JP3841477B2

JP3841477B2 - 交差結合の磁気回路を有する電動機構造

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Publication number: JP3841477B2
Application number: JP14424696A
Authority: JP
Inventors: ハーヤンタイ−
Original assignee: タイ−ハーヤン
Priority date: 1996-06-06
Filing date: 1996-06-06
Publication date: 2006-11-01
Anticipated expiration: 2016-06-06
Also published as: JPH09327138A

Description

【０００１】
本発明は交差状に結合させた磁気回路を有する電動機構造に関するものである。
【０００２】
従来の発電機や電動機は通常杯状の厚い磁極を中間磁気回路で片側又は両側を被覆されているため回転子及び磁場の蓄熱は軸線方向のファンで冷却している。しかし、回転子の直径が小さく、その軸線方向の長さが長い場合、回転子と磁極との間の間隙は通常０．２〜１ｍｍ（効率は回転子の直径と定格回転数等によって決まる）であるため通風が難しい欠点がある。
【０００３】
本発明の交差状に結合させた磁気回路の電動機構造は回転軸の軸線方向の薄い厚さと交差状に結合させた中間磁気回路との構造により連動電機子（通常は回転子）の直接散熱に有利である。磁極の軸線方向の厚さは、回転子と同一の長さを有していても、その電動機性能に影響を与えず、中間磁気回路の総断面積は半径方向の寸法において電動機の必要に応じて増減され得る。この基本規念の下で、中間磁気回路の形状は、以下の変形例を含む。
【０００４】
中間磁気回路を磁極間に設け、一回路又は一回路以上の直線又は傾斜方向の交差状の磁気回路構造を備え、両側が互いに隣接する磁極間に交差状の冷却孔を形成し、相対運動の連動電機子が周期的に冷却孔に遭遇することを特徴とする。
【０００５】
磁極間に中間磁気回路を設置し、一回路又は一回路以上の直線又は傾斜方向の片側結合の磁気回路構造を備え、交差状の冷却孔を形成し、相対運動の連動電機子が周期的に冷却孔と遭遇することを特徴とする。
【０００６】
１）少量大型機種に対し、磁気回路構造は比較的小さい面積の独立鉄心の薄板を従来のものと異なる交差状に結合させたため、半径方向の通気孔は従来の半径方向の閉塞磁気回路の構造と異なり、散熱に有利であり、使用される鉄心の薄板の型も従来の一体型に比べて小さく、型のコスト低減と共に大型プレス設備を必要としない。
【０００７】
２）連動電機子の回転子が直接半径方向の通気孔に遭遇するため、電動機の散熱に有利である。
【０００８】
本発明の構成は回転式電動機又は線型駆動式電動機（リニアモータ）や発電機に応用でき、電磁石又はその他の電気励磁又は永久磁石で磁極を構成し、連動電気子構造と結合させて、それらを連動させる交差結合の中間磁気回路で磁極間の磁力線を結合し、高散熱と効率の良い電動機の磁気回路を構成し、以下の主な特長を有する。
【０００９】
磁場磁気回路構造：この回路構造は二極又は二極以上の永久磁石又はコイル励磁磁極で構成され、磁極正面に連動電機子が結合され、電磁効果で回転又は線型駆動するもので、各磁極間の磁気回路は良導磁性材料によって構成され、良導磁性材料を磁極の片側又は両側に延長し、異なる方向の中間磁気回路を構成し、各磁極の結合位置は対称又は非対称の交差状の位置となり、同方向の中間磁気回路と連結し、磁極の結合位置は、交差対称の垂直延長又は非対称位置の対向延長を特長とする。
【００１０】
磁極と相対する連動電機子構造：該電機子構造は整流子式電機子又は誘導式電機子からなり、巻線式又は永久磁石式又は良導磁体又は磁気滞型等の構成材料で構成された連動電機子構造であって、上記の磁場磁気回路構造と相互運動に供し、両者の１つが固定体で他が運動体であるか、又は両者共に運動体で回転又は線型駆動するものである。
【００１１】
本発明の交差結合の磁気回路を有する電動機構造を添付図面に示した実施例について説明する。
【００１２】
図１乃至図３は本発明の交差結合の磁極回路を有する電動機構造において交差状に交互に積み重ねた導磁気薄板で構成された磁場磁気回路の実施例の概略図を示す。図１はその正面図を示し、図２はその側面図、図３はその斜視図を示し、以下の主な構成を含む。
【００１３】
磁場磁気回路構造１００：この磁気回路構造１００はシリコン銅板等の良導磁性材料で構成され、非閉塞形状の両端が磁極の位置で結合し、磁極が励磁コイル１１１，１１２，１１３，１１４又は永久磁石式磁極で形成され、シリコン銅板の導磁気薄板を交差状に交互に積み重ね、半径方向の通気孔を有する杯状の磁場磁気回路構造、又は鎖状に交差積層された線型電動機の磁場磁気回路構造を構成する。
【００１４】
磁極と相対する連動電機子構造１０１：この電機子構造１０１は整流子式電機子又は誘導式電機子からなり、巻線型又は永久磁石型又は良導磁体型又は磁気滞型等の構成部材で構成され、上記磁場磁気回路構造と連動し、両者の一方が固定体で、他方が運動体であるか、又は両者共に運動体で、回転又は線型駆動構造としてある。図４は図１乃至図３の電動機構造を線型駆動構造に応用した実施例を示す。その構造形態は大直径と多極回転電動機構造の展開に相当する。図１乃至図４に示した実施例は基本的な構造例である。
【００１５】
実際の応用時には、必要に応じて以下の構造形態を選択し得る。例えば図５は励磁コイルを巻き込んだ交差状に積み重ねた導磁気薄板で構成された実施例を示す。その特長は以下の通りである。
【００１６】
磁場磁気回路５００：この磁気回路５００はシリコン銅板等の良導磁性材料で構成され、非閉塞形状の両端は磁極の位置で終端し、主磁気回路と補助磁気回路構造は連動電機子の各極面に対向し、その極面には少なくとも一組の励磁コイルを挿入させるスロットを形成してあり、シリコン銅の導磁気薄板は交差状に交互に積み重ねられ、半径方向に通気孔を有すると共に杯状の複数の磁極を有する磁場磁気回路構造又は鎖状に交差積層して線型に延伸させた線型電動機の磁場磁気回路を構成する。
【００１７】
磁極と相対する連動電機子５０１：この電機子５０１は整流子式電機子又は誘導式電機子からなり、巻線式又は永久磁石式又は良導磁体又は磁気滞型等の構成部材で構成され、上記磁場磁気回路構造と結合して連動し、両者の一方が固定体で他方が運動体であるか、又は両者共に運動体で、回転又は線型駆動構造としてある。図６は、図５の電動機構造を線型駆動構造に実施した例を示す。その構造形態は大直径及び多極回転電動機構造の展開に相当する。
【００１８】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造において、磁極が二対以上の場合、その磁気回路は各一対の磁極を単独に用いて中間磁気回路を設置し得る。図７は、４極電動機構造を示す。二対の磁極は各々独立した中間磁気回路と磁極の磁場磁気回路７００で構成され、共通に連動電機子７０１と結合した実施例である。その特長は以下の通りである。
【００１９】
磁場磁気回路７００：この磁気回路７００は２対の別個の独立中間磁気回路で４つの磁極を構成し、磁場磁気回路はシリコン銅板のような良導磁性薄板で構成され、各一対の磁極は別個の磁場磁気回路で半径方向に連動電機子と結合し、各磁極はＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ……の順序で交互に分布し、磁場の磁極は永久磁石式磁極又は励磁コイルを設置している単独磁極又は励磁コイルを入れる導体スロットのある多数の歯状磁極である。
【００２０】
磁極と対向する連動電機子７０１：該電機子７０１は整流子式電機子又は誘導式電機子からなり、巻線式又は永久磁石式又は良導磁体式又は磁気滞型の構成部材で構成され、コイルと磁極が対応分布している。即ち各磁極は全て連動電機子と共に電動機又は発電機効果を生じ、両者の一方が固定体で、他方が運動体であるか、又は両者共に運動体で、回転又は線型駆動形態にしてある。
【００２１】
上記の実施例は二対の磁極で構成された４極磁場の実施例であり、若し２対以上の磁極磁場構造に応用する場合はその基本概念によって拡大し、回転又は線型駆動形態を採ることができる。図８は図７の電動機構造を線型駆動形態にした実施例を示し、その構造形態は、大直径と多極回転電機子の展開に相当する。
【００２２】
本発明による交差結合の磁気回路を有する電動機構造を応用しかつ実施する際、磁場磁極が永久磁石式磁極の時、即ち永久磁石式磁極が直流電機子と結合するか又は少なくとも２相のコイルと結合して回転磁場を生ずる連動電機子構造を構成し、若し磁場磁極が励磁コイルの場合は、直流励磁磁極又は交流励磁コイルで構成させ、連動電機子と共に電動機又は発電機機能を生じさせるか、又は磁場磁極が磁場コイル励磁式と永久磁石磁極混用の形態で構成させることができる。
【００２３】
図９は磁場コイル励磁式磁極と永久磁石式磁極の混合形態の実施例を示す。その永久磁石式磁極９０１，９０２と励磁コイル９１１，９１２が生ずる磁通は共に直列に接続して磁極を構成し、交差状に交互に積層して形成した中間磁気回路９０５は連動電機子９０６を経て閉塞磁気回路を構成する。図１０は図９の電動機を線型駆動型に応用した実施例を示す。その構造形態は大直径及び多極回転電機子の展開したものに相当する。
【００２４】
上記混合形態の連動電動機構造は図１１に示す４極又は４極以上の磁極を混合併設したものも構成でき、それらの磁極中、少なくとも一対の磁極が永久磁石式磁極１１０１で構成され、その他が励磁コイル１１１１，１１１２により通電励磁式磁極１１０２で構成されたもの、又は少なくとも一対の磁極が磁場コイル励磁式磁極１１０２で構成され、その他の磁極が永久磁石式磁極１１０１で構成されたもので、回転又は線型駆動形態にすることができる。図１２は図１１の電動機を線型駆動型に実施した例を示すもので、その構造形態は大直径及び多極回転電機子を展開したものに相当する。
【００２５】
本発明の永久磁石式磁極とコイル励磁式磁極の混用型電動機構造を電動機又は発電機として運転する場合、永久磁石式磁極の磁極が固定であるため、コイル励磁式磁極のコイルと電機子とを直列に接続させ、両者の直列極性関係を制御して、電動機ユニットの運転時に励磁コイルの励磁極性と電動機の全体極性混合後、電動機ユニットを補助励磁特性又は差動励磁特性にする。
【００２６】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は導磁気材料を中心軸線に沿って多段の独立磁気回路を構成し得る。即ち、導磁気材料を幾何形状の階段的変化により、軸線方向に多段階の分割構造にして再度交差状に組合せて連動電機子構造と関係させることもできる。
【００２７】
上記交差磁気回路の電動機構造の両側に多段回路形態の中間磁気回路の断面積は、同一又は異なるので、中間磁気回路は中実材料又は多段積重ね材料又は薄板鉄心で構成されている。図１３に示す両側結合の多段回路の中間磁気回路１３０１と１０３２は磁極１３０３間で交差状に結合させた実施例であり、各側部に所属の多段回路の中間磁気回路はその断面積が同一又は異になるので、各中間磁気回路は中実材料又は多段階積み重ね、又は薄板鉄心で構成され得る。
【００２８】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造の片側又は両側延長の一回路又は一回路以上の中間磁気回路は傾斜方向に延伸させることもでき、連動電機子表面が運転時に傾斜層と交差して順次散熱孔と遭遇して散熱をよくする。図１４は本発明の交差結合の磁気回路を有する電動機構造で、両側に傾斜方向に延伸する中間磁気回路の実施例を示す。図１５は図１４の正面図を示す。
【００２９】
上記図１３及び図１４で示した実施例は回転型駆動形態のもので、図１６は図１３の電動機を線型駆動形態に応用した実施例を示す。図１７は図１４の電動機を線型駆動形態に応用した実施例を示す。その構造形態は大直径及び多極回転電機子の展開に相当する。
【００３０】
本発明の交差結合の磁気回路を有する電動機構造は比較的広い電動機型に適用でき、各構造は必要に応じて、以下の特長の全部又は一部分を選定し得る。
【００３１】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は多段回路形態の中間磁気回路において別個の中間磁気回路寸法を同一又は異にすることができ、即ち片側又は両側磁極間の中間磁気回路が多段回路構造の場合に各回路の寸法を同一又は異にすることができる。
【００３２】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は２極又は２極以上の構造のもの、即ち同一原理の下で、必要に応じて各種の極数を選択し得る。
【００３３】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は交流／直流、ブラシレス／ブラシ付、同期／不同期等の回転電動機に応用することができる。
【００３４】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は一対をなす電磁効果の連動電機子において交流／直流、ブラシレス／ブラシ付の回転電動機又は発電機のロータ部にするか、又は逆方向連動、即ち外部磁場が回転体で内部ロータが固定体にすることができるか、又は内外ともに回転体にすることができる。
【００３５】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造は吸引される導磁体で交流又は直流電磁石を構成する。
【００３６】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造の各実施例において、図１１の磁場磁気回路構造以外の電磁効果で連動する電機子構造は、吸引される導磁性連動体、整流子式電機子、誘導式連動体、永久磁石式連動体、渦流効果、磁気滞型等を含む連動電機子構造を特長とする。図１１で示した実施例の磁場磁気回路構造の整流子式電機子は波巻が主で、特別に配置した永久磁石式磁極とコイル励磁式磁極の磁場強度の平均の下で、上記各種の連動電機子構造にも対応できる。
【００３７】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造が示すように、非閉塞状の両端を有する薄板状導磁材料で構成した片側又は両側結合の交差状磁気回路の磁極はそれぞれ積層した中間磁気回路と一体構造となし得る。また各磁極は各々独立設置して中間磁気回路と結合することもできる。
【００３８】
上記交差結合の磁気回路を有する電動機構造の応用形態は、更に変圧器、インピダンス等の静止電気機械に応用可能で、即ち変圧器の磁気回路をシリコン銅板で堆積後、等幅、等厚磁気回路を交差状に積み重ね、中間磁気回路の断面積を両側交差延長の磁気回路断面積の和とし、中間磁気回路にコイルを設け、両側交差延長の磁気回路は散熱のための翼状の表面及び冷却孔を有する。
【００３９】
図１８は本発明の交差結合の磁気回路を有する電動機構造を変圧器又はインピダンスに応用した静止電気機械の交差状の磁気回路構造の概略的な斜視図を示す。
【００４０】
本発明の交差結合の磁気回路を有する電動機構造は、狭い中間磁気回路の内部蓄熱を有効に発散させることができ、導磁材料を交互に積み重ねて散熱に有利な狭い中間磁気回路構造を形成することができ、磁場磁気回路構造に半径方向の通気孔を有し、同時に組合せ式鉄心であるから、鉄芯材料のコストと加工費を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の交差状にした導磁気薄板で構成した磁場磁気回路を有する電動機構造の実施例の正面図である。
【図２】図１に示した実施例の側面図である。
【図３】図１に示した実施例の斜視図である。
【図４】図１〜３に示した電動機構造をリニア駆動型形態にした実施例の斜視図である。
【図５】励磁コイルを設置し得る交差状に積み重ねた導磁気薄板で構成した磁場磁気回路を有する電動機構造の実施例の斜視図である。
【図６】図５の電動機構造をリニア駆動型形態にした実施例の斜視図である。
【図７】交差状に配置させた二対の導磁気薄板で構成しかつ４つの磁極を有する磁場磁気回路構造を有する連動電機子構造の実施例の斜視図である。
【図８】図７の電動機構造をリニア駆動型形態にした実施例の斜視図である。
【図９】コイル励磁式磁極と永久磁石式磁極とを混合して設置した電動機構造の第１変形例の斜視図である。
【図１０】図９の電動機構造をリニア駆動型形態に応用した実施例の斜視図である。
【図１１】コイル励磁式磁極と永久磁石式磁極を混合して設置した電動機構造の第２変形例の正面図である。
【図１２】図１１の電動機構造をリニア駆動型形態に応用した実施例の斜視図である。
【図１３】両側に結合した多段回路形態の中間磁気回路を磁極間で交差結合させた電動機構造の実施例の斜視図である。
【図１４】本発明の磁極の両側に向かって傾斜状に延伸させた中間磁気回路を有する電動機構造の実施例の側面図である。
【図１５】図１４に示した実施例の正面図である。
【図１６】図１３の電動機構造をリニア駆動型形態に応用した実施例の斜視図である。
【図１７】図１４の電動機構造をリニア駆動型形態に応用した実施例の斜視図である。
【図１８】本発明を変圧器又はインピダンス等の静止電機子交差磁気回路に応用した実施例の斜視図である。
【符号の説明】
１００，５００，７００磁場磁気回路構造
１０１，５０１，７０１連動電機子構造
１１１，１１２，１１３，１１４励磁コイル
９０１，９０２永久磁石式磁極
９１１，９１２励磁コイル
９０５中間磁気回路
９０６連動電機子構造
１１０１永久磁石式磁極
１１０２磁極
１１１１，１１１２励磁コイル
１３０１，１３０２中間磁気回路
１３０３磁極

Claims

電磁石或いはその他の電気励磁又は永久磁石で構成した磁極を有し、磁極と組合せて連動を生ずる電機子を備え、導磁性材料を交差状に積層して磁極間の磁力線を結合する高散熱率の磁場磁気回路を構成したロータリ又はリニア電動機又は発電機を構成する交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、
磁場磁気回路構造には少なくとも２極又は２極以上の永久磁石又はコイル励磁で構成された磁極を備え、磁極正面と対をなす構造の電機子を電磁作用で回転又はリニア移動可能とし、各磁極間の磁気回路を良導磁性材料で構成し、その良導磁性材料を交互に重ね合わせ、交互に重ね合せた良導磁性材料間に半径方向の通気孔を形成し、通気孔を電機子に連通させ、
磁極と相対する連動電機子構造を整流子式電機子又は誘導式電機子から構成し、巻線型又は永久磁石型又は良導磁体又は磁滞型の構成部材で形成し、上記磁場磁気回路構造と相互移動をなす構造とし、両者の一方を固定体に他方を運動体にするか、或いは両者共に運動体にし、回転又は直線駆動構造としたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項１に記載した交差状に交互に重ね合わせた導磁性薄板で構成した磁場磁気回路を有する電動機構造であって、
磁場磁気回路構造（１００）をシリコン銅板等の良導磁性材料から構成し、非閉塞形状の両端を磁極位置として励磁コイル（１１１，１１２，１１３，１１４）又は永久磁石から成る磁極に形成し、シリコン銅板を交互に重ね合わせ、半径方向に通気孔を有する杯形状の磁極を備えた磁場磁気回路又は鎖状に交互に重ね合わせて延伸させた線型電動機磁場磁気回路で構成し、
磁極と相対する連動電機子構造（１０１）を整流子式電機子又は誘導式電機子から構成し、巻線式又は永久磁石式又は良導磁体又は磁滞型の構成材料で構成された該連動電機子構造（１０１）を上記磁場磁気回路構造と連動する構造とし、両者の一方を固定体に他方を運動体にするか、又は両者共に運動体にし、回転又は直線駆動形態としたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項２に記載した励磁コイルを設置させる交差状に交互に重ね合わせた導磁性薄板から構成した交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、
磁場磁気回路構造（５００）をシリコン銅板等の良導磁性材料で構成し、非閉鎖形状の両端を磁極位置に配置し、主磁気回路構造と補助磁気回路構造とを連動電機子の各極面に対向させ、少なくとも一組のスロットに励磁コイルを巻き付け、シリコン銅板を交互に重ね合わせ、半径方向に通気孔を有する杯形状の磁極を備えた磁場磁気回路構造又は鎖状交互に積み重ねて形成した線型電動機磁場磁気回路構造に構成し、
磁極と相対する連動電機子構造（５０１）を整流子式電機子又は誘導式電機子から構成し、巻線型又は永久磁石型又は良導磁体又は磁滞型の構成部材で形成した連動電機子構造であって、上記磁場磁気回路構造と連動可能にし、両者の一方を固定体に別の一方を運動体にするか、又は両者共に運動体にし、回転又は線型駆動形態としたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項１に記載した２つ以上の磁極を有し、各対の磁極に独立した中間磁気回路を設置した交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、
磁場磁気回路構造（７００）を一対の磁極を有する各々独立した２つの中間磁気回路から構成し、２つの中間磁気回路を対向させて４つの磁極を構成し、該磁場磁気回路構造をシリコン銅板等の良導磁性材料又はその他の良導磁性の薄板又は塊状で一体に形成し、各対の磁極を別個のユニットの磁極磁気回路構造に備え、半径方向に独立した連動電機子を結合させ、各磁極をＮ−Ｓ−Ｎ−Ｓ……の順序で交互に分布させ、磁場の磁極を永久磁石式磁極又は励磁コイル式磁極を有する単独磁極又はスロットに励磁コイルを巻き込んだ多歯状磁極として形成し、
磁極と相対する連動電機子構造（７０１）を整流子式電機子又は誘導式電機子から構成し、巻線型又は永久磁石型又は良導磁体又は磁滞型の構成部材で形成した連動電機子構造であり、そのコイルを磁場極数と対応して配置し、各磁極には連動電機子と共に発電機又は電動機効果を発生させ、両者の一方を固定体に別の一方を運動体にするか、又は両者共に運動体にし、回転又は線型駆動形態としたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項１に記載した交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、磁場磁極を永久磁石磁極で構成した場合、直流電機子と結合させるか又は少なくとも２相（ＰＨＡＳＥ）のコイルと結合させて回転磁場を発生させる連動電機子構造を構成し、磁場磁極を励磁コイルで構成した場合、その構造を直流励磁磁極で構成するか又は交流励磁コイルで構成させ、連動電機子と共に電動機又は発電機機能を生じる電磁連動効果を備えるか又は磁場磁極を励磁コイル励磁式と永久磁石式磁極の混合併用形態にしたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項５に記載した交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、磁場コイル励磁式磁極と永久磁石式磁極とを混用し、永久磁石式磁極（９０１，９０２）と励磁コイル（９１１，９１２）の生ずる磁力が直列合成の磁極構造形態を構成し、交差状に結合する中間磁気回路（９０５）が連動電機子（９０６）を経由して閉塞磁気回路を構成することを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。
請求項６に記載した交差結合の磁気回路を有する電動機構造であって、連動電機子構造には４極又は４極以上の磁極を混設し、その磁極中、少なくとも１対を永久磁石式磁極（１１０１）で構成し、その他を励磁コイル（１１１１，１１１２）と通電励磁式磁極（１１０２）で構成させるか、又はその中の少なくとも１対の磁極を磁場コイル励磁式磁極（１１０２）で構成させ、その他の磁極を永久磁石式磁極（１１０１）で構成し、その電動機運転を回転式又は線型駆動形態にしたことを特徴とする交差結合の磁気回路を有する電動機構造。