JP2011200115A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易で且つ材料の使用効率が高い磁石を使用する改良された固定子を有する電気機械を提供する。
【解決手段】電気機械は、固定子及び回転子を有する。固定子は、ハウジング及び少なくとも一対の磁極を有する。各磁極は、一次磁石と、該一次磁石の各側に配置された２つの補助磁石とを有する。全磁石は、ハウジングの内面に配置される。磁極の全磁石は、同じ極性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気モータに係り、より詳細には、複数の磁石を含む磁極を有する永久磁石固定子を伴う電気機械に係る。

日本国特許公告第１０−２０１２０６号は、電気モータ用の固定子を開示している。この固定子は、２つの弧状側部を伴うハウジング及び２つの磁極を備えている。各磁極は、１つの大きな弧状磁石で構成され、これは、ハウジングの対応する弧状側部の内面に固定される。

しかしながら、大きな弧状磁石の製造は、複雑である。弧状磁石は、長方形の磁石として形成され、次いで、その形状にカットされる。従って、多量の材料浪費があるのに加えて、磁石をカットするときに、折れることもあり、材料の使用効率が低くなっている。

そこで、製造が容易で且つ材料の使用効率が高い磁石を使用する改良された固定子を有する電気機械が要望される。

従って、本発明は、その１つの態様において、固定子及び回転子を備え、固定子は、内面を有するハウジングと、ハウジングの内面に配置された複数の磁石とを備え、これら磁石は、少なくとも一対の磁極を形成し、各磁極は、同じ極性の複数の隣接磁石を含むものである電気機械を提供する。

好ましくは、各磁極は、一次磁石と、一次磁石の両側に各々配置された２つの補助磁石とを含む。

好ましくは、ハウジングは、複数の側部と、２つの隣接側部を各々接続する接続部とを含み、一次磁石は、対応する側部の内面に配置され、そして補助磁石は、対応する接続部の内面に配置される。

好ましくは、各一次磁石の半径方向外面は、対応する側部の内面に合致し、そして実質的にフラットである。

好ましくは、ハウジングは、実質的に方形の断面を有し、そして４つの側部と、その２つの隣接側部を接続する角を各々形成する４つの接続部とを備えている。

好ましくは、補助磁石の厚みは、一次磁石の厚みより大きく、そして一次磁石は、補助磁石より磁気性能が高い。

好ましくは、一次磁石は、希土類材料で作られ、そして補助磁石は、フェライト材料で作られる。

好ましくは、各補助磁石の内面は、カーブしていて、それらの間に回転子のための円筒状スペースを協働形成し、そして一次磁石の内面間の最小直径方向距離は、円筒状スペースの直径以上である。

好ましくは、一次磁石及び補助磁石の半径方向内面は、カーブしており、又、一次磁石の内面の曲率半径は、補助磁石の内面の曲率半径に実質的に等しい。

好ましくは、一次磁石及び補助磁石は、同じ構造を有し、同じ材料で作られる。

好ましくは、側部及び接続部の内面は、実質的にフラットであり、そして磁石の半径方向外面は、側部及び接続部の内面に合致する。

好ましくは、磁石は、フェライト材料又は希土類材料で作られる。

以下、添付図面を参照し、本発明の好ましい実施形態を一例として説明する。２つ以上の図に現れる同じ構造物、要素又は部品は、一般的に、それらが現れる全ての図において同じ参照番号で示す。図示されたコンポーネント及び特徴部の寸法は、一般的に、表現の便宜上及び明瞭化のために選択されたもので、必ずしも一定の縮尺率で描かれていない。

本発明の第１の実施形態による電気機械の固定子の概略図である。 本発明の第２の実施形態による電気機械の固定子の概略図である。 本発明の第３の実施形態による電気機械の固定子の概略図である。 本発明による電気機械の固定子のブラシ及び回転子の整流子の概略図である。

図１は、本発明の第１の実施形態による電気機械の固定子の概略図である。この電気機械は、電気的エネルギーを機械的エネルギーに変換する電気モータ、又は機械的エネルギーを電気的エネルギーに変換する発電機である。固定子は、ハウジング３０と、このハウジング３０の内面に嵌合された磁石５２、５４で形成された一対の磁極５０とを備えている。磁石５２、５４は、ハウジング３０の半径方向に分極される。従って、固定子は、２極固定子として説明する。

好ましくは、ハウジング３０は、方形断面を有し、４つの側部３２と、その２つの隣接側部３２を各々接続する４つの接続部３４とを備えている。好ましくは、側部３２の内面はフラットであるが、接続部３４の内面はカーブしている。ハウジングの厚みは、均一でも、不均一でもよい。

各磁極５０は、複数の個別の磁石、特に、平行側部３２の１つに設置された一次磁石５２と、隣接接続部３４に設置された２つの補助磁石５４とで形成される。各一次磁石５２は、その一次磁石５２と同じ極性を有する一対の隣接補助磁石５４間に配置される。従って、同じ極性の２つの隣接補助磁石５４と、その２つの隣接補助磁石５４間に配置された対応する一次磁石５２は、固定子磁極５０を協働形成する。好ましくは、第１の磁極の極性は、他の磁極の極性と逆である。

好ましくは、一次磁石５２は、希土類材料で作られ、そして補助磁石５４は、フェライトで作られる。補助磁石５４の外面は、接続部３４の内面に合致する。補助磁石５４のカーブした内面の中心は、ハウジング３０の中心と同軸的である。或いは又、補助磁石５４のカーブした内面の中心は、ハウジング３０の中心から外れてもよい。好ましくは、一次磁石５２の半径方向内面及び外面はフラットである。一次磁石５２は、均一厚みで、補助磁石５４の最小厚みより薄い。補助磁石５４の材料は安価であり、そして一次磁石の材料は、優れた磁気性能、例えば、高磁気エネルギー密度を有する。安価な材料で作られた厚い補助磁石５４と、優れた磁気性能の材料で作られた薄い一次磁石５２との結合は、低いコストで設計要件を満足させることができる。

好ましくは、各一次磁石５２の両端が、２つの隣接補助磁石５４５４に接近配置されるか又は接触配置され、磁束がそれら隣接補助磁石及び一次磁石５４、５２を連続して通過するようにする。

或いは又、一次磁石５２の内面は、図２に示すようにカーブしてもよい。一次磁石５２の内面の半径は、補助磁石５４の内面の半径以下である。

上述した実施形態では、薄い一次磁石５２がハウジング３０の側部３２に設置され、一方、厚い補助磁石５４がハウジング３０の接続部３４に設置される。補助磁石５４の内面は、それらの間に、電気機械の回転子(図示せず)を収容するように構成された円筒状スペースを協働形成する。一次磁石５２の内面間の最小半径方向距離は、そのスペースの最大半径以上である。

図３は、本発明の第３の実施形態による固定子を示す。ハウジング３０の側部３２及び接続部３４の内面は、実質的にフラットである。各磁極５０は、１つの側部３２及び２つの隣接接続部３４に各々接地された３つのフラットな磁石５２、５４を含む。好ましくは、全ての磁石５２、５４は、同じ構造であり、同じツールにより同じ材料で作ることができ、材料使用効率を高めると共に、コストを下げることができる。磁石５２、５４は、フェライト又は希土類材料で作られる。各磁石は、長方形断面であるのが好ましい。

図４は、電気機械の整流構成体の概略図である。固定子１０は、更に、回転子の整流子８０にスライド接触するように構成された２つのブラシ７０を備えている。２つのブラシ７０は、機械的に１８０°の角度で整流子８０の両側に各々配置される。

本発明において、各磁極は、高い材料使用効率で容易に形成できる多数の小さな磁石で作られる。隣接補助磁石間に配置された中間又は一次磁石は、磁界の均質性を高めることにより固定子の磁気性能を改善することができる。

本発明の説明及び特許請求の範囲において、動詞「備える(comprise)」、「含む(include)」、「収容する(contain)」及び「有する(have)」並びにその変化は、各々、ここに述べたアイテムの存在を特定するために包括的な意味で使用され、付加的なアイテムの存在を除外するものではない。

本発明は、１つ以上の好ましい実施形態を参照して説明したが、当業者であれば、種々の変更がなされ得ることが明らかであろう。それ故、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって決定されるものとする。

例えば、前記実施例は、２極の固定子しか示さないが、固定子は、２ｎ個の磁極、例えば、４極、６極、等を有することができる。

３０：ハウジング
３２：側部
３４：接続部
５０：磁極
５２、５４：磁石
７０：ブラシ
８０：整流子

Claims (12)

1. 固定子及び回転子を備え、前記固定子は、内面を有するハウジングと、該ハウジングの内面に配置された複数の磁石とを備え、これら磁石は、少なくとも一対の磁極を形成し、各磁極は、同じ極性の複数の隣接磁石より成るものである、電気機械。
2. 各磁極は、一次磁石と、該一次磁石の両側に各々配置された２つの補助磁石とを含む、請求項１に記載の電気機械。
3. 前記ハウジングは、複数の側部と、２つの隣接側部を各々接続する接続部とを含み、前記一次磁石は、対応する側部の内面に配置され、そして前記補助磁石は、対応する接続部の内面に配置される、請求項１又は２に記載の電気機械。
4. 各一次磁石の半径方向外面は、対応する側部の内面に合致し、そして実質的にフラットである、請求項３に記載の電気機械。
5. 前記ハウジングは、実質的に方形の断面を有し、そして４つの側部と、その２つの隣接側部を接続する角を各々形成する４つの接続部とを備えた、請求項３又は４に記載の電気機械。
6. 前記補助磁石の厚みは、前記一次磁石の厚みより大きく、そして前記一次磁石は、前記補助磁石より磁気性能が高い、請求項１から５のいずれかに記載の電気機械。
7. 前記一次磁石は、希土類材料で作られ、そして前記補助磁石は、フェライト材料で作られる、請求項１から６のいずれかに記載の電気機械。
8. 各補助磁石の内面は、カーブしていて、それらの間に回転子のための円筒状スペースを協働形成し、そして一次磁石の内面間の最小直径方向距離は、円筒状スペースの直径以上である、請求項１から７のいずれかに記載の電気機械。
9. 前記一次磁石及び補助磁石の半径方向内面は、カーブしており、前記一次磁石の内面の曲率半径は、前記補助磁石の内面の曲率半径に実質的に等しい、請求項１から８のいずれかに記載の電気機械。
10. 前記一次磁石及び補助磁石は、同じ構造を有し、同じ材料で作られる、請求項３に記載の電気機械。
11. 前記側部及び接続部の内面は、実質的にフラットであり、そして前記磁石の半径方向外面は、前記側部及び接続部の内面に合致する、請求項１０に記載の電気機械。
12. 前記磁石は、フェライト材料又は希土類材料で作られる、請求項１０又は１１に記載の電気機械。

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