JPH01190241A - 電磁トルク伝達構造体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はトルク伝達技術に関し、特に第１のシャフトか
らその第１シャフトと整列している第２シャフトへのト
ルクの電磁結合技術に関する。

［従来の技術］ 第１のシャフトから整列している第２シャフトへトルク
を伝達する装置で商業的に成功している先行技術の装置
は、回転力の伝達用に主として機械的手段または流体手
段を使用している。発電機−モータの組合せのような電
気的トルク伝達方法は一般にトルクを遠隔の場所へ伝達
する使用に限られている。

［発明が解決しようとする課題］ 伝統的な発電機−モータ装置の使用に伴う付加的装置の
費用、サイズ、重量などが、１つのシャフトから整列し
ている第２のシャフトへのトルク伝達にこの装置を使用
するのを妨げている。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、第１
シャフトに取付けられた励磁回転子と、第２シャフトに
取付けられた中空円筒状誘導回転子と、定常場励磁手段
とを有する二重回転子構造体を含む電磁トルク伝達器を
開示している。円筒状励磁回転子は、極接続手段の片側
に同心円状に取付けられた内極部材及び外極部材を含む
。外極部材、内極部材及び極接続手段が中空円筒状誘導
回転子の外面、内面及び一端を包囲している。内極部材
と外極部材の少なくとも１つは磁界集中部材を含んでい
る。関連する磁気回路を有する定常場巻線を、励磁回転
子に磁界励磁を与えるのに使用する。磁界励磁手段は励
磁回転子と一緒になって、作動中に誘導回転子へ電流を
誘導する、時間及び空間変化する磁界を提供する。誘導
された電流は励磁回転子磁界と反応してシャフト間のト
ルク伝達を生じさせる。

［実施例］ 第１図、第２図、第３図、及び第４図に関し、励磁回転
子手段ｌは、円筒状内極部材２及び円筒状外極部材３を
含み、これら極部材２と３の両方・　共、環状極接続手
段（コネクタ）４に同心円状に取付けられているが、あ
るいは一体に形成されていて、これら極２と３はコネク
タ４の同じ側から突出している。第１図と第２図に図示
のコネクタ４は、極部材２と３に取付けられた、あるい
は−体に形成された、同心円状に装着された内側延出部
６と外側延出部７の付いた環状励磁回転子ディスク部材
５を含む。内極部材２と外極部材３、並びに内側延出部
６と外側延出部７は比較的高い透磁性を有する材料で作
られている。励磁回転子位置づけ手段８は、内極部材２
と外極部材３、並びにコネクタ４に同心円状に取付けら
れた、あるいはこれと一体に形成された第１シャフトを
含む。

磁界集中部材９は内極部材２を形成するものとして図示
しである。

第１図と第２図に図示の励磁回転子ディスク５は比較的
高い透磁性を有する材料から作られている。第３図と第
４図に図示の励磁回転子ディスク５は、少なくとも延出
部６と７の周辺部で比較的低い透磁性を有する材料で作
られている。第３図と第４図において、延出部６と７は
、励磁回転子ディスク５から極部材２と３の反対方向へ
も半径方向かつ軸方向に成る距離延びている。

誘導回転子手段ｌＯは中空シリンダ１１として図面に図
示されている誘導手段１１を含む。シリンダ１１は導電
材を使用して作られており、比較的短い半径方向の厚さ
を有している。他の方法として誘導手段１１を、中空円
筒状積層磁気コアで構成しその上に（リス）かご形状の
巻線を形成することかできる。シリンダ１１は、第２シ
ャフトを含む誘導回転子位置づけ手段１２に取付けるが
、あるいはこれと一体に形成する。誘導回転子位置づけ
手段１２及び励磁回転子位置づけ手段８は、誘導手段１
１及び内極部材２と外極部材３を、内極部材２の各外面
と誘導手段１１の内側円筒面との間にエアギャップか存
在するように、また少なくとも１つのエアギャップか外
極部材３の内面と誘導手段１１の円筒面との間に存在す
るように位置づける。

第１図と第２図に図示の中空円筒状固定子１３は、固定
子位置づけ手段１４に同心円状に取付けられている。固
定子１３を、この固定子１３の内側円筒面と誘導手段１
１の外側円筒面との間にエアギャップが存在し、また固
定子１３の外側円筒面と外極部材３の内面との間にエア
ギャップか存在するように、固定子位置づけ手段１４、
誘導回転子位置づけ手段１２、及び励磁回転子位置づけ
手段８によって同心円状に取付ける。第１図及び第２図
の固定子１３は、一般に使用されている高電気抵抗を有
する材料で分離されたシートスチールまたは他の透磁性
材の層を含む高透磁性形状として図示しである。積層構
造は、その構造の軸方向座標が第１及び第２シャフトの
中心と一致する円柱座標の半径方向角度て限定された平
面内において平坦であることか好ましい。

第３図及び第４図に図示の固定子１３は、内極２と対向
する内側延出部６の外側円筒面の端部と固定子１３の円
筒面との間に短いエアギャップか存在し、かつ固定子１
３の円筒面と外極３に対向するコネクタ４の外側延出部
７の内側円筒面の端部との間に短いエアギャップか存在
するように固定子位置づけ手段１４及び励磁回転子位置
づけ手段８によって同心円状に位置づけられている。励
磁回転子手段１及び誘導回転子手段１０は、誘導手段１
１の外側円筒面と外極３の内面との間にただ１つのエア
ギャップが存在するように励磁回転子位置づけ手段８及
び誘導回転子位置づけ手段１２によって同心円状に位置
づけられている。ここでは、固定子１３の軸方向の長さ
が極２と３の軸方向の長さを限定している。

図面に図示の磁界巻線１５は、コネクタ４のディスク５
に隣接して、円筒状固定子１３の端部に取付けられた絶
縁導電体１６を含む。導電体１６の両端は普通は第１図
と第２図の固定子１３を貫通して相互に隣接して突出し
、交流電圧及び電流か巻線１５内て誘導されるのを防ぐ
。取付手段１７によって固定子１３及び磁界巻線１５を
図示していない基準構造体に取付ける。

作動中は、好ましくは直流のエネルギー源を巻線１５の
導電体１６と接続する。はとんどの使用においてエネル
ギー源は可変量の直流を巻線１５に与えるべきである。

磁界巻線１５及び誘導手段１１の電流が、固定子１３、
内極２と外極３、誘導手段１１、及び第１図と第２図に
おいてディスク５を含むコネクタ４からなる部分を貫通
する磁界を生じさせる。第３図と第４図では磁界路は延
出部６と７を含むがコネクタ４のディスク５は含まない
。励磁回転子位置づけ手段８の第１シャフトと、誘導回
転子位置づけ手段１２の第２シャフトとの間に相対トル
ク差がある場合、誘導手段ｌｌは極２と３の回転速度よ
りも速いが、あるいは遅い速度で回転する。磁界集中部
材９によって生した磁界は誘導手段１１の電流を誘導す
る。磁界集中部材９に関連する磁界が誘導手段１１内で
誘導された電流に関連する磁界と反応して位置づけ手段
８と１２の第１と第２のシャフト間でトルク伝達を行な
う。伝達されるトルクは、磁界巻線１５の電流の大きさ
、並びに回転子１とＩＯとの間の滑りによって変化する
。

巻線１５は、第１図と第２図の固定子１３に装着されか
つ交流を直流に変換する適切な回路を有する交流巻線（
図示せず）によって供電される。

上記のような回路の使用は、極２と３か作動の開始時の
電流の流れを開始するのに十分な残留磁気を有している
ことを必要とする。

第１図と第２図に図示の励磁回転子１の磁界集中部材９
は、各集中部材９の外面と誘導手段１１の円筒面との間
の不均一な長さのエアギャップをもって形状づけられて
いる。磁界集中部材９の形状は例えば均一な長さのエア
ギャップを有する正弦波形状あるいは半正弦波形状でも
よいが、これらの形状は導電性シリンタ型の誘導手段１
１よりはリスかご型誘導手段１１として使用する方がよ
り適切である。なぜなら導電性シリンダに電流の集中が
生じ、それによって余分な熱か発生する可能性かあるか
らである。磁界集中部材９の形状と数は導電性シリンタ
型の誘導シリンダ１１に電流の不要な集中の発生を避け
るように選択する。磁界集中部材９の構造の完全性を向
上させかつ各磁界集中部材全体にわたってより均一な磁
束密度を提供するように磁界集中部材９をコネクタ４に
近い端部て厚さを増大してもよい。

磁界集中部材９は、励磁回転子１の内極２と外極３のい
ずれか一方または両方に含めることができる。磁界集中
部材９を内極２と外極３の両方で使用する場合、磁界集
中部材９を同じ半径方向に沿う一対のものとすべきであ
る。外極３が磁界集中部材９を含む場合、本装置の使用
条件が付近の電子機械の作動に干渉する周波数でのエネ
ルギー放射を最低にすることであるなら、磁界集中部材
９を不均一なエアギャップを有するシリンダ内に作るこ
とが好ましい。

第３図と第４図の実施例において、コネクタ４の延出部
６と７は、これら延出部６，７と固定子ディスクとの間
のエアギャップの磁束密度がこれらエアギャップの周辺
全体にわたって均一であるように十分な長さでなければ
ならない。これらエアギャップの不均一な磁束密度は渦
流を固定子１３内へ誘導する。これらの電流は装置の性
能を劣化させる摩擦状のトルクを生じさせ、またエアギ
ャップに近い金属の温度を過度に上昇させる。

本装置の作動により励磁回転子ｌの内側及び外側部分に
正及び負に帯電される領域を生じる。なぜなら磁界巻線
１５と関連する磁界が回転しないからである。普通の回
転速度での使用ではこれらの電荷による電界は無視でき
る。

導電性シリンダが誘導手段１１に含まれている場合は、
内極２と外極３の間のエアギャップの有効長を最小にす
るために、このシリンダか比較的短い半径方向の厚さを
持つようにすべきである。

積層スチールコアに装着したリスかご状巻線の使用、ま
たは導電性と高い透磁性の両方を持つ材料からなるシリ
ンダ１１の使用はエアギャップの有効長の減少をもたら
す。

第１図、第２図、第３図、及び第４図の実施例の磁界励
磁手段は、磁界巻線１５と、固定子１３を含む磁気回路
と、固定子位置づけ手段１４を含んでいる。磁気回路手
段は、透磁性極２と３、延出部６と７、及び誘導手段１
１の半径方向の厚さを含む閉鎖磁界路を完成する。この
閉鎖磁界は磁・　界在線１５で形成される円形を通過す
る経路を通る。

第１図と第２図において、磁気回路は固定子１３及び透
磁性励磁回転子ディスク５を含んでいる。固定子１３は
誘導手段１１と外極３との間のエアギャップ内へ延びて
、閉鎖磁界路に第３のエアギャップを持たせる。

第３図と第４図において、磁気回路は、固定子１３と細
長い透磁性延出部６．７とを含んでいる。励磁回転子デ
ィスク５は低透磁性材料で作られたものでなければなら
ない。固定子１３と延出部６，７との間のエアギャップ
は総数４つのエアギャップを閉鎖磁界路に生じさせるこ
ととなる。

励磁回転子位置づけ手段８、誘導回転子位置づけ手段１
２、及び固定子位置づけ手段１４は、スリーブ、ボール
、ローラ、あるいは当該技術で周知のその他の形状でよ
い。周知のごとく、これら位置づけ手段８，１２．１４
は、励磁回転子手段１、誘導回転子手段１０、及び固定
子１３の相対回転位置を維持する目的を達成するために
、各位置づけ手段が数種の形状をしていてよい。そのよ
うな形状は、励磁回転子手段１．誘導回転子手段１０、
及び固定子１３の総て、あるいはそれらのいずれかに取
付けられたあるいはそれらに一体に形成されたシャフト
とジャーナルを含む。トルクは励磁回転子１あるいは誘
導回転子１０のどの部分にも、またどの部分からも伝達
される。例えばベルトプーリを両回転子の第１と第２シ
ャフトのいずれか一方または両方に取付けてもよいしあ
るいは回転子位置づけ手段８，１２と一体に形成しても
よい。

磁界巻線１５を、導電体１６が回転子１３を含む透磁性
部品から少なくとも短い距離だけ離れるように、固定子
１３に取付ける。

固定子位置づけ手段１４は、少なくとも内極２と外極３
の間に延びる部分が非磁性材からなるように形成すべき
てあり、あるいは最も近い面が比較的長いエアギャップ
によって内極２または外極３から離されるように構成す
べきである。

取伺手段１７は、磁界巻線１５、固定子１３、及び固定
子位置づけ手段１４を、図示していない基準構造体に取
付ける。取付手段１７は固定子１３の全長を貫通するボ
ルトとすることもてきる。

第１図と第２図の形状では、ボルト１７を非常に高い電
気抵抗を持つ材料て作るのか好ましい。ボルト１７か導
電性である場合、固定子を通過する時間変化磁界によっ
てボルトの長さに沿って誘導される電圧からの望ましく
ない電流の流れを防ぐために、これらボルトを導電性部
品から絶縁すべきである。望ましくない電流の流れを最
小にするためには、ボルト１７の数を磁界集中部材９の
数と同しにすべきであり、またボルト１７を固定子１３
の端部周辺の周りで均一に離間すべきである。各絶縁ボ
ルト１７を、その一端で、例えば、基準構造体にアース
する。回し考慮を、取付手段１７としてのクランプやそ
の他の装置の使用のときにも適用する。

」二記及び図面に図示した実施例は本発明の例を示すも
のて、本発明はこれらに限定して解釈されるものてはな
い。請求している発明の範囲から逸脱することなく多数
の置換が可能である。これらの変更や改良の成るものは
特許性かあるかもしれないが、それらは依然として本発
明の特許請求の範囲に属する。

本発明の好適な実施態様を以下に示す。

（１）前記磁気回路手段が、前記中空円筒状固定子と前
記環状励磁回転子ディスク部材を含み、前記励磁回転子
ディスク部材か透磁性材料を含み、前記円筒状固定子が
、前記内極部材と前記固定子の内側円筒面の間及び前記
外極部材の前記内面と前記固定子の外側円筒面の間にエ
アギャップを形成するように前記固定子位置づけ手段に
より位置づけられている請求項第（１）項記載の構造体
。

（２）前記磁気回路手段か前記極接続手段の前記延出部
を含み、前記環状励磁回転子ディスク部材が比較的低い
透磁性を有し、前記円筒状延出部が前記両極部材とは反
対方向に前記励磁回転子ディスク部材から軸方向に成る
距離延び、前記中空円筒状固定子が、前記内側延出部の
外側円筒面と前記円筒状固定子の内側円筒面との間及び
前記外側延出部の内側円筒面と前記円筒状固定子の外側
円筒面との間にエアギャップを形成するように前記固定
子位置づけ手段により位置づけられている請求項第（１
）項記載の構造体。

（３）前記誘導手段かさらに中空導電性シリンダを含む
請求項第（１）項記載の構造体。

（４）前記誘導手段がさらに比較的高い透磁性の中空導
電性シリンダを含む請求項第（１）項記載の構造体。

（５）前記誘導手段が、比較的高い電気抵抗を有する材
料て分離された相で積層されたシートスチールを含む中
空円筒状コアに装着されたかご状巻線をさらに含む請求
項第（１）項記載の構造体。

（６）前記誘導手段が、比較的高い電気抵抗を有する材
料で分離された相で積層されたシートスチールを含む中
空円筒状コアに装着されたかご状巻線をさらに含み、前
記積層か円柱座標の半径−角度方向て限定される平面に
おいて平坦である請求項第（１）項記載の構造体。

（７）前記磁界集中部材が、前記エアギャップの１つの
ための不均一面を形成する請求項第（１）項記載の構造
体。

（８）前記磁界集中部材が正弦曲線形状である請求項第
（１）項記載の構造体。

（９）前記磁界集中部材が半正弦曲線形状である請求項
第（１）項記載の構造体。

（１０）前記励磁回転子位置づけ手段、前記誘導回転子
位置づけ手段、及び前記固定子位置づけ手段の１つか第
３シャフトを含む請求項第（１）項記載の構造体。

【図面の簡単な説明】

第１図は、積層磁界励磁固定子を用いた本発明の実施例
の一部断面分解斜視−１第２図は、第１図の装置を組立
てた状態の一部断面斜視図、第３図は、非鉄励磁回転子
ディスク及び非積層磁界励磁固定子を用いた本発明の実
施例の一部断面分解斜視図、第４図は、第３図の装置を
組立てた状態の一部断面斜視図である。 ｌ・・・励磁回転子手段、２・・・内極部材、３・・・
外極部材、４・・・極接続手段（コネクタ）、５・・・
励磁回転子ディスク、６，７・・・延出部、８・・・励
磁回転子位置づけ手段、９・・・磁界集中部材、１０・
・・誘導回転子手段、１１・・・誘導手段（中空シリン
ダ）、１２・・・誘導回転子位置づけ手段、１３・・・
固定子、１４・・・固定子位置づけ手段、１５・・・磁
界巻線、１６・・・導電体、１７・・・取付手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）励磁回転子手段と、誘導回転子手段と、磁界励磁
   手段を含む電極トルク伝達構造体であって、前記励磁回
   転子手段が、少なくとも１つの外面を有する透磁性円筒
   状内極部材と、少なくとも１つの内面を有する透磁性円
   筒状外極部材と、同心円状に取付けられた環状励磁回転
   子ディスク及び一側に前記両極部材を取付ける透磁性円
   筒状延出部を含む極接続手段と、第１シャフトを含み同
   心円状に取付けられた励磁回転子位置づけ手段とを含み
   、 前記誘導回転子手段が、内側と外側の円筒面を有する中
   空円筒状誘導手段と、前記誘導手段の一端に同心円状に
   取付けられた環状誘導回転子ディスク部材と、第２シャ
   フトを含み同心円状に取付けられた誘導回転子位置づけ
   手段とを含み、前記磁界励磁手段が、磁界巻線と、一端
   に前記磁界巻線が取付けられた、内側と外側の円筒面を
   有する中空円筒状固定子を含む励磁磁気回路手段と、固
   定子位置づけ手段とを含み、 前記円筒状極部材の少なくとも１つが、少なくとも１つ
   の磁界集中部材を含み、 前記励磁回転子手段と前記誘導回転子手段が、前記励磁
   回転子位置づけ手段、前記誘導回転子位置づけ手段及び
   前記固定子位置づけ手段によって前記中空円筒状固定子
   に対して別個に、回転自在にかつ同心円状に位置されて
   、前記内極部材の各外面と前記誘導手段の内側円筒面と
   の間に少なくとも１つのエアギャップを形成し、かつ前
   記外極部材の各内面と前記誘導手段の外側円筒面との間
   に少なくとも１つのエアギャップを形成していることと
   、 前記極接続手段及び前記誘導回転子ディスク部材が前記
   エアギャップの対向端部にあることと、前記磁気回路が
   、前記両極部材、前記誘導手段及び前記円筒状固定子を
   含む磁界路を完成することと、 前記磁界巻線が、前記極接続手段の前記ディスク部材に
   隣接する、前記円筒状固定子の端部に装着されているこ
   と、 を特徴とする電磁トルク伝達構造体。