JP2016529873A - 同期電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明の態様によれば、静止電磁固定子と、複数の同心層を備える円筒形の構造体を含み、回転軸を有する回転子と、円筒形の構造体上に配置された複数の永久磁石とを含む、同期電気機械が提供される。【選択図】なし

Description

本発明は、同期電気機械の分野に関し、さらに、特に同期電気モータおよび同期発電機の分野に関する。

同期電気機械は、同期電気モータおよび同期発電機を含む。

ブラシレス電気モータは、移動回転子と、静止固定子と、電子整流と、を含む同期電気機械である。使用されているブラシレス電動モータの構成には、２つの一般的な種類がある。アウトランナー構成では、永久磁石を有する回転子が静止電磁固定子の周りを回転する。インランナー構成では、永久磁石を有する回転子が静止電磁固定子内で回転する。いずれのモータ構成も、回転子を駆動する電磁石になるように固定子巻線に電流が印加される。

電磁固定子と永久磁石回転子とを有する同期電気モータは、一般的に、機械的エネルギーの入力により回転子が駆動した時は、発電機として動作することができる。

電磁固定子と永久磁石を有する回転子とを備えた、ブラシレス電気モータやブラシレス発電機を含む同期電気機械に印加される、またはそれが生成する最大電力は、一般に、渦電流により発生する熱量によって制限される。たとえば、過剰な熱により永久磁石は弱められる。

本発明の一態様によれば、静止電磁固定子と、複数の同心層を備える円筒形の構造体を含む回転軸を有する回転子と、円筒形の構造体上に配置された複数の永久磁石と、を含む電気機械装置が提供される。

本発明の別の態様によれば、アウトランナーブラシレス直流モータであってもよい電子整流モータが設けられている。モータは、内周に永久磁石が隔置された鋼リングによって規定される磁束リングと、リング内の固定子と、を含む。本発明のある実施形態では、磁束リングは、円筒形の積層された鋼部分を使用して形成されており、好ましくは構造エポキシ樹脂で接着された電鋼の同心層である。ある実施形態では、永久磁石は、超磁石であってもよい。

本発明は、本発明の好ましい実施形態を示した添付の図面を参照して詳細に説明される。

本開示の実施形態による例示的な固定子および回転子の概略端面図である。 図１の１部分を拡大した拡大図である。 本開示の実施形態による例示的な固定子および回転子の概略図である。 本開示の実施形態による例示的な固定子および回転子の概略図である。 本開示の実施形態による例示的な固定子および回転子の概略図である。 本開示の実施形態による例示的な固定子および回転子の概略端面図である。 本開示の実施形態による例示的なモータの背面斜視図である。 図７のモータの正面斜視図である。 図８のモータの５−５に沿った部分断面図である。 本開示の実施形態による例示的な電気モータの仕組みのブロック図である。 本開示の実施形態による例示的な電気モータの仕組みのブロック図である。

これから、本発明は、添付の図面を参照してより十分に詳細に以下で説明される。これら図面は、発明の概要、発明を実施するための形態、および任意の好適な、または具体的に議論されたか、そうでなければ開示された特定の実施形態のどれも併せて読まれることが意図されている。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具現化することができ、本明細書に記載された実施形態に限定されると解釈されるべきではない。

図１は、本開示のある実施形態に従って、４で示された例示的な固定子、および６で示された回転子の概略端面図である。固定子４は、電磁固定子であり、回転軸８を有する永久磁石回転子である回転子６によって囲まれている。

固定子４は、中央ハブ１０と、周りに巻線１４を有する半径方向外側に突起する磁極片１２とを含む。巻線１４への電気接続については示されていない。本発明のある実施形態では、固定子４は、電気エネルギー源に接続されたモータ制御装置に接続されるための従来型の３線リード接続部を有する三相モータとして、巻回されてもよい。本発明のある実施形態では、固定子４は、巻かれてもよいし、発電機として接続されてもよい。他の適切な従来型の固定子を固定子４として使用してもよい。新規の固定子構成または固定子巻線もまた使用してもよい。

永久磁石回転子６は、積層された同心層１８、２０、２２、２４および２６を備える円筒形の構造体１６（本明細書で時には磁束リングと呼ばれる）を含む。層１８、２０、２２、２４および２６は、電気鋼製である。他の適切な導電性材料を、層１８、２０、２２、２４および２６に使用してもよい。ある実施形態では、層１８、２０、２２、２４および２６は全て、同一の材料、または交互に変わる材料、または別の適切な構成を含みうる。

層１８、２０、２２、２４および２６は、Ｃ５電気絶縁体（図示せず）で被覆されることができる。Ｃ１〜Ｃ４またはＣ６コーティングのような、他の非導電性コーティングを使用してもよい。

層１８、２０、２２、２４、および２６は、構造用エポキシ樹脂層２７によって接合されている。ある実施形態では、円筒形の構造体１６の積層された同心層は、他の好適な接合材料の１つ以上の層を介して接合、結合、または接着されてもよい。積層された同心層が絶縁被膜などによって電気的に絶縁されていない他の実施形態において、接合材料は非導電または導電が最小限であるべきである。ある実施形態では、接合材料は、使用中に積層された層が多少撓むことができるが、十分に接合されている状態で硬化する時、ある程度可塑度を保つ接着剤であってもよい。ある実施形態では、積層された層を硬化させたときに、撓むまたは変形するが、それでも十分な構造的完全性を保持できる柔軟性を積層された層に付与するエラストマー成分を含むエポキシ樹脂が、接合材料であってもよい。

他の実施形態では、円筒形の構造体１６の積層された同心層は、ボルト２９のような機械的手段によって結合されてもよい。他の好適な機械的固定具は、被膜などによって層が互いに十分に物理的に分離されて、十分に電気的に隔離されるように設けられたねじ、ピン、締め金等を含む。他の実施形態では、接合材と機械的固定具の両方を使用することができる。

層１８、２０、２２、２４および２６は、それぞれ１インチの１０００分の１５の厚さを有する。積層された同心層の一部または全部に、同じ厚さまたは異なる厚さをもった、他の好適な厚さを、円筒形の構造体１６の積層された同心層に使用することができる。

層１８、２０、２２、２４および２６は、それぞれ、シートの端が合う継ぎ目２８、３０、３２、３４および３６を有する電気鋼の単一シートで形成されている。継ぎ目２８、３０、３２、３４および３６は、互いにずらされているが、これは必須ではない。

本発明のある実施形態では、円筒形の構造体１６の積層された同心層は、回転軸８に対して半径方向に同心円状に次々に配置された、円筒形または管状の構造体３５を複数含むことができる。ある実施形態では、円筒形の構造体１６の各積層された同心層は、同心部分３６を含むことができる。

ある他の実施形態では、円筒形の構造体１６の積層された同心層は、回転軸８の周りに連続的に巻き付く単一の連続帯材３８を含むことができる。

円筒形の構造体１６は、少なくとも２つの積層された同心層を含まなくてはならない。さらなる実施形態では、円筒形の構造体１６は、２つ以上の積層、例えば３つ、４つ、５つ、６つあるいはそれ以上の層を含むことがある。

複数の磁石４０は、円筒形の構造体１６内に並んでいる。磁石４０は、ネオジム、サマリウムコバルトまたは同様の材料のような、主に希土類材料から作られた永久磁石である。磁石４０の数は、特定の用途に応じて変化するが、常に２の倍数である。磁石４０は、北、南、北、南など、交互に変わる極方向によって配置される。永久磁石回転子６は、回転子６が、電磁固定子４のすぐそばで接触せずに自由に回転できるように、連続分離エアギャップ４２によって分離された固定子４のすぐそばで回転する。

本発明の別の実施形態では、ブラシレス直流モータは、一般的にインランナー型であり、電磁固定子５２に囲まれた永久磁石回転子５０を含む。

１実施形態では、永久磁石回転子５０は、３つの積層された同心層５６,５８および６０を含む、円筒形の構造体５４を含む。層５６、５８および６０を含む円筒形の構造体５４は、円筒形の構造体１６の積層された同心層に関する、本明細書の教示に従った構成を備えてもよい。回転子５０は、中央ハブ６２と、円筒形の構造体１６の外側の周囲に配置された永久磁石６４と、を含む。

固定子５２は、２つの同心円状の積層された層６８および７０を含む、円筒形の構造体６６を含み、ある実施形態では、円筒形の構造体１６の積層された同心層に関する、本明細書の教示に従った構成を備えてもよいし、単一の積層されていない層で形成されてもよい。

固定子５２は、周りに巻線７４を備える、半径方向内側に突出した磁極片７２を含む。従来の固定子を固定子５２に使用してもよい。

本発明のある実施形態では、モータや発電機は、本発明の実施形態による積層された同心層を有する回転子を含む。積層された同心層を有する回転子を含む例示的なモータは、概して図３から図５に１００で示されている。モータ１００は、層１８、２０、２２、２４および２６に関する本明細書に記載の実施形態に従った、５つの積層された層１１２を有する円筒形の構造体１１０を含む、概して１０５で示された回転子を含む。円筒形の構造体１１０は、図３から図５に示される実施形態のような、本発明の他の実施形態に従った層を有することができることが理解されよう。

回転子エンドキャップ１１４および１１６は、孔１１１内のボルト２９によって円筒形の構造体１１０に設けられて固定される。ウェブ１１８を有するエンドプレート１１４がモータ１００の前端に設けられており、ウェブ１２０を有するエンドプレート１１６はモータ１００の後端に設けられている。ウェブプレート１１８は、駆動されるプロペラ、軸等を取り付けることができるシャフト１１９を含む。

エンドプレート１１８および１２０は、回転子１０５を概して１２４で示された固定子のハブ１２２に接続する。回転子１０５は、複数の永久磁石１２５を含む。固定子１２４は、巻線１２８を有する磁極片１２６を含む電磁固定子である。巻線は、簡単のために図７および図８には示されていない。

理論に束縛されることなく、本発明者は、回転子の円筒形の構造体の同心積層は、回転子内の渦電流の大きさを低減し、結果的により少ない熱が生成されると考える。

ある実施形態では、本発明の実施形態による同心積層回転子は、他の従来のブラシレス直流モータおよび、アウトランナーまたはインランナー構成の発電機を含む、同期電気モータおよび発電機を含む、他の従来の電気機械装置の一部として使用されてもよい。

ある実施形態では、本発明の実施形態による同心積層回転子は、たとえば、エネルギー源８０、エネルギー貯蔵８２、電力変換器８４のような、１つまたは複数の動力源、および、モータの位置及び/または回転速度を制御する等して、モータ７６を電気的に制御するモータコントローラ８６のようなコントローラを含む、当業者に公知の他の従来の構成要素を含むモータ７６または発電機７８内に配置されてもよいし、電力システムにおける車両、自動車、バス、航空機、船舶、または他の適当な車両および非車両用途を含む、モータまたは発電機内に配置されてもよい。

発明を特定の実施形態に関して上記説明したが、本発明はこれらの開示された実施形態に限定されるものではないことを理解されたい。本発明が属する当業者には、本発明の多くの変更および他の実施形態が思い浮かぶだろうが、それは意図されており、本開示および添付の特許請求の範囲の両方に含まれる。それにまた、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびそれらの法的均等物の適切な解釈および説明によって決定されるべきである、と意図されており、本明細書の開示および添付の図面に依拠して、当業者に理解される。

Claims (20)

1. 同期電気機械であって、
   静止電磁固定子と、
   回転軸を有する回転子と、を含み、
   前記回転子は、複数の同心層を備えた円筒形の構造体と、
   前記円筒形の構造体上に配置された複数の永久磁石と、
   を含む同期電気機械。
2. 前記同心層が、前記回転軸に対して径方向に次々に配置される、請求項１に記載の同期電気機械。
3. 前記同心層の少なくとも１つが、実質的に管状の形状を有する、請求項１に記載の同期電気機械。
4. 前記同心層の少なくとも１つが、複数の同心のセグメントを備える、請求項１に記載の同期電気機械。
5. 前記複数の同心層が、前記回転軸に連続的に巻き付く単一の連続帯材を備える、請求項1に記載の同期電気機械。
6. 前記複数の同心層が積層されている、請求項１に記載の同期電気機械
7. 前記複数の同心層が接着剤で接着されている、請求項６に記載の同期電気機械。
8. 前記接着剤が、前記積層された層に柔軟性を付与するエラストマー成分を含む、請求項７に記載の同期電気機械。
9. 前記複数の同心層が、機械的ファスナと共に結合されている、請求項６に記載の同期電気機械。
10. 前記機械は、請求項１に記載の前記回転子と前記固定子とを有するモータである、請求項１に記載の同期電気機械。
11. 前記機械は、請求項１に記載の前記回転子と前記固定子とを有する発電機である、請求項１に記載の同期電気機械。
12. 前記回転子が前記固定子の周りに配置されている、請求項１に記載の同期電気機械。
13. 前記固定子が、前記回転子の周りに配置されている、請求項１に記載の同期電気機械。
14. 前記機械を電子的に整流するためのコントローラをさらに含む、請求項１２に記載の同期電気機械。
15. 前記機械を電子的に整流するためのコントローラをさらに含む、請求項１３に記載の同期電気機械。
16. 電子整流モータであって、
    内周に永久磁石が隔置されたリングによって規定される磁束リングと、
    前記リングの内側の固定子と、
    を備えた回転子を含む電子整流モータ。
17. 前記磁束リングが円筒状の積層鋼部分を使用して形成される、請求項１６に記載の電子整流モータ。
18. 前記円筒状の積層鋼部分が、接着剤により接着された電気鋼の同心層を含む、請求項１７に記載の電子整流モータ。
19. 前記接着剤が、前記同心層の接着を維持しながら、前記積層鋼部分の伸縮に適応するのに十分に柔軟である請求項１８に記載の電子整流モータ。
20. 前記固定子と、前記回転子と、を有するアウトランナーブラシレスモータを含む、請求項１８に記載の電子整流モータ。

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