JP2009247180A - 横磁束型同期機 - Google Patents

Abstract

【課題】横磁束型同期機において磁気抵抗を増加させることなく固定子及び回転子を薄型化する。
【解決手段】所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の固定子コア及び当該各固定子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える固定子と、移動子コア上に各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える移動子と、からなる同期機であって、各固定子コアは、直交する方向に交互に所定の変位を持つように配置され、永久磁石は、変位に応じて各固定子コアの各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する。
【選択図】図１

Description

本発明は、横磁束型同期電動機や横磁束型同期発電機に代表される横磁束型同期機に関する。

非特許文献１として示す下記ＵＲＬ（Uniform Resource Locator）には、「Tranverse Flux」形式の装置の設計方法をテーマにした論文「Design of Tranverse Flux Machine」が開示されている。また、非特許文献２として示す下記ＵＲＬには、このような「Tranverse Flux」形式の同期機の一例として、同期発電機が開示されている。さらには、特許文献１として示す下記国際公開公報には、「Tranverse Flux」形式の装置の改良発明「ROTATING TRANSVERSE FLUX MACHINE」が開示されている。さらに、「Tranverse Flux」形式の装置については、国際公開公報として多数の発明が開示されている。なお、以下の説明では、「Tranverse Flux」形式の装置を横磁束型同期機と記載する。

非特許文献１のＦｉｇ．１に明記されているように、一般の装置では固定子と移動子（回転機の場合は回転子）との相対移動方向と固定子巻線（電機子巻線）に流れる電流の方向とが直交するのに対して、横磁束型同期機は、固定子と移動子との相対移動方向と固定子巻線に流れる電流の方向とが並行に設定される点を特徴としている。より具体的には、非特許文献１のＦｉｇ．１あるいは非特許文献２のＦｉｇ．１に示されているように、横磁束型同期機は、回転子の周面を取り囲むように配列すると共に当該配列方向に直行する方向に一対の極歯を有する複数の固定子コアと、当該固定子コアの一対の極歯間に固定子コアの配列方向に延在するように、つまり回転子の周方向に複数の固定子コアを跨ぐように設けられた固定子巻線とを備えている。

このような横磁束型同期機では、固定子巻線に電機子電流が流れることにより発生した磁束は、固定子コアの一方の極歯→回転子の表面に設けられた一方の永久磁石→該永久磁石と回転子の回転軸との間に設けられた回転子コア→回転子の表面に設けられた他方の永久磁石→固定子コアの他方の極歯に流れる。すなわち、横磁束型同期機では、回転子において回転方向に対して横方向に磁束が流れる。
http://www.ansoft.com/news/articles/Design of Tranverse Flux Machine.pdf http://www.ee.kth.se/php/modules/publications/reports/2006/IR-EE-EME 2006 008.pdf ＷＯ２００６／０５２１７３

ところで、横磁束型同期機では、複数の固定子コアを跨ぐように固定子巻線が設けられており、磁気抵抗を極力低減するために固定子コア及び回転子コアの厚さを十分に確保する必要がある。すなわち、従来の横磁束型同期機では、固定子コア及び回転子コアの回転半径方向における厚さを十分に確保する必要から固定子及び回転子が回転半径方向に厚くなり、これによって装置全体が大型化・大重量化するという問題があった。
比較的小型の横磁束型同期機の場合は固定子コア及び回転子コアの厚さは装置重量に大きな影響を与えないが、非特許文献２に開示された同期発電機のように、タービンによって駆動される発電所用の大型同期発電機に横磁束型同期機を適用する場合には、固定子コア及び回転子コアの少量の厚さの増加が装置重量の大幅な増加を来たすので、固定子コア及び回転子コアの厚さを低減して固定子及び回転子を薄型化することは、特に大型の横磁束型同期機の場合には極めて重要な技術課題となっている。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、横磁束型同期機において、磁気抵抗を増加させることなく電機子及び界磁を薄型化することを可能とすることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明では、第１の解決手段として、所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁と、からなる同期機であって、各電機子コアは、直交する方向に交互に所定の変位を持つように配置され、永久磁石は、変位に応じて各電機子コアの各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列する、という手段を採用する。

第２の解決手段として、上記第１の手段において、各電機子コアは、所定の支持部材によって移動自在に支持される複数の極歯と、電機子巻線が付設されると共に相互に接続され、かつ、各極歯とは機械的に分離されると共に当該各極歯を磁気的に接続する接続コア部とから形成される、という手段を採用する。

第３の解決手段として、上記第１または第２の手段において、前記各電機子コアあるいは／及び界磁コアは、積層鋼板もしくは非晶質軟磁性材料からなるカットコアあるいは圧粉コアから形成される、という手段を採用する。

第４の解決手段として、上記第１〜第３いずれかの手段において、電機子巻線は超電導線である、という手段を採用する。

第５の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、電機子巻線に電機子電流が流されることによって界磁コアに推力を作用させて移動させる同期電動機である、という手段を採用する。

第６の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、界磁コアに駆動力を作用させることにより電機子巻線に発生した起電力を外部に出力する同期発電機である、という手段を採用する。

第７の解決手段として、上記第１〜第４いずれかの手段において、各電機子コアと永久磁石とが直線状に対向配置され、界磁が直線状に移動するリニア同期機である、という手段を採用する。

本発明によれば、各電機子コアをその配列方向とは直交する方向に交互に所定寸法の変位を持つように配置し、かつ、永久磁石を上記変位に応じて各電機子コアの各極歯と対向するように配列の方向及び直交する方向に配列するので、横磁束型同期機において磁気抵抗を増加させることなく電機子及び界磁を薄型化することができる。

以下、図面を参照して、本発明の第１、第２実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る横磁束型の同期発電機Ａの要部構成を示す斜視図、また図２は当該斜視図の一部拡大図である。この図に示すように、本同期発電機Ａは、回転子１と固定子２を備えている。回転子１は、界磁として機能するものであり、回転軸１ａ、回転子コア１ｂ及び複数の永久磁石１ｃを備えており、固定子２は、電機子として機能するものであり、複数の固定子コア２ａ及び固定子巻線２ｂを備えている。

なお、図１は、本同期発電機Ａの一相分（単相発電ユニット）の基本構成のみを示している。本同期発電機Ａは、実際には、図１に示す単相発電ユニットが１２０°の電気角だけずれた関係で回転軸に３つ（三相分）併設されて構成されている。すなわち、本同期発電機Ａは、回転子１がタービン等の動力源によって所定の同期速度で回転駆動されることによって、定格周波数（例えば５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚ）の三相交流電力を固定子巻線２ｂの起電力として外部に出力する永久磁石型三相同期発電機である。

回転軸１ａは、長尺の丸棒状部材であり、両端が図示しない軸受けによって回動自在に支持されている。この回転軸１ａの延在方向つまり中心軸Ｌの延在方向は回転子１の回転軸方向である。回転子コア１ｂは、このような回転軸１ａの周面に回転軸１ａの中心軸方向に延在するように密に敷詰められた矩形棒状部材から形成されている。このような回転子コア１ｂは、磁気抵抗を極力下げるためまた磁化されないように高透磁率かつ低保磁力の軟磁性材料から形成されている。なお、回転子コア１ｂについては、矩形棒状部材を回転軸１ａの周面に密に敷詰めるのではなく、軸心に回転軸１ａを挿入する孔が形成された円筒状部材であっても良い。

複数の永久磁石１ｃは、図１及び図２に示すように回転子コア１ｂの表面に備えられている。この永久磁石１ｃは、図１に示すように回転子１の周方向（回転方向）に当該回転子１の極数（６４極）を規定する個数（６４個）だけ設けられ、また図２に示すように固定子コア２ａの形状に対応して回転軸方向に４個設けられている。なお、以下の説明では、回転軸方向に４個設けられた永久磁石１ｃのうち、回転軸方向の一方（図１、図２において左側）に位置するものから順位に第１〜第４の永久磁石１ｃ1〜１ｃ4という。

また、これら永久磁石１ｃは、周方向（回転方向）にＮ極とＳ極が交互に並ぶように、また回転軸方向にもＮ極とＳ極が交互に並ぶように表面の極性が設定されている。すなわち、図２において、例えば手前側の第１の永久磁石１ｃ1の表面（固定子コア２ａと対向する面）の極性がＮ極である場合、手前側の第２の永久磁石１ｃ2の表面極性はＳ極、手前側の第３の永久磁石１ｃ3の表面極性はＮ極、手前側の第４の永久磁石１ｃ4の表面極性はＳ極、また奥側の第１の永久磁石１ｃ1の表面極性はＳ極、奥側の第２の永久磁石１ｃ2の表面極性はＮ極、奥側の第３の永久磁石１ｃ3の表面極性はＳ極、奥側の第４の永久磁石１ｃ4の表面極性はＮ極である。

固定子コア２ａは、図１に示すように、所定数（６４個）が上記回転子１の周方向に沿って円環状に配列するように備えられている。この所定数の固定子コア２ａは、全て同一形状に形成されているが、互いに隣り合う固定子コア２ａは、図１に示すように回転軸方向の位置が所定寸法だけ変位するように配置されている。以下の説明では、回転軸方向の一方（図１、図２において左側）に位置する複数の固定子コア２ａを第１の固定子コア２ａ1と言い、回転軸方向の他方（図１、図２において右側）に位置する複数の固定子コア２ａを第２の固定子コア２ａ2と言う。

これら第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2は、図２に示すように、回転子１の周方向に直交する方向つまり回転軸方向に所定寸法だけ離間する一対の極歯２ｃ、２ｃと、当該一対の極歯２ｃ、２ｃを接続する接続コア部２ｄと、からなる略コの字形状の部材であり、積層鋼板もしくは非晶質軟磁性材料からなるカットコアあるいは圧粉コアから形成されている。このような第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2のうち、第１の固定子コア２ａ1は、各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第１、第３の永久磁石１ｃ1，１ｃ3のみに対向し、第２の固定子コア２ａ2は、各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第２、第４の永久磁石１ｃ2，１ｃ4のみに対向する。

なお、本同期発電機Ａでは、同一形状に形成された所定数の固定子コア２ａを回転軸方向に所定寸法だけ変位するように配置することにより、第１の固定子コア２ａ1の各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第１、第３の永久磁石１ｃ1，１ｃ3のみに対向し、第２の固定子コア２ａ2の各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第２、第４の永久磁石１ｃ2，１ｃ4のみに対向する状態を実現しているが、第１の固定子コア２ａ1の形状と第２の固定子コア２ａ2の形状とを異なるものとすることにより、上記各極歯２ｃ、２ｃと第１〜第４の永久磁石１ｃ1〜１ｃ4との対向関係を実現しても良い。
また、図１では、固定子コア２ａを独立した部材として構成した例を示しているが、固定子コア２ａの接続コア部２ｄが相互に接続されることにより、全ての固定子コア２ａが一体化されていても良い。

固定子巻線２ｂは、図１、図２に示すように、略コの字形状に形成された第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2の内側空間に当該第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2を跨ぐように、つまり回転子１の周面の全周囲むように円環状に敷線された電機子巻線であである。この固定子巻線２ｂは、銅線を多重巻回することにより構成されているが、当該銅線に代えて超電導線を用いても良い。

なお、図示していないが、上記第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2及び固定子巻線２ｂは、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）を隙間に充填することによって、ケーシング（図示略）と一体化されている。本同期発電機Ａを発電所用の大型発電機に適用しようとする場合、第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2は総重量として数〜数十トンとなり、固定子巻線２ｂも数トンオーダーとなる。このような重量物である固定子２を確実に支持するためには、繊維強化プラスチック等、高強度の複合材料を用いて固定子２をケーシングに支持する必要がある。

次に、このように構成された本同期発電機Ａの動作について、図３をも参照して詳しく説明する。
本同期発電機Ａは、全体的な動作として、回転子１が極数（６４極）に応じた同期速度で動力源によって回転駆動されることによって定格周波数の三相交流電力を固定子巻線２ｂの起電力として外部に出力する。すなわち、回転子１が同期速度で回転すると、３つの単相発電ユニットの各固定子巻線２ｂは定格周波数（例えば６０Ｈｚ）の交流電力を起電力として各々出力するが、当該３つの交流電力は、相互に１２０°の位相差を有する交流電圧となる。

ここで、上記起電力は、回転子１の回転によって第１〜第４の永久磁石１ｃ1〜１ｃ4の磁力線が第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2内を流れることによって固定子巻線２ｂに誘起されるものであるが、本同期発電機Ａでは、第１の固定子コア２ａ1の各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第１、第３の永久磁石１ｃ1，１ｃ3に対向し、かつ、第２の固定子コア２ａ2の各極歯２ｃ、２ｃの先端部が第２、第４の永久磁石１ｃ2，１ｃ4に対向するが、一対の第１の固定子コア２ａ1及び第２の固定子コア２ａ2は、従来の横磁束型同期発電機の１つの固定子コアに相当する。

すなわち、図３の比較図に示すように、従来の横磁束型同期発電機（従来例）では、本同期発電機Ａにおける第１、第２の永久磁石１ｃ1、１ｃ2を１つの永久磁石とすると共に第３、第４の永久磁石１ｃ3、１ｃ4を１つの永久磁石とし、このような２つ（一対）の永久磁石に対向するように１つの固定子コアが設けられるが、本同期発電機Ａは、このような従来例における１つの固定子コアを２つに分割して第１の固定子コア２ａ1及び第２の固定子コア２ａ2とすると共に一対の永久磁石を２対の永久磁石、つまり第１〜第４の永久磁石１ｃ1〜１ｃ4に分割した構成を備えるので、第１の固定子コア２ａ1及び第２の固定子コア２ａ2、第１〜第４の永久磁石１ｃ1〜１ｃ4及び回転子コア１ｂに流れる磁束は、従来例の１つの固定子コア、永久磁石及び回転子コアに流れる磁束の半分となる。

このように、本同期発電機Ａによれば、第１の固定子コア２ａ1、第１、第３の永久磁石１ｃ1、１ｃ3及び回転子コア１ｂに流れる磁束並びに第２の固定子コア２ａ2、第２、第４の永久磁石１ｃ2、１ｃ4及び回転子コア１ｂに流れる磁束が従来例の１つの固定子コア、永久磁石及び回転子コアに流れる磁束の半分となるので、第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2及び回転子コア１ｂの回転半径方向の厚さを従来例の半分に設定することが可能である。したがって、本同期発電機Ａによれば、回転子１と固定子２の回転半径方向の厚さを従来例よりも薄くすることが可能なので、従来例よりも小型化かつ軽量化が可能である。

〔第２実施形態〕
次に、第２実施形態に係る横磁束型の三相同期電動機Ｂについて説明する。
図４は、本三相同期電動機Ｂの要部構成を示す断面図である。この図４に示すように、本三相同期電動機Ｂは、ケーシング１０、第１の出力軸１１Ａ、第２の出力軸１１Ｂ、第１の回転子１２Ａ、第２の回転子１２Ｂ、固定子１３Ａ〜１３Ｃ及び４つの軸受け１４〜１７を備えている。

ケーシング１０は、中空かつ有底の円筒状部材であり、左右の底部の中心に丸孔１０ａ，１０ｂがそれぞれ形成されている。第１の出力軸１１Ａは、丸棒状部材であり、左側の丸孔１０に軸受け１４を介して回動自在に支持されている。また、第２の出力軸１１Ｂは、同じく丸棒状部材であり、右側の丸孔１０ｂに軸受け１５を介して回動自在に支持されている。これら第１、第２の出力軸１１Ａ，１１Ｂは、一点鎖線で示すように同一の回転中心となるようにケーシング１０の各底部に設けられている。

第１の回転子１２Ａは、上述した第１実施形態の回転子１と同一構成を有するものであり、第１の出力軸１１Ａの周面に第１の出力軸１１Ａの中心軸方向に延在するように密に敷詰められた矩形棒状部材から形成された略円筒形状の回転子コア１２ａ1と当該回転子コア１２ａ1の表面に互いの表面極性が異なるように配置された永久磁石１２ａ2とが三相分設けられたものである。

第２の回転子１２Ｂは、上述した第１実施形態の固定子２の第１、第２の固定子コア２ａ1、２ａ2における極歯２ｃ、２ｃの先端近傍部を分離した態様の回転子コア１２ｂ1（三相分）を非磁性材料によって中空円筒状に成形し、かつ当該成形体の右端に固定された円盤状部材１２ｂ2を介して第２の出力軸１１Ｂに連結されている。上記非磁性材料は、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）である。このような第２の回転子１２Ｂは、円筒状の内部空間に円筒状の第１の回転子１２Ａを収容すると共に、内周面が第１の回転子１２Ａの周面と微小ギャップを隔てて対向している。

固定子１３Ａ〜１３Ｃは、三相に対応して３つ設けられている。固定子１３Ａは、上述した第１実施形態の固定子２と同一構成を有するものであり、当該固定子２における複数の固定子コア２ａに相当する複数の固定子コア１３ａ1と上記固定子２における固定子巻線２ｂに相当する固定子巻線１３ａ2とを備えている。固定子１３Ｂは、上述した第１実施形態の固定子２と同一構成を有するものであり、当該固定子２における複数の固定子コア２ａに相当する固定子コア１３ｂ1と上記固定子２における固定子巻線２ｂに相当する固定子巻線１３ｂ2とを備えている。固定子１３Ｃは、上述した第１実施形態の固定子２と同一構成を有するものであり、当該固定子２における複数の固定子コア２ａに相当する固定子コア１３ｃ1と上記固定子２における固定子巻線２ｂに相当する固定子巻線１３ｃ2とを備えている。

このような各固定子１３Ａ〜１３Ｃは、各固定子コア１３ａ1、１３ｂ1、１３ｃ1の内周面が第２の回転子１２Ｂの外周面と微小ギャップを隔てて対向している。また、上記複数の固定子コア１３ａ1は、上記内周面に磁気的な凸凹が生じないように相互に接続されて一体化されている。複数の固定子コア１３ｂ1及び複数の固定子コア１３ｃ1も、上記複数の固定子コア１３ａ1と同様に、各々に、内周面に磁気的な凸凹が生じないように相互に接続されて一体化されている。

軸受け１４は、上述したように第１の出力軸１１Ａを回転自在にケーシング１０に支持し、軸受け１５は、第２の出力軸１１Ｂを回転自在にケーシング１０に支持する。軸受け１６，１７は、第１の回転子１２Ａと第２の回転子１２Ｂとを相互に回転自在に支持する。すなわち、これら４つの軸受け１４〜１７によって、第１、第２の回転子１２Ａ，１２Ｂはケーシング１０に同一回転中心で回動自在に支持されると共に、第１の回転子１２Ａと第２の回転子１２Ｂとは同一回転中心で相互回転自在に支持されている。

すなわち、本三相同期電動機Ｂは、図１に示した単相発電ユニットを一点鎖線で示す中心軸方向に３ユニット併設し、各ユニットの固定子２の極歯の先端部を分離することにより第２の回転子１２Ｂと固定子１３Ａ〜１３Ｃとを構成する構造を備える。

このような本三相同期電動機Ｂによれば、３つの固定子巻線１３ａ2、１３ｂ2、１３ｃ2に位相が互いに１２０°異なる三相駆動電流を印加すると、第１の回転子１２Ａと第２の回転子１２Ｂとを逆向きのトルクを発生させながら同期回転させることができる。したがって、本三相同期電動機Ｂによれば、第１の出力軸１１Ａと第２の出力軸１１Ｂとに異なる回転方向の回転動力を取り出すことができる。
このような本三相同期電動機Ｂは、ハイブリッド自動車用駆動モータ、船舶の二重反転プロペラ駆動用モータ、風力用二重反転発電機等に適用することができる。

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されることなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では界磁を永久磁石で構成したが、界磁の構成方法はこれに限定されず、電磁石によって界磁を構成するようにしても良い。すなわち、図１及び図２に示した永久磁石１ｃをそれぞれ棒状の電磁石に置き換え、回転軸１ａに設けたスリップリングとブラシを介して外部から各電磁石に界磁電流を供給するようにしても良い。また、永久磁石１ｃの代わりに誘導子型界磁を用いることが考えられるが、この場合には誘導子型界磁の誘導子部分だけが移動（回転）し、界磁巻線は移動（回転）しないので、スリップリングとブラシが不要である。

（２）上記各実施形態の固定子コア２ａ（電機子コア）は、コの字状に形成されており、２つの端部が一対の極歯２ｃ、２ｃを構成するが、本願発明における電機子コアの形状はこれに限定されず、種々の変形形状が考えられる。例えば電機子コアをアルファベットの「Ｅ」に類似する形状を有し、各端部が３つの極歯を形成するようにしても良い。また、永久磁石１ｃの配列は、電機子コアの形状に応じて種々の配列方法が考えられる。例えば、電機子コアをアルファベットの「Ｃ」に類似する形状とし、ギャップ部に挿入した板状の界磁コアの両面に各々２列に永久磁石を配列させることが考えられる。また、一対の極歯２ｃ、２ｃの片側のみに永久磁石を設けるようにしても良い。

（３）上記各実施形態では永久磁石を界磁として用いる永久磁石型の同期発電機Ａ及び三相同期電動機Ｂについて説明したが、このような同期発電機Ａ及び三相同期電動機Ｂの製造方法として、予め磁化された永久磁石を回転子コアの表面に設けるのではなく、磁化されていない強磁性材料片を回転子コアの表面に設け、固定子巻線に磁化用電流（直流電流）を供給することによって固定子コアと強磁性材料片と回転子コアとの間に磁化用磁束を流し、当該磁化用磁束によって強磁性材料片を磁化して永久磁石化することが考えられる。このような製造方法では、多数の強磁性材料片を一度に磁化することが可能であると共に、固定子巻線に通電する磁化用電流の極性（プラス／マイナス）の設定によって強磁性材料片の表面極性（Ｎ極／Ｓ極）を容易に設定することができる。

（４）上記各実施形態では、本願発明を回転機（同期発電機Ａ、三相同期電動機Ｂ）として構成した場合について説明したが、本願発明はこれに限定されない。すなわち、本願発明は、移動子と固定子とが直線状に設けられ、移動子が固定子に対して直線的に移動するリニア同期機にも適用可能である。この場合、リニア同期機は、上述した回転機（同期発電機Ａ、三相同期電動機Ｂ）のように無端構造ではなく、有端構造を有するので、固定子巻線の巻き線方法を工夫する必要がある。

図５は、リニア同期機における固定子巻線の巻線構造の一例を示すものである。なお、この図では、図１の構成要素に対応する構成要素には同一符号を付している。この図に示すように、リニア同期機では、リニア軌道上に４列に永久磁石１ｃを並べることによって界磁（固定子）を構成し、リニア軌道の延在方向にＵ相電機子、Ｖ相電機子及びＷ相電機子を隣接配置する。各電機子は、各々に４つの電機子コア２ａ1，２ａ2と２つの電機子巻線２０Ａ，２０Ｂによって構成されている。

各電機子において、４つの電機子コア２ａ1，２ａ2は、リニア軌道の延在方向に交互に隣接配置される。また、２つの電機子巻線２０Ａ，２０Ｂは、各々に同一な円環状に形成され、一部が４つの電機子コア２ａ1，２ａ2の内側を通過するようにリニア軌道の左右（図では上下）に設けられる。また、各電機子は、リニア軌道の延在方向における相対的な位置関係が１２０°の電気角に相当する分だけ異なるように配置されている。このようなリニア同期機では、各相の電機子巻線２０Ａ，２０Ｂに互いに１２０°の位相差を有する３相交流を通電することによって、各電機子がリニア軌道の延在方向に移動する。なお、上記リニア同期機では、各電機子をリニア軌道の延在方向に配置したが、リニア軌道の幅方向に配置しても良い。この場合には、４列に永久磁石１ｃを４列ではなく、（４×３）列＝１２列配置する必要がある。

（５）上記各実施形態では三相構成の同期発電機Ａあるいは三相同期電動機Ｂについて説明したが、本発明はこれに限定されず、三相以外の相構成の同期発電機及び同期電動機にも適用可能である。また、上記各実施形態では回転子１の極数を６４極としたが、この極数はあくまで一例である。

（６）第１実施形態では同期発電機Ａについて説明したが、図１及び図２に示した構成は、そのまま同期電動機にも適用することができる。すなわち、図１及び図２に示した構成において、固定子巻線２ｂに外部の駆動装置から駆動電流を供給することにより回転子１を同期回転させて回転軸１ａから回転動力を取り出すようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係わる横磁束型の同期発電機Ａの要部構成を示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係わる横磁束型の同期発電機Ａの一部拡大図である。 本発明の第１実施形態に係わる横磁束型の同期発電機Ａの作用・効果を示す比較図である。 本発明の第２実施形態に係わる横磁束型の三相同期電動機Ｂの要部構成を示す断面図である。 本発明の変形例に係るリニア同期機における固定子巻線の巻線構造の一例を示すものである。

符号の説明

Ａ…同期発電機、１…回転子、１ａ…回転軸、１ｂ…回転子コア、１ｃ…永久磁石、２…固定子、２ａ…固定子コア、２ｂ…固定子巻線、Ｂ…三相同期電動機、１０…ケーシング、１１Ａ…第１の出力軸、１１Ｂ…第２の出力軸、１２Ａ…第１の回転子、１２Ｂ…第２の回転子、１３Ａ〜１３Ｃ…固定子、１４〜１７…軸受け

Claims (7)

1. 所定方向に配列すると共に当該配列の方向に直交する方向に複数の極歯が形成された複数の電機子コア及び当該各電機子コアを跨ぐように敷線された電機子巻線を備える電機子と、界磁コア上に前記各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する複数の永久磁石を備える界磁と、からなる横磁束型同期機であって、
   前記各電機子コアは、前記直交する方向に交互に所定寸法の変位を持つように配置され、
   前記永久磁石は、前記変位に応じて前記各電機子コアの各極歯と対向するように前記配列の方向及び前記直交する方向に配列する
   ことを特徴とする横磁束型同期機。
2. 前記各電機子コアは、所定の支持部材によって移動自在に支持される前記複数の極歯と、前記電機子巻線が付設されると共に相互に接続され、かつ、前記各極歯とは機械的に分離されると共に当該各極歯を磁気的に接続する接続コア部とから形成されることを特徴とする請求項１記載の横磁束型同期機。
3. 前記各電機子コアあるいは／及び界磁コアは、積層鋼板もしくは非晶質軟磁性材料からなるカットコアあるいは圧粉コアから形成されることを特徴とする請求項１または２記載の横磁束型同期機。
4. 電機子巻線は超電導線であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の横磁束型同期機。
5. 電機子巻線に電機子電流が流されることによって界磁コアに推力を作用させて移動させる同期電動機であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の横磁束型同期機。
6. 界磁コアに駆動力を作用させることにより電機子巻線に発生した起電力を外部に出力する同期発電機であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の横磁束型同期機。
7. 前記各電機子コアと永久磁石とが直線状に対向配置され、界磁が直線状に移動するリニア同期機であることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の横磁束型同期機。

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