JP3663014B2 - 電気機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器に関し、特に横磁束原理によって作動する同期機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
横磁束原理によって作動する同期機器は、回転子と同軸の円形コイルの形態である電機子巻線とから成る。電機子巻線は、一連の固定子のコアによって、回転子のリムに取り付けられた永久磁石によって発生される磁束を連結する。この構成の利点は、電機子巻線に必要なスペースを侵食することなしにより多くの磁束を支持できるように固定子コアの部分を増大することができることにある。
【０００３】
横磁束機器のこれまでの構成において、回転子のリムは、絶縁スペーサによって分離された並列の２列の永久磁石を支持している。２つの円形の固定子コイルが使用され、固定子コアは、回転子の内側及び外側の双方に組み込まれ、その結果、回転子の内外面の双方で有効なトルクが提供される。
【０００４】
この構成に関する機器の問題は、固定子コイルを固定子のコアに包囲されるように組み立てることが困難なことである。回転子リムは長く、剛性が欠如しており、回転子は半径方向の衝撃に対して剛性が小さいので撓み易い。磁束が交番するとき固定子コアへの半径方向の力は、固定子ケーシングの半径方向の動きを生じる。このゼロオーダの固定子ケースの振動は、ケーシングを厚くすることなしに解消するのは困難である。
【０００５】
本発明は、簡単な固定子コアを有する改良された構成を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明による電気機器は、軸線の周りで回転可能な回転子軸と、該回転子軸から伸び前記回転子軸と共に回転可能な少なくとも１つのディスクとを含む回転子を有し、前記回転子ディスクは、前記回転子ディスクに固定された少なくとも一対の、円周に延在する回転子リムを有し、各対の前記リムは、回転子ディスクの両側の同じ半径位置で固定されており、前記各回転子リムは、交互に配列された一列の磁石及び磁極片から成り、前記磁石は前記軸線の周りの円周方向に極性を有し、各回転子リムは、回転子リムに隣接しそれに面して配置される一対の端部を画成する形状の固定子コアを有する固定子組立体と向き合っており、電機子巻線が前記固定子を作動可能に励磁するために前記固定子コア内に配置されている横磁束型電気機器において、前記固定子コアの前記一対の端部は、円周方向に回転子磁極ピッチの１ピッチの間隔を置き、かつ回転子リムの半径方向外側および内側で２つの隣接する回転子磁極片を挟み、作動時に、固定子コアの前記各端部は、２つの隣接する磁石から磁束を受け、２つの隣接する磁石からの磁束は、短い磁束通路及び前記回転子リムの全周に延びる長い磁束通路によって固定子コアの端部に送られることを特徴とする。
【０００７】
本発明の好ましい実施例において、固定子コアはほぼＣ形状であり、電機用帯鋼の巻付けによって形成されている。
【０００８】
好ましくは、固定子コアの端部は、電機子漏れを低減するような輪郭を有し、固定子コアは、該端部の両側の角度を等しくするように傾斜している。
【０００９】
複数対のリム及び固定子組立体が各回転子ディスクに配置され、各対のリムは、回転子ディスクの両側で同じ半径位置に固定される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１を参照すると、参照符号１０で指示された横磁束モータは、回転子及び固定子組立体を有する。回転子組立体は、中空軸１２のフランジ１３に結合された４つの回転ディスク１４を有する。各ディスク１４は、４つのモータ位相のための回転子作動部品を支持する４つの円周方向の回転子リム１６を有する。回転子リム１６は、交互に配列された一列の積層磁極片１８及び永久磁石２０から成る。
【００１２】
適当な磁石材料は、サマリウムコバルト及びネオジミウム鉄ボロンのような高エネルギー希土磁石材料である。磁石はその中の渦電流を制限するために細分されている。
【００１３】
磁石２０は、図２に示すように円周方向に配向されており、その結果、２つの磁石２０からの磁束は、１つの磁極片１８に集中される。磁極片１８は、ボルト（図示せず）によって圧縮されて保持される薄層から成る。
【００１４】
各回転子リム１６に対向しているのは、一連の固定子コア２２である。コイル２４が回転子のリム１６の周りの固定子コア２２の間に配置される。コイル２４及び固定子コア２２は、固定子フレームに支持されている。固定子フレームは、フランジを介してハウジング２８に固定された固定子ディスク２６を有する。固定子コア２２は、固定子ディスク２６のスロットに配置される。固定子ディスク２６は、アルミニウムから製造され熱を除去するために高熱伝導性を有する。冷却接続部２９を通して、水のような冷却剤が冷却のために供給される。
【００１５】
固定子コア２２は、図３に示すようなＣ形状であり、必要な磁束の集中を与えるように隣接する２つの磁石から磁束を受けることができるように配置される。固定子コア２２または回転子リム１６の磁石２０は、各固定子コア２２が隣接する２つの磁極片１８の周りをまたぐように傾斜している。
【００１６】
図４及び図５は、前述した構成を有する異なる形状の固定子コア２２を示す。本発明の好ましい実施例において、固定子コアは図５に示すように非対称形である。
【００１７】
非対称形の固定子コア２２は、接着剤で結合される電機用帯鋼を成形型３０に巻き付けその後、硬化することによって形成される。図６に示す成形型３０は４５°台のノーズ角度を有し、硬化された固定子コア２２は、ノーズに開口部を形成するように切断される。固定子コアの両端部３２は、図５に示すように両端部３２の対向側面に面取り部３３及び３４を置くことによって、１つの回転子磁極ピッチだけ喰違うように配置される。
【００１８】
巻かれた構造の非対称形固定子コア２２は、磁束が固定子コア２２の側面に衝突するときに発生する渦電流による損失が最小限とされる利点を有する。非対称形の形状は、製造する上で比較的に容易であり、固定子コア２２の傾斜ノーズは、電機子の漏れを最小限にする助けとなる。傾斜ノーズは固定子コア２２の厚さを薄くすることができる。固定子コア２２の厚さは傾斜ノーズで薄くなるが、固定子コア２２の断面積は増大して２つの回転子磁極片に対応し、固定子コア２２の磁束飽和を避けることができる。
【００１９】
固定子コア２２は図７に示すように傾斜することができる。固定子フレーム２８内で適当な角度で固定子コア２２を傾斜させることは固定子コア２２の幅を小さくすることができ、端部３２の各側の傾斜角度を等しくする。
【００２０】
作用において、交流電流は固定子フレーム２８に取り付けられた端子ボックス３６からコイル２４を通過して回転磁界を生じる。回転子は磁石２０が回転磁界に追従するときに回転する。各コイル２４によって発生したトルクは、通常正弦波であり、磁極２０及び３２が互いに引き付けたときにゼロとなる。円滑で安定したトルクを得るために、複数の位相が必要である。複数の位相は、複数のディスクかまたはディスク毎の複数の位相によって提供される。位相は、正弦波のトルクリップルが相殺されるように補完的なトルクを与えるように配置される。
【００２１】
固定子コア２２の上方端部を通る磁束は図８の磁石２によって生成される短い通路の磁束と、図９の磁石１によって生成される長い通路の磁束とから成る。磁束の集束は、双方の磁石１及び２が磁束を固定子コア２２の上方端部に通すことができることに依存する。しかしながら、短い磁束通路は単一の固定子コア２２を介して電機子巻線２４を単に連結する局所的な磁束ループから成るが、長い磁束通路は、図９に示すように磁石１及び３を含む全部の奇数番号の磁石を連結する。長い磁束通路は、固定子コア２２全部と奇数番号の磁石全部を連結して固定子の全周に完全な磁束ループを形成する。正規の動作において、長い磁束通路は、機器の周りで（時計回り及び反時計回り）に交番する。
【００２２】
各固定子コア２２は、隣接する２つの磁石からの磁束を受ける。磁束は短い及び長い磁束通路によって固定子コア２２に送られる。長い通路の磁束の存在によって本発明による簡単な構成を有する固定子コア２２の使用が可能になる。
【００２３】
本発明は４つのディスク１４を支持し、各ディスク１４は４つのリム１６を有する参照して説明したが、いかなる数のディスク１４のまたはリム１６の対も本発明によるモータに使用することができることは当業者には明らかである。与えられたディスク直径から利用可能なトルクを増大するために各ディスクは多数対のリム１６を支持することができる。
【００２４】
本発明によって製造されるモータは、従来のモータの構成に対して多数の利点を提供する。固定子コイル２４を組込む前に、完全なサブアセンブリとして固定子フレーム２６及び固定子コア２２を組み立てることができるから製造が容易である。コイル２４の側面に接近することが容易であるから、コイル２４は巻くこと及び接続することが容易である。回転子リム１６は一列から成り、著しく短くなる。モーターの全長の低減が達成され、固定子フレーム２８は、深いフランジによって支持された固定子の各位相を有する頑丈な構造から成る。フランジは半径方向の衝撃によるゆがみに抵抗するのに十分な剛性を与えるように十分な半径方向の深さを有する。固定子フレーム２６及び２８は、空隙の磁気負荷によって半径方向に引っ張られることがないので、フレームはゼロオーダーの固定子フレーム振動も受けない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の横磁束モータの断面図である。
【図２】 図１に示す１つの回転子リムの一部の拡大図である。
【図３】 １つのモータ位相の構成を示す断面図である。
【図４】 本発明による横磁束モータに使用する固定子コアの他の実施例を示す図である。
【図５】 本発明による横磁束モータに使用する固定子コアの他の実施例を示す図である。
【図６】 図５に示す固定子コアを形成するために使用される成形型を示す図である。
【図７】 傾斜固定子コアの図面である。
【図８】 本発明による固定子コアを通る短い磁束通路を示す図である。
【図９】 本発明による固定子コアを通る長い磁束通路を示す図である。
【符号の説明】
１０ 横磁束モータ
１２ 回転子軸
１３ フランジ
１４ 回転子ディスク
１６ 回転子リム
２０ 磁石
２２ 固定子コア
２４ コイル
２８ 固定子フレーム
３１ 開口部
３２ 端部

Claims (9)

1. 軸線の周りで回転可能な回転子軸（１２）と、該回転子軸（１２）から伸び前記回転子軸と共に回転可能な少なくとも１つのディスク（１４）とを含む回転子を有し、前記回転子ディスク（１４）は、前記回転子ディスク（１４）に固定された少なくとも一対の、円周に延在する回転子リム（１６）を有し、各対の前記リム（１６）は、回転子ディスク（１４）の両側の同じ半径位置で固定されており、前記各回転子リム（１６）は、交互に配列された一列の磁石（２０）及び磁極片（１８）から成り、前記磁石（２０）は前記軸線の周りの円周方向に極性を有し、各回転子リム（１６）は、回転子リム（１６）に隣接しそれに面して配置される一対の端部（３２）を画成する形状の固定子コア（２２）を有する固定子組立体と向き合っており、電機子巻線（２４）が前記固定子を作動可能に励磁するために前記固定子コア（２２）内に配置されている横磁束型電気機器において、前記固定子コアの前記一対の端部（３２）は、円周方向に回転子磁極ピッチの１ピッチの間隔を置き、かつ回転子リム（１６）の半径方向外側および内側で２つの隣接する回転子磁極片（１８）を挟み、作動時に、固定子コア（１６）の前記各端部（３２）は、２つの隣接する磁石（２０）から磁束を受け、２つの隣接する磁石（２０）からの磁束は、短い磁束通路及び前記回転子リム（１６）の全周に延びる長い磁束通路によって固定子コア（２２）の端部（３２）に送られることを特徴とする横磁束型電気機器（１０）。
2. 前記固定子コア（２２）は、ほぼＣ形状であることを特徴とする請求項１に記載の電気機器。
3. 前記固定子コア（２２）は、電機用帯鋼の巻付けによって形成されていることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載の電気機器。
4. 前記固定子コア（２２）の前記端部（３２）は、電機子漏れを低減するような輪郭（３１，３４）を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気機器。
5. 前記固定子コア（２２）は前記端部（３２）の両側の角度を等しくするように傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の電気機器。
6. 前記回転子ディスク（１４）の各々は複数対のリム（１６）を支持し、前記各対のリム（１６）は、回転ディスク（１４）の両側で同じ半径位置に固定されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電気機器。
7. 前記各固定子コア（２２）の本体の円周方向厚さは、該固定子コアの前記両端部（３２）の円周方向の合計厚さより大きいことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気機器。
8. 前記各固定子コア（２２）の円周方向厚さは前記交互に配置された一列の磁石（２０）及び磁極片（１８）に含まれる２個の回転子磁極片（１８）に延在していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気機器。
9. 前記各固定子コア（２２）の円周方向の厚さは２個の回転子磁極片に延在し、前記固定子コアの各端部（３２）の半径方向厚さは単一の前記回転子磁極片（１８）に延在していることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気機器。

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