JPH03500358A - モータまたはオルタネータ - 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】 モータまたにオルタネータ 分野 本発明は複数の永久磁極と複数の巻線磁極との間で相対的回転が生じるタイプの 永久磁石回転形ダイナモ回転装置に関する。巻線電極は電流搬送用導線に関連し て込ルトいう意味で巻かれたものでおる。「永久磁極」に一般にはセラミックス エライトまたは希土類磁石から形成された高強度の永久磁石によって形成される が、これらは導線が附勢され、超電導状態が維持される閣、磁１ｆＭが永久状態 となる場合、−回巻きまたに多数回巻きの閉ループの超導電体によっても形成で きる。「永久磁石回転形ダイナモミ気鋭１」なる用語は、直流または交流のモー タおよび発電機の双方金倉むので、オルタネータと同じように直流発電機も含む 。

従来技術 電動モータおよび発電機／オルタネータは中心ロータがスチール製積層体または 軟質の鉄芯に巻かれた巻線によシ形底された複数の巻線ｉ＆を肩するよう、同軸 の円筒形状にこれまで製造されてき友。ステータはロータを囲む円筒形のケーシ ングでオシ、ロータとステータとの間の円筒形ギャップに一般にα２５ｔｘｘよ り４狭くなるような正確な構造体を必振とする。ステータも複数の巻線磁極を有 し、これら巻ＷＡ磁極はスチール製ケーシング内の積層体内に設けられた巻線に よって形灰逼れる。かかるけい素鋼の積層体Ｆ′ｉ（空気に対する）透磁率が２ ，０００となるような高い値を一般に有する。材料の透磁率はこれまで空気の透 磁率の何倍となるかを示す数値によって表示されている。

同期式汎用モータの場合、ロータへの接続Ｆｉ摩耗し易い整流子とブラシまたは スリップリングとブラシによって行なわれている。これらの従来の電動モータお よび程度は小さいがオルタネータはロータ、ステータまタハ多くの場合その双方 のめずれかに設けられた巻線磁極に鉄を使用していることによシ住じる問題に悩 まされている。

鉄は周波数を制限する。一般に直流の電動モータは５００Ｈｚ　以下の周波数に 制限される。この理由は鉄から誘導渦電流による損失が生じるからである。例え ば電気掃除機で使用されている小型の高速電動モータは３へ０００ＲＰＭ　（す なわち５００　Ｈｚ　）まで作動できるが、−回につき約１時間の操作に制限さ れている。これはステータおよびロータの双方の巻線磁極に関連する鉄製積層体 に、渦電流による過熱の問題が生じるからである。鉄製積層体に課嘔れる周波数 制限内でこのような高速を得るため２つのブラシしか使用していない。ブラシの 数が増加すれば、損失が大きくなるだけでなく、モータを制御するために使用さ れている回路もより複雑となる。

外側ステータに設けられた永久磁石と、内部ロータの鉄製積層体に巷かれた巻線 磁極との間の空気ギャップが狭くなるよう、一般的に従来の構造技術を使用した 同様な同軸状の円筒形の永久磁石回転形ダイナモミ気装置全製造しようとする試 みがこれまで為されている。次の米国特許は次の永久磁石の例を示す。

１．９５ａ０４３　バイン７　（Ｈｅｉｎｔｚ、）　１９５４２．１０４７０７ 　ローリングＸ　（Ｒａｗｌｉｎｇｓ、）　１９３８３．２９６，４７１　：ｌ 　チャー　ト（Ｃｏｃｈａｒｄｔ、）　１９６７３．５５１，６７０　ｏ−ドア 　（Ｌｏｕｄｏｎ、）　１９７０！ｚ５６４，５０６オツト　（Ｏｌｔ、）　１ ９７１４８１ａ５１３６　ハークネス　外　（Ｈａｒｋｎｅｓｓ　ｅｔ　ａｌ、 ）　１９７４４．３（１８４３アルノ　外　（Ａｒｎｏｔｔｘ　ｅｔ　ａｌ、） 　１９８ｊ４．４１７．ｔ６７　イシイ　外　（Ｉｓｈｉｉ　ｅｔ　ａｌ、）１ ９８！ｉ４．４７１，２５２つｚスト　（Ｗｅｓｔ、）１？８ｎ４．６５６，６ ７１テラダ　（Ｔｅｒａｄａ、）１９８７４４３ａ２０１７７４ゲ＃　（Ｆｅｉ ｇｅｌ、）　１９８７４６５１．０６６グリツター　外　（Ｇｒｉｔｔｅｒ　ｅ ｔ　ａｌ、）　１９８７これら特許のいずれも異なる形状の永久磁石を利用した そ一タ／オルタネータを示す。最も古い特許はマグネットを示し、ローりングズ 特許は自転車用発電機を示し、他の特許は種々のモータ／オルタネータを示し、 そのほとんどの場合、永久磁石はそれらの軸線がロータのシャフトに平行になる よう４Ｃ［列されている。ウェスト特許は従来の積層された鉄製の線が巻かれた ロータと４つの弧状の永久磁石しか有していない永久磁石スタータモータを示し ている。この特許Ｆｉ磁石のコーナ一部のミ化か弱くなるのを防止するよう周辺 ステータのＰｉｌｌに位置する永久磁石のシールドに関するものである。上にリ ストアツブした他の米国特許は４〜１２個の永久磁石を有するモータを示してお シ、これらモータの全ては積層体内のスフットに巻線磁極が巻かれた従来の積層 状の鉄製ロータを有する。

鉄製の積層体は巻線磁極に関連させる必要があるので、これら構造体のいずれも 同じ渦電流の損失の問題を有する。

目的 本発明の目的は、少なくとも大衆に有効な選択の機会を与える改良された永久磁 石回転形ダイナモミ気装置を提供することにある。

発明の説明 本発明は１つの！黴として間に形成されるそれぞれの円筒形ギャップだけ相互に 離間した少なくとも１つのステータと少なくとも１つのロータと、前記ロータま たは前記ステータに設けられ、前記のそれぞれの円筒形ギャップに隣接する複数 の永久磁極とを含み、前記円筒形ギャップに隣接する前記ステータまたは前記ロ ータの他方に、基体上またはその内部に複数の巻１に磁極を有し、前記巻線磁極 は前記それぞれの円筒形ギャップに隣接し、前記基体は基体内の渦電流を最小に するよう小さい相対的透磁率を有する、永久昌石回転形ダイナモ電気装置を提供 する。

ロータ／ステータ対のうちの゛ロータとステータの双方に比較的多数の磁極を設 け、これに対応して隣接する永久磁極の間の磁束路を短かくすることが好ましい 。多くの場合、１りのロータ／ステータ対で充分であるが、本発明は多数のロー タ／ステータ対に適用でき、かかる構造全図示して２つのロータと１りのステー タの例ｋ　示ｆことにする。

巻ｗＡ′ｆｉ！を極は薄くし、基体の表面またにその近くに巻くことが好ましい 。この基体は透磁率の小さい材料、例えば木、グラスファイバー、プラスチック 、プラスチック樹脂またはある場合にはフェライトから製造できる。基体の空気 に対する透磁率は２０より小さいことが好ましい。巻線母種は取シはずし自在な モールドに巻き、プラスチック樹脂が基体全形成するようにプラスチック樹脂に 封入してもよい。巻ｉｌｌ磁極はステータの外側円筒形表面またはその近くに設 け、囲んでいるカップ状のロータの内側表面に永久磁極が形成されるようにする ことが好ましい。

これとは別にステータ内にロータを設けることができる。すなわち配ｆｔを逆に する。この場合、永久磁石はロータの外側に位置し、巻ＷＡａ極はステータの内 側の円筒形表面に位置することになる。

円筒形日程を回転する外側の円筒体の内側表面に設けなければならない場合、軸 線がロータの軸線に平行となるように互いに隣接して取付けられたセラミックま たに希土類磁石のような複数の高強度の棒磁石を使用することが好ましい。これ らのＩＩ磁石をロータの内側に覗付けることによシ、ロータの外＠表面にＳ石Ｋ ｌ付けた場合可能でおるよシもよシ高速の回転速度に耐えることができる。

それにもかかわらず、円筒形ステータ内に位置するロータの外側表面に磁石が設 けられた本発明に係わる電動モータまたは発電機／オルタネータ′ｔｌ−製造す ることは可能である。かかる場合、極性か交互に変わる領域＝、　ＩＪソング有 するように磁化される１つのセラミックリングミ石を使用することが好ましい。

ロータとステータとの間の円筒形ギャップはステータ内に磁束路を形成するため 、ステータ内に鉄を設けなければならない従来の電動子−タまたは従来の発電！ ／オルタネータで使用されているギャップよシも大きくすることが好ましい。

図面 添付図面を参照して例示した次の説ＢＡヲ読めば、全て新規と考えられる本発明 の他の特徴が明らかとなろう。

第１図は、Ｓ磁石を使用した外部ロータ構造体を示す永久出石回転形ダイナモ電 気装置の（取付プレートを外し７’ｃ）駆動状態の端面図、 第１ｂ図は、外側ロータ内に棒伍石七設けたことおよびロータ内におけるステー タの相対位ｆ［−示す（＠付プレートは所定位！にある）、第１図のＡ−Ａ線に 沿った断面内１ 、＠　２　ａ　５ｐは、ワンピースリング磁石から形成された外部ロータを有す る永久磁石回転形ターイナモ電気装置の駆動状態の端面図〔図からはステータの 構造は省略しておる〕、 第２ｂ図は、ロータの構造のみを示す第２ａ図のＢ−Ｂ線に沿った断面図、 第３ａ図は、円筒形磁石を使用した内部ロータ構造金示す永久磁石回転形ダイナ モミ気ｉ＆直の（端部カバーを外した）駆動状態端面図、 第４ａ図は、本発明の代表的永久磁石回転形ダイナモミ気装置の磁束の図、 第４ｂ図は、本発明の代表的永久磁石回転形ダイナモミ気襞筐の電圧のグラフ全 示し、 第５図は、本発明の代表的永久磁石回転形ダイナモミ気装置用の三相巻線構造を 示し、 ｗｃ６図は、直流電源を使用した第１ａ図および第１ｂ図に従って製造された三 相モータを作動するための回路図、 第７図は、直流電源全使用する第１ａ図および第１ｂ図のモータを作動させるブ ロック図、 第８ａ図は、ワンピース式リング磁石を使用したツインロータ永久磁石ダイナモ ミ気装置の（駿付プレート會外した）駆動状態の端面図、 第８ｂ図は、外側円筒形ロータの内側に設けられたリング磁石と、内側のスチー ル製円筒形四−夕と、２つのロータの間に挾持された円筒形ステータの相対的位 置を示す（砲付プレートは所定位置にある）第８ａ図のＤ−Ｄ線に沿った断面図 、 第９ａ図は、第８ａ図および第８ｂ図のツイン式ロータ装置の磁束図、 第９ｂ図は、第８ａ図および８ｂ図のツインロータ装置の電圧のグラフを示す。

本発明のモータ／オルタネータは、第１ａ図に示すようにロータを形成するよう にスチール製の環状体内に設けられた一連の隣接するＩ１１磁石を利用して形成 することが好ましい。このスチール製環状体は、２つの１要な機能を奏する。

ｔ　ロータが高ｒｐｍで作動している時に生じる大きい遠心力に耐えるよう磁石 ′（Ｉ−機械的に支持すること。

２　隣接礎石の間で磁束の復帰路上形成すること。禅昌石は、第２ａ図に示すよ うな円筒形の「リング」磁石と等り、　＜　ｆ換でき、その図面に沿ってＮ極と ８極が交互に並ぶ。

本発明のモータ／オルタネータは、内ａ機素としてのロータと外側機素としての ステータ（第３ａ図および第３ｂ図参照）によっても製造できるが、外側ロータ 構造体はど有利ではない。その理由は、第１ｂ図のスチール製のコツプ状のロー タと比較してセラミックおよび希土類磁石の引張強度は小さいので、第３ｂ図の ロータが維持できる最大ｒｐｍは低ｂ０ Ｐ′３９ＪＡロータ構造は、小型の誘導モータおよびオルタネ−メ′ｔ−製造す るのに使用される電流装置技術に役に立つので低中速分野での用途がある。また 多段ロータ、好ましくは第８ａ図および第８ｂ図に示すよ５なツインロータを使 用して第９ａ図に示すようなツィンロータノ間ニ磁束路を形成することもできる 。

次の実施例では、ステータ上の巻線磁極に容易に電気的な接続ができるようロー タに永久磁石を設けることが最も好ましい。かかる構造は、アイアンレスステー タ形モータ／オルタネータと呼ぶことができる。他の構造も可能である。例えば 、同軸状のアイアンレス直流モータ構造体をカーボンブラシおよび整流子によ多 制御する場合、磁石全固定しくステータ）、巻線および整流子を回転（ロータ） させることになるので、アイアンレスステータとめうよシもむしろアイアンレス ロータトナル。

同軸アイアンレスステータ形厘流モータを電子手段で制御する場合、構造もその ようになる（第１図まｆｃＦ！第３図参照）ので、磁石は回転しくロータ）、巻 線は静止する（ステータ〕ことになる。

次の実施例では、ロータの位置を正確に検出し、三相ステータの巻線へ供給され る直流全スイッチングするトランジスタを！制御するのにスロット付光学スイッ チｔ−使用している（第４．５．６および７図参照）。ロータに、一連の突起を 有し、磁極対および１２０°電気角ごとに１つの突起が設けられ、ステータの巻 線に逐次電流を注入できるようにしている。第６図に示すようにトランジスタに ドライブ信号を供給するように５つの光カプラーは、論理ゲートと共に使用され る。一時期に１つの巻線にしか電流が流れないように非オーバラツプ論理回路が 使用されている。所望であれば二相以上を使用できるが、一般に相ごとに１２０ ６電気角の電流通電を行う三相が効率全最適にする。

実施例１（第１ａ図および纂１　ｂｌｌ）本例には、棒磁石を利用した外部ロー タ構造体を有する同軸モータまたはオルタネータが示されている。このユニット をモータとして使用するかまたはオルタネータとして使用するかは、用途および ステータの巻線から電流を引き出すか否か、またユニットをモータとして作動さ せるようステータの巻線に電流を供給するかによって決まる。

モータ／オルタネータ１０は円筒形状のスリーブ１１を有し、このスリーブは中 心シャフト１３が暇付けられた端面１２を有するカップ状になっていることが好 ましい。このシャフトニ、ステータのハウジング１４ｐ５に取付けられたベアリ ングｊ４，１５内に取付けることが好ましい。シャフトは、好ましくは、他の装 ［Ｋ接続できるようテーパ付端部１７を臂する。

好１しくに、スリーブ１１０内面２０には、複数の棒磁石２７が設けられておシ 、これら＊ａ石の軸線はロータの軸線に平行となるよう整列されている。かかる 永久磁石は、内周面に沿って磁極の極性が交互となるよう偶数個となることが理 解されよう。

磁石は、好ましくは希土類またはセラミックの棒磁石であシ、第１Ａ図では図解 のため２０個の磁石を示しである。設計基準、例えば寸法、重量、価格、利用性 および周波数によっては、任意の偶数個の磁石を使用できる。

棒磁石は、好ましくは希土拳またはセラミック磁石から形成され、従来の磁石で 可能であったエアーギャップの幅よシも広いエアーギャップを磁束が横断てきる 高磁力を有するが、同時に＠接する磁極間に短い磁束路が形成されるようｌ１Ｉ Ｉ接する永久磁極は接近することが好ましい。

ロータのスリーブおよび端面は、スチールから形成することが好ましいが、他の 材料を使用することもできる。

ステータ１６は、好ましくは取付プレート２２にＷｃ貌され、取付プレートはス ロット付光学的スイッチ２５（１つしか図示してない）ｔ−支持して磁石の位置 を検出することができる。スロット付光学的スイッチ２３は、スリーブの端面に 設けられた突起２６０位ｆｆヲ検出し、突起２６は特定の極性の磁極に関連する ようになっている。

本例の２０極のモータ／オルタネータでは、ロータとステータは１２５　ｍ　カ ら１．５霧、好ましくＦｉｃＬ７５ｍの比較的大きい円筒形状のエアーギャップ ２８が形成されるよう離間することが好ましい。これによ多巻線磁極が、第４ａ 図に示すよ・うに磁束路に交鎖できる。エアーギャップに、磁石の厚みより薄層 ことが好ましく、通常の工学的間隙と公差が可能となる寸法にすべきである。

ステータは、低透磁率の材料から成る環状の全体が円筒形の基体２４を有し、こ の円筒形の外面ＶＣ′４１．数の巻線磁＆２５が設けられている。基体として好 ましいのは、ガラス補強グラスチックでおる。このようなプラスチックは、ファ ンがないプロトタイプの装置で使用時にもひずみｔ生じない充分な剛性の円筒形 表面に形成できるからである。巻線磁極の数は、ロータ内の永久磁石の磁極のａ ｌＣ対応している。巻１ｍ磁極は、スチールの積層体に形成されたスロット内に 巻かれた従来の巻線磁極と異なシ基体の表面ま７’Ｃにその近くに形成されると いう点で比較的浅い。ステータの表面またはその近くに設けられた巻ｉ磁極の厚 さは、ステータの大きさおよび必要なモータの定格によって決まる。９示した例 では、厚さは１ｍ１ｍ１〜１０１１ｓの大きさで、好ましくは約３ｍでおる。

一般に巻線磁極は、永久磁石の磁極に対向するステータ表面にウェーブ状の巻線 として設けることが好ましい。

例えば、第５図は第１ａ区および第１ｂ図のモータ／オルタネータに使用される よりな三相のステータ巻線の場合の基体の表面に設けられたウェーブ状の巻線Ｗ １．　Ｗ２゜Ｗ３＝ｉ示す。後述するようにほとんどの場合、三相の巻線が好ま しいが、特定の用途では他の相も使用できる。

これら巻線は、透磁率の低いプラスチック樹脂に封入されて９気に菖呈できる。

巻線磁極に種々の形状に設け、−和以上にできる。基体は、低送ａ率のものでお るので、ステータ円に磁束路全形成するよりな鉄〔少なくとも基体の外＠部分に は〕ハナイ◎ステータ表面上の巻線磁極は、磁石がロータの内周面を移動すると き磁束線が１つの磁石から次の磁石へと一連のループを形成するようＶＣ隣接す るセラミック磁石を結ぶ磁束線と交差するように位置する。このことは、この図 はステータの表面に設けられた２つの巻線磁極Ｗ１．Ｗ２と、ロータ上の隣接す る２つの永久磁極の間の比較的短い磁束路の相対重位置を示す第４ａ図に示され てお探、磁束路は巻線磁極を含むステータ上の外周環に交差する。

ステータとロータとの間のエアーギャップがα７５．で、巻線磁極の厚さが約３ 諺のとき、第４２図Ｖｃ遵の半円（すなわち、点Ｘから点Ｙまで延びる）として 示されている磁束路の平均長さは１６■の長さとなることが好ましい。隣接する 永久磁石の磁極間の平均的磁束路長さは、８束路長さが巻線磁憔を囲むスチール 積層体の寸法および形状によシ主に決められている従来の同期モータの平均磁束 路長さよシも短くなる。

第４ｂ因は、第１ａ図およびｇＩｂ図のモータ／オルタネータの三相ステータ巻 線の５ちの単相のみに対する異なるロータ位置のステータ電圧を示す。

電子部品のリスト（第６図） 第６区の回路図に、次の部品を有する。

１、　半導体 Ｄｊ　−ＤＩ２　ダイオード　ｌＮ４１４８　７５ＹユバＤ１５　−Ｄ１６　ダ イオード　ＥＹＶ４２　−５０　５０ｖ　３０ＡＤ１７　−ＤＩ？　ダイオード 　ｌＮ４１４８　７５ｖ　ＣＬ２ＡＺＤ１　ツェナーダイオード　５．６ｖ　Ｉ ＷＺＤ２　ツェナーダイオード　１ｓｖ　１Ｖ１／ＬＥＤ１−ＬＥＤｓ　発光ダ イオード、３籠、高効藁の緑色Ｔｒ１　−Ｔｒ４　）ランジスタ　ＢＣ６４０１ ００ｖ　ＩＡＴｒ５　＋Ｔｒ６　）ランジスタ　ＢＣ６３９１０ＤＶ　ＩＡＴｒ ７−Ｔｒ２６　トランジスタ　ＢＩＪＺｌ　１　５０ｖ　３０ＡＴｒ２７＋Ｔｒ ２８　）ランジスタ　ＢＣ６５９ｊｏＯｖ　１ＡＯＰＴＯ１−ＯＰＴＯ３スロッ ト付光学スイッチ　ＯＰＢ　８６５　Ｔ５１０ＰＴＯ４光アイソレータ　４Ｎ２ ５ ＩＣ１６組内蔵インノく一タ　ＣＤ４０６　ｑＩＣ２４組内蔵アシトゲ−）　Ｃ Ｄ４０８１１（４４組内蔵イクスルーシーブオアゲー）　ＣＤ４０７０Ｉ０４　 ４組内蔵オペアンプ　ＬＭ５２４ＩＣ５ド５’（バ　ＮＥ５５５ ＩＣ６ＰＷＭ　、ＴＬ４９４ ＩＣ７タイマー　ＴＬＣ５５５ ２、Ｃａｐａｃｉｔｏｒｓ ＣＩ＋Ｃ２０１μＦ　５０ｖ Ｃ３［１０１μＦ　５０ｖ Ｃ４１０ｐＰ　１６ｖ Ｃ５−Ｃ８（ＬＯｊ　μＦ　５０ｖ Ｃ？−Ｃ１５０１μＦ　５０ｖ Ｃ１６／ｈａ　ｐＦ　５０ｖ Ｃ１７−ＣＩ？　（Ｌｌ　１ｔＦ　５０ｖＣ２０１０μＦ　１６ｖ Ｃ２１−Ｃ２３（Ｌｌ　μＦ　５０ｖ Ｗｌに電流が流れ、ロータが自由に移動できれば電気的に１２０°だけ回転する 。ロータが電気的ＩＣｊ２０’回転すると、トランジスタＴｒ１７〜２１がオフ にな夛、トランジスタＴｒ　１２〜１６がオンにされる。ロータが更に電気的に １２０°回転すると、トランジスタＴｒ１２〜１６がオフとなシ、トランジスタ Ｔｒ７〜１１がオンとなる。ロータが更に電気的に１２０９回転すると、トラン ジスタＴｒ７〜１１がオフとなシ、トランジスタＴｒ１７〜２１が褥びオンにさ れ、１サイクルを完了する。

ロータが静止していれば、ノ（ツクＥＭＦ電圧はないので、入力電流は回路の抵 抗に制限されるだけである。始！Ｅ！１ＪｔＩＬ流は、パルス幅変調法（ＰＷＭ ）により許容レベルまで減少できる。

ＩＣ６に、パルス幅変調デバイスであり、インダクタＬとトランジスタＴｒ２２ −Ｔｒ２６によシ形成される１列チョークのｆ）Ｃ−ＤＣコンバータのパルス幅 を変えることによシモータへの最大入力電流およびｒｐｍｉ制御できる。

モータ入力電流の制限は、工Ｃ６がＩＣ４／ｂおよび０ＰＴＯ４に介して検出す る抵抗器Ｒ６０の両端での電圧低下を検出し、パルス＠全制限して電流ｔ−ｆｆ ｄＪ限することにより−Ｒ成される。

モータのｒｐｍの制御は、巷、＠Ｗ３に発生するＡＣ電圧ｔ−！１１５１！し、 Ｉ　Ｃ４／　ａ　ｓｐよび０ＰＴＯ４＝２介してＩＣ６によシこの電圧を検出し 、適当なデユティ−比のパルスＩｉ＠を得ることによル達成される。

ロータの位ｆ［にこのロータ上にある電気的に１２０１１の突起２６を検出する スロット付き光学スイッチ０ＰＴＯ１〜０ＰＴＯ３により検出される。ＩＣ１お よびＩＣ２はろる時期に１つの巻線にしか電流が流れないように非オーバーラツ プ論理回路を形成する。スイッチオン抵抗器Ｒ１１゜Ｒ１２および凡１３、およ びコンデンサＣ６，Ｃ７およびＣ８内の遅延時間は次の呑線に電流が流れる前に 、先のモータの巻線に流れる電流がゼロまで低下できるように、付加的なデッド 時間を与える。

ＩＣ３は電子的な制動に必要な論理回路を形成する。モータはオンになっている 闇、主パワートランジスタＴｒ７〜Ｔｒ２１Ｆｉスロット付き光学スイ７ｆＯＰ ＴＯｔ　〜０ＰＴＯ５の制御によシ遂時オン・オフされる。モータは次の３つの 場合にできる。

ｔ　オペレータの制御によシスイッチＳＷ１がオフにされる場合。

Ｚ　バッテリー電流が低くなることによ５ＩＣ４／ｄがラッチアップされモータ がオフにされる場合。

五　モータの巻線または主パワートランジスタの温度が高温になることＫよ、り ＩＣ４／Ｃがラッチアップされ、モータがオフｉＣされる場合。

モータがオフされるとＩＣ３は５本のモータ巻憑上のパワートランジスタの全て をオンにする。このことｆ′ｉ３本の巻線間すべての間をショートしたことにな シ、これによシモータの回＆４−ｔ１〜２秒の闇に停止し、モータの有効な制動 作用が得られる。

ＩＣ７およびスイッチＳＷ２は追加安全デバイスとして３秒イネーブル期間を定 めるが、この期間内にスイッチＳＷ１’ｉ作動してモータが始動できるようにし なければな第１ａ図および１ｂ図の三相モータに、モータの巻線に送られる電流 のスイッチング点を制御するためのロータの位置情報を祷るのに、スロット付き 光学スイッチを利用している。このモータ設計に使用されている電気的に１２　 ＣＩ’の纒通角によシロータ位ｍを正確に検出するための別の方法もある。これ は電気的に１４０’の期間を利用するものでめシ、この間におけるモータ巻線の 両端の電圧はロータの回転作用により発生される逆ＥＭＦ電圧である。

電気的に２４０＠の非導通角の閾の＠＠Ｗ　２の良形を微分することにより、咎 ＷＪ、Ｗ１に電流を流し始め、かつ巻線Ｗ３に流れる電流を停止する点を訝示す る正確な信号を発生することができる。また巻線Ｗ３は巻線Ｗ２に電流を流し始 め、巻線Ｗ１に流れる電流を停止する点を表示できる。巻線ｖｖ１に巻線Ｗ３に 電流を流し始め、巻線Ｗ２に流れる電ａｔ−停止する点を表示できる。この：つ な制御法に異なる巻線をスイッチングしてインクリメント動作させる正確なステ ップモータ制御法に使用できる。

モータ＠線の逆ＢＭＦからモータ位ａｔ−測定する別の方法としでは、３つの電 圧波形のクロス点を検出し、この情報を使って適当な巻線を、いつオン、オフす るかを決める方法がある。

モータを完全に密閉する上で問題が生じるような特にほこシの多い環境では、ス ロット付光学スイッチのかわシに磁気センサ、例えばホール効果デバイスを使用 できる。

更に電子的な設計によ９次のような特徴が得られる。

（１）ｔ、電圧シャットダウン。バッテリーの医書な過放電全防止するため、バ ッチＩＪ　−ＰＣＣ電電る場合に行なわれる。バッテリー電圧が１α５ｖよシ低 下すると、電子回路はモータ電流をオフにする。

（２）　巻機マたはパワートランジスタがオーバーヒートした場合に行なう熱的 シャットタ”ラン。この場合電子回路はモータ％ｔｆＸをオフにする。

（３）トルクおよび始動電流を制限するための電流制限。

芙范例２（典２ａ区および第２ｂ囚） この装置は芙万例１の仮置と同じでおるが、カップ状のロータ３１の内側に１つ の円筒形リング磁石３０が設けられている点が異なる。ロータのエツジのまＶシ ＆Ｃは同様な突起３２が設けられ、第１ｂ図に示すようなスロット付光学スイッ チに対するリング母方の水入磁石の磁極の位ｔ　ｋ　識別するようＩＣなってい る。ステータ（＆示せず）に第１ｂ図のステータと同じにできる。

この装置は内部ロータ４０に１つの円筒形リング磁石４１を有する。すなわちロ ータ４０の外面に永久磁石の磁極があシ、これら磁極にステータ４５の円筒形内 側面に設けられた巻線磁極４２に囲まれている。巻線磁極４２はステータの一部 を形成する非磁性基体４４に設けられている。ロータはシャフト４５に取付けら れ、シャフトは端部プレート４Ｊ４９内のベアリング４６．４７内に取付けられ ている。端部プレート４８はスロット何円部光学スイッチ５０を有し、このスイ ッチにロータのエツジ上の突起５１の位置Ｈ１する。

実施ｆ！１４　（第８　ａ　＠および８石図）本例はツインロータ構造でわり、 スチール製外側ロータ６１の内面に設けられた永久磁極６０を示し、スチール内 側ロータ６２の外＠（または内側）には磁石に設けられていない。ステータ巻線 ６４はＩ’Ｅ何ロータと外側ロータとの間で同軸上でろｐ５低透磁率のりすい円 筒形基体の外面に巻かれておち、低透磁工のプラスチック樹脂円に封入されてい る。このため樹脂および円筒状の成形体は外＠表面に巻線が接近する基体を揖既 する。好ましい成形体とはガラスで補強てれたグラスチックの薄い円筒体である 。

双方のロータに端部ピース６５によシ連結嘔れ、一体に回転するようになってｂ る。

ｉ束に、最小のリンクタンスの通路であるロータの間を主に進む（第９　ａ図参 照）。現在の５０出のオルタネータの別＠童となる２、４または６極（永久磁石 ）装置で主な利点が得られｂｏ ロータに設けられる磁石の別の組合わせとして次の案がおる。

１、　外＠ロータの内側および内側ロータの外側に５石を設ける案。

２　外側ロータの内側およびＩ７３＠ロータ自体に磁石を設ける案。

五　内側ロータの外側お↓び外側ロータ自体の磁石を設ける案。

磁石にかかる遠心力を考えると、ｒｐｍが高い用−１ｔｓには第２案が最適でお る。しかしながら低および中速ではすべての案を使用でき、コストお工び複雑さ の点で最終的に選択することになろ５゜ 本発明の好ましい装置の利点 １、　ステータにはスチールの積層体が使用されていないので、渦電流による摩 擦損失はない。これによシ部分的に効率を高くし、装置の負荷を小さくできる。

２　ステータにはスチール製積層体に使用されていないので、通常永久磁石ｍ　 ［ｉ：　ＶＣｌｌｌ！ｉ随して生じる顕著な突出バルクは生じない。このことは 、低速トルクを小さくし、装置を始動するのに充分大きな値にしなくてもより分 野で重要でわる。

五　交圧する磁極間のエアーギャップが大きいので、ステータの巻線の自てイン ダクタンスが極めて小名く、ｒｐｍを一定に保持する場合電圧の出力制御を良好 にできる。これによシ、モータ円のトランジスタによシ極めて簡単な制御が可能 となった。

４、　同等の誘導モータおよび汎用ブラシモータと比較して電力対重量比が極め て高い。これにより（ステータ円に鉄がないので）一定の足置化ができる。

５　電子制御によυ始動電流全所望レベルに低置できる。現行の電動モータは、 始動中は一般に５〜１０倍の通常定格電流が必要でるる。

異なる相の例 上記実施例で１′ｉ、三相のモータ／オルタネータを説明しｆｃが、他の相の巷 萩も使用できるので、次に特Ｋｉ。

２および４相の構造ｆ！ｌについて説明する。

単相の同軸モータ／オルタネータ １、　単相の同軸オルタネータは、本装置のステータが最も簡単な構造となる例 であり、絶対出力電力よシも構造を簡単にすることのほうが重要な場合に用途が ある。

三相の同等のオルタネータは、抵抗損失が同じでかつステータの＠繕〒の鯖が更 して５０％増加して出力電力が２簡単となる例でおるが、（単相誘導モータと同 じような）おる種の始動手段を必要とするので、始動を保証するための別の巻線 まｆｃは磯様的手段が必要となる。始動トルクが小坪〈てもよい条件下でに、例 えＶ：ＴＩｉ給ファンでは、この単相モータを使用できる。

同じ抵抗損失で出力電力を４０％増加する。

はないが、装置を直流電源から電子的に制御しなければなら々く、１８０°電流 注入法全使用する場合、効率は低下する。この二相モータは、始動のため１８０ ０の電流注入をし、通常の作動のため１２０’以下まで下けるよう電子的に制御 できる。

二相装置と同じ抵抗損失で出力電力全増加できる。この三相装置が三相装置と同 じ量の銅を使用し、双方の装置のステータ巻線が完全に利用できる５６０°を占 めているとすれば、この三相の装置は同じ抵抗損失の場合二相装置よりも更に４ ０％多い電力を出力できる。

はなく、装置は第６図に基づく説明と同じよりに直流電源より容易に電子制御で きる。三相操作により１２０°に分割でれているので、１２０’中に充分な逆Ｅ ＭＦ電圧があり、直流電源から光分な電流注入を行うことができる。

この設計は、例えに゛ステップモータのロータ位置を正確に制御できる。

四相以上の同軸モータ／オルタネータ ｔ　同軸モータ　電流注入角を：す小さくできるので、効率を若干高くできる。

四相モータは、ロータの方向を電子的に簡単に反転制御できかつロータ位置検出 のため２つのスロット付光学スイッチしか必要としないので、利用可能な用途が ある。

−タの出力を整流する場合効率が高くなり、リップル電圧が低くなること以外に 別の利点はない。

変形例 これら実施例のいずれでも、ロータまたはステータの一方または他方に巻線磁極 が形反され、ステータまたはロータの一方に永久磁極が設けられている。しかし ながら、別の構造とすることもできる。例えば、ロータにバンド状の永久磁極を 設け、次にバンド状の巻線磁極（これはその長手方向に沿って繰シ返す）を設け 、ステータ上のバンド状の巻ｗＡ磁極がロータ上のバンド状の永久磁極に対向し 、ステータ上のバンド状永久磁極がロータ上のバンド状の巻線磁極に対向するよ うにステータに逆の構造体を設けることができる。

ギャップおよび複数の永久の磁憔に隣接する基体には鉄がなめので、ａ極から隣 接する磁極への磁束路’ｔａ駁的浅くでき、このため雪状円筒形ロータ内に円筒 形ステータを設け、次に上記ロータを環状円筒形ステータＦｙ３に設けるといり よ５Ｋして、複合モータまたは複合発電機／オルタネータを組立てできる。別の 変形例としては、第１の組の永久磁極を含む内側ロータと、上部に巻線磁極を有 するステータと、内部ロータと同心状であって、第２エアーギヤツプに対向する 第２の組の永久磁極を含み、内側ロータと外側ロータとの間に強力な磁束路を形 瓜するよう第１０組の磁極に対向して配置された外側ロータを設けることが挙げ られる。この場合、内側ロータと外側ロータは共に連結嘔れ、共に回転する（第 ８ａ［ｉｇ２よび第８ｂ図参照）。

最後に、次の請求の範囲に例示される：うな発明の精神および範囲から逸脱する ことなく、上記の例を種々変形筐たに改変することに可能であると解逼れよう。

補正書の写しく翻訳文）提出書 （特許法第１８４条の８の規定による書面）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）間に形成されるそれぞれの円筒形ギヤツブだけ相互に離間した少なくとも １つのステータと少なくとも１つのロータと、前記ロータまたは前記ステータに 設けられ、前記それぞれの円筒形ギヤッブに隣接する複数の永久磁極とを含み、 前記円筒形ギヤツブに隣接する前記ステータまたけ前記ロータの他方は、基体上 またはその内部に複数の巻線磁極を有し、前記巻線磁極は前記それぞれの円筒形 ギヤップに隣接し、前記基体は基体内の渦電流を最小にするよう小さい相対的透 磁率を有する、永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （２）永久磁極の形状は、隣接する永久磁極の間に短い磁束路が形成されるよう にされている請求項（１）に記載の永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （３）巻線磁極は基体の表面に巷かれている請求項（２）に記載の永久磁石回転 形ダイナモ電気装置。 （４）基体は、２ロより小さい（空気に対する）相対透磁率を有する請求項（３ ）にに記載の永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （５）前記ステータは、前記ロータ内に位置し、巻線磁極は、前記ステータの外 側円筒表面に設けられ、永久磁極は前記ロータの内側表面に設けられている請求 項（４）に記載の永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （６）永久磁極は、互いに隣接して取付けられた複数の高強度の棒磁石により形 成され、これらの磁気軸線は前記ロータの軸線に平行となつている請求項（５） に記載の永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （７）前記ロータは前記ステータ内に位置し、該ステータは内側の円筒形表面を 有し、前記ロータの外側面には永久磁極が位置し、前記ステータの内側の円筒形 表面には巻線磁極が位置する請求項（１）に記載の永久磁石回転形ダイナモ電気 装置。 （８）永久磁極は１つのセラミツクリング磁石により形成され、このリング磁石 は磁極の極性が交互となるような領域をリンクが有するように磁化される請求項 （１）に記載の永久磁石回転形ダイナモ電気装置。 （９）円筒形ステータと、 一体に回転するよう共に接続され、ロータとステータとの間に一対の円筒形ギヤ ツブを画定するように円筒形ステータの内外に位置する一対の内側および外側の 回転ロータと、 前記それぞれの円筒形ギヤツブに隣接して位置するよう前記ロータの各々に設け られた複数の永久磁極と、ステータの上または内部に設けられた複数の巻線磁極 とから成り、 ステータは、ステータ内の渦電流を最小にするよう低い相対透磁率を有する、永 久磁石回転形同軸ロータ。