JP2005536176A - 調整設定可能な減磁を可能にする二重励磁式回転電機 - Google Patents

Abstract

本発明は、ロータを囲むステータを具備する回転電機に関するものであり、該ロータは磁束を確立することに適した励磁用の永久磁石（２０、２４、２６、３０）と、励磁することもしないこともでき、永久磁石内で発生された磁束に対向することができる磁束の構成要素を発生させることができる励磁巻線（２２、２８）を具備しており、該回転電機において、永久磁石の数（Ｎａ）と励磁巻線の数（Ｎｂ）、ならびに、巻線と永久磁石の互いに対する配置は基本パターン（ｍｅ）を形成し、この永久磁石の数、Ｎａ、巻線の数、Ｎｂおよび基本パターンの数、Ｎｍｅは変更可能であって、該変更は、一方では、回転電機において望まれる、巻線が励磁されていないときに決定される基底の値（Ｉｂａｓｅ）に応じ、他方では、回転電機において望まれる、巻線が励磁されているときに決定される調整設定の値（Ｉｍｏｄ）に応じるものである。

Description

本発明は、二重励磁式回転電機に関するものであり、該回転電機によって、調整設定可能な減磁、つまり、回転電機によって供給される、必ずしも最大ではない出力のコントロールが可能になる。この回転電機は、自動車用のオルタネータまたはオルタノ−スタータでありうるものである。

一般的に、本発明は、電力の発生を必要とするあらゆる分野、特に自動車の分野で用途を見出すものであり、熱機関式車両またはハイブリッド車の車載電源網に電力を発生させるようになっている。

たとえば欧州特許出願公開第０５１５２５９号明細書に記載されているような、従来型の自動車の単相または多相のオルタネータ、ならびにオルタノ−スタータは、ステータを具備し、該ステータの内部で、励磁巻線を備えたスプライシング付きのロータが回転するものであって、その励磁巻線は、ロータのシャフトの突出部に設けられた二つのスリップリングと接触しているブラシによって給電されるものである。

これらのブラシは、励磁巻線の電圧を操作する、電圧のレギュレータに接続されている。ロータの励磁巻線の電気供給によって、ロータを磁化し、磁束を創り出させることが可能になるのだが、該磁束は、電機子巻線の線束体の周りを通り、該線束体はステータが有する磁気構造をした本体の溝に収納されている。これらの磁束によって、ステータの電機子巻線の中に導かれる電流、したがって、回転電機における電力を発生させられるようになる。このようなロータでは、励磁巻線の中の電流が、ゼロであるときには生じる出力はゼロであるが、このような回転電機が供給しうる出力レベルは、電磁的な構想が原因で制限される。

回転電機の効率を改善するために、たとえば欧州特許出願公開第８０３９６２号明細書によって、永久磁石でロータの励磁磁界を実現させることが知られている。

この構成では、ロータが、自身の励磁のために永久磁石しか具備していないので、回転電機の実施が制限されるのだが、それはなぜなら、ロータの励磁を調整設定することができないからである。

回転電機によって、上記で触れた技術の問題を解決できるようになるものがある。たとえば、米国特許第５，６６３，６０５号明細書に記載されているこれらの回転電機は、永久磁石と、励磁用の巻線またはコイルを同時に含むロータを具備している。この永久磁石は、表面型と呼ばれるのだが、それはなぜなら、該永久磁石は、ラジアル方向の磁束を生じさせるために、円周状にロータの外縁部に設置されているからである。このとき、混合励磁あるいは二重励磁という言い方がされる。このようなロータは、多くの数の極を有する回転電機に設置され、該ロータによって、前述した回転電機で得られる効率を高められるようになっている。該ロータによって、また、永久磁石によって生じた磁束を、したがって、回転電機によって生じた電力を減少させ、ひいては無化できるようになっている。このようにして、この回転電機は、自動車の車載電源網に必要なだけの電力を供給することができる。

このような回転電機において、放出される電流はスイッチング手段によって、励磁巻線の部位でコントロールされる。これらスイッチング手段により、巻線の励磁の方向を選択的に反転させることで、永久磁石の磁束を減少または無化させられるようになっている。これらスイッチング手段は、半導体の付いたスイッチングブリッジで構成され、Ｈ型ブリッジと称される。このようなＨ型ブリッジは、コストが高いという不都合を呈するものである。

このコストの問題を解決するために、ある一つの回転電機が製作されたのだが、該回転電機において、回転電機によって送出される電力は、永久磁石付のロータの励磁巻線に、実質的にゼロである値と最大値の間で変動する単方向性の電流を注入することで可変され、該回転電機によってそれぞれ、制限されたエネルギーと最大エネルギーを送出できるようになっている。このような回転電機は、本出願人の名義で出願された、欧州特許出願公開第０９４２５１０号明細書に記載されている。

図１ａ〜１ｂには、この、欧州特許出願公開第０９４２５１０号明細書に記載されている混合ロータ２００の実施態様が示されており、該混合ロータは、ラジアル方向の磁束を伴う、表面型の永久磁石を外縁部に含んでいる。

このロータは、ここでは環状であって、十二個の極１〜１２を具備しており、該極の三つの極１、５および９は永久磁石が付いており、三つの極３、７および１１は励磁用の巻線またはコイルが付いており、そして六つの極２、４、６、８、１０および１２はリラクタンスが付いている。リラクタンス付極は中間極であり、該中間極によって、永久磁石および／または励磁巻線付極によって発せられる磁束が循環する。これらの励磁巻線付極はそれぞれ二つの溝によって画定されており、該溝のそれぞれの中に、たとえば銅線である導線が収納され、この導線は関係する極に巻かれていることで、絶縁体を介在させつつ、励磁巻線を形成するようになっている。これらの突出した極は、ここでは、それぞれ外縁部に広がった頭部を具備することで、関連づけられた励磁巻線の保持用肩部を形成する。永久磁石付極は、円周方向の端部のそれぞれで、あまり深くない空洞溝によって円周状に画定されている。永久磁石付極はそれぞれ、少なくとも一つの円周方向の収納部を具備し、該収納部の形状は、永久磁石の取り付けのために細長くなっている。前述のように、永久磁石は表面型であり、ロータの外縁部の近傍に設置されることで、ラジアル方向の磁束を生じさせる。

リラクタンス付極は、それぞれ、好適には外縁部に円周方向の突出部を有しており、該突出部が隣接する励磁巻線付極の方に向けられていることで、励磁巻線をラジアル方向に保持するようになっている。

二つのリラクタンス付極は、永久磁石付極の両側に設置される一方で、励磁巻線付極はリラクタンス付の連続する二つの極の間に設置される。

簡便さのために、これ以降、励磁巻線付極は、巻線極と、永久磁石付極は、磁石付極とも称することとする。

巻線極は、電流の通過によって励磁あるいは活性化されていないとき、リラクタンス付極として反応するのだが、これはつまり、該巻線極が、永久磁石によって発せられるの磁束の方向にいかなる影響も持たないということである。この場合、ロータにおいて観察される磁極は、図１ａに記されたものであり、つまり、磁石付極についてはＳ極、他の極についてはＮ極である。したがって、回転電機の巻線が励磁されていないとき、基本パターンと称されるパターンが得られ、該パターンは、１２個の極の付いた回転電機ではＳＮＮＮ ＳＮＮＮ ＳＮＮＮである。このように、回転電機が励磁されていないとき、各永久磁石は二つの磁束Ｆ３を生じさせるのだが、該磁束は、それぞれ二つの磁束Ｆ１およびＦ２に配分されて、一方ではリラクタンス付極２、４、６、８、１０および１２へ向かい、他方では、励磁されず、リラクタンス付極として振る舞う巻線極３〜７および１１へ向かっている。

前述した欧州特許出願公開第０９４２５１０号明細書を参照すると、留意すべきことには、その回転電機は多相のステータを具備しており、そのステータは、界磁フレームとも称される、磁性材製の本体を備え、その本体が、ステータの内縁部に、好ましくは半分閉じた溝を備え、該溝は、ステータが具備する電機子巻線の線束体を収容するということなのである。

これらの溝は、極とも称される歯によって互いに隔てられている。前述した磁束Ｆ１〜Ｆ３は、ステータの歯を通り、このとき、ステータとロータとの間に存在するエアギャップは小さい。

励磁用コイルまたは励磁用巻線、これらは簡便さのために巻線とも称されるのであるが、これら巻線が、図１ｂにあるように励磁されていれば、それら巻線はそれぞれ磁束ＦＤを発生するのだが、該磁束が同一巻線の二つの線束体の間に位置する、巻線極に向かう永久磁石の磁束Ｆ２の伝播に対向する一方で、巻線によって創り出されたこの磁束ＦＤは逆に、磁束Ｆ１を強め、該磁束Ｆ１は各永久磁石からリラクタンス付極のそれぞれに向かっていくようになっており、該極は、巻線極または磁石付極のそれぞれを囲んでいる。このように、巻線が電流の通過によって活性化しているとき、その巻線がＳ極を有するのに対し、逆にこれらが励磁されないときにはＮ極を有することが理解される。ロータの極は、したがって、ＮＳＮＳＮＳＮＳＮＳＮＳという磁気構造を採用することになり、該磁気構造によって、巻線における励磁電流で段階的に高まるエネルギーを、ステータに向けて移送することを確実に行えるようになっている。

この回転電機において、現状で知られているあらゆる二重励磁式回転電機におけるように、定寸は永久磁石にしたがって、より精確には、回転電機内の永久磁石のサイズ、タイプ、数および配置場所にしたがって決定される。定寸（以下でＩｂａｓｅと称される）は基底出力のレベルであって、該基底出力のレベルは、永久磁石によってのみ回転電機が供給できるものなのであるが、これはつまり、巻線が励磁されていないときということである。このような回転電機は、たとえば、オルタネータ・モードでは、４５アンペアの基底の電流値を供給することができる。

巻線が、電流の通過によって活性化あるいは励磁されていれば、回転電機によって供給される全体の電力は、永久磁石によってのみ供給される電力と比べて高まっている。もし、永久磁石だけが、たとえば４５アンペアの電流値を供給するならば、回転電機によって供給される全体の電流値は、たとえば９０アンペアとなることになる。

この特徴、すなわち、回転電機によって供給される出力をコントロールできることからなる、この特徴は、減磁と称される。この減磁は、ロータの回転速度に応じてコントロールすることができる。いま説明した回転電機においては、ロータの部位で生じる磁束は、ロータの励磁巻線に供給される電流の値と方向に従って、明確に減少することも、完全に無化させることもできる。減磁によって、永久磁石によってのみ供給されるパワーと比べて回転電機によって供給されるパワーを高めることができるとき、正の減磁という言い方になる。逆の場合には、負の減磁という言い方になる。

この回転電機は、したがって、永久磁石によってのみ生じる基底出力と、永久磁石と巻線とによって生じる最大出力との間で可変させることができる出力を、生じさせることができる。

回転電機が、前述したＨ型ブリッジのような装置を有し、ロータのコイルの励磁電流を反転させれば、生じた出力は、ゼロ、または、ほぼゼロの値と最大値との間を可変させることができ、これは、永久磁石によってのみ生じる基底出力の両極に位置する二つの値である。

しかしながら、用途によっては、永久磁石によってのみ生じる基底出力が調整設定可能であるようなさまざまな構造を配置できるようにすることが有利である。

このように、回転電機の良好なキャリブレーションを行うためには、永久磁石の数の選択が基底出力を供給できるようにするための重要な基準となるのだが、該基底出力は、回転電機の望まれる平均の回転速度で、効率を最適化するために励磁コイル内に電流を注入しない用途で必要となるものである。
欧州特許出願公開第０５１５２５９号明細書 欧州特許出願公開第８０３９６２号明細書 米国特許第５，６６３，６０５号明細書 欧州特許出願公開第０９４２５１０号明細書

本発明は、まさに、単純かつ経済的手法で、上述の問題を改善することを目的としている。

本発明の一つの目的は、生じた基底出力が調整設定可能であるような二重励磁式のロータの構造を提案することである。

このために、ロータは永久磁石付極と励磁巻線付極とを具備しており、これらの極は、ロータで複数回反復することができる特徴的な基本パターンを実現するように配置されている。換言すれば、本発明においては、永久磁石の数と励磁巻線の数、ならびに、それぞれの配置位置と基本パターンの数は、回転電機において所望の基底出力に応じて調整設定可能である。

より精確には、本発明はロータを具備する回転電機に関するものであり、該ロータは、磁性材製の本体と、ロータを囲むステータを有しており、ステータは少なくとも一つの電機子巻線を具備し、該巻線はステータが有する磁気本体に製作された溝に収納され、ロータは、電機子巻線の周りを通過する閉磁路を選択的に確立するための手段を備えており、これらの手段の構成は、
−ロータの移動方向に応じて、反対方向の構成要素を有する磁束を確立するように適合した励磁用の永久磁石と、
−励磁されることと、永久磁石において発生された磁束に対向する磁束の構成要素を発生することに適している、ロータの溝に収納される励磁巻線とを具備している。

本発明の回転電機は、永久磁石の数（Ｎａ）と励磁巻線の数（Ｎｂ）、ならびに、巻線と永久磁石の互いに対する配置が基本パターンを形成することを特徴としており、この基本パターンは、一定回数（Ｎｍｅ）繰り返すことができ、これらの永久磁石の数、Ｎａ、巻線の数、Ｎｂおよび基本パターンの数、Ｎｍｅは変更可能であり、この変更は、一方では、回転電機において望まれる、巻線が励磁されていないときに決定される基底の値に応じ、他方では、回転電機において望まれる、巻線が励磁されているときに決定される調整設定の値に応じるものである。

本発明による回転電機の、好ましいが制限的ではない特徴は、以下のとおりである。

−Ｎａは、１以上であり、Ｎｂは、１以上であり、Ｎｍｅは、１以上であり、Ｎａ、Ｎｂの数の対が、１，１ とは異なること。

−同一の基本パターンのＮａ個の永久磁石がラジアル方向の磁束を発生させるように配置されていること。

−同一の基本パターンの永久磁石が同一の極性であること。

−同一の基本パターンの巻線極が同一の極性であること。

−基本パターンの内部で、少なくとも二つの連続する永久磁石が、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられていること。

−基本パターンの内部で、少なくとも二つの連続する巻線極が、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられていること。

−基本パターンの内部で、連続する少なくとも一つの巻線極と永久磁石が、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられていること。

−基本パターンに属するコイルの巻線の線束体が、連続する二つの永久磁石の間に位置する、隣接する二つの溝に収容されること。

−複数の基本パターンが互いに関連づけられていること。

−複数の基本パターンが異なっていること。

−連続する少なくとも二つの基本パターンの間に、少なくとも一つの永久磁石によって創り出されるＮ極−Ｓ極またはＳ極−Ｎ極の少なくとも一つの対の連続が挿入されること。

−二つの連続する基本パターンの間に挟み込まれた少なくとも一つの永久磁石は、少なくとも一つの基本パターンに属する少なくとも一つの永久磁石とは異なる極性であること。

−Ｎｂ個の巻線がすべて同時に励磁されるわけではないこと。

−ｌｂがＮｂ個の巻線によって供給される磁力の最大の値であるとき、調整設定の値（Ｉｍｏｄ）が−ｌｂと＋ｌｂの間の間隔に含まれること。

−残留磁束（Ｆｒ）が持続し、該残留磁束が励磁コイルによって生じた減磁の磁束（Ｆｄ）の影響を受けない永久磁石に由来すること。

既に説明した図１ａ〜１ｂは、先行技術による十二個の極が付いた回転電機の例の断面の概略図であり、それぞれ、励磁巻線が励磁していない状態と、巻線の励磁状態におけるものである。

図２は、本発明による十二個の極が付いた回転電機の第一の実施例の断面の概略図である。

図３は、本発明による十二個の極が付いた回転電機の第二の実施例についての、図２と同様の図である。

図４は、図２の回転電機のロータ部分を展開した形態で、本発明の変形実施例を概略的に示す図である。

図５は、図３の回転電機のロータ部分を展開した形態で、本発明の変形実施例を概略的に示す図である。

図２〜５において、ＮおよびＳは、図１ａおよび図１ｂにおけるのと同じように、それぞれＮ極とＳ極を表すために用いられている。

本発明は、二重励磁式回転電機に関するものであり、該回転電機においては、永久磁石によってのみ発せられる基底出力ならびに減磁を調整設定することが可能である。

この基底出力は、永久磁石によってのみ供給されるのだが、これはつまり、励磁コイルあるいは励磁巻線が給電されていないときということである。この基底出力は回転電機のキャリブレーションに対応する。この基底出力は、回転電機中の永久磁石の数によって決まり、また、ロータにおける永久磁石の位置決めによっても決まる（ラジアル方向、ラジアル直交方向など）。

本発明は、永久磁石の数、Ｎａ、巻線の数、Ｎｂおよび基本パターンの数、Ｎｍｅを操作して、基底出力を調整設定することを提案するものである。好ましくは、Ｎａは１以上であり、Ｎｂは１以上であり、Ｎｍｅは１以上であって、ＮａとＮｂの数の対が、１，１ とは異なっている。基本パターンは、永久磁石および巻線の集合であり、該永久磁石および巻線は、特徴的な順序で関連づけられ、ロータの輪郭の全体または一部に配分されている。基本パターンは反復性のものであってよく、これはつまり、該基本パターンが一つまたは複数の他の同一の基本パターンと関連づけることができるということである。基本パターンはまた、一つまたは複数の他の異なった基本パターンと関連づけることもできる。

Ｉｂａｓｅとよばれる基底出力は、各基本パターンにおける永久磁石の数、Ｎａおよびロータの輪郭における基本パターンの数、Ｎｍｅに応じて変化する。したがって、基本パターンにおける永久磁石の数を調節し、基本パターンの数を調節することで、回転電機の基底の値を変化させることが可能である。

調整設定の能力は、Ｉｍｏｄと呼ばれ、巻線の数、Ｎｂおよびロータの輪郭に存在する基本パターンの数、Ｎｍｅによって決まる。したがって、基本パターンにおける巻線の数を調節し、基本パターンの数を調節することで、回転電機の調整設定の値を可変させることが可能である。このように、ロータの極の数がより多く、可能な基本パターンが多ければ、基底の値および調整設定の値に対する可能な値がより多くなることが理解されよう。

本発明によると、複数の基本パターンを互いに関連づけることが可能であるのだが、これはつまり、異なった、または同様の複数の基本パターンを、ロータの輪郭において互いに反対の側部に配置するということである。したがって、本発明によると、ロータの構成は、巻線極、あるいは励磁巻線付極によって実現される負または正の減磁のようなものとなり、部分的または全体的となることになる。

図２では、本発明によるロータの例を示している。このロータは二つの基本パターンにしたがって配分された十二個の極を具備しており、各基本パターンは、二つの磁石付極と一つの巻線極を具備している。ロータの中心には、回転シャフト１５を示しており、該シャフトは、このシャフトと連動するために磁性材製の本体を有しているロータと連動する。

この例においては、ロータは二つの同一の基本パターンｍｅ１およびｍｅ２を具備している。言い換えれば、Ｎｍｅ＝２である。

基本パターンｍｅ１およびｍｅ２は、第一の永久磁石付極３０、２４を具備し、該極に、第一のリラクタンス付極３１、２５、第二の磁石付極２０、２６、第二のリラクタンス付極２１、２７、巻線極２２、２８、そして最後に第三のリラクタンス付極２３、２９が続いている。したがって、Ｎａ＝２およびＮｂ＝１である。このように、基本パターンの内部において、二つの連続する永久磁石は、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられている。同様に、基本パターンの内部において、巻線極および永久磁石付極は、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられている。

第一および第二の磁石付極は、ここでは同一であり、図１ａの極１と同様である。

第二および第三のリラクタンス付極は、図１ａの極２および極４と同様であり、したがって、巻線極は、この図１ａのものに同様である。

第一のリラクタンス付極は、その外縁部において、二つの空洞溝によって円周方向に画定されており、該空洞溝は、図１ａの溝のタイプであり、あまり深くない。

永久磁石は、したがって、ここではラジアル方向のＮ極を現出させるように方向付けられている。巻線が、励磁あるいは活性化されていないとき、基本パターンの極性は、ＮＳＮＳＳＳである。巻線が正に励磁されていれば、以下の磁極の連続が得られる。つまり、ＮＳＮＳＮＳであり、巻線極は、Ｓ極からＮ極へ通過している。この場合、減磁は正であり、供給されるパワーは、永久磁石によってのみ供給される基底出力を上回る。この実施例では、二つのパターンｍｅ１およびｍｅ２は同一であり、互いに続いて円周方向に配置されている。

図２は、負の減磁における本発明の第一の実施例を示しており、該実施例において、巻線は逆方向に流れる励磁電流によって活性化されている。したがって、巻線極はＳ極のままであり、減磁の磁束Ｆｄを発生させるのだが、該磁束は、この巻線極に最も近い永久磁石によって発せられる磁束（Ｆｓ）の一部を無化する。

しかしながら、この巻線極は、第一のリラクタンス付極２５、３１に最も近い、これらの同一の永久磁石の磁束（Ｆｒ）の他の部分を取り除くことができない。負の減磁は全体的なものではないが、残留パワーはそれでも明らかに、励磁コイルの給電がないときに得られるパワーを下回ることになる。

したがって、この第一の実施態様によると、ロータの部分的な負の減磁が得られる。実際、いくつかの永久磁石は、とりわけ遠さという理由のために、逆方向で給電される、いかなるロータの励磁コイルによっても減磁させることができない。この離れた永久磁石には巻線極が達することはなく、または部分的に達するものであり、その結果、残留磁束Ｆｒが持続するのだが、該残留磁束は、励磁のない場合に永久磁石の全体によって発せられる基底の磁束よりもずっと小さなものである。

このような回転電機は、励磁コイルを媒介とする全体的な負の減磁を行うことができず、好適には、回転電機の最大電力の約２／３を用いることが非常に多い用途を見出すことになり、この出力に対して、ほぼゼロである励磁に対応する。

図３では、本発明によるロータの第二の例が示されている。このロータは、二つの同一の基本パターンｍｅ３およびｍｅ４に配分された十二個の極を具備しており、該基本パターンはそれぞれ、一つの磁石付極と二つの巻線極を含んでいる。すなわち、この例においては、Ｎａ＝１、Ｎｂ＝２そしてＮｍｅ＝２である。基本パターンｍｅ３およびｍｅ４は、まず磁石付極４０、４６を具備しており、該磁石付極に、第一のリラクタンス付極４１、４７が、次に第一の巻線極４２、４８、第二のリラクタンス付極４３、４９、第二の巻線極４４、５０そして第三のリラクタンス付極４５、５１が続いている。したがって、基本パターンの内部では、二つの巻線極は、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられている。同様に、基本パターンの内部では、巻線極と磁石付極は、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられている。

極４０、４６が、図２の極２０、３０、３４、２６と同様であるのに対し、リラクタンス付極は、図１ａのものと同様である。

巻線が励磁されていないとき、基本パターンの極性は、１２個の極が付いたロータについて、ＮＳＳＳＳＳ−ＮＳＳＳＳＳとなっている。すべての巻線が正に活性化されているとき、極性はＮＳＮＳＮＳとなり、回転電機は、永久磁石によってのみ供給される基底出力を上回る出力を供給する。

この例において、永久磁石の数、Ｎａは、巻線の数、Ｎｂを下回る。

負の減磁の場合、巻線極の活性化電流が反転されると、ロータの構成はＮ０ＳＮＳ０−Ｎ０ＳＮＳ０となるのだが、これはなぜなら、逆方向の巻線極の影響の下で、
−図３のリラクタンス付極４３、４９が互いに逆向きであり、
−リラクタンス付極５１−４１−４５および４７が、磁気的に操作可能ではなくなってしまうからである。

この実施例が、部分的な負の減磁を行うもう一つの方法を示しているのに対し、すべての永久磁石は、巻線極の磁束を完全に受けることができる。

以上説明したように、いくつかの用途においては、複数の基本パターンを一緒に組み合わせることが可能である。たとえば、図２および図３のｍｅ１およびｍｅ３をロータの輪郭に横並びで配置することができる。

図２および図３の例において、永久磁石は、永久磁石内部の矢印によって具象化されているＮ極を現出させ、その結果、磁束はロータのラジアル方向に外縁部に向かって向けられる。この二つの例のすべての極性は、永久磁石の方向を変更し、磁極が図１ａおよび図１ｂにおけるようにＳ極を有するようにすることで、反転させることができる。

ロータの極の数を調整設定することで、発電開始速度を可変することができ、永久磁石の数、Ｎａ、コイルの数、Ｎｂおよびパターンの数、Ｎｍｅを調整設定することで、ロータの減磁がコントロールされる。

給電すべきモータのタイプ、電気機器の数、車両の電力消費量、望まれる安全性（バッテリーが過熱しないことなど）のような所定の基準に応じて、このすべての調整設定を行うことができる。

これらの調整設定は、また、ロータが占めるスペースに応じて行うことができる。実際、ロータが占めるスペースが制限されるいくつかの場合においては、たとえば、十六個の極を有することはできず、十二個のみ、またはこれより少ない数だけであり、この場合、巻線付極より多くの磁石を有すること、または永久磁石と巻線の特徴的な配分を有することが有利となるのだが、これはなぜなら、巻線は永久磁石より多くの場所をとるからである。逆に、永久磁石はコイルより原価が高い。したがって、基本パターンにより多くの永久磁石を置けば、ロータの原価が、より高くなるのである。

好適には、より精確な減磁を得るために、たとえば図３に示されているような、同一の基本パターンに属するすべての巻線が同時に給電されることはない。特に、二つに一つの巻線が給電される。したがって、用途に応じて負または正の減磁を調節することができ、この減磁は全体的または部分的でありうる。もう一つの変形例によると、ロータの基本パターンの一部にしか属していない励磁巻線しか活性化しないということも考えることができる。

もう一つの実施態様によると、二つの連続する基本パターンの間に、少なくとも一つの永久磁石によって創り出される磁極の連続Ｎ−ＳまたはＳ−Ｎが挿入されるのだが、この永久磁石の連続は、たとえば、図４、５に示されているようなラジアル方向の効果を有している。

すなわち、図４は、図２の変形例を示しており、該変形例において、それぞれ極番号１〜６および極番号９〜１６によって構成される基本パターンｍｅ１およびｍｅ２の間には、極番号７、８、および極番号１５、１６の部位に二つのＳ極−Ｎ極が挿入されている。したがって、二つの補完永久磁石を加えることで、１２個の極を具備するロータを１６個の極を具備するロータに容易に変更することができる。これら二つの補完永久磁石によって、回転電機の励磁なしで、正または負の減磁のこれらの容量を維持しつつ、基底出力を調節することができるようになる。明らかに、二つの基本パターンの間に加えられた磁極は、励磁電流が最大パワーを出力で得るために正であるとき、ＮＳＮＳＮＳ・・・という磁極の連続が得られるように、好適に配置されなければならない。

同様に、図５は、図３の実施態様から行われたもう一つの変形実施例を示している。すなわち、磁極番号７、８および磁極番号１５、１６のついた二つの基本パターンｍｅ３およびｍｅ４の間に、二つのＮ極−Ｓ極が挟み込まれる。図５に見られるように、二つの基本パターンの間に挟みこまれた、これらの永久磁石は、基本パターンに属する永久磁石とは異なる極性であることができる。同様に、基本パターンの間に挟み込まれた永久磁石は、逆方向の極性であることもできる。

また、いくつかの基本パターンの間にだけ補完のＮ極−Ｓ極を挟み込むことも検討可能である。同様に、挟み込まれた複数のＮ極−Ｓ極は連続していてもよい。このように、混合励磁式のロータは、少なくとも一つの基本パターンとの間に、少なくとも一つの永久磁石によって実現された少なくとも一つのＮ極−Ｓ極を具備することができ、該永久磁石の極性と位置によって、回転電機は、正の減磁の際に最大パワーを好適に生じさせることができる。

図５で、磁極番号１５、１６の部位で見られ、他のあらゆる基本パターンの構成に適用可能であるように、少なくとも一つの基本パターンの間に挟み込まれたＮ極−Ｓ極は、逆方向の極性の連続する二つの永久磁石によって構成することができる。この配置は、磁石付極およびリラクタンス付極によって構成される、上記の挟み込まれたＮ極−Ｓ極の変形例を構成する。

本明細書から明白であるように、ロータ２００は、磁性材製の本体を具備しており、その本体は、一方では励磁巻線の収納部用の溝を備え、他方では、永久磁石の取り付け用の収納部を備えている。溝は、グループ化してペアにされることで、突出した極２２、２８、４２、４３、４４、４８、４９、５０を画定するようになっており、該極の周りに、励磁巻線を形成するための電線、たとえば銅線、が巻かれている。

たとえば、ロータの本体は積層鋼板の形状で製作され、この積層鋼板が中央を穿孔されていることで、力を加えてシャフト１５に取り付けるようになっており、このシャフトは、このために、好適にはモーレット切りされている。 上述の溝および収納部は、したがって、裁断によって容易に製作される。通過は、タイロッドや鋼板のような組立機構の通過のために、少なくとも一つの永久磁石（図２、３）の下で行われる。

励磁巻線は、アキシャル方向に細長い形状を有している。

シャフト１５（図２、３）の近傍に開口部（図示せず）があることに留意すべきであり、該開口部は、磁束に道筋をつけ、以下に説明する回転電機のステータにおいても循環する閉磁路を形成するためのものである。

ここでは、永久磁石の収納部は、ロータの外縁部に広がっており、全体的に矩形の断面を有しており、該矩形の長さは、ロータの半径に直角である。永久磁石は、好適には、その収納部に相補的な形状を有しており、前述のように、ラジアル方向の磁束を発生するために、表面型となっている。

当然、ラジアル方向の磁束を創り出すために、他の配置を構想することができる。

部分的に図４に見られるように、回転電機は、上述のようにステータ１００を具備しており、このステータは、少なくとも部分的にロータ２００を囲み、たとえば、鋼板片の形状をした、磁性材製の本体１０１を備えている。このステータ１００は、好適には多相であり、したがって、ステータ本体１０１に製作された溝１０２に取り付けられている電機子巻線１０３を具備している。溝１０２は、歯１０４によって画定されており、該歯は、ロータによって発せられる磁束を受容し、さらに、ロータの外縁部とステータの内縁部の間にある環状の小さなエアギャップを通過する。ループによって磁束を表したのは、このためである。

永久磁石は、たとえば、フェライトまたは稀土類、またはこれら二つの組み合わせで構成される。

この回転電機は、実施形態においては自動車のオルタネータであり、該オルタネータによって、力学的エネルギーを電気エネルギーに変換することが可能になり、そのステータは誘導されるステータであり、ロータは誘導するロータである。変形例によっては、知られているように、オルタネータは作用可逆であり、したがって、とりわけ自動車の熱機関を始動させることができる電気モータを構成するように配置構成される。このタイプのオルタネータは、オルタノ−スタータと称されている。

励磁巻線が励磁していない状態における、先行技術による１２個の極が付いた回転電機の例の横断面の概略図 巻線の励磁状態における、先行技術による１２個の極が付いた回転電機の例の横断面の概略図 本発明による１２個の極が付いた回転電機の第一の実施例の横断面の概略図 本発明による１２個の極が付いた回転電機の第二の実施例についての、図２と同様な図 図２の回転電機のロータ部分を展開した形態で、本発明の変形実施例を概略的に示す図 図３の回転電機のロータ部分を展開した形態で、本発明の変形実施例を概略的に示す図

符号の説明

１５ 回転シャフト
１００ ステータ
２００ ロータ

Claims (18)

1. 磁性材製の本体を有するロータと、このロータを囲むステータを具備する回転電機であり、ステータは少なくとも一つの電機子巻線を具備し、ロータはその本体に形成された溝と、ステータの電機子巻線の周りを通過する閉磁路を選択的に確立するための手段を具備しており、この手段の構成は、
   −磁束を発生するように適合した励磁用の永久磁石（２０、２４、２６、３０、４０、４６）と、
   −巻線極を画定するためのロータの溝に収納される励磁巻線（２２、２８、４２、４４、４８、５０）とを具備しており、前記巻線が励磁されることと、減磁を創り出すために、永久磁石の少なくともいくつかによって発生された磁束に対向する磁束の構成要素を発生することに適している閉磁路の選択的確立手段であり、この回転電機において、
   永久磁石の数、Ｎａと励磁巻線の数、Ｎｂ、ならびに、巻線と永久磁石の互いに対する配置が基本パターン（ｍｅ）を形成し、この基本パターンがＮｍｅ回反復するように適合していることを特徴とする回転電機。
2. Ｎａが１以上であることと、Ｎｂが１以上であることと、Ｎｍｅが１以上であることと、そしてＮａ、Ｎｂの数の対が、１，１、とは異なることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
3. 同一の基本パターンのＮａ個の永久磁石が、ラジアル方向の磁束を発生させるために配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
4. 同一の基本パターンの永久磁石が、同一の極性であることを特徴とする、請求項３に記載の回転電機。
5. 同一の基本パターンの巻線極が、同一の極性であることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
6. 回転電機が、基本パターンの内部に少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられた少なくとも二つの連続する永久磁石を具備することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
7. 基本パターンの内部に、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられた、少なくとも二つの連続する巻線極を具備することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
8. 基本パターンの内部に、少なくとも一つのリラクタンス付極によって隔てられた、連続する少なくとも一つの巻線極と永久磁石を具備することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
9. 基本パターンに属するコイルの巻線の線束体が、二つの連続する永久磁石の間に位置する、隣接する二つの溝に受容されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
10. 複数の基本パターンが、互いに関連づけられていることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
11. 複数の基本パターンが、異なっていることを特徴とする、請求項１０に記載の回転電機。
12. 回転電機が、少なくとも二つの連続する基本パターンの間に少なくとも一つの永久磁石によって創り出されたＮ極−Ｓ極またはＳ極−Ｎ極の少なくとも一つの対の連続を具備することを特徴とする、請求項１０に記載の回転電機。
13. 二つの連続する基本パターンの間に挟み込まれた少なくとも一つの永久磁石が、少なくとも一つの基本パターンに属する少なくとも一つの永久磁石とは異なった極性であることを特徴する、請求項１２に記載の回転電機。
14. Ｎｂ個の巻線が、すべて同時には励磁されないことを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
15. 調整設定の値（Ｉｍｏｄ）が、ｌｂがＮｂ個の巻線によって供給される磁束の最大の値であるとき、−ｌｂと＋ｌｂの間の間隔に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
16. 励磁コイルによって生じた減磁の磁束（Ｆｄ）の影響を受けない永久磁石に由来する残留磁束（Ｆｒ）が持続することを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
17. 回転電機が、自動車のオルタネータで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
18. 回転電機が、自動車のオルタノ−スタータで構成されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電機。
    
    

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