JPH0270253A - 電気多極機 - 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】 （技術分野） 本発明は電磁タイプの電気多極機（ｅｌｅｃｔｒｉｃｍ
ｕｌｔｉｐｏｌａｒ　ｍａｃｈｉｎｅ）に関連し、これ
は磁気的にソフトな第１要素を持つ第１機械部分と、磁
気的にソフトな第２要素を持ち、少なくとも３つの歯（
ｔｅｅｔｈ）と複数の有効コイル（ａｃｔｉｖｅ　ｃｏ
ｉｌｓ）を備える第１機械部分に対して同軸的に配設さ
れた第２機械部分と、円形通路に配設されかつ空隙の向
う側で南面（ｔｏｏｔｈ　ｆａｃｅｓ）と結合（ｍａｔ
ｅ）する磁極面（ｐｏｌｅ　ｆ″ａｃｅｓ）で終わる永
久磁石、および機械シャフトであって、その周りに上述
の機械部分がお互いに回転可能であるものを具えている
。

（背景技術） そのような機械はドイツ国特許明細書第２８３５２１０
号による小型無集電子直流モーター（ｓｍａｌｌｃｏｌ
ｌｅｃｔｏｒｌｅｓｓ　ｄ、ｃ、　ｍｏｔｏｒ）の形で
既知であり１これは参考のためにここに記載する。既知
の電気モーターは回転子を有し、それはベル形の外部要
素（ｏｕｔｅｒ　ｅｌｅｍｅｎｔ）と外部要素の内側の
反対側に結合された４極すング磁石とを備えている。既
知のモーターの固定子は４つの半径方向に向けられたＴ
形固定子の歯を持つ積層されたシート板を示しており、
各々は円筒形空隙の向う側でリング磁石と結合している
湾曲した歯面を備えている。群で直列に接続された有効
フィルは固定子の歯の周りに巻かれ、電流はコイルを通
して１方向のみに通過している。回転子の不感位置（ｄ
ｅａｄ　ｐｏｓｉｔｉｏｎ）を防ぐために回転子のスタ
ートに好ましい位置を与えるリラクタンス結合（ｒｅｌ
ｕｃｔａｎｃｅ　ｃｏｕｐｌｅ）を発生する機能が存在
している。

既知のモーターの欠点はそれが限られた特定パワーのみ
を供給できるレイアウトを有していることである。

（発明の開示） 本発明の目的は、所与の速度と所与の寸法に対して、現
状の技術による機械で可能であるよりも大きい機械的パ
ワーのモーター、あるいは大きい電気的パワーの発電機
が供給できるようなレイアウトを持つ電気機械（ｅｌｅ
ｃｔｒｉｃ　ｍａｃｈｉｎｅ）を生成することである。

そのために、本発明による機械は第１機械部分の第１要
素が歯のある２つの平行な磁気的にソフトな円板形の板
（ｄｉｓｃ−ｓｈａｐｅｄ　ｐｌａｔｅ）を有し、それ
はおのおの板の周辺にわたって一様に分布された上記の
歯面を備え、磁石が第２機械部分の歯の」二に配置され
かつ２つの円板形の板の間に位置しており、磁極面は少
なくとも３つの群をもってお互いに空間的に分離された
群で配設されており、各々は少なくとも２つの磁石が区
別可能であり、一方、磁石の群の数は有効コイルの数に
等しく、かつ上述の群の各々の隣接磁極面は反対極性を
有し、かつ歯面近くの仮定の円弧に沿って測定された２
つの連続歯面の中心対中心の距離が上述の群の各々の２
つの隣接する磁極面間の同じ円弧に沿って測定された中
心対中心の距離に少なくとも実効的に２倍であり、一方
、歯面の接線方向寸法が磁極面の対応する寸法より小さ
いかあるいはそれに等しいことを特徴としている。

本発明による機械の設計と動作を明確にするために、以
下に式が示されており、ここで永久磁石励磁を持つ直流
モーターの機械的パワーは最も基本的なパラメータで表
現されている。電気機械的結合のリラクタンス寄与はこ
こでは無視されている。関連する式は、 Ｐ＝２・Ｃ−ｋｃ・（ｃｒ／ｒｏ）ｅｒｆ（１−ｅｒｒ
）・Ｔ）ｐｔ−Ｎ”（Ａ・φ１／ｓ）である。

Ｐは上述の機械的パワーであり、これは電気モーターに
より供給されたものである。この文脈中でしばしば使用
された項は電気機械的パワーである。と言うのは電気形
式のパワーから機械形式のパワーへの変換が起こってい
るからである。

Ｃは１より低い値を有するファクターである。

ファクターＣは電流が有効コイルを通過する時間の間に
有効コイル中の回転電圧の一定性が少ないなら小さ（、
そして有効コイルを通る電流のスイッチオン・オフの時
間が最も所望の時間から偏るなら大きい。この文脈中で
、有効コイルと言う項は電気的パワーから機械的パワー
への変換のために回転電圧が発生されているコイルを意
味するものと理解されていることを指摘している。発電
機の場合には、有効コイルはもちろん機械的パワーから
電気的パワーに変換するために使用されている。

ｋｃは整流ファクター（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ　ｆａ
ｃｔｏｒ）である。もし電流が有効コイルを２方向に通
過するならばｋｃの値は１である。もし電流が有効コイ
ルを１方向にのみ通過するならば、ｋｃは値０．５を有
する。

ｃｒハ有効コイルのスペースファクター　−ａに銅スペ
ースファクターである。

ｒｏは有効コイルの材料、一般に銅の比抵抗である。

ｅｆＴは電気モーターの電気的パワーである。この値は
一般に０．８程度である。

Ｎは回転の基準速度である。有効コイル中に発生された
回転電圧（Ｅ）は接続された電源の電圧（ｔＪ）に等し
い時の速度を意味するものと理解されている。

Ａは歯に交差する断面の部分の面積であり、モーターシ
ャフトに直角に向けられており、かっこれは有効コイル
によって取り上げられたものである。コイルが相互接続
される方法はここでは重要でない。

φは各有効コイルによって含まれ得る最大値である励磁
要素（ｅｘｃｉｔｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔ）により供給
された磁束の部分である。ここで有効コイルを通る電流
に関連する上述の部分は電気機械的結合を形成し、かつ
有効コイルに回転電圧を発生する。もしこの文脈におい
て漂遊磁束が述べられるなら、それは有効コイルによっ
て含まれ得ない励磁要素により供給された磁束の部分を
意味している。

ｐｐは他の機械部分に対して１つの機械部分の回転当た
りの有効コイルにより含まれた上述の磁束の部分の交互
に行き来する運動を完了する数である。

Ｓは短絡の平均巻線長（ａｖｅｒａｇｅ　ｗｉｎｄｉｎ
ｇｌｅｎｇｔｈ　ｆｏｒ　５ｈｏｒｔ）と呼ばれる有効
コイルの巻線の平均長である。

与えられた式には４つの重要なパラメーターが存在する
。すなわち、ファクターｐｐ、断面積Ａ１平均巻線長ｓ
１そして磁束φであり、ｐｐとφは二乗の形をしている
。

本発明による電気機械は、上記の式中の項ｐｐ”・Ａ・
φ２／ｓ　が相対的に大きくなり得るようなレイアウト
に対するものである。と言うのは、関連するパラメータ
ーがお互いに対して好ましく選択され得るからである。

その理由で、本発明による機械は高い特定パワーを供給
できる。

本発明による電気機械において永久磁石と有効コイルの
双方は機械の同じ部分、好ましくは固定子に位置してい
る。永久磁石と有効コイルの双方を含む固定子において
、電気機械の回転部分（回転子）の平衡外れ（ｏｕｔ−
ｏｆ−ｂａｌａｎｃｅ）の生起は逆にされ、これは追加
ではあるが重要ではない利点として見なすことができる
。歯のある磁気的にソフトな円板形の板は例えばシート
鋼の打ち抜き（ｐｕｎｃｈｉｎｇ−ｏｕｔ）のような機
械的操作を用いて正確に製造でき、従って回転部分とし
て平衡外れ力から何らの悪影響も殆ど蒙らない。電気機
械の固定部分を形成する有効コイルは電子的整流に関し
て利点を有していることがまた指摘されている。と言う
のは、その場合、滑り接触（ｓｌｉｄｉｎｇ　ｃｏｎｔ
ａｃｔ）が必要でないからである。

本発明による電気機械は例えば電気かみそりのような小
型モーターとして使用するのに特に適している。モータ
ー設計としての電気機械は例えば扇風機や台所機械の駆
動に特に適しており、一方、音声およびビデオ装置の適
用もまた可能である。

本発明による電気機械の追加の利点は、機械シャフトの
ベアリングが軸方向に向けられた力から殆どあるいは全
く影響を受けないことである。

欧州特許出願第０．２３０．６０５号はフィルが収めら
れている一定ピッチで備えられた多数のスロットを有す
る積層円筒形固定子本体を備える多相ステッピングモー
ターを開示しており、これは参考のためにここに記載す
る。固定子に搭載されている本体は磁極を有する薄い磁
性リングであり、この磁極は何らの介在無しにお互いの
すぐ近くに配設されている。既知のステッピングモータ
ーは磁極と磁気相互作用をする歯面を持つソフトな磁性
の歯を有する回転子本体をさらに備えている。

米国特許明細古筆４．５６３．６０２号は外側に半径方
向に向かった歯を備える円筒形回転子と、内側に半径方
向に向かった歯を備える固定子とを有するステッピング
モーターを開示しており、これは参考のためにここに記
載する。前述の歯において、関連する歯の各々が北極あ
るいは南極を備える・ような態様で永久磁石が収められ
ている。上記の米国特許明細書はさらにインダクタとし
て作用する固定子とＥ形電機子を有する線形３相同期モ
ーターを示している。固定子は磁性ならびに非磁性のス
トリップ型の部分からなり、これらはお互いに交互にす
ぐ近くに置かれ、かつ電機子の運動方向に垂直なそれら
の長手方向に配向されている。電機子は各々が位相巻線
を備えているお互いに裏面に配設された３つのリムを備
えている（上記のストリップ形部分の長手方向に沿って
見て）。各リムはさらに電機子に対面するその端部で多
数の磁極ペアーの永久磁気ストリップを備えている。

有利な実施例では、第１機械部分の円板形の板の歯面が
半径方向および接線方向に延在し、かつ第２機械部分の
歯が第１機械部分の円板形の板に対面する２つの側面で
少なくとも３つの群の磁石を備え、かつ磁石が軸方向に
磁化されていることを特徴としている。

軸方向に他のものの上に位置している磁石は同じ方向あ
るいは反対方向にペアーで磁化することができる。前者
の場合、円板形の板は１つの板の歯面が他の板の歯面の
間の空間で反対であるようにお互いに対しである角度だ
け回転されている。

第２の場合には、上述の２つの板の歯面はお互いに反対
側にある。

頑丈な小型の電気機械は、第１機械部分の円板形の板が
おのおの８つの歯面を有し、かつ第２機械部分が３つの
歯を有し、各々が１つの円板形の板に対面する４つの磁
極面と他の円板形の板に対面する４つの磁極面とを有す
ることを特徴とする実施例によって達成することができ
る。この数の磁極と歯面によって、磁極面の数に関する
漂遊磁束の効果は最小に制限され、従って回転子の回転
当たりの磁束方向の変化の数と最大磁束変化との算術積
は相対的に大きい。

図面を参照し、実例によって本発明の詳細な説明する。

（実施例） 第１図から第４図による電気機械は回転子１と固定子３
を持つ電子的に整流可能な小型直流モーターである。回
転子１はモーターシャフト５の上に固定され、モーター
シャフト５はベアリング７により固定子３に対して回転
できるようにマウントされている。回転子は磁気的にソ
フトな第１要素を有し、それは磁気的にソフトな２つの
平行な円板形の板９と１１を有する外部要素である。板
９と１１の各々は板の周辺にわたって一様に分布されて
いる８つの歯面１３Ａから１３Ｈと１５Ａから１５Ｈを
それぞれ備えている。歯面１３Ａから１３１１と１５Ａ
から１５１１はお互いに対面している円板形の板９と１
１の側面にある。お互いに同一である２つの板９と１１
はお互いに対して角度しとて２２．５°だけ回転され、
これは１つの板の歯面を他の板の連続歯面間の空間に反
対向きに位置決めさせている。板９と１１は例えばシー
ト鋼あるいはフェロックスキューブ（４ｅｒｒｏｘ　ｃ
ｕｂｅ）のようなフェライトである磁気的にソフトな材
料からなっている。

固定子３は磁気的にソフトな第２要素を有し、これは３
つの歯１７．１８．１９を有する内部要素であり、かつ
例えばシート鋼あるいはフェロックスキューブのような
磁気的にソフトな材料の多数の積層体２１からなってい
る。有効コイル２３．２４．２５は歯１７゜１８．１９
の各々の周りに配置されている。歯１７．１８゜１９は
板９と１１との間にあり、かつ各々は板９と１１に対面
する側で２つの北磁極面Ｎと２つの南磁極面Ｓを備えて
いる。示された実施例では、磁石の空間的に分離された
３つの群は共通の歯１７．１８゜１９のいずれかの側で
この目的に対して区別できる。

歯１７．１８と円板形の板９との間の磁石と、歯面１３
Ａから１３１１に対面する磁極面は記号３１Ａ１−Ａ４
．３１Ｂｌ−Ｂ４および３１　Ｃ１−Ｃ４によって表示
されている。南１７．１ｇ。

！９と円板形の板１１との間の磁石と、歯面１５Ａから
１５１１に対面している磁極面は記号３３＾１−Ａ４．
３３Ｂｌ−Ｂ４および３３Ｃ１−Ｃ４に゛よって図面に
表示されている。

第２図から分かるように、お互いの上に置かれた２つの
磁石の磁化方向は同じである。

円形通路に配設された永久磁石３１Ａ１−Ａ４．３１Ｂ
１−Ｂ４および３１Ｃ１−Ｃ４は空隙３５の向う側で磁
気的にソフトな板９を持つ歯面１３Ａから１３Ｈに収め
られ、方、磁石３３Ａ１−Ａ４．３３Ｂ１−８４および
３３Ｃ１−Ｃ４は空隙３７の向う側で板１１を持つ歯面
１５Ａから１５Ｈに収められている。第１図に示された
状態では板９の歯面１３Ａおよび１３Ｂと、板１１の歯
面１５Ａおよび１５Ｂが北磁極面３１Ａ１および３１Ａ
３と、北磁極面３３＾２および３３Ａ４それぞれに反対
であるようなやり方ですべてが寸法を決められている。

同様な状態で他の歯面は南磁極面にまったく反対である
。従って、磁石３１Ａ１および３１Ａ３と磁石３３Ａ２
および３３Ａ４から発生する磁束は磁石３１Ｂ２．３１
Ｂ４．３１Ｃ２および３１Ｃ４と、磁石３３Ｂ１゜３３
Ｂ３．３３ＣＩおよび３３Ｃ３それぞれに磁気的にソフ
トな板９と１１を介して流れ、磁束は磁気的にソフトな
内部要素を介して板９と１１に戻り、かつ有効コイル２
３によって含まれている。そのような磁気的な力は回転
子１に及ぼされ、それは回転運動になる。固定子３に対
する回転子１の完全な回転の間に、磁束はコイル２３を
通して８回一方向に流れ、そして８回他方向に流れる。

モーターの特殊なレイアウトを通して、交互する磁束は
また他の２つのコイル２４と２５を通して流れ、磁束は
３つの連続する歯１７．１８．１９によりお互いに対し
て位相として１２（ＨＪ気角だけシフトされる。

第３図は円板形の板９と１１の周辺円にわたっ°Ｃ測定
された歯面ピッチ（これは２つの連続する歯面の中心対
中心の距離を意味している）を文字ＴＤにより表示して
いる。この実施例の歯面ピッチは磁石の群の各々で２つ
の隣接する磁極面の中心対中心の距離（同じ円にわたっ
て測定された）の２倍である。後者の中心対中心の距離
あるいは磁極面ピッチは文字ＰＤによって第４図に表示
されている。

円板形の板９と１１の半径方向および接線方向に延在す
る歯面は、それらが磁極面で発出する磁束のできるだけ
大きな部分と交差でき、従って励磁磁石を供給できる磁
束のできるだけ大きな部分が有効コイルによって含まれ
得るような寸法である。

有効コイル２３．２４．２５は星形接続あるいはデルタ
接続でお互いに接続することができる。もちろん有効コ
イルはまた別々にも励磁できる。

たとえ示された実施例がパワーの観点から有利であって
も、少なくとも磁石の群の数、磁極面の数および歯面の
数に関して、他の有利な実施例はもちろん本発明の範囲
内で可能である。

（要約） 電気多極機であって、該機械は、磁気的にソフトな外部
要素を持つ第１機械部分（１）、磁気的にソフトな内部
要素を持ち、少なくとも３つの歯（１７−１９）と有効
コイル（２３，２４，２５）を備える第１機械部分に対
して同軸的に配設された第２機械部分（３）、円形通路
に配設されかつ空隙（３５，３７）の向う側で歯面（１
５Ａ−１１）と結合する磁極面（３１Ａ１−Ａ４）で終
わる永久磁石、および機械シャフト（５）であって、そ
の周りに上述の機械部分が他の機械部分に対して回転可
能であるものを具えている。第１機械部分の外部要素は
少なくとも歯のある１つの磁気的にソフトな円板形の板
（９，１１）を有し、それは板の周辺にわたって一様に
分布された歯面を備えている。磁石が第２機械部分の歯
の」二に配置され、磁極面は存在する磁石の少なくとも
３つの群を持ち、かつ反対極性を有する上述の群の各々
で隣接磁極面を持つ群に配設されている。歯面を通過す
る円にわたって測定された歯面のピンチは同じ円にわた
って測定された上述の群の各々の磁極面のピッチの約２
倍である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による電気機械の一実施例の軸方向断面
図であり、 第２図は第１図の断面ＩＩ−ＩＩの図であり、第３図は
第１図の電気機械の回転子の軸方向断面図であり、 第４図は第１図の電気機械の固定子の軸方向断面図であ
る。 ｌ　・・・回転子あるいは第１機械部分３　・・固定子
あるいは第２機械部分 ５　・・・モーターシャフト ７・・・ベアリング ９．１１・・・円板形の板 １３八〜１３８．１５Ａ〜１５Ｈ・・・歯面＋７．１８
．１９・・・歯　　　　２１・・・積層体２３、２４．
２５・・・有効コイル ３１＾１−Ａ４．３１ＢＩ−Ｂ４．３１Ｃ１−Ｃ４・・
・磁極面３３Ａｌ−Ａ４．３３Ｂ１−Ｂ４．３３Ｃ１−
Ｃ４・・・磁極面３５、３７・・・空隙 Ｃマ） 手 続 争甫 正 書 平成元年 ８月１１日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電磁タイプの電気多極機であって、 −磁気的にソフトな第１要素を持つ第１機 械部分、 −磁気的にソフトな第２要素を持ち、少な くとも３つの歯と複数の有効コイルを備 える第１機械部分に対して同軸的に配設 された第２機械部分、 −円形通路に配設されかつ空隙の向う側で 歯面と結合する磁極面で終わる永久磁石、 および −機械シャフトであって、その周りに上述 の機械部分がお互いに回転可能であるも の、 を具える電気機械において、 第１機械部分の第１要素が歯のある２つの 平行な磁気的にソフトな円板形の板を有し、それはおの
   おの板の周辺にわたって一様に分布された上記の歯面を
   備え、磁石が第２機械部分の歯の上に配置されかつ２つ
   の円板形の板の間に位置しており、磁極面は存在する少
   なくとも２つの磁石の各々で少なくとも３つの群をもっ
   てお互いに空間的に分離された群で配設されており、一
   方、磁石の群の数は有効コイルの数に等しく、かつ上述
   の群の各々の隣接磁極面は反対極性を有し、かつ歯面近
   くに位置している円弧に沿って測定された２つの連続歯
   面の中心対中心の距離が上述の群の各々の２つの隣接す
   る磁極面間の同じ円弧に沿って測定された中心対中心の
   距離の少なくともほぼ２倍であり、一方、歯面の接線方
   向寸法が磁極面の対応する寸法より小さいかあるいはそ
   れに等しいこと、 を特徴とする電気機械。 ２、第１機械部分の円板形の板の歯面が半径方向および
   接線方向に延在し、かつ第２機械部分の歯が第１機械部
   分の円板形の板に対面する２つの側面で少なくとも３つ
   の群の磁石を備え、かつ磁石が軸方向に磁化されている
   こと、 を特徴とする請求項１に記載の電気機械。 ３、第１機械部分の円板形の板がおのおの８つの歯面を
   有し、かつ第２機械部分が３つの歯を有し、各々が１つ
   の円板形の板に対面する４つの磁極面と他の円板形の板
   に対面する４つの磁極面とを有すること、 を特徴とする請求項２に記載の電気機械。 ４、第１機械部分が回転子として設計され、第２機械部
   分が固定子として設計されていることを特徴とする請求
   項１もしくは２もしくは３に記載の電気機械。 ５、機械が電子的に整流可能な直流モーターであること
   を特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の電
   気機械。