円
周方向へ延びるように対応するロータ端部キャップに隣接してロータのそれぞれ
の側部に配置される、請求項1に記載のブラシレス電気機械。 - 【請求項6】 ロータ端部キャップは相互に関して1極ピッチ(one pole p
itch)ずつ円周方向へ変位される、請求項1に記載のブラシレス電気機械。 - 【請求項7】 各永久磁石はフェライト永久磁石である、請求項1に記載の
ブラシレス電気機械。 - 【請求項8】 各永久磁石は希土類磁石である、請求項1に記載のブラシレ
ス電気機械。 - 【請求項9】 各磁極片は透磁性材料から作成される、請求項1に記載のブ
ラシレス電気機械。 - 【請求項10】 透磁性材料から作成され、内部領域を有するハンジングと
、 前期内部領域内に装着されてハウジングに取り付けられ、ステータ巻線を有す
るステータと、 一対の透磁性のクロー極(claw poles)から構成され、各クロー極が周縁部と
該周縁部から軸方向に延びて他方のクロー極の指状部と噛み合う(intermesh)
指状部とを有する本体部分から構成され、更に複数の永久磁石とクロー極を仲介
しかつ各永久磁石が一対の連続的な内方磁極片の間に配置されるように円周方向
に交互に配列される複数の内方磁極片とから構成され、永久磁石と内方磁極片の
配列がロータ外周縁とその回りでロータが回転するシャフトを受容するための中
央開口とを画定し、複数の内方磁極片がクロー極の一方に取着された第1の内方
磁極片のグループと他方のクロー極に取着された第2の内方磁極片のグループと
から構成され、クロー極が永久磁石から磁気的に絶縁され、各クロー極の指状部
がステータとロータ外周縁の間に介在する、回転軸の回りで回転するように装着
されかつエアギャップによってステータ巻線から離間されたロータと、 ロータの回転面に円周方向へ延びるように各々がロータのいずれかの側でハウ
ジングに固着され、エアギャップによりクロー極から分離される一対の励磁巻線
と から構成される、ブラシレス電気機械。 - 【請求項11】 ハウジングは内部領域内の内部壁と該内部壁に取着された
一対のリップ部とを備え、各リップ部はロータのそれぞれの側に配置されて対応
するクロー極に向かい合い、各クリップ部は対応する励磁巻線を受容する第1の
リップ部分と第1のリップ部分から対応するクロー極部分(claw pole section
)の方向に延びる第2のリップ部分とを有する、請求項10に記載のブラシレス
電気機械。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US16899599P | 1999-12-03 | 1999-12-03 | |
US60/168,995 | 1999-12-03 | ||
US20297300P | 2000-05-09 | 2000-05-09 | |
US60/202,973 | 2000-05-09 | ||
PCT/US2000/042481 WO2001042649A2 (en) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | Hybrid brushless electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003516708A true JP2003516708A (ja) | 2003-05-13 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001543908A Abandoned JP2003516708A (ja) | 1999-12-03 | 2000-12-01 | ハイブリッド式ブラシレス電気機械 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2003516708A (ja) |
CN (1) | CN1286251C (ja) |
DE (1) | DE10085251T1 (ja) |
WO (1) | WO2001042649A2 (ja) |
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