JP4743718B2

JP4743718B2 - 内転形永久磁石励磁横磁束電動機

Info

Publication number: JP4743718B2
Application number: JP2007334201A
Authority: JP
Inventors: ドヒュンカン; ジュンワンチャン; ジウォンキム; シウクチュン; ジオンイ
Original assignee: Korea Electrotechnology Research Institute KERI
Current assignee: Korea Electrotechnology Research Institute KERI
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2007-12-26
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2027-12-26
Also published as: KR20080061415A; KR100860606B1; JP2008167646A; US7952252B2; US20080211326A1

Description

本発明は内転形永久磁石励磁横磁束電動機に関し、更に詳しくは、従来の外転形永久磁石励磁横磁束電動機に比べて、少量の永久磁石を使用するように軸方向および／または放射形の積層構造を固定子粉末鉄心に適用させ、究極的に高出力でありながら動力発生効率を高めることができるだけでなく、騒音および振動を低減させる効果を得ることができる内転形永久磁石励磁横磁束電動機に関するものである。

一般的に、電動機は電気エネルギーを機械エネルギーに変換する装置であり、根本的に高出力（出力／電動機重量：ｋＷ／ｋｇ）と高効率(出力／入力)の性能を要求しており、磁束方向によって縦磁束形電動機と横磁束形電動機に分類する時、印加される電流の方向と電動機の移動方向が垂直で、磁束が移動方向に対して平行に発生する場合を縦磁束形電動機と言い、印加される電流の方向が電動機の移動方向と一致し、磁束が移動方向に対して直交に発生する場合を横磁束形電動機と言う。

前記横磁束形電動機は巻線を巻くことができる空間（電気回路）と磁束が流れることができる空間（磁気回路）が互いに分離されているため、電気回路と磁気回路が同一空間で各々の空間を占める縦磁束形電動機に比べて出力密度を高めることができるだけでなく、数種類の形状設計が可能である。

また、前記横磁束形電動機はリング形態の巻線を使用し、電動機の両先端部に配置されるエンド−ワインディング（ｅｎｄ−ｗｉｎｄｉｎｇ）が多くの体積を占める縦磁束形電動機に比べて電動機全体のサイズを小さくすることができ、使用する銅の量と損失もまた少ない。

しかし、既存の横磁束形電動機は３次元的な磁束の流れを有しているため、縦磁束形電動機に比べて製作が容易ではなく、３次元的な磁束の流れに合う積層形構造を採択しづらいという問題点を有しており、このような問題点は線形機（リニアモータ）に比べて回転機において更に顕著である。

従って、本発明は前記問題点を解決するために発明されたもので、金型を通して圧縮成形する固定子粉末鉄心と、軸方向および／または放射形の積層構造を電動機の固定子と回転子の鉄心に適用することで、横磁束回転機の製作を容易にすると同時に、発生する相当部分の鉄損を低減させ、究極的に出力密度と効率を高め、騒音および振動を減らすことができる内転形永久磁石励磁横磁束電動機を提供することにその目的がある。

本発明の内転形永久磁石励磁横磁束電動機は、回転軸を中心に回転する回転子と、当該回転子を回転させるため前記回転子の周囲に配設され、前記回転軸に対して放射状に複数に分割された、平面が扇型の複数の分割固定子とを有する。

この内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、
前記回転子は、前記回転軸と同心円状に環状の構造をしており、その円周沿って、複数の永久磁石と複数の粉末鉄心とが交互に配設されており、
前記１つの分割固定子は、１つの相を規定しており、
前記複数の分割固定子の各々は、金型を通して圧縮成形によって扇型に形成された、分割固定子粉末鉄心と、当該分割固定子粉末鉄心の扇型の側面に沿って配設され、電流の印加に応じて当該分割固定子粉末鉄心を磁化する、分割固定子巻線と、前記回転子に対向する前記分割固定子粉末鉄心の内壁に、前記回転軸の方向において前記分割固定子巻線の両側に配設された、第１、第２の分割固定子成層鉄心と、を有し、
前記第１、第２の分割固定子成層鉄心は、前記回転子と対向する面に、当該分割固定子成層鉄心の円周に沿って、所定の間隔で形成された突出部を有する。

好ましくは、前記第１の分割固定子成層鉄心の突出部と前記第２の分割固定子成層鉄心の突出部とは、前記分割固定子成層鉄心の円周に沿って、各々極間隔（τ）または２倍の極間隔（２τ）だけ互いに食い違うように配列される。

また好ましくは、前記回転軸を中心として互いに向かい合うように配置された前記複数の分割固定子が２相からなるように、一方は前記分割固定子粉末鉄心と当該分割固定子成層鉄心がＡ相固定子にて構成され、他方は前記分割固定子粉末鉄心と当該分割固定子成層鉄心がＢ相固定子にて構成される。

前記回転軸と直交する面における水平基準線を基準に前記Ａ相固定子の始まりは時計まわり方向に所定の角度αだけ差があり、前記Ｂ相固定子の始まりはその水平基準線から（α＋０．５τ）だけ差がある。

好ましいまた別の具体例として、前記分割固定子はその回転方向に沿って２相、３相、…Ｎ相を有する多相構造からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記分割固定子はその回転方向に沿って２相、３相、…Ｎ相を有する多相構造からなる場合、基準相１相より相が増加するだけ基準線より（１／Ｎ）τだけ時計まわり方向に移動し、Ｎ相の分割固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ時計まわり方向に更に移動して配列されることを特徴とする。

また本発明の内転形永久磁石励磁横磁束電動機は、回転軸を中心に回転する前記回転軸に沿った長手方向に延びた回転子と、当該回転子を回転させるため前記回転子の周囲に環状に、かつ、前記長手方向に、複数配設された、複数の環形固定子とを有する。
この内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、
前記回転子は、前記回転軸と同心円状に環状の構造をしており、その円周沿って、複数の永久磁石と複数の粉末鉄心とが交互に配設されており、
前記複数の環形固定子の各々は、
環形に形成された、環形固定子粉末鉄心と、
当該環形固定子粉末鉄心の外周に沿って配設され、電流の印加に応じて当該分割固定子粉末鉄心を磁化する、環形固定子巻線と、
前記回転子に対向する前記環形固定子粉末鉄心の内壁に、前記回転軸の方向において前記環形固定子巻線の両側に配設された、第１、第２の環形固定子成層鉄心と、
を有し、
前記第１、第２の分割固定子成層鉄心は、前記回転子と対向する面に、当該分割固定子成層鉄心の円周に沿って、所定の間隔で形成された突出部を有する。

好ましい一具体例として、前記環形固定子は回転子の回転軸方向にＮ個の環形固定子からなり、この環形固定子の個数により回転子の長さが決定されることを特徴とする。

好ましい別の具体例として、前記環形固定子の配列において、回転軸方向に基準相１相より相が増加するごとに（１／Ｎ）τだけ更に回転し、Ｎ相環形固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ更に回転した構造を有するようにすることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心が鉄損を減少させるために、磁束が流れる方向に対して垂直方向に成層構造をなし、前記環形固定子成層鉄心中、上層部と下層部は発生する合成推進力を一方向に発生させるために、周期を２τとした時、空間的に１／２周期であるτ（極間隔）だけねじれるように位置されることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心は多数個の放射形積層鉄心からなり、互いに固定ピンを通して固定され、扇形鉄心または環形鉄心からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記多数個の放射形積層鉄心は一定な間隔を置き、モジュール単位で配置され、そのモジュールとモジュールとの間に非磁性体であるスペースが更に含まれることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心が粉末鉄心からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心が分割固定子粉末鉄心領域に拡大された形態の粉末鉄心からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心の上・下層部が各々２個の固定子完全粉末鉄心からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記環形固定子成層鉄心の上・下層部が１個の固定子完全粉末鉄心からなることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記回転子永久磁石と回転子積層鉄心がその内径面にリングタイプの非磁性体と結合されるようにすることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記回転子の構成中、回転子粉末鉄心を回転子積層鉄心と代替する場合、積層鉄心をその内径側が一体に連結された構造となるようにし、その間に永久磁石が挿入された構造で製作されることを特徴とする。

好ましいまた別の具体例として、前記回転子積層鉄心が一体となった場合、永久磁石を間に置いている２個の積層鉄心間を繋いでいる鉄心部分が永久磁石により十分に飽和される程度の厚さとなるようにすることを特徴とする。

本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機によると、従来の外転形永久磁石励磁横磁束電動機に比べて少量の永久磁石を使用することができるように、軸方向および／または放射形の積層構造を前記固定子粉末鉄心に適用させ、究極的に高出力でありながら動力発生効率を高めることができるだけでなく、騒音および振動を減らすことができる効果がある。

更に、本発明によれば、電動機の体積が小さいため使用材料を節減することができ、粉末鉄心と成層鉄心を使用するため製作が簡単となる。

一方、本発明の応用面では、内転形永久磁石励磁横磁束電動機は構造を単純化し、制御を容易にすることで、システム全体の性能を向上させることができ、材料費を節約することができ、エネルギー損失を減らすことができる。

以下、本発明の内転形永久磁石励磁横磁束電動機の実施の形態の構成について添付図面を参照して説明する。本発明の目的および長所は添付した図面を参照にした下記の好ましい実施形態に対する詳しい説明により更に明確になるであろう。

まず、本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の一実施形態について説明すると下記の通りである。

図１は本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子を有する電動機を表す斜視図である。

図１に図示した通り、本発明の実施形態の内転形永久磁石励磁横磁束電動機は大きく、分割固定子４と回転子７に分けられる。

前記分割固定子４は金型を通して圧縮成形する分割固定子粉末鉄心１と、分割固定子成層鉄心２と、分割固定子巻線３で構成され、前記回転子７は回転子永久磁石５と回転子粉末鉄心６で構成される。

特に、前記分割固定子４は基本的にその１相を互いに向かい合うように配置した２相構造となっている。

図２は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、１相の分割固定子４を表す斜視図である。

前記分割固定子４の分割固定子粉末鉄心１は扇形で形成され、この分割固定子粉末鉄心１の内側で、その上、下層に分割固定子成層鉄心２が互いに一定な間隙を置いて位置しており、その間隙の間の分割固定子粉末鉄心１に、電流が流れる分割固定子巻線３が巻かれる。

図３は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子巻線３を除いた分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２を表す斜視図である。

前記分割固定子粉末鉄心１は分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃと下層部２ｂ，２ｄを磁気的だけでなく機械的に連結する連結構造にて、互いに一体となるように構成される。

前記分割固定子成層鉄心２の内側には電動機の歯に該当する突出部２ｃ，２ｄがその円周方向に沿って一定間隔（τ）を置いて配置されており、発生する合成推進力を一方方向に発生させるために、上層部の突出部２ｃと下層部の突出部２ｄが各々極間隔τだけ互いに食い違うように配列される。

この時、前記分割固定子成層鉄心２は鉄損を減少させるために、磁束が流れる方向に対して垂直方向に、即ち、軸方向に成層構造を有する。

図４は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子巻線３のみを表す斜視図である。

前記分割固定子巻線３は数重に積層された構造となっており、図１および図２から分かるように、前記分割固定子巻線３は分割固定子粉末鉄心１を囲みながら巻線され、その内側部分は分割固定子粉末鉄心１の内側で、その上、下層に間隔を置いて位置された粉末固定子成層鉄心２の間に巻回されて位置される。

図５に図示される通り、前記分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２からなる図３の１相の分割固定子鉄心１，２を互いに向かい合うように配置すると、２相の分割固定子鉄心となる。

即ち、図３の分割固定子鉄心１，２と、図４の分割固定子巻線３が互いに結合して図２の１相の分割固定子４を構成し、図５に図示される通り、２相の分割固定子鉄心１，２と図４の分割固定子巻線３が互いに結合して図１に図示されるような２相の基本的な内転形永久磁石励磁横磁束電動機を構成する。

図６は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の分割固定子の図５に対する平面図である。

中央の水平基準線ＨＲＬ−ＨＲＬの上側に位置した分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２はＡ相固定子を構成し、下側に位置した分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２はＢ相固定子を構成する。

前記２相からなる分割固定子４各々の構造的位置は、Ａ相固定子の始まりは前記水平基準線ＨＲＬ−ＨＲＬから時計まわり方向に所定の角度αだけ差があり、Ｂ相固定子の始まりはその水平基準線ＨＲＬ−ＨＲＬから角度（α＋０．５τ）だけ差があるが、このような間隔構造は回転子の回転時の脈動が少ない安定した特性を得るためのものである。

図７は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子７を表す斜視図である。

前記回転子７は回転子永久磁石５と回転子粉末鉄心６が互いに交互に配列されながら結合された構造となっている。

より詳しくは、前記回転子粉末鉄心６を間に置き、互いに隣接する回転子永久磁石５は互いに異なる磁極にて着磁され、図７の矢印のように粉末鉄心６が互いに向かい合うように配置される。

従って、前記回転子永久磁石５から出た磁束が集結され、回転子粉末鉄心６はＮ、Ｓの磁極を有する。

図８は図１のＡ−Ａ'線の断面図であり、前記分割固定子粉末鉄心１、分割固定子成層鉄心２、分割固定子巻線３からなる分割固定子４の断面を示し、更に、前記回転子７の断面、そして電流による磁束Φ８の関係を図示している。

即ち、図８から分かる通り、前記分割固定子巻線３の右側コイルの断面に電流が入り、左側コイルの断面から電流が出てくると、前記分割固定子巻線３の周囲に反時計まわり方向の磁束Φ８が発生する。

この時、前記電動機の分割固定子４の分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃにはＮ極、分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄにはＳ極が形成される。

以下、前記のような構成からなる本発明の一実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の動作原理を説明する。

図９（ａ）〜図９（ｄ）は前記のように構成された本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の力の発生原理を説明するための図面である。

図８に図示される方向の電流が印加される場合を電流方向Ｉａ⁺ （または、＋Ｉａ）とし、これと反対方向の電流が印加される場合を電流方向Ｉａ^- （または、−Ｉａ）とすると、図９（ａ）と図９（ｂ）は電流方向がＩａ⁺である場合を表し、図９（ｃ）と図９（ｄ）は電流方向がＩａ^-である場合を表す。

図９（ａ）は分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃと回転子７の力の発生原理図を表すものであり、図８のＣ−Ｃ'線の断面図である。

Ｉａ⁺方向電流が印加されると、図９（ａ）に図示された通り、前記分割固定子巻線３の周囲に磁束Φ８が発生し、前記分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃはＮ極が形成される。

前記回転子粉末鉄心６に発生する磁極は永久磁石の配置により決定されるが、前記永久磁石５の磁極方向が（→ ←）のように互いに向かい合っている場合、この間にある回転子粉末鉄心の磁極はＮ極となり、永久磁石５の磁極方向が（← →）のように互いに反対方向に向かい合っている場合は、この間にある回転子粉末鉄心の磁極はＳ極となる。

そこで、前記回転子７の磁極ＮおよびＳ極と、粉末固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃのＮ極は磁極相互作用によりその磁極の方向（向き）が異なると、吸引力Ｆ_ra1、磁極の方向（向き）が同一である場合、力Ｆ_ra2が発生し、回転子７に合成された力Ｆ_rr+が発生する。

図９（ｂ）は分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄと回転子７の力の発生原理図を表すものであり、図８のＤ−Ｄ'線の断面図である。

Ｉａ⁺方向の電流が印加されると、図９（ｂ）に図示される通り、前記分割固定子巻線３の周囲に磁束Φ８が発生し、分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄはＳ極が形成される。

同様に、前記永久磁石５の磁極方向が（→ ←）のように互いに向かい合っている場合、この間にある回転子粉末鉄心の磁極はＮ極となり、永久磁石５の磁極方向が（← →）のように互いに反対方向を向かい合っている場合は、この間にある回転子粉末鉄心の磁極はＳ極となる。

そこで、前記回転子７の磁極ＮおよびＳ極と、分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄのＳ極は磁極相互作用によりその磁極の方向（向き）が異なると、吸引力Ｆ_rb1、磁極の方向（向き）が同一である場合、力Ｆ_rb2が発生し、回転子７に合成された力Ｆ_rl+が発生する。粉末固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃと下層部２ｂ，２ｄはτだけ食い違っており、回転子７が常に一方向の接線方向の力を発生する。

図９（ｃ）は図９（ａ）のように分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃと回転子７の力発生原理図を表すものであり、図８のＣ−Ｃ'線の断面図であるが、Ｉａ^-方向の電流が印加された場合であるため、分割固定子成層鉄心２の上層部２ａ，２ｃはＳ極が形成され、図９（ｂ）のような力発生原理により回転子７に合成された力Ｆ_rr- （または、−Ｆ _rr ）が発生する。

図９（ｄ）は図９（ｂ）のように分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄと回転子７の力発生原理図を表すものであり、図８のＤ−Ｄ'線の断面図であるが、Ｉａ^-方向の電流が印加された場合であるため、分割固定子成層鉄心２の下層部２ｂ，２ｄはＮ極が形成され、図９（ａ）のような力発生原理により回転子７に合成された力Ｆ_rl-が発生する。

ここで、本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の別の実施形態について説明すると下記の通りである。

図１０は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、相数が２以上である多相電動機の分割固定子を表す斜視図である。

本発明の別の実施形態は図１０に図示される通り、分割固定子成層鉄心２と分割固定子粉末鉄心１、これを囲む分割固定子巻線３で構成された１相の分割固定子４がその回転方向に２相以外に、３相、…Ｎ相で位置された点に特徴がある。

図１１は図１０に図示した本発明の実施の形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、相数が２以上である多相電動機の分割固定子の平面図である。

図１０を参照して説明した通り、回転方向に配列された各相は回転時、脈動を減少させるために、空間的に位相差を有するように配列される。

即ち、図１１に見られる通り、１相の分割固定子４（Ｐｈａｓｅ１）を基準とした時、２相の分割固定子（Ｐｈａｓｅ２）は基準線より（１／Ｎ）τだけ更に時計まわり方向に移動し、３相分割固定子（Ｐｈａｓｅ３）は基準線より（２／Ｎ）τだけ時計まわり方向に更に移動する。

従って、Ｎ相の分割固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ時計まわり方向に更に移動し配置される。

ここで、本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機のまた別の実施形態を説明すると下記の通りである。

図１２は本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機のまた別の実施形態を表す斜視図である。

図１２に図示される通り、本発明のまた別の実施形態はＮ（１相、２相、…Ｎ相）個の環形固定子１２と、回転子７に分けられる。

前記環形固定子１２は環形固定子粉末鉄心９、環形固定子成層鉄心１０と環形固定子巻線１１（図１４に図示）で構成され、前記回転子７は回転子永久磁石５と回転子粉末鉄心６で構成される。

一実施形態を表す図１の分割固定子を使用する場合とは異なり、本発明のまた別の実施形態は環形固定子を使用する場合であり、回転子７に作用する吸入力（吸引力）と回転力が軸を中心に空間的に対称をなし、発生する騒音を減らすという長所がある。

更に、環形固定子１２を有する内転形永久磁石励磁横磁束電動機の環形固定子巻線１１は環形固定子粉末鉄心９を囲むため、固定子巻線１１を巻くのが容易であり、材料（銅）の量も少なくなる。

この時、前記環形固定子１２は推進力の脈動を減らすために、回転子７の回転軸方向にＮ個の環形固定子１２を有しており、環形固定子１２の個数により回転子７の長さも長くなる。

図１２に指示される通り、環形固定子を有する電動機のＦ−Ｆ'の断面図は図１の分割固定子を有する電動機の線Ａ−Ａ'の断面図を図示している図８と類似しており、磁束発生と力発生原理は全て同一である。

但し、相異点は前記環形固定子巻線１１は、図８の分割固定子巻線３において右側断面である固定子の外側に固定子巻線がない場合と同様である。

図１３はＮ個（１相、２相、…Ｎ相）の環形固定子が組立てられることを説明する分解斜視図であり、環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０、環形の固定子巻線１１（図１４に図示）が一つの環形固定子１２をなす点に特長があり、Ｎ相をなすためにＮ個の環形固定子１２が必要である。

Ｎ個の環形固定子１２を軸方向に組立てる時は回転脈動を減らすために空間的に一定の位相差を有するようにする。

即ち、図１３に図示される通り、１相の環形固定子（Ｐｈａｓｅ１）を基準として２相の環形固定子（Ｐｈａｓｅ２）は基準線ＲＬ−ＲＬより（１／Ｎ）τだけ更に構造的に時計まわり方向に回転しており、Ｎ相環形固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ更に構造的に時計まわり方向に回転した構造を有するようにする。

図１４は図１３の環形固定子１２をより詳しく説明するための図面であり、前述した通り、環形固定子粉末鉄心９、環形固定子成層鉄心１０と環形固定子巻線１１を含めて構成される。

より詳しくは、前記環形固定子成層鉄心１０は鉄損を減少させるために、磁束が流れる方向に垂直方向に、即ち、軸方向に成層構造をなすようになり、特に、前記環形固定子成層鉄心１０のうち上層部１０ａと下層部１０ｂは発生する合成推進力を一方向に発生させるために、周期を２τとした時、空間的に１／２周期であるτ（極間隔）だけねじれるように位置される。

図１５は図１４に図示された関係固定子成層鉄心１０の間に配置される環形固定子巻線１１を例示したものであり、この環形固定子巻線１１は環形固定子成層鉄心１０の上、下層部１０ａ，１０ｂの間に位置されると同時に、環形固定子粉末鉄心９の内側周囲に数重回、巻かれている形態を有する。

図１６は図２に図示されている分割固定子４において、分割固定子粉末鉄心１を多数個の直方体からなる放射形積層鉄心１３で構成されたものを表す例示図面である。

図１６に図示される通り、前記分割固定子粉末鉄心１の構造に比べて既存の積層鉄心を使用することができるように変形された構造であり、放射形積層鉄心１３を扇形の形状を構成するために、数個の放射形積層鉄心１３を一体に固定するための固定ピン１４が締結される。

図１７は図１６で図示した構造の加工性を考慮して補完した構造を図解した例示図面であり、放射形積層鉄心１３が一定な間隔を置いてモジュール単位で配置され、そのモジュールとモジュールの間に非磁性体のスペース１５が挿入される。

前記スペース１５は放射形積層鉄心１３のモジュールとモジュールの間で成形された構造であり、全体的に等間隔を維持しながら固定子を容易に指示する役割を行い、同様に、反射形積層鉄心１３とスペース１５が結合して固定されるために固定ピン１４が締結される。

図１８は図１２の環形固定子１２において、環形固定子粉末鉄心９が放射形積層鉄心１３と代替されたことを説明する例示図面であり、図１２に図示された環形固定子粉末鉄心９を放射形積層鉄心１３を固定ピン１４で連結させて図１２のような環形固定子１２を構成することができる。

図１９は図１２の環形固定子１２において、環形固定子粉末鉄心９が放射形積層鉄心１３とスペース１５と代替されたことを説明する例示図面であり、図１２に図示された環形固定子粉末鉄心９を放射形積層鉄心１３とスペース１５と代替しながらこれらを固定ピン１４で連結させ、図１２のような環形固定子１２を構成することができる。

図２０（ａ）〜図２０（ｄ）は図３の分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２が全て粉末コアからなる分割固定子完全粉末鉄心１６の形態を表す例示図面であり、ただ金型を通して圧縮成形するため製作上容易な構造となっており、図２０（ａ）に図示された通り、半径方向に、図２０（ｂ）に図示される通り、上下方向に分割固定子完全粉末鉄心１６を様々な形態に組立が可能であり、図２０（ｃ）に図示された通り、上下方向に２個のブロックに分けられるが、図２０（ｄ）に図示された通り、一つのブロックに製作が可能である。

即ち、図２０（ａ）は分割固定子成層鉄心２部分が粉末鉄心と代替された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、代替される前のように、１相に対してその半径方向に３個のブロックが分けられた分割固定子完全粉末鉄心１６の形態に製作され、図２０（ｂ）は分割固定子成層鉄心２が分割固定子粉末鉄心１領域に拡大された形態で粉末鉄心と代替された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、その上下方向に３個のブロックが分けられた分割固定子完全粉末鉄心１６の形態に製作される。

図２０（ｃ）は分割固定子成層鉄心２が分割固定子粉末鉄心１と統合され、上層部と下層部に分けられた場合の斜視図と、このときのＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、上下方向に２個のブロックが分けられた分割固定子完全粉末鉄心１６の形態に製作が可能であり、図２０（ｄ）は分割固定子成層鉄心２が分割固定子粉末鉄心１と一つに統合された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、１個のブロックのみで分割固定子完全粉末鉄心１６を製作することができる。

図２１（ａ）〜図２１（ｄ）は図１２の環形固定子１２の環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０が全て粉末コアからなる環形固定子完全粉末鉄心１７の形態を例示した図面であり、分割固定子４の場合のように、ただ金型を通して圧縮成形するため製作上容易な構造に製作され、様々な形態に組立が可能であることを示している。

即ち、図２１（ａ）は環形固定子成層鉄心１０部分が粉末鉄心と代替された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、代替される前のように、１相に対して３個のブロックに分けられた環形固定子完全粉末鉄心１７の形態に製作され、図２１（ｂ）は環形固定子成層鉄心１０が環形固定子粉末鉄心９領域に拡大された形態で粉末鉄心と代替された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、３個のブロックに分けられた分割固定子完全粉末鉄心１７の形態に製作が可能であり、図２１（ｃ）は環形固定子成層鉄心１０が環形固定子粉末鉄心９と統合され、上層部と下層部に分けられた場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'の断面図を図示したものであり、２個のブロックに分けられた環形固定子完全粉末鉄心１７の形態に製作され、図２１（ｄ）は環形固定子成層鉄心１０が環形固定子粉末鉄心９と一つに統合された場合の斜視図と、この時のＧ−Ｇ'線の断面図を図示したものであり、１個のブロックのみで構成された環形固定子完全粉末鉄心１７の形態に製作が可能である。

図２２〜図２４は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子を表す例示図面であり、回転子永久磁石５の間の回転子粉末鉄心６が回転子積層鉄心１８に代替され、前記配列が非磁性体１９と結合される方法によって３種類の配列形態を示している。

即ち、図２２は回転子永久磁石と回転子積層鉄心が非磁性体と結合された回転子を図示した斜視図であり、回転子永久磁石５と回転子積層鉄心１８がその内径面にリングタイプの非磁性体１９と接着剤または溶接を通して結合される。

更に、回転子永久磁石と回転子積層鉄心が非磁性体と結合された回転子を図示した図２３のように、回転子永久磁石５と回転子積層鉄心１８がその内径面にリングタイプの非磁性体１９を結合させるが、回転子積層鉄心１８の内径側にくさび状を形成し、非磁性体１９と結合されるようにすることで、図２２に表された溶接または接着剤の結合方法に比べてくさび状と共に、接着剤と溶接を同時に使用し、より堅固で、分離の可能性が少ない結合構造を有するようにする。

更に、回転子積層鉄心に永久磁石を挿入して結合された回転子を図示した図２４のように、図２２と図２３のように永久磁石と積層鉄心が非磁性体構造物と結合する構造ではない、積層鉄心を一体に連結した構造となるようにし、その間に永久磁石が挿入された構造にして最も堅固な組立をすることができる。

しかし、積層鉄心が一体となった図２４の構造では、性能を低下させないために、永久磁石を間に置いている２個の積層鉄心間を繋げている鉄心部分が永久磁石により十分に飽和される程度の厚さとならなければならない。

図１は本発明の実施の形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子を有する電動機を表す斜視図である。図２は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、１相の分割固定子４を表す斜視図である。図３は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子巻線３を除いた分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２を表す斜視図である。図４は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、分割固定子巻線３のみを表す斜視図である。図５は図１に図解した内転形永久磁石励磁横磁束電動機の部分図である。図６は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の分割固定子の図５に対する平面図である。図７は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子７を表す斜視図である。図８は図１のＡ−Ａ'線の断面図であり、前記分割固定子粉末鉄心１、分割固定子成層鉄心２、分割固定子巻線３からなる分割固定子４の断面を示し、更に、前記回転子７の断面、そして電流による磁束Φ８の関係を図示している。図９（ａ）は前記のように構成された本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の力の発生原理を説明するための図面である。図９（ｂ）は前記のように構成された本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の力の発生原理を説明するための図面である。図９（ｃ）は前記のように構成された本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の力の発生原理を説明するための図面である。図９（ｄ）は前記のように構成された本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の力の発生原理を説明するための図面である。図１０は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機において、相数が２以上である多相電動機の分割固定子を表す斜視図である。図１１は図１０に図解した構造の平面図である。図１２は本発明による内転形永久磁石励磁横磁束電動機のまた別の実施形態を表す斜視図である。図１３はＮ個（１相、２相、…Ｎ相）の環形固定子が組立てられることを説明する分離斜視図である。図１４は図１３の環形固定子１２をより詳しく説明するための図面である。図１５は図１４に図示された関係固定子成層鉄心１０の間に配置される環形固定子巻線１１を例示した図である。図１６は図２に図示されている分割固定子４において、分割固定子粉末鉄心１を多数個の直方体からなる放射形積層鉄心１３で構成されたものを表す例示図面である。図１７は図１６で図示した構造の加工性を考慮して補完した構造を図解した例示図面である。図１８は図１２の環形固定子１２において、環形固定子粉末鉄心９が放射形積層鉄心１３と代替されたことを説明する例示図面である。図１９は図１２の環形固定子１２において、環形固定子粉末鉄心９が放射形積層鉄心１３とスペース１５と代替されたことを説明する例示図面である。図２０（ａ）は図３の分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２が全て粉末コアからなる分割固定子完全粉末鉄心１６の形態を表す例示図面である。図２０（ｂ）は図３の分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２が全て粉末コアからなる分割固定子完全粉末鉄心１６の形態を表す例示図面である。図２０（ｃ）は図３の分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２が全て粉末コアからなる分割固定子完全粉末鉄心１６の形態を表す例示図面である。図２０（ｄ）は図３の分割固定子粉末鉄心１と分割固定子成層鉄心２が全て粉末コアからなる分割固定子完全粉末鉄心１６の形態を表す例示図面である。図２１（ａ）は図１２の環形固定子１２の環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０が全て粉末コアからなる環形固定子完全粉末鉄心１７の形態を例示した図面である。図２１（ｂ）は図１２の環形固定子１２の環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０が全て粉末コアからなる環形固定子完全粉末鉄心１７の形態を例示した図面である。図２１（ｃ）は図１２の環形固定子１２の環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０が全て粉末コアからなる環形固定子完全粉末鉄心１７の形態を例示した図面である。図２１（ｄ）は図１２の環形固定子１２の環形固定子粉末鉄心９と環形固定子成層鉄心１０が全て粉末コアからなる環形固定子完全粉末鉄心１７の形態を例示した図面である。図２２は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子を表す例示図面である。図２３は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子を表す例示図面である。図２４は本発明の実施形態による内転形永久磁石励磁横磁束電動機の回転子を表す例示図面である。

１…分割固定子粉末鉄心、２…分割固定子成層鉄心、３…分割固定子巻線、４…分割固定子、５…回転子永久磁石、６…回転子粉末鉄心、７…回転子、８…磁束線、９…環形固定子粉末鉄心、１０…環形固定子成層鉄心、１１…環形固定子巻線、１２…環形固定子、１３…放射形積層鉄心、１４…固定ピン、１５…スペース、１６…分割固定子完全粉末鉄心、１７…環形固定子完全粉末鉄心、１８…回転子積層鉄心、１９…回転子非磁性体

Claims

回転軸を中心に回転する回転子と、
当該回転子を回転させるため前記回転子の周囲に配設され、前記回転軸に対して放射状に複数に分割された、平面が扇型の複数の分割固定子と
を有し、
前記回転子は、前記回転軸と同心円状に環状の構造をしており、その円周沿って、複数の永久磁石と複数の粉末鉄心とが交互に配設されており、
前記１つの分割固定子は、１つの相を規定しており、
前記複数の分割固定子の各々は、
金型を通して圧縮成形によって扇型に形成された、分割固定子粉末鉄心と、
当該分割固定子粉末鉄心の扇型の側面に沿って配設され、電流の印加に応じて当該分割固定子粉末鉄心を磁化する、分割固定子巻線と、
前記回転子に対向する前記分割固定子粉末鉄心の内壁に、前記回転軸の方向において前記分割固定子巻線の両側に配設された、第１、第２の分割固定子成層鉄心と、
を有し、
前記第１、第２の分割固定子成層鉄心は、前記回転子と対向する面に、当該分割固定子成層鉄心の円周に沿って、所定の間隔で形成された突出部を有する、
内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記第１の分割固定子成層鉄心の突出部と前記第２の分割固定子成層鉄心の突出部とは、前記分割固定子成層鉄心の円周に沿って、各々極間隔（τ）または２倍の極間隔（２τ）だけ互いに食い違うように配列される、
請求項１に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記回転軸を中心として互いに向かい合うように配置された前記複数の分割固定子が２相からなるように、一方は前記分割固定子粉末鉄心と当該分割固定子成層鉄心がＡ相固定子にて構成され、他方は前記分割固定子粉末鉄心と当該分割固定子成層鉄心がＢ相固定子にて構成され、
前記回転軸と直交する面における水平基準線を基準に前記Ａ相固定子の始まりは時計まわり方向に所定の角度αだけ差があり、前記Ｂ相固定子の始まりはその水平基準線から（α＋０．５τ）だけ差があることを特徴とする、
請求項１または２に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記分割固定子は、前記回転子の回転方向に沿って２相、３相、…Ｎ相を有する多相構造からなることを特徴とする、
請求項１〜３のいずれかに記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記分割固定子はその回転方向に沿って２相、３相、…Ｎ相を有する多相構造からなる場合、基準相１相より相が増加するごとに基準線より（１／Ｎ）τだけ時計まわり方向に移動し、Ｎ相の分割固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ時計まわり方向に更に移動して配列されることを特徴とする、
請求項４に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
回転軸を中心に回転する前記回転軸に沿った長手方向に延びた回転子と、
当該回転子を回転させるため前記回転子の周囲に環状に、かつ、前記長手方向に、複数配設された、複数の環形固定子と
を有し、
前記回転子は、前記回転軸と同心円状に環状の構造をしており、その円周沿って、複数の永久磁石と複数の粉末鉄心とが交互に配設されており、
前記複数の環形固定子の各々は、
環形に形成された、環形固定子粉末鉄心と、
当該環形固定子粉末鉄心の外周に沿って配設され、電流の印加に応じて当該分割固定子粉末鉄心を磁化する、環形固定子巻線と、
前記回転子に対向する前記環形固定子粉末鉄心の内壁に、前記回転軸の方向において前記環形固定子巻線の両側に配設された、第１、第２の環形固定子成層鉄心と、
を有し、
前記第１、第２の分割固定子成層鉄心は、前記回転子と対向する面に、当該分割固定子成層鉄心の円周に沿って、所定の間隔で形成された突出部を有する、
内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記環形固定子の配列において、回転軸方向に基準相１相より相が増加するごとに（１／Ｎ）τだけ更に回転し、Ｎ相環形固定子は（（Ｎ−１）／Ｎ）τだけ更に回転した構造を有するようにすることを特徴とする、
請求項６に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記環形固定子成層鉄心は、鉄損を減少させるために磁束が流れる方向に対して直交する方向に成層構造をなし、前記環形固定子成層鉄心のうち上層部と下層部は発生する合成推進力を一方向に発生させるために、周期を２τとした時、空間的に１／２周期であるτ（極間隔）だけねじれるように位置されることを特徴とする、
請求項６または７に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記環形固定子成層鉄心は複数個の放射形積層鉄心からなり、互いに固定ピンを通して固定され、扇形鉄心または環形鉄心からなることを特徴とする、
請求項６〜８のいずれかに記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記複数個の放射形積層鉄心は一定な間隔を置いてモジュール単位で配置され、
そのモジュールとモジュールとの間に非磁性体であるスペースが更に含まれることを特徴とする、
請求項９に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記環形固定子成層鉄心が粉末鉄心からなることを特徴とする、
請求項８〜１０のいずれかに記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記環形固定子成層鉄心が分割固定子粉末鉄心領域に拡大された形態の粉末鉄心からなることを特徴とする、
請求項１１に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記第１、第２の環形固定子成層鉄心が固定子完全粉末鉄心からなることを特徴とする、
請求項１０に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記第１、第２の環形固定子成層鉄心は１個の固定子完全粉末鉄心からなることを特徴とする、
請求項１０に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記回転子の構成において、前記回転子粉末鉄心を回転子積層鉄心と代替する場合、前記回転子永久磁石と前記回転子積層鉄心がその内径側にリングタイプの非磁性体と接着剤または溶接を通して結合されるようにすることを特徴とする、
請求項６に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記回転子永久磁石と前記回転子積層鉄心がその内径面にリングタイプの非磁性体を結合させる、前記回転子積層鉄心の内径側にくさび状を形成し、非磁性体と結合されるようにすることを特徴とする、
請求項１５に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記回転子の構成において、前記回転子粉末鉄心を回転子積層鉄心と代替する場合、積層鉄心をその内径側が一体に連結された構造となるようにし、その間に永久磁石が挿入された構造に製作されることを特徴とする、
請求項６に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。
前記回転子積層鉄心が一体となった場合、永久磁石を間に置いている２個の積層鉄心との間を繋いでいる鉄心部分が永久磁石により十分に飽和される程度の厚さとなるようにすることを特徴とする、
請求項１７に記載の内転形永久磁石励磁横磁束電動機。