JP4092128B2 - 少なくともひとつの磁場検出器を有する電気機械 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は回転電気機械に関し、さらに詳細には、これに限るものではないが、永久磁石を有する同期電気機械に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
永久磁石を有する機械では、回転子の位置を知って適当な方法で固定子の励起を制御するため、磁場検出器の使用が知られている。既知の検出器には、回転子に加えられた磁石から生ずる磁界を検出することができ、かつそれによって駆動または起電力を発生するように作用する磁石とは異質のホール効果センサが含まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は特に永久磁石を有する電気機械の構成をより容易にしようとするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
固定子および永久磁石磁束集中回転子を含み、永久磁石が磁極片間に係合することを特徴としかつそれが、機械が回転子の回転軸に観測される場合回転子の周辺領域と部分的に重なる場所において回転子の磁石の磁場を検出するように固定子に取付けられた少なくともひとつの磁場検出器を、有することを特徴とする斬新な電気機械により、本発明はこれを実現する。
【０００５】
このように、本発明では、それは検出される固定子と相互作用する磁石の磁場であるため、回転子の角度の定位を知ることのみを可能にしようとする回転子磁石を増加する必要はない。従って、これにより回転子の製造が簡単化する。
【０００６】
電動機への電源がｎ通りの位相を有する多相電気である場合、電動機は好ましくは固定子のｎ個の歯に固定されたｎ個の検出器を含みその歯は都合よく連続した歯であり、これによって、検出器はすべて電動機の場合には開口に向けてまとめて組分けされるため、検出器の取付け、検出器へのやりとり、および検出器へ接続された電導体の取外しを容易にする。
特定の実施形態では、検出器が固定子の磁気回路の一方の軸線端部に固定され、かつ各々歯の軸線方向に沿って延びる。
特定の実施形態では、各検出器にはホール効果センサが含まれる。
好ましい実施形態においてなお、各歯が歯と協動する個別コイルを収容して検出器または検出器に接続された電導体を収容するギャップを残す。
【０００７】
好都合なことには、各個別コイルが絶縁ワイヤの束を含み、束はほぼ平坦で、複数の重ね合わせた巻線を形成するように巻線軸周りに巻き付けられ、
重ね合わせた巻線の束の断面がコイルの巻線軸に対してほぼ垂直に延びる長い寸法を有する。ワイヤは断面が円形で、例えば、０．３ミリメートル（ｍｍ）から２．５ｍｍの範囲にある直径を有することが好ましい。この構成により回転子の高速度回転での銅内の高周波損失を低減することが可能になる。
【０００８】
本発明は磁束集中回転子を有する電動機により特定的に適用するもので、永久磁石が磁極片間にはまり、回転子が非磁性材料製の少なくともひとつのチークプレートを含み、チークプレートの外側半径方向エッジが磁場が上記検出器（複数）によって検出される環状領域を設けるように磁石および磁極片の外側半径方向エッジからわずかにセットバックを拡張する。
【０００９】
好都合なことには、固定子が歯に巻線を有する。歯に巻線を有する固定子では、各歯が巻線の鉄心として働く。さらに、歯数ｎ_{ｔｅｅｔｈ}が関係式
ｎ_{ｔｅｅｔｈ}＝ｎ_{ｐａｉｒｓ} ｘｎ_{ｐｈａｓｅ}
により、スプラインにおける磁極対の数ｎ_ｐａｉｒおよび相数ｎ_{ｐｈａｓｅ}の関数であることは好都合である。
磁束集中回転子の組合せおよび歯に巻線を備えた固定子が小さな容積で強力な機械を実現することを可能にし、従って、特に軸の端部の片持ち梁風に突き出た他の場所に電動機を取付けることにより軸受の数を低減する。歯およびコイルの数は比較的少なく、それによって機械のコスト低減に貢献する。
磁場センサの他に、各検出器には温度センサも含まれ、かつコイルと歯間の温度センサの場所が対応位相の電気回路の実温度の良好な画像を与えるように働く。
【００１０】
【本発明の実施の形態】
本発明のその他の特性および利点は本発明の非制限実施形態の次の詳細な説明を読みかつ説明の不可欠部分を形成する添付図面を考察して明らかになろう。
【実施例】
【００１１】
図１から４に固定子１００および回転子２００を含む本発明の同期電動機１０を示す。同期電動機１０はブラシレス電動機であり、それは磁束集中回転子を有し、その固定子が歯に巻線を有し、かつそれは３相交流で動作する。
固定子１００は特に固定子巻線に電力を供給する電導体を通す横方向開口１１１を備えた鋼製ケース１００を有する。ケースの外側には固定タブ１１２および巻上げ目的のフック１１３が設けられる。
示した実施例では、固定子１００がそのひとつを図６に別個に斜視的に示した複数の同一セクタ１２０を含む磁気回路を有する。
【００１２】
通常技術を使用してクリップ留めが得られる状態で一体型組立体を構成することにより、各薄板が複数の組立体箇所１２１でスポット変形を受けるように、各セクタ１２０は重ね合わせかつ互いにクリップされる同一磁性薄板のスタックによって構成される。磁性薄板のスタックの使用は誘導電流による損失を制限するように働く。その変形体では、固定子の磁気回路が各々ほぼ環状形の薄板を重ね合わせ次に固定子の歯１３０のすべてをそこから切抜くことにより形成されることがある。別の変形体では、セクタの各々が複数の歯を含むことがある。まとめて組立てる場合２つの隣接セクタ１２０が歯１３０を形成し、特に図５に見られるように、歯は個別コイル３４０を収容するため使用される。説明した実施例における歯数ｎ_{ｔｅｅｔｈ}は１２個であり、電動機は３相交流電力を供給されるように設計され、かつ回転子は８極を有する。必燃的に、回転子極数は様々であり、特に、例えばそれは１２または１６であってもよい。上記のようにある一定の欠点があるが、固定子は関係式
ｎ_{ｔｅｅｔｈ}＝ｎ_{ｐａｉｒｓ} ｘｎ_{ｐｈａｓｅ}
により、回転子極対の数ｎ_{ｐａｉｒｓ}および相数ｎ_{ｐｈａｓｅ}に関連しない多数の固定子歯を有することができることになる。
【００１３】
隣接セクタ１２０と協動するのためのその側面１２３ａおよび１２３ｂには、各セクタ１２０が逃げ部１２４ａおよび１２４ｂにそれぞれの部分を有する。逃げ部１２４ａおよび１２４ｂのこれらの部分は、上から見た場合一方が凸状になり他方が突き出でいるほぼ三角形のプロファイルを有し、ほぼ直線から成りかつ角に丸みをつけられた部分によって相互接続される２つの側面を有する形状において相補的である。逃げ部１２４ａおよび１２４ｂの部分間の協動はセクタの磁気回路を組立てながら相対的にセクタ１２０を適切に位置決めするのに寄与する。各セクタ１２０はその側面１２３ａおよび１２３ｂにそれぞれの溝１２５ａおよび１２５ｂも有し、各溝は半円形断面を有しかつ逃げ部１２４ａおよび１２４ｂの部分の近傍に位置し、その結果、 セクタ１２０が組立て合わされると２つの隣接溝がともに円形部の穴１２５を形成する。より大幅に詳細に以下説明するように、これらの穴１２５は３つの検出器１９０を収容するため働く。
【００１４】
図７において、２つの隣接セクタ１２０間の界面の空気隙間Ｅが対応する歯１３０の中間部を占有することにより、機械が動作している間磁束は同一セクタ１２０内で歯の半分から隣接する歯の半分へ空気隙間に遭遇することなく流れることができるため、磁気損失を低減することができることが観測されよう。さらに、セクタが比較的小さな寸法の切抜き工具、即ち高スループットが可能な工具を使用して擦ることなく実際に切抜かれる部品で作られる。
【００１５】
セクタ１２０は全体として円筒形ケース１１０に押し込まれ、かつセクタ１２０によって形成された磁気回路がセクタ１２０へケース１１０によって及ぼされた半径方向圧縮力によってセクタ間の支承面が比較的大きい状態でともに保持される。
各セクタ１２０は、その反対側１４１ａおよび１４１ｂがスロット１４０底部の隣接領域１４２ａおよび１４２ｂに関して９０°より大きな角度ｉをなすスロット１４０を形成し、そのスロット領域自体は対応する歯がスロットの底部に接触する線を通過する半径に対して垂直である。示した実施形態では、角度ｉは９０．４°であるが、この値は単なるひとつの例である。
【００１６】
セクタの両側面１２３ａおよび１２３ｂの各々は、逃げ部１２４ａ、１２４ｂ、１２５ａおよび１２５ｂの部分を無視すると、概して半径にぴったりあった状態にあり、各歯１３０の幅は回転子から離れるにつれてわずかに大きくなる（回転子に面するその自由端部１３１に密接して形成された切抜部１４５ａおよび１４５ｂを無視する）。
半閉鎖されるスロットが存在する既知の固定子とは逆に、自由端部１３１の近傍には各歯１３０に磁極膨れはないことが例示図７に観測されよう。示した実施例では、自由端部１３１と切抜部１４４ａまたは１４４ｂ間に位置した各歯１３０の末端部分１３２ａおよび１３２ｂは両側面１４１ａおよび１４１ｂにそれぞれぴったりあった状態にある。自由端部１３１は回転子の回転軸と同一軸上の円形筒形の部分であり、かつそれは回転子に向かって凹状になっている。
【００１７】
図７の鎖線で表わしたように、各スロットの底部には領域１４２ａおよび１４２ｂを相互接続しかつスロット１４０を横切る半径に垂直な半分の幅の中間領域１４２ｃが含まれる。
上記に説明したように、各歯１３０は当該歯１３０に隣接するスロット１４０の各々の容積のほぼ半分を占有する個別コイル３４０を収容する。
図８に個別コイル３４０を別個に示す。このコイルは図９に見られるようなエナメル電線３４２の断面がほぼ平坦な束３４１を巻線軸Ｗ周りに巻線して形成される。
【００１８】
巻線全体にわたって束３４１を断面で観ると、その長さ寸法が巻線軸Ｗに対してほぼ平行に延びている。
示した実施例では、束３４１は各々が円形断面の１０本の個別導体３４２を有している。束３４１は約２０の重ね合わせ巻線３４３を形成する。巻線内で、導体３４２はエナメルを塗布したワイヤを使用ことにより互いに電気的に絶縁される。導体３４２はそれらの端部で被覆をはがされて電気接続端部３４４ａおよび３４４ｂを形成し、接続端部の各々がフックを形成するように巻線軸Ｗに対して垂直なコイルの中間面に向かって湾曲する。コイル製造プロセスの終了時、これらフックの各々がコイル本体の方へ開かれる。
【００１９】
図８に端部３４４ａが上方へかつ次にコイル本体の方へ湾曲し、一方で端部３４４ｂが下方へ次にコイル本体の方へ湾曲する状態を示す。端部３４４ａおよび３４４ｂはコイルの２つの自由端部の面を越えて著しく突出しない。コイル本体を構成する巻線は樹脂が含浸されるのに先だって生地３４５の接着剤線条によって重ね合わせた状態で保持される。絶縁被覆のスリーブ３４６が端部３４４ａおよび３４４ｂとコイル本体間に延びる束３４１の部分にはめられる。
図１０に見られるように、コイル３４０の内側部は概して長方形形状をしている。コイル３４０は平面である２つの対向する大きな面を有し、各コイルの内側部の幅が一方の端面から対向面へかなり変化するように歯の両側面１４１ａおよび１４１ｂ間と同じ角度をそれらの間に形成する。固定子１００の歯１３０への間違った向きのコイルを取付ける何らかの試みがなされる場合にはこれが感知される。
【００２０】
固定子１００の歯１３０に取付けられるのに先だってコイル３４０が一方または他方の電気的接続端部３４４ａおよび３４４ｂを介して部分的に被覆をはいだ被覆電導体１５０に電気的接続される状態が図１０に見られる。例えば、端部３４４ａおよび３４４ｂによって形成されたフックが被覆をはいだ部分１５１の電導体１５０の外径のほぼ周りにはめ合わせるように配置される。絶縁プラスチック材料被覆の限られた長さを除去することにより、これらの被覆をはいだ部分は電導体１５０の両端部ばかりでなくそれらの間でも形成される。
示した実施例では、２つのコイルの組が作り上げられ引き続いて図１１に示すように、対応する歯１３０に取付けられる。絶縁シート３４９が歯とスロットおよびコイルの底部間に挿入される。これらのシート３４９の両端部が図５および１１に見られる。
【００２１】
なおいっそうコイル３４０が歯１３０に取付けられるにともなって、数片の支持シム１６０が切抜部１４４ａおよび１４４ｂの中にスライドしてスロット１４０を閉鎖する。図４に見られるように、シム１６０のこれらの小片には対応するスロット１４０に収容されている２つのコイル３４０の部分間に延びる仕切１６１が含まれる。
コイル３４０のすべてが所定位置になると、ケーブル１５０が固定子の磁気回路の一方の側のほぼ円形の経路に沿って延び、図１２に示すように歯の自由端部１３１からセットバックされ、これらのケーブルがカラーによって互いに取付けられ、次に固定子が絶縁樹脂で通常の方法により含浸される。１２個のコイル間の特定な電気相互接続をそれはただひとつの実施例であるが図２０に示す。
【００２２】
それがコイル３４０の交換をより大幅に容易にするため、一定でない幅の歯に上記方法で取付けられた個別コイル３４０を使用することが特に有利であることが理解されよう。コイル３４０を交換するには、いったん回転子２００が取外されると、対応する被覆をはいだ部分１５１からコイルの端部３４４ａおよび３４４ｂのはんだを剥がして関連したシム１６０片を取外すことで十分であり、それによってコイル３４０が取り出される。 次に、樹脂含浸コイル３４０が先にはずされていた歯１３０に係合することにより所定位置に置かれ、 その後その端部３４４ａおよび３４４ｂが被覆をはいだ部分１５１にはんだ付けされる。歯１３０の両側面１４１ａおよび１４１ｂの回転子へ向かっての収束およびコイルの内側部のその対応形状がコイルが歯１３０を移動するのを防止するのに寄与する。修理はそれが機械を製造業者へ戻すことを必要とすることなく、かつ固定子を再含浸することを必要とすることなく現場で行われ、それ故、修理時間を短縮することが可能となる。電動機１０がひとつまたは多数の交換コイル３４０とともに出荷されることは好都合である。
【００２３】
回転子２００を図１３から１８を参照して説明する。回転子は形状がほぼ環状の中心部分２１１を有する、図１５の端面図に別個に示した非磁性軸２１０、およびその周辺部に磁極片２３０を固定するため働く複数のスプライン２２０であって、各々が重ね合わさりかつ互いにクリップされる同一磁性薄板のスタックによって構成されるスプラインを含む。重ね合わせ磁性薄板のスタックの使用は誘導電流による損失を制限するように働く。スプライン２２０は断面がほぼＴ字形状をしている。軸が非磁性材料製であるため、磁極片２３０は磁気的に相互接続されない。
【００２４】
図１７に上記から理解されるような磁極片２３０を別個に示す。各磁極片２３０は回転子の回転軸に対して平行にスライドすることによりスプライン２２０に係合するように適合した形状の切抜部２５０を有する。スプライン２２０はこの実施例ではアルミニウムから機械加工で中央部分２１１に一体に形成されるが、絞り加工または射出などのその他の技術も使用される。説明した実施例の磁極片２３０が軸のスプライン以外のなにものにもはまらなことが観測されよう。もし回転子が比較的短くかつ高速で回転するように意図されないならばスプライン２２０は端部片に固定される別々のバーで交換することもできる。
【００２５】
示した実施例では、切抜部２５０はその中間を通過しかつある半径を含む中間面に関して対称である。切抜部には対応スプライン２２０の半径方向外側面２２１に接触する底部２５１がある。底部２５１は曲率半径Ｒａの第１の角に丸みをつけられた部分２５２ａ、底部２５１の中間を通過する半径を備えたゼロでない角度ｉｉで傾斜した直線から成る中間部分２５２ｂ、および曲率半径Ｒｃの第２の角に丸みをつけられた部分２５２ｃをそれぞれ有する対向側面２５２へつながる。説明した実施例では、Ｒａは３ｍｍ、Ｒｃは５ｍｍ、かつ角度ｉｉは７０°である。このように、切抜部２５０にはスプライン２２０に係合する狭い開口がある。
【００２６】
一般に、角度ｉｉは軸２１０および磁極片２３０を形成するため使用された材料の性質に依存し、かつ有限要素法を使用する演算によって決定される。 各スプライン２２０部分の形状はスプライン２２０の半径方向外側面２２１のエッジでの面取り２２１ａの存在を除けば、切抜部２５２のそれにほぼ相補的である。このように、スプラインの各側面２２２には同一曲率半径Ｒａの角に丸みをつけられた部分２５２ａ、磁極片２３０が軸２１０の所定位置にある場合部分２５２ｂに平行な直線から成る部分２２２ｂ、および部分２５２ｂと同一の曲率半径Ｒｃを有する角に丸みをつけられた部分２２２ｃがある。特に、図１７および１８に見られるように、スロット２５０のいずれかの側面に位置している磁極片２３０の半径方向内側エッジ２３３がスプライン２２０間に位置している軸２１０の領域２１３からセットバックされる。このように、２つの隣接スプライン２２０、スプラインにはまった磁極片２３０、および軸２１０間にギャップ２６０が残される。
【００２７】
図１８に示すように、台形状断面の永久磁石２７０が半径方向に配置され、磁極片２３０間に挿入される。回転子の回転軸に沿って観測すると、各磁石２７０はその幅が半径方向外側へ先細りした状態でわずかにくさび形状をしている。各磁石２７０は横方向に磁化され、かつ単一片として形成されるかまたはそれは端から端まで配置された複数の磁性部品から構成される。図１９に示すように、２つの隣接磁石２７０の同一極性磁極は磁石２７０間に位置した磁極片２３０の方へ向けられる。示した実施例では、図３に示すように、各磁石２７０が回転子の回転軸Ｘに沿って端から端まで配置された３つの磁性部品２７０ａ、２７０ｂおよび２７０ｃから構成される。示した実施例では、磁石２７０が実際には磁石２７０の両側面２３８の全半径方向大きさの全体にわたって延在し、かつそれらに接触する。
【００２８】
磁石は低電気抵抗を示すが、磁極片によってもたらされた磁束のパルス化に対する保護のためそれらはそれらを消磁する危険をもたらす加熱は受けない。
磁極片２３０に接触する磁石２７０の対向平坦面間に形成された角度は全く小さく、数度にすぎない。図１６に示した実施例の磁極片２３０の側面２３８と隣接エッジ２３３間の角度ｉｉｉは９２．４°に等しい。
磁極片２３０の半径方向外側２３５は断面が円形であり回転子の最大半径より小さい曲率の半径のものであり、その結果、図１８に示されるように、各磁極片２３０がわずかに外側に凸状となる円い突出部を形成する外面２３５を与える。磁極片２３０の構成形状はトルクリップルを低減しかつ冷却空気の流れを作ることを可能にする。 説明した実施例では、円い突出部２３５の形状およびそれらの幅全体にわたる磁石の半径方向寸法の比率は磁気抵抗効果なく電動機が回転するように
Ｌ_ｑ＝Ｌ_ｄ
となるよう選択される。Ｌ_ｄは前進軸に関するインダクタンスであり、Ｌ_ｑは横軸に関するインダクタンスである（従来の表示法）。
【００２９】
回転子２００が所定速度より高速で回転する場合前記磁極片２３０との間に形成されかつ磁石２７０を収容するハウジングが遠心力の影響下でより広くなりやすく、このような広がりをもちながら回転速度が再び減少すると減じやすい方法で磁極片２３０が配置される。
【００３０】
磁石２７０の半径方向寸法はそれらが回転子の対応ハウジングの所定位置になると、それらの半径方向に外側端部が磁石に隣接する磁極片の半径方向外側エッジからセットバックされる方法で選択される。
回転子が所定速度より高速で回転する場合上記方法で広げられた状態になったハウジングによって形成されたギャップに係合するように、回転子速度が降下し前記所定速度以下に戻った場合磁極片２３０が磁石２７０に対抗してクランプするように磁石２７０が取付けられる。ギャップ２６０の存在により磁石２７０を所定位置に置くことがより容易になる。これが磁石２７０を磁極片２３０に押し付ける簡単かつ効果的な手段をもたらすことが理解されよう。磁石２７０を固定するため、回転子２００がその公称回転速度より１０％大きい速度で、例えば、または前記公称速度より２０％大きい速度でも回転される。なんらかの非常に大きな力で磁極片２３０との間にそれを最初に挿入する必要がないため、磁石２７０は容易に所定位置に置かれ、回転子２００が回転する場合に磁石２７０の最終的な位置決めが自動的に行われる。さらに、回転子をより高速またはより低速で回転させることにより、磁極片２３０および磁石２７０のより大きなまたはより小さな変位が生じ回転子外径の小さな範囲に作用することが可能である。回転子をより高速またはより低速で回転させることにより、回転子２００の外径を望ましい値に調整することが可能であるため、これによって大幅により緩和した製造許容差を使用して磁石２７０および磁極片２３０および固定子１００をも作製することが可能になる。
【００３１】
磁石２７０は低電気抵抗を示すが、高速での磁極片２３０により磁束のパルス化に対抗してもたらされた保護のため、それらはそれらを消磁する危険をもたらす加熱を受けない。
磁石２７０のくさび形状がスプライン２２０を含む磁極片２３０の部分に圧縮力を及ぼさせ、その結果、増加する速度によりこの影響が増大している状態でスプライン２２０の上に切抜部を閉鎖しやすくなり、組立体は自己ロッキングする。上記圧縮力がスプラインのいずれかの側面の磁極片の幅を低減させ、それ故、スプラインと軸間の接続のより広い幅の恩恵を受けることを可能にし、かつ軸が非磁性鋼材と同様に機械的に強くないが、アルミニウムなどの非常に費用のかからないかつ非常に軽量な材料から作製されることを可能にする。
【００３２】
端部チークプレート２８０および２９０が軸２１０にその反対側端部で固定されて磁極片２３０および磁石２７０が軸線方向に移動するのを防止する。端部チークプレートは機械のステージを形成する。回転子２００は中間チークプレートによって細分化された複数のステージを有することがあり、ステージに従った磁石２７０の数は４から６４の範囲にあり、例えば、８極電動機に対して示した実施例におけるように８に等しくてよい。複数のステージが使用されかつ中間チークプレートによって切り離される場合、チークプレートの数はステージに１を加えた数に等しいことが好ましい。
【００３３】
チークプレート２８０および２９０は例えば、アルミニウムから、または非磁性鋼材から作製される。チークプレートはボルト２８１により軸２１０に固定される。平衡スクリュウーが係合するように、ねじ穴５００がチークプレート２８０および２９０の周辺部から形成される。
図１３に見られるように、特に、ほぼ膨らむ面の端部２３５ａのレベルにある、チークプレート２８０は磁極片２３０の半径方向外側エッジ２３５および磁石２７０の半径方向外側エッジからセットバックされる円形半径方向外側エッジ２８２を有する。
【００３４】
それ故、環状領域Ａが図４に示す種類の検出器１９０の手段により回転子の磁石２７０の磁場を読取ることが可能なチークプレート２８０の周りに設けられる。チークプレート２８０がわずかにセットバック位置にあるため、検出器１９０が小さな範囲まで回転子２００を部分的に重複させられることが図４に見られる。
説明した実施例では、電動機はチークプレート２８０周りの回転子２００の周辺領域Ａ全体にわたって磁場を検出するように配置されたホール効果センサを含む各検出器を備えた３相電動機であるため、３つの検出器１９０が存在する。磁場が回転子の回転軸に平行な軸線に沿って読取られ、ホール効果センサは周辺領域Ａと部分的に重なる。検出器１９０が開口１１１の近傍に位置したそれぞれ軸線Ｚ_ｕ、Ｚ_ｖ、およびＺ_ｗの３つの連続した歯１３０に取付けられる。
【００３５】
チークプレート２８０がわずかにセットバック位置にあるため、検出器１９０が小さな範囲まで回転子２００を部分的に重複させられることが図４に見られる。
各検出器１９０は穴１２５に係合するスクリュー１９１によって固定子の歯１３０に固定される。図４に見られるように、各検出器１９０は関連した歯の半径方向軸線Ｚ_ｕ、Ｚ_ｖ、またはＺ_ｗに沿って延び、かつその歯に係合するコイル３４０を通過する。検出器１９０を通すのに十分大きな長さの内側断面を備えたコイル３４０がこの目的のため設けられる。検出器を通すためのコイルと対応する歯間に残された空間は、例えば、このような空間が絶縁３４９のない場合の歯からコイルを絶縁するように働く状態で約５ｍｍである。
【００３６】
その唯一の目的が回転子の角度位置の読取りを可能にすることである回転子への特別な要素の追加を回避できるため、永久磁石２７０の磁場の直接読取りは有利である。これは回転子の製造を簡単化し、かつ信頼性を向上させる。さらに、コイル３４０と歯１３０間ギャップに検出器１９０を取付けることは特に小型である一方で、それにもかかわらず、それらを交換するため必ず必要な検出器１９０へのやりとりを容易にする。
【００３７】
検出器１９０は所定位相のコイル３４０内側に位置決めされる。回転子のいずれの極性が関連したコイルと位置合わせ状態にあるかの検出を可能にする。各検出器１９０は、それが検出する極性に依存して「ハイ」信号または「ロー」信号を送り出す。各検出器１９０はホール効果センサによって送り出された信号を整形して干渉に対する感度を低減するための電子回路を有する。回転子の位置に依存して、検出器１９０によって送り出された様々な信号が６つの考えられる組合せを取り上げ、検出器１９０の状態によって構成された三対の各変化が回転子の所定角度位置に対応する。これにより回転子の角度位置を瞬時に決定して補間、即ち、その速度の所定情報によるこれらの時点間の回転子位置を演算することが可能になる。このようにして、コイルは最適な方法で所望の位相ずれにより励起される。従って、各コイルによって搬送される電流はゼロまで低減され、かつ磁石が対応する歯の軸線にある場合はいつでも方向を変えることができる。引力のみで動作する磁気抵抗電動機とは異なって、上記電動機は引力でも反発でも両方で動作し、大きなトルクを発生させることができる。
【００３８】
各検出器１９０は温度センサも有する。
各種段階でのコイル３４０の温度を知ることにより電動機の考えられる誤動作を検出することができる。
そのチークプレート２８０および２９０の少なくともひとつに、回転子２００には特に図１に見られる冷却フィン２９１がある。電動機内側の冷却空気の流れを発生させることができる、回転子周辺部の磁極片２３０によって形成された円い突出部２３５の存在によって付加的冷却効果が得られることが観測されよう。
【００３９】
上記に詳細に説明したような電動機は多数の利点を提供する。即ち、
−その特に小型構造により、それを軸の端部の片持ち梁風に突き出た他の場所に取付けることが可能になり、従って、軸受の数を低減し、摩擦による機械的損失を低減し、かつ潤滑問題を低減することが可能になる。
−表面に誘導された電流に磁石がほとんど露出されないため、磁石が外れた状態になるかまたは磁石が過熱状態になる危険なく回転子を高速で回転させることができる。
−個別コイルは取付けおよび交換が容易でかつ回転子を再含浸する必要がない。
−磁石の質量が全く小さく、かつそれらを小部分に分ける必要がない。
−歯数および回転子の数が比較的少なく、従って製造を容易にする。
−コイルヘッドが非常に小さく、従って軸線方向に小型な構造を得ることが可能になる。
−接触なくかつクロスオーバーなく位相が電気的に分離される。
−コイルの巻線が接触していることにより、確実にスロットが十分に満たされる。
−トルクリップルが無視できる。
【００４０】
本発明は同期電動機に制限されるものでなく、かつゼネレータの製造にも適用可能である。回転子は内部でも外部でもよい。
機械の電力は、例えば、１キロワット（ｋｗ） から７５０ｋｗの範囲にすることができる。回転子の回転速度は、例えば、１０００ｒｐｍから１０、０００ｒｐｍの範囲にすることができる。本発明の機械により速度が１０００ｒｐｍ以下の場合のアプリケーションも見出すことができる。機械の外径は、例えば、５０ｍｍから１メートル（ｍ）の範囲にすることができ、最も広範にわたるアプリケーションでは、機械の外径は１００ｍｍから６００ｍｍの範囲にすることができる。
【００４１】
本発明は磁極のいくつかの特定数に制限されるものでなく、３相交流によって電力が供給される固定子に制限されるものでもない。電気はｎ_{ｐｈａｓｅ}通りを有する多相であってよい。ここで、ｎは３に等しくない。
軸はアルミニウム以外の非磁性材料、例えば、アルミニウム合金で作製される。
利点は少ないが、長方形平行六面体の形状またはいくつかのその他の形状を有する磁石も、できるだけくさび形状の磁石との組合せで使用可能である。
回転子の歯には回転子軸線に関して非円形円筒形の形状の回転子に面する面があってよい。
スロットは自己閉鎖形である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を構成する同期電動機の図式斜視図である。
【図２】図１の矢印に沿って見た図式平面図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩの電動機の図式軸線方向断面図である。
【図４】図２の詳細ＩＶの拡大図である。
【図５】斜視的に、かつ図式形態で別個に固定子を示す図である。
【図６】別個にかつ斜視的に固定子の磁気回路のセクタを示す図である。
【図７】図６のセクタが同一セクタにより組立てられる方法を示す図である。
【図８】別個にかつ斜視的に個別コイルを示す図である。
【図９】図８の線ＩＸ−ＩＸの断面図である。
【図１０】固定子を作製するため使用したひと組を示す線図である。
【図１１】その製造中コイルの組が固定子の所定位置に置かれる方法を示す線図である。
【図１２】コイルの組のすべてが所定位置に置かれ、円形経路の後に電流供給ケーブルを示す、かなり図式的にかつ簡単化した形式の図１１に類似の図である。
【図１３】回転子の図式正面図である。
【図１４】別個に示した回転子軸の端面図である。
【図１５】図１４の線ＸＶ−ＸＶの図式軸線方向断面図である。
【図１６】別個に示した回転子の磁極片の平面図である。
【図１７】磁極片が回転子軸に組立てられる方法を示す図である。
【図１８】磁石および磁極片が所定位置に置かれた後の回転子軸の図式断面図である。
【図１９】コイルが電気的に相互接続されるひとつの方法を示す線図である（１から１２と番号を付けたコイル）。
【符号の説明】
１９０：磁場検出器
２００：回転子
２３０：磁極片
２７０：永久磁石

Claims (12)

1. 固定子および永久磁石磁束集中回転子を備えた電気機械において、
   前記回転子が磁極片（２３０）及び永久磁石（２７０）を有し、前記永久磁石（２７０）が磁極片（２３０）間に係合され、
   電気機械を回転子の回転軸線上から見た時に回転子（２００）の周辺領域（Ａ）と部分的に重なる位置において、前記回転子の永久磁石（２７０）の磁場を検出するように、固定子に取付けられた少なくとも一つの磁場検出器（１９０）を有し、
   前記磁場検出器（１９０）が固定子の磁気回路の一方の軸線端部に固定されている
   ことを特徴とする電気機械。
2. 電気機械への電源がｎ通りの位相を有する多相電気であり、かつ
   電気機械が固定子（１００）の歯（１３０）に固定されたｎ個の検出器（１９０）を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
3. 前記歯（１３０）が連続した歯である
   ことを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
4. 検出器（１９０）が、電気機械のケースにある開口（１１１）に面してともにグループ分けされることを特徴とする請求項３に記載の電気機械。
5. 各検出器（１９０）がコイルを通過する
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気機械。
6. 各検出器（１９０）が１つの歯（１３０）の半径方向軸線（Ｚｕ、Ｚｖ、またはＺｗ）に沿って延びる
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の電気機械。
7. 各検出器（１９０）にホール効果センサが含まれる
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の電気機械。
8. 固定子の各歯（１３０）が個別コイル（３４０）を支持する
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の電気機械。
9. 前記個別コイル（３４０）が絶縁ワイヤ（３４２）の束（３４１）を含み、
   束はほぼ平坦で、複数の重ね合わせた巻線を形成するように巻線軸（Ｗ）周りに巻き付けられ、
   重ね合わせた巻線の束の断面がコイルの巻線軸（Ｗ）に対してほぼ垂直に延びる長い寸法を有する
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気機械。
10. 個別コイル（３４０）が歯（１３０）と協動して検出器（１９０）または検出器に接続された電導体を収容するギャップを残す
    ことを特徴とする請求項８または９に記載の電気機械。
11. 回転子が非磁性材料製の少なくとも一つのチークプレート（２８０）を含み、
    チークプレートの外側半径方向エッジが、検出器（複数）（１９０）によって磁場が検出され得る環状領域（Ａ）を設けるように、磁石（２７０）および磁極片（２３０）の外側半径方向エッジからわずかにセットバックしてのびている
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の電気機械。
12. 固定子の温度を検出する温度センサを備えている
    ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の電気機械。

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