JP4291517B2 - 改善された永久磁石／リラクタンス可変回転電気機器 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、一般的には回転電気機器に関し、より詳細には、永久磁石のロータを有する同期式回転機器に関する。
【０００２】
エヌ.ビアンキ(N.Bianchi)他による論文「磁束を弱くするための異なる同期式モータ駆動の比較」１９９８年トルコ国・イスタンブールにおける電気機器に関する国際会議（ＩＣＥＭ）の議事録、第２／３巻、９４６ページ他、特にこの論文中の図５および関連する説明分は、端部から端部まで軸方向に配置された２つの同軸状部品となるよう、ロータが分離されている電気機器を開示している。
【０００３】
ロータの第１部品は、励磁用磁石ロータを構成し、他の部品は、リラクタンス可変ロータを構成している。
【０００４】
上記タイプの電気機器は、この機器を低負荷状態で作動させなければならない場合、特に磁束を弱くできるという点で有利な特性を有するが、主な欠点は、ロータの構造のために、２つのタイプのヨークを設けなければならないことである。すなわち、ロータの永久磁石部品用ヨークと、ロータのリラクタンス可変部品用ヨークとを設けなければならないことである。
【０００５】
本発明の第１の目的は、上記の欠点を解消し、かつ単一のヨークを使って、同じ原理で作動するロータを提供することにある。
【０００６】
より詳細には、本発明は、ヨークを単一のラミネート形状に製造できる単一ロータとなるように、２つのロータ部品を組み合わせることを提案するものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、ステータ巻線を備えるステータと、該ステータの内部で回転するように取り付けられたロータとを備え、該ロータが、永久磁石のロータ部品およびリラクタンス可変ロータ部品を有する回転電気機器、特に自動車用オルタネータまたはオルタネータ兼スタータモータであって、前記ロータが、その軸方向長さにわたってほぼ均一であり、前記各永久磁石における、磁石により極性の定められる２つの磁極を構成する永久磁石の磁極部品と、各々が極性の定められない２つの磁極を構成するリラクタンス可変磁極部品とが、接線方向に分散されていることを特徴とする回転電気機器、特に自動車用オルタネータまたはオルタネータ兼スタータモータを提案するものである。
【０００８】
本発明に係わる回転機器の好ましく、かつ非限定的な特徴事項は、次のとおりである。
【０００９】
同じ数の永久磁石の磁極部品とリラクタンス可変磁極部品とを有し、これらの磁極部品は、交互に配置されている。
【００１０】
本回転機器は、異なる数の永久磁石磁極部品とリラクタンス可変磁極部品とを有し、同じタイプの少なくとも２つの磁極部品が、少なくとも１回連続して設けられている。
【００１１】
前記各永久磁石の磁極部品は、２つの磁石を含み、これら磁石の磁束は、ほぼ放射状となっており、かつこれら２つの磁石は、ロータの周辺近くに配置されている。
【００１２】
前記磁石は、表面に設けられている。
【００１３】
前記磁石は、埋め込まれている。
【００１４】
前記ロータの磁極は、２つのロータ部品の交互にずらされた磁極片によって定められている。
【００１５】
前記各永久磁石の磁極部品は、磁石を含み、この磁石の磁束は、磁極を定める前記磁極部品の２つの領域の間に形成されたノッチ内にほぼ接線方向に位置している。
【００１６】
前記永久磁石の磁極部品とリラクタンス可変磁極部品は、単一ヨークの一部である。
【００１７】
前記各リラクタンス可変磁極部品は、２つの磁極の間に磁束のチャンネルを形成するための構造体を有する。
【００１８】
前記各リラクタンス可変磁極部品は、磁束のチャンネルを形成するための少なくとも１つの埋め込まれた補助磁石を有する。
【００１９】
添付図面を参照し、非限定的な例として示した本発明の種々の実施例の次の詳細な説明を読めば、本発明の上記以外の特徴、目的および利点がより明らかとなると思う。
【００２０】
図１は、従来の構造の外側環状ステータ１０を含む回転機器を示し、このステータのヨーク１２は、磁極を形成する歯１６によって２つずつ境界が定められた複数のノッチ１４を構成している。このノッチ１４は、単相のステータ巻線１８を収容している。当然ながら、分布巻線を有し、巻線のピッチを短くしてあるか、または短くしていない多相ステータも、同じように使用することができる。
【００２１】
ロータ２０は、積層体状であることが好ましく、リラクタンス可変セクターと、円周方向に交互に配置された永久磁石セクターを含んでいる。これらセクターは、共通ヨーク２００を形成する同じ積層体から製造するのが好ましい。
【００２２】
この実施例では、ロータは、リラクタンス可変セクター２２０と交互に配置された永久磁石セクター２１０を含み、各セクターは、ロータの２つの磁極を構成している。より詳細には、図１に示された各セクター２１０は、ヨーク部品２１２と、ロータの円周表面に取り付けられた逆極性の２つの磁石２１４ａ、２１４ｂを有する。従って、これら２つの磁石は、当該セクター内にＳ磁極（ＰＳＡ）とＮ磁極（ＰＮＡ）を構成している。
【００２３】
各セクター２２０は、２つのリラクタンス可変磁極ＰＲ１およびＰＲ２を構成するよう、空の周辺ノッチ２２４を構成するヨーク部品２２２も有している。２つの湾曲したスロット２２６および２２８が、互いに側面に沿って延び、磁極ＰＲ１とＰＲ２との間にいずれかの方向に、磁界の好ましい軌跡を画定している。
【００２４】
薄い補助磁石（図示せず）をセクター２２０の中に埋め込むことにより、磁束をチャネリングし、また、とりわけ永久磁石セクターの磁束生成を促し、生成した磁束の経路を与え、この際、磁束を弱める作用を低下させない。
【００２５】
これらセクター２１０と２２０とは、深い空隙、すなわち、ノッチ２３０により２つずつ分離されている。これらのノッチ２３０は、ロータの周辺から延び、ヨーク２００の中心コア２４０の位置で合流している。磁束は、このヨークの中心コア２４０を実質的に通過することはできない。
【００２６】
従って、セクター２１０と２２０とは、ロータの周辺で交互に配置されており、その周辺に連続する対の磁極ＰＮＡとＰＳＡとを構成している。これらの極性は、前記磁石および極性が固定されていないリラクタンス可変磁極ＰＲ１およびＰＲ２のペアによって決まる。
【００２７】
特に電気機器が通常の作動状態で作動している場合、ロータは、交互に連続して配置されたＳ極とＮ極とを有する。すなわち、Ｓ極ＰＳＡと、Ｎ極ＰＮＡと、セクター２２０内の磁束の伝搬によりＳ極となっている磁極ＰＲ１と、同じ理由からＮ極となっている磁極ＰＲ２等から成っている。
【００２８】
これとは対照的に、回転機器が弱い磁束状態で作動している場合、電流がバック電磁界ＥＭＦ（これは標準的な現象である）を生じさせるので、セクター２２０は、Ｓ極ＰＳＡと、Ｎ極ＰＮＡと、Ｎ極ＰＲ１とＳ極ＰＲ２等とから成る一連の磁極に対応する逆方向に磁界を伝搬させることができる。
【００２９】
従って、ロータがその軸方向にわたって一様な構造となっている、永久磁石兼リラクタンス可変結合機器が得られる。
【００３０】
図示していない変形例としては、各セクター２１０内の磁石２１４ａ、２１４ｂを、ロータの周面よりも下方に所定の浅い深さに埋め込むことができる。
【００３１】
図２は、図１に示されている機器と類似しているが、単一の接線方向の磁石２１５によってＳ極とＮ極とを発生するように、永久磁石のセクターを変更した回転機器を示す。
【００３２】
図２は、各セクター２１０が、２つのヨーク部品２１３ａと２１３ｂとにより境界が定められた中心ノッチ２１１を有し、前記ノッチ２１１内に磁石２１５が嵌合され、部品２１３ａの位置にＳ極ＰＳＡを構成し、部品２１３ｂの高さにＮ極ＰＮＡを構成していることを示す。
【００３３】
上記を除けば、この回転機器は、図１に示された電磁石と同一である。この実施例は、磁石の数が半分であって、同じ作動原理の利点を得ることができることに留意されたい。
【００３４】
図３は、図１および図２の実施例と、図１に示されているような磁石セクター２１０、リラクタンス可変セクター２２０、図２に示されているような磁石セクター２１０、リラクタンス可変セクター２２０などから成る別のセクターとを組み合わせている。
【００３５】
図４は、磁極片タイプのロータを使用した本発明の一実施例を示す。
従来、１つの磁極片タイプのロータは、所定の数のほぼ三角形の磁極片２０４ａと、特定の数のほぼ三角形の磁極片２０４ｂを備えた第２部品２０２ｂとを含んでいた。磁極片２０４ａと２０４ｂとは、交互にずれた状態に配置されている。
【００３６】
従って、ロータの円周方向には、２つのリラクタンス可変磁極片ＧＲ１およびＧＲ２と、これら磁極片をＳ極およびＮ極にする、表面取り付けまたは埋め込み型磁石２１４ａおよび２１４ｂを有する２つの永久磁石の磁極片ＧＡＳとＧＡＮとが設けられている。
この種のロータは励磁巻線またはノットを含んでいてもよい。
【００３７】
当然ながら、本発明は、上に説明し、かつ図示した実施例のみに限定されるものでなく、当業者であれば、本発明の要旨の範囲内で開示した実施例を、変形または変更することができる。
特に、必要な磁束を弱くする容量に応じ、永久磁石の磁極セクターと、リラクタンス可変磁極セクターの相対的な比率を変え、例えば、永久磁石のＳ極およびＮ極を有するセクターと、永久磁石のＳ極およびＮ極を有する第２の同じセクターと、２つのリラクタンス可変磁極を有するセクターと、各々が２つの永久磁石の極を有する別の２つのセクター等を設けることができる。
【００３８】
本発明によると、冒頭に記載した論文に記載されている回転機器と比較し、従来の機器の永久磁石のロータ部分の軸方向長さと、リラクタンス可変ロータ部分の軸方向長さとの間の配分を、ある程度変えることができる。
本発明は、自動車用のオルタネータおよびオルタネータ兼スタータ用モータに使用して好適なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係わる回転機器の第１実施例の断面図である。
【図２】 本発明に係わる回転機器の第２実施例の断面図である。
【図３】 本発明の回転機器の第３実施例の断面図である。
【図４】 本発明に係わる回転機器の第２実施例のロータの斜視図である。
【符号の説明】
１０ 外部ステータ
１２ ヨーク
１４ ノッチ
１６ 歯
１８ ステータ巻線
２０ ロータ
２１０ 永久磁石セクター
２２０ リラクタンス可変セクター
２１２ ヨーク部品
２１４ａ、２１４ｂ 磁石

Claims (11)

1. ステータ巻線（１８）を備えるステータ（１０）と、該ステータの内部で回転するように取り付けられたロータ（２０）とを備え、該ロータが、永久磁石のロータセクター（２１０）およびリラクタンス可変ロータセクター（２２０）を有する回転電気機器であって、
   前記ロータの外形が、その軸方向長さにわたってほぼ均一であり、前記各永久磁石（２１４ａ、２１４ｂ；２１５）における磁石により正反対の２つの極性が決められる２つの磁極（ＰＳＡ、ＰＮＡ）を構成する永久磁石の磁極部品（２１２、２１４ａ、２１４ｂ；２１１、２１３ａ、２１５）と、各々が極性の定められない２つの磁極（ＰＲ１、ＰＲ２）を構成するリラクタンス可変磁極部品（２２２）とが、接線方向に分配されていることを特徴とする回転電気機器。
2. 同じ数の永久磁石の磁極部品（２１２、２１４ａ、２１４ｂ；２１１、２１３ａ、２１５）とリラクタンス可変磁極部品（２２２）とを有し、かつこれらの磁極部品が、交互に配置されていることを特徴とする、請求項１記載の回転電気機器。
3. 異なる数の永久磁石磁極部品（２１２、２１４ａ、２１４ｂ；２１１、２１３ａ、２１５）とリラクタンス可変磁極部品（２２２）とを有し、同じタイプの少なくとも２つの磁極部品が、少なくとも１回連続して設けられていることを特徴とする、請求項１記載の回転電気機器。
4. 前記各永久磁石の磁極部品（２１２、２１４ａ、２１４ｂ）は、２つの磁石（２１４ａ、２１４ｂ）を含み、これら磁石の磁束は、ほぼ放射状となっており、かつこれら２つの磁石は、ロータの周辺近くに配置されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電気機器。
5. 前記磁石（２１４ａ、２１４ｂ）は、表面に設けられていることを特徴とする、請求項４記載の回転電気機器。
6. 前記磁石（２１４ａ、２１４ｂ）は、埋め込まれていることを特徴とする、請求項４記載の回転電気機器。
7. 前記ロータの磁極は、２つのロータセクター（２０２ａ、２０２ｂ）の交互にずらされた磁極片（２０４ａ、２０４ｂ）によって定められていることを特徴とする、請求項４〜６のいずれかに記載の回転電気機器。
8. 前記各永久磁石の磁極部品は、磁石（２１５）を含み、かつこの磁石の磁束は、磁極（ＰＳＡ、ＰＮＡ）を定める前記磁極部品の２つの領域（２１３ａ、２１３ｂ）の間に形成されたノッチ（２１１）内にほぼ接線方向に位置していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の回転電気機器。
9. 前記永久磁石の磁極部品とリラクタンス可変磁極部品は、単一ヨークの一部（２１２、２２２、２４０；２１３ａ、２１３ｂ、２２２、２４０）であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の回転電気機器。
10. 前記各リラクタンス可変磁極部品（２２２）は、２つの磁極（ＰＲ１、ＰＲ２）の間に磁束をチャネリングする構造体（２２４、２２６、２２８）を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の回転電気機器。
11. 前記各リラクタンス可変磁極部品（２２２）は、磁束をチャネリングする少なくとも１つの埋め込まれた補助磁石を有することを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の回転電気機器。

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