JPH04505092A - 軽量高出力電動起電装置 - 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】 軽量高出力電動起電装置 発明の技術分野 本発明は電動機、交流発電機又は発電機として使用することかできる高い出力対 重量の電動起電装置に関するものである。

発明の背景 電動起電装置は電気的エネルギーを機械的な力に変換するものと機械的な力を電 気的エネルギーに変換するものの両方の使用に対して知られている。両方の場合 共に、能力を作り出すエネルギー又は力か磁界と電気導体要素との間の相対運動 により生じる。

軽量の電動機、交流発電機及び発電機装置は周知であり幾つかは高速で動作する ことができる。しかしながら、多くのそのような装置は高速において高出力を作 り出すことはできない。

例えば、重量ボンド当たり０．６馬力の高出力密度の装置が断続動作に対して知 られているが、そのような装置はボンド当たり１．０馬力を越える高い出力密度 での連続的動作の能力はない。

従来の電動起電装置は同時に高速動作と高トルク動作とを行う能力はなく動作の 効率も与えなかった。

固定子装置と回転子装置とを含んだ既知の電動起電装置は回転子上（例えば、米 国特許第３．６６３．８５０号、３．８５８．０７１号又は４、４５１．７４９ 号参照）か、固定子上（米国特許第３．１０２．９６４号、３、３１２．８４６ 号、３．６０２．７４９号、３．７２９．６４２号又は４．１１４．０５７号） に磁気要素を含んでいる。更にその上、米国特許第４．５１７．４８４号にある ように極片の対の組を用いることかできる。

それに加えて、米国特許第３．１３４．０３７号に示唆された二重シェル回転子 装置と共に、シェル回転子か米国特許第２９５．３６８．３、８４５．３３８及 び４．３９８．１６７号に示唆されていた。

米国特許第４９７．００１．　１，２２７，１８５．３．０１４．１３９．３． １２８．４０２．３、５３８．３６４又は４．３２１．４９４号、又は英国特許 第９．５５７号を参照すれば、高電圧及び高電流使用のためと表皮効果による電 流損失の低減及び渦電流による加熱の低減のためとの両方またはいずれか一方の ために、電動機の電機子組立品内の単一導体の位置に電線の束が用いられていた 。米国特許第３．０１４．１３９、又は３、０１４．１３９号、又は英国特許第 ９．５５７号を参照すれば、複数の電線か固体又は積層鉄心と共に用いられてい る。

米国特許第３．２７５．８６３号のような、幾つかの従来の電動起電装置はボン ド当たり１馬力以上の出力対重量比率を有し、また米国特許第４．１２８．３６ ４号は電動機の出力取扱能力を増加するように電動機を冷却するためにガス、液 体又はそれらの混合物を使用することを教えている。

高い出力対重量比の電動起電装置を達成するのに多くの先行する困難性か、［軽 量高出力電磁変換器Ｊと表題を付けられた本発明の発明者による同時出願中の米 国特許出願の目的である、分散された導体の電磁的装置により取り扱われる。磁 界への銅の全露出を許容する粉末化鉄の真っ直ぐな辺にされた電機子バーを同時 出願中の意匠は用いている。それに加えて、粉末化鉄は珪素鉄か有する磁気伝達 能力を有しない。渦電流効果を最小にするために、その装置は極端に細い電線を 用いている。この電機子バーは、逆起電力を低減／最小化するために必要な三次 元分散を更に保証するために、粉末化鉄から製造される。

不幸にも、細い電線の抵抗特性のために入力対出力の見地からこの試みは効率的 ではない。この特性が高い動作水準での加熱の形態での相当なエネルギー損失を 生じ、それが失われた力及び効率に変換する。それに加えて、コイルがそのバー の間で中から外に向けて摺動するので、真っ直ぐなバーはそれら自身か標準製造 自動巻線技術に寄与しない。

細い電線抵抗による電力損失は、この鉄バーの飽和水準を越えて永久磁石材料の 量を増大させることにより補償される。付加的な材料の費用は別として、この付 加的な磁束の大部分か渦電流損失の形態で銅の内部へ入り、分散され、付加的材 料投資に対して電力において非常に小さい利得のままとなる。先行する及びその 他の種々の装置が、高い出力対重量比の電動起電装置を達成するように企図して 用いられてきたが、それらは完全に満足できるものではなかった。特に、従来技 術は高速動作を可能にするために導体を分散する必要性を教えていなかった。

これは、少なくとも一部分は、非磁性巻線導体内では磁界が比較的小さいと言う 広く信じられている理論によっている。普通の技術に従って作り上げられた導体 により、一定電流におけるトルクが速度を増大すると共に減少することか見出さ れた。この結果は、トルクは速度が増大しても高いままであると言う普通の期待 と反する。

本発明の目的 コイル内の渦電流を最小化するために電動起電巻線を分散することにより、高い 出力対重量比を達成する電動起電装置を提供することか、この発明の主要な目的 である。

渦電流を最小化するために電・磁界鉄心片を分散することによリ、高い出力対重 量比を達成する電動起電装置を提供することが、この発明の別の目的である。

コイル内の渦電流を最小化するために電動起電巻線を、一般的に渦電流を最小化 するために電動起電界磁鉄心片を分散することにより、高い出力対重量比を達成 する電動起電装置を提供することが、この発明の更に別の目的である。

コイル内の渦電流を最小化するために界磁鉄心延長部により電動起電巻線を遮蔽 することにより、高い出力対重量比を達成する電動起電装置を提供することか、 この発明のもう一つの目的である。

改良された電動起電装置を提供することかこの発明の主要な目的である。

軽量であり且つ高出力を提供する改良された電動起電装置を提供することかこの 発明のもう一つの目的である。

高周波数で動作する改良された電動起電装置を提供することかこの発明の更にも う一つの目的である。

単位重量当たり高出力密度を有する改良された電動起電装置を提供することがこ の発明の更にもう一つの目的である。

高い出力対重量比を有する改良された電動起電装置を提供することかこの発明の 更にもう一つの目的である。

高効率の電動機、交流発電機又は発電機として使用できる改良された電動起電装 置を提供することがこの発明の更にもう一つの目的である。

ボンド当たり１馬力以上の高出力密度で連続運転のできる改良された電動起電装 置を提供することかこの発明の更にもう一つの目的である。

分散された導体を有する電機子組立品を有する改良された電動起電装置を提供す ることかこの発明の更にもう一つの目的であって、その分散された導体の別々の 部分が、導体によりそれの間に位置決めされた磁束伝達要素を有し、磁束伝達要 素は低い対向する誘起された電流を作り出すような方法で形成され且つ位置決め されている。

冷却媒体への熱伝達の効果と、抵抗加熱とその他の源泉からの熱生産、及びトル ク生産の間の調和を表現する最良厚さ電機子組立品を有する改良された電動起電 装置を提供することがこの発明の更にもう一つの目的である。

前述の及びその他の目的か、この説明が進行するにつれて、この技術に熟達した 人に対して明らかになるであろう。この発明は、実質的にこの特許の明細書及び 図面に説明され図解された、もっと詳細には添付の特許請求の範囲により定義さ れたような部分の、新奇な構造と、組み合わせ、及び配列に属し、ここに開示さ れた発明の正確な態様における変更は、この特許請求の範囲の領域内として含ま れることを意味することか理解される。

発明の概要 本発明は、大径−細断面理論比率を有する電機子組立品の使用により達成された 単位重量当たり高出力密度を有する改良された電動起電装置を提供する。これか 、高速動作の間維持できる高トルクによって高い効率で電動起電装置の動作を可 能にするために、低い渦電流と同時に低い対向する誘起された電流となる。

磁束発生組立品に対して電機子か動いた場合には、渦電流がその電機子の導電性 部分に確立されて、これらの電流が加熱と表皮効果（集合的に渦電流損失として 知られる）に導く。しかしながら、これらの電流は従来技術により認識されなか ったもう一つの効果をも生じる。それらは対向する誘起された電流であって、そ の電流が磁束パターンを変え且つ速度増加と共にトルクを低減するように働く。

この速度増加による出力変換低減は、巻線を形成している導体を分散することに より本発明においては最小化される。

図面の簡単な説明 添付の図面は、この発明の原理の実際的な応用のために今までに案出された最良 の様式に従って、本発明の完全な態様を図解している。

第１図は、この発明の電動起電装置の回転装置の側断面図である。

第２図は、第１図の線２〜２を通って取った断面図である。

第３図は、第１図と第２図に示した電動起電装置の、分散された導体と磁束伝達 要素との配列を示す電機子の部分等寸図である。

第４図は、分散された導体により形成された２層巻線の典型的配列を図解し、且 つその巻線の各ターン間に位置決めされた磁束伝達要素を図解している。

第５図は、−団に積層された場合に「■」ビーム′固定子バーを形成する制御さ れた粒状２化鉄金属を打ち抜いた単一の積層板である。

第６図は、−団に積層された場合に複数の変形された「Ｉ」ビーム固定子バーを 形成する制御された粒状２化鉄金属を打ち抜いた単一の積層板である。

第７図は、第１図に示した電動起電装置の、分散された導体と磁束伝達要素との 配列を示す電機子の部分等寸図である。

第８図は、第２図の部分的切除図に類似しているがこの発明の電動起電装置の代 わりの態様を図解している部分的切除図である。

第９図は、第２図の部分的切除図に類似しているがこの発明の電動起電装置のも う一つの代わりの態様を図解している部分的切除図である。

第１Ｏ図は、第２図の部分的切除図に類似しているかこの発明の電動起電装置の 更にもう一つの代わりの態様を図解している部分的切除図である。

第１ｆ図は、第１図に示したような電動起電装置の代わりの態様の側断面図であ って、ブラシ整流システムに便利になるように軸へ固定されたインダクタを図解 している。

第１２図は、この発明の電動起電装置の更にもう一つの代わりの態様の分解組立 図であって、その平らな線形装置を図解している。

第１３図は、普通の電動起電装置すに対する、及びこの発明の電動起電装置ａに 対する、トルク（ＴＯＲＱＵＥ）と速度（５ＰＥＥＤ）との間の関係を図解して いるグラフである。

第１４図は、この発明の電動起電装置の一例の異なる速度における、試験された 渦電流損と、ヒステリシス損、及び風損を図解しているグラフである。

本発明の説明 この発明は大径−線断面理論比率を組み込んだ高出力密度の（ボンド当たり１〜 ５−馬力）電動起電装置を提供する。直径が大きいほど各々が（境界線か）大き くなり得るので、所定の数の磁石あるいは磁極に対して有利である。直径か減少 すると、各磁石の境界線寸法か事実下見えなくでるまで、即ち相互作用しなくな るまで減少する。逆に、固定寸法の磁極が与えられると、直径か増大すると、よ り多くの磁極か用いられ得るようになって、回転当たりより多くの回数、銅−鉄 一磁石を働かせるようになる（より多くの出力を作り出す）。それ故に限界内で 、直径の減少が単位体積当たりの出力と効率との損失を誘導する。

それに加えて、基礎的物理学によって、トルクは動作する力の有効半径に比例し ている（Ｔ＝ＲＸＦ）。実際に半径を二倍すると、トルク腕か二倍になり、トル クを作り出す材料の量が二倍になって、出力とトルクとは半径の二乗のように増 加する。

典型的な電動機では、速度の増大と共にトルクは急速に低下する。これは、主と して銅導体及び電機子バー内の［対向して誘起される電流」又は「渦電流損失」 による。巻線即ち銅に伴われる損失は、バー間の相互漏洩（放射方向に長いバー により一層悪くされる）と、磁界への銅の直接露出、及び永久磁石材料の過剰な 量による電機子バーの過飽和とにより起こされる。

これらの損失はこの発明により最小化される。

バ一対バー相互漏洩に伴われる損失は、この発明の電動起電装置を放射方向に短 い電機子バーを組み込むように設計することにより低減される。

磁界に直接露出されている銅により誘起される損失は、磁界に対する遮蔽として 働くＩ形状の電機子バーにより、本発明により解決される。

最後に、電機子バーの過飽和により生じる損失は、永久磁石材料の量をそのバー が丁度飽和に「到達する」ように低減することにより解決される。これは後に説 明するように経験的に達成される。

これら三つの要因は、渦電流損失の心配なしにもっと非常に大量の導線の使用（ 従来の設計の導線の断面積の約８倍の導体の断面？りの余地を認める。もっと太 いゲージの電線は二つの著しい機能を提供し、それが導線の断面積増大による抵 抗加熱を著しく減少させ、且つそれが利用できる空間当たりのもっと多くの導体 （銅）を許容する。これら二つの機能か効率の増大と出力の増大とをそれぞれ可 能にする。それに加えて、電機子バーそれ自身が各々互いに絶縁された幾つかの 個別の薄い打ち抜きの積層として構成さる。この絶縁は焼鈍過程の間に作り出さ れる酸化珪素副産物である。薄板金属打ち抜きか用いられるので、材料粒子方向 がそれにより最大磁束伝達能力を保証する放射方向に制圓され得て且つ制菌され る（第６図参照）。

薄い積層粒子制御を介して達成される制御可能な分散特性は先に参照した継続中 の出願における粉末化鉄三次元分散固体バーよりも非常に良好な性能を与える。

特殊の保持定着物を用いた場合には、Ｉ形状の積層組立品（Ｋ義子バー）が普通 の自動巻線技術に順応する。

永久磁石材料の過剰によるインダクタバーの過飽和により生じた巻線即ち銅に伴 われる損失は、その電機子バーの飽和水準に「到達する」ように永久磁石材料の 正しい量を設計することにより本発明においては取り扱われる。「飽和到達Ｊに より最良出力密度及び最良効率を達成するための、銅と、鉄、及び永久磁石材料 の組み合わせを最良化するような経験的方法論によりこれは達成される。飽和又 は過飽和は必要ではなく、それは良好な性能に対する重大な損傷である。経験的 な方法においては、非常に敏感な動力計が測定するために使用され、磁界の関数 として損失をプロットする。鋼のＩＦ５を流損失が無くなった場合には、磁束は それ以上は低減されなかった。分布したデータに基づいて、磁束伝達バーは、設 計の電気的性能により決定される磁束飽和点とほぼ等しい磁束伝達能力を作り出 す鉄含有量を有する金属合金から製作される。

本発明の好適な実施例は中空断面配置を用い、その配置か多重同心要素即ち多重 電動機内電動機に順応する。これらは利用できる空間光たりの出力密度を最大化 するために同時的に運転され得るか、又は（伝動装置におけるシフトギヤと同様 に）段階的方法で個別的に運転され得る。

この断面配置が電機子からの熱を拒絶するための二つの放射する表面と作り上げ る表面とを特徴付ける（Ｗ通の設計は−っである）。かくして、この電動機は過 熱することなくより長い期間より高い出力レベルで駆動され得る。

本発明はブラシで整流される電動機又はブラシ無し電動機として、放射状又は線 形形状の両方で用いられ得る。それは直流発電機又は交流発電機として用いられ 得る。究極は、電気的信号が力を創造するために電機子へ運ばれ、電機子に対す る磁束発生構造の運動を生じるかどうか、又は磁束発生構造か電機子に対して動 かされるかどうかに依存して用いる。

この電動起電装置の典型的な実施例は第１図に図解されている。この実施例は、 その円筒状ハウジングの反対側端部に固着された前部端板４５と後部端板４６と により完成される外側円筒状ハウジング４３を含んでいる。

１　軸５１はこの円筒状ハウジングを通って延在する中央部分５２を含んでいる 。この軸は軸受５７と５８とによって、それぞれ、端板４５と４６とに取り付け らでいるので、この軸の中央部分はその円［筒状ハウジングに対して同軸的に位 置決めされている。この軸の低減された直径の後方部分６ｏか軸受５８内に取り 付けられ、この軸の前方部分６２か前方軸受５７と端板４５とを通って延在して いる。

前部端板４５と後部端板４６との両方あるいはいずれが一方が空気採り入れ窓６ ６と排気窓と６７とを含んでもよい。これらの窓がハウジングを通って冷却空気 か流れることを許容する。それに加えて、窓６８か端板４６を通って電機子導体 接続を許容するように位置決めされている。ある環境ではこの装置はガス（空気 ）媒体内では動作できず、それで油のような液状冷却体か用いられる。そのよう な場合には、ハウジングは液体を保持するために密封される。

回転子７０は環状接続部分７５から垂直に延在する間隔を置かれた内側円筒７２ と外側円筒７３とにより与えられた二重シェル形状を有している。この内側円筒 ７２は円筒状ハウジング４３の内側に同軸的にその二重シェルを保持するハブ５ ４と５５との対により軸の中央部分５２へ固着されている。

第２図は第１図の線２〜２に沿って取った断面図の一部である。第２図は回転子 ７０の内側円筒７２がシェルの形態で磁束帰路３２を含んでおり、その磁束帰路 は好適には、ハブ５４と５５とから延びている円筒状部分７２により支持された 、珪素鉄あるいはなんらかの他の透磁性の、低ヒステリシス損失磁気材料のリン グの積層である。この円筒７２と７３及び接続するリング７５とは鉄を含むなん らかの適当な材料で形成されている。

外側円筒７３は磁束帰路３３を具えており、その磁束帰路は固形の鉄あるいはな んらかの他の透磁性の、低ヒステリシス損失磁気材料であってもよく、且つ複数 の磁気的要素３０か帰路３３の内側表面上に取り付けられている。典型的な態様 においては、磁石３０が、好適にはネオジム硼素フェライト（ＮｄＦｅＢ）で形 成された永久磁石であるか、それらはバリウムフェライトセラミック（ＢａＦｅ 　Ｃｅｒａｍｉｃ）、スマーミーコバルト（ＳｍＣｏ）、又は同様のもので形成 されてもよい。永久磁石がこの図解された典型的な態様では用いられているか、 それらは電磁石で置き換えることもできる。

第１図に帰って、固定子インダクタ８２がハウジング４３に対して固定されてい る。回転子７０は固定子８２とハウジング４３との共通軸の周りを回転するよう に、インダクタが後部端板４６上に取り付けられている。固定子８２は回転子の 内側円筒７２と外側円筒７３とにより取り巻かれた静止した円筒状シェルである 。

固定子８２は固定子バー８６の間に無作為に分散された第２図及び第３図の電気 的導体８４を含んでいる。分散された導体８４は好適には、第１図の端板４６内 の窓６８を通って延びる接続体８９へ接続された導線束の反対端部を有する連結 するパターンに巻かれた、（を動起電装置に対して）比較的大きい直径の絶縁さ れた銅導線の束である。分散された大きい直径の巻線の使用か、結果としての電 動起電装置が高い出力対重量比率を達成することを可能にするが、何故ならば、 （１）分散された巻線かコイル内の渦電流を最小化し、（２）大きい直径の導線 か所定の力率に対する磁界発生要素の数を低減し、それがまたコイル内の渦電流 を低減するからである。

導体８４はそれらの間に磁束伝達要素即ち固定子バー８６を有する導線巻線の各 ターンによって全体の電機子を通じた束に形成されている。典型的な巻線を第４ 図に図式的に図解しである。

磁束伝達要素、固定子バー８６は、好適には複数の珪素鋼板の積層である。第５ 図は積層された固定子バーの単一層即ち単一シートの形状を図解している。四隅 における延長部３４が「Ｉ」ビーム断面形状をこのバーに与え、巻線に対する磁 束遮蔽と同時に冷却用の増大した表面積を与える。従来技術を越えるこれらの二 つの利点か、結果としての電動起電装置が高い出力対重量比率を達成することを 可能にする別の特徴である。電動機内の磁界から電動起電巻線を遮蔽することが 、コイル内の渦電流を最小化する。これと増大された冷却熱交換表面とか、巻線 内の渦電流を増大することなく、磁界強さを増大するより高い電流を許容する。

第５図に図解したような打ち抜きの使用か、バーを形成している金属内の粒子方 向が制御されることを許容する。かくしてバーか第５図に図解したような粒子方 向により作り出され得て、そこでは粒子方向は固定子バーを通る主要な磁束通路 に平行である。磁束に対する抵抗か低減されるレベルによって、これが熱の発生 を低減する。無作為な粒子パターンは最大熱発生へ導く最大抵抗を与え、均一な 粒子パターンが抵抗及びその結果としての熱を低減する。磁束の方向に従う粒子 パターンが抵抗と加熱とを最小化する。かくして、制御された粒子のインダクタ バー構造が、加熱の増大なしにより高い磁束密度を許容する。

これがこの装置の効率を増大し且つ本発明の前述の目的を達成することを助ける 。

第６図は積層された誘導鉄心即ち固定子バーの各層に対する別の形状を図解して いる。この態様においては、全部のバーが打ち抜き、積層及び組立を単純化する 共通中央部分を共有している。

一定電流において電動機として用いられた場合には、この発明のトルク出力は、 線ａにより第１３図に図解したように、回転子速度が増大してさえもほとんど一 定に維持され得る。線すにより第１３図に示したように、速度の増大と共にトル クが急速に低下する従来技術の装置とこれが違う。この発明の電動起電装置にお いて可能にされた高いトルクと高い速度との組み合わせが、高い出力対重量比率 となる。

（分散された導体８４と磁束伝達部材８６により形成された）固定子８２が円筒 状磁束帰路３３の内側表面の近くに置かれた磁石３０に対して密接して間隔を置 かれ、且つ積層された円筒状磁束帰路３２に対しても密接して間隔を置かれてい る（第２図及び第７図参照）。先に説明し且つ図解したように、円筒状部分７２ と７３とは内側及び外側磁束帰路に対する支持を与えている。典型的磁束通路は 第２図に図解した。図示のようにこれらの磁束通路はループであり、それらの各 々は磁束伝達部材８６を二回通ってインダクタ即ち固定子を貫通している。この 磁束伝達部材は、高いトルクに必須の高い磁束密度を維持するために、大きい誘 導を創造するように寸法を決められている。かくして、第７図に図解したように 、バーを通る主要な磁束通路に平行な軸に沿った磁束伝導性バー８２の寸法は、 電動起電磁界を発生するためにこのバーの周りに配置された電気巻線８４の主軸 と平行するバーの縦方向軸に対して短い。

第８図に示したように、この電動起電装置は外側円筒状部分７３の内側表面上よ りもむしろ内側円筒状部分７２の外側表面上に磁石８０を有する形状であっても よい。第９図においては、この電動起電装置は内側部分７２と外側部分７３との 両方上に磁石８０を有する形状になっている。

第１Ｏ図においては、２個の円筒状固定子８２か磁石８０の両側を取り囲んでい る。それに加えて、特別には示してないが、その電動起電装置かこの図面に示し た固定子−回転子の放射状に内側と外側との両方あるいはいずれか一方へ固定子 −回転子要素の付加的層を置くことにより造形されることも実現されるはずであ る。

この発明の電動起電装置はかくして、（永久磁石又は電磁石を使用することによ り具体化されることかできる磁極の少なくとも一対を有する）磁束発生組立品と 、（この磁束発生組立品により作り出される磁束を妨害し、且つ導電巻線と磁束 伝達要素とか交互に並ぶ構造を有する）インダクタ組立品とを含んでいる。巻線 は別々に分散された導体の束から成る巻線によるインダクタの主要な構成要素と して用いることができる。大きい直径の電線の分散された導体の使用は、磁束伝 達要素が巻線磁束遮蔽と組み合わせて用いられた場合に、回転子の高速回転を許 容する。

大きい断面の導体又は大きい断面の導電性磁束伝達要素の場合には、少なくとも 幾つかの従来の既知の装置における使用のように、磁界反転の周波数が増大する ので、バー内の誘起電流の大きさか増大し、且つ誘起電流か回転速度の増加に対 向する抵抗するトルクを作り出すように磁界と反応する。かくして、既知のシェ ル形装置はこの反応トルクにより低速度に本質的に制限され、且つ高速度では回 転できず、それ故に、例えば最も実際的な応用における牽引電動機としての使用 に対して適当ではない。しかしながら、発生した磁界から巻線を遮蔽し、巻線内 に作り出された磁束を孤立させることにより、誘起される電流が制限され、且つ 高速／高トルク動作に対する前述の障害が除去される。

電動機として用いられる場合には、電気的力か既知の電動機により用いられる方 法と類似の方法で機械的カヘ変換されるように、高速で電機子に対して磁界を移 動する（即ち回転する）手段か与えられなければならない。第１図における電機 子８２の接続導体８９を電流源へ接続することによりこれを達成することができ る。

交流発電機又は発電機として用いられる場合には、アクチュエータか軸５１を回 転させ、その軸か導体８４上に電圧を誘起せしめるように回転子７０を回転させ 、且つそににより導体８４から接続導体８９を介して負荷までの電流を発生する 。

特に示してはいないが、このインダクタは（しばしば電力発生応用において用い られるように）整流の代わりに整流器を使用する装置と同様に、（例えば無ブラ シ直流電動機のように）整流が電子的に実行される装置を含んで、必要な電気的 整流装置を含むことは理解されるへきである。必要なタイミングデータを作り出 すように、通過するインダクタバー又は磁極片を感知するために、第７図のホー ル装置２１か磁気リング２２と一緒に用いられてもよい。

第１１図はインダクタ８２か電機子となるこの発明の電動起電装置の一実施例を 図解している。インダクタ８２は取り付は円盤１０１により軸５２へ接続され、 内側円筒７２と外側円筒７３とかハウジング４３へ固定されている。この実施例 においては、このインダクタは、（直流機械の場合に用いられるブラシ、及び交 流機械の場合に用いられるスリップリングにより）ブラシ又はスリップリング１ ０２によって、回転子へ伝達される電気的力を有する回転子となる。第１１図に 示した実施例は、特に直流の整流される機械の場合に何らかの応用に対して好ま れる。

この発明は磁束反転を受ける鉄の最小量の使用により、普通の電動機を越える重 大な利点を有している。即ち、電機子内の磁束伝達要素内の鉄のみか、各磁極が 通過する時に、反転する磁束を受け、且つそれ故に低いヒステリシス損失が経験 される。

それに加えて、磁束漏洩の影響が低減されるので、電機子巻線の全部が全体磁束 変換を経験し、かくしてトルクを作り出すに際して同様に有用である。

この発明は「Ｉ」ビーム形状の固定子バーの使用によって重大な熱伝達の利点を 有する（第５図参照）。固定子バーはインダクタの内側と外側との両表面へ冷却 を与えることを可能にする。この理由によって、重量に対して特に高い出力が更 に増強される。

熱伝達の原理により、−窓表面温度と一様な体積当たりの内部加熱とを有するイ ンダクタ内に造成される熱は、インダクタの厚さの二乗に依存する。例えば、（ この発明において可能なような）０．２５インチの厚さの「Ｉ」ビーム電機子を 、（既知の装置において普通なような）直径が５インチの固体回転子と比較しよ う。そのような既知の装置において造成される熱はこの発明により経験される大 きさの４００倍である。

この発明の電動起電装置は基本設計の幾つかの位相変動で作り出すことができる 。回転円筒状シェル形状に加えて、磁石と巻線との方向を変えることにより、こ の電動機は線形運動を作り出すようにすることができる。その他の変形（図示せ ず）はパンケーキ状及び円錐状の形状を含んでいる。

第１２図は構造が平らであるこの発明の電動起電装置の線形な往復運動する装置 を図解している。図示のように、磁石１１３か平らな下側帰路板１１４上に取り 付けられている。インダクタ１１５が、インダクタが円筒状よりむしろ本質的に 平らであることを除いて図解した他の実施例に対してこれ以前に説明したと同じ 方法で、分散された導体１１６と磁束伝達要素１１７とを設けられている。上側 帰路板１１８も設けられ、上側板１１８の縁上に取り付けられたローラ１２０と （下側板１１４により支えられた）ローラ取り付は箱１１１内に取り付けられた ローラ１２１　とによって、インダクタ１１５は下側板１１４と上側板１１８と に対して且つ下側板１１４と上側板１１８との間を直線的に移動することができ る。

この発明の好適な実施例が図解され説明されたけれども、変形と修正とがこの技 術に熟達した人々には明らかであろう。それ故に、それに制限されることは希望 せず、この発明の範囲及び幅か上記の記述より更に当然である特許請求の範囲か ら決定されるように要請する。

Ｆｉｇ、　４ ＩＩＩ Ｆｉｇ、　１０　Ｆｉｇ、　１２ ＰＥＥＤ Ｆｉｇ、　１３ Ｆｉｇ、　１４ 国際調査報告

Claims (39)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の磁束伝導性バーと、電磁界を発生するために前記バーの周りに置かれ た電気巻線とを含んでいるインダクタを具えており、 前記電気巻線は、前記磁束伝導性バーの間に無作為に分散された電気的導体を具 えており、 前記バーは、前記巻線をこの電動起電装置内の磁界から遮蔽する幾何学を具体化 しており、 前記インダクタの一方側に隣接して置かれた磁界発生器と、前記インダクタに対 向する前記磁界発生器の側の第１磁束帰路と、及び 前記磁界発生器に対向する前記インダクタの側の第２磁束帰路と、 を具えている電動起電装置。
2. ２．前記磁束伝導性バーが、磁束伝導性薄板の積層を具えていることを特徴とす る特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
3. ３．磁束伝導性薄板の積層を具えている複数の磁束伝導性バーと電磁界を発生す るために前記バーの周りに置かれた電気巻線とを含んでいるインダクタを具えて おり、電磁界を発生するために前記バーの周りに置かれた前記電気巻線は、前記 磁束伝導性バーの間に無作為に分散された電気導体を具えており、 前記バーは、前記巻線をこの電動起電装置内の磁界から遮蔽する幾何学を具体化 しており、 前記磁束伝導性薄板は珪素鉄から製作され且つ酸化珪素の被覆により相互から絶 縁されており、 前記インダクタの一方側に隣接して置かれた磁界発生器と、前記インダクタに対 向する前記磁界発生器の側の第１磁束帰路と、及び 前記磁界発生器に対向する前記インダクタの側の第２磁束帰路と、 を具えた電動起電装置。
4. ４．前記磁束伝導性薄板が前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路に平行な材 料粒子方向により製作されたことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の電動 起電装置。
5. ５．前記電動起電装置内の熱発生を低減するための手段を具え、前記手段は前記 磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路に平行な材料粒子方向により製作された前 記磁束伝導性バーを含んでいる特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
6. ６．前記磁束伝導性バーが、前記電動起電装置の設計の電気的特性により決定さ れる磁束飽和点とほぼ等しい磁束伝達能力を作り出す鉄含有量を有する金属合金 から製作されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置 。
7. ７．前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路に平行な軸に沿った前記磁束伝導 性バーの寸法が、電磁界を発生するために前記バーの周りに置かれた前記電気巻 線の主軸と平行する前記バーの縦方向軸に対して短いことを特徴とする特許請求 の範囲第１項記載の電動起電装置。
8. ８．前記磁界発生器が永久磁石を具えていることを特徴とする特許請求の範囲第 １項記載の電動起電装置。
9. ９．前記第１磁束帰路が鉄であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の 電動起電装置。
10. １０．前記第２磁束帰路が前記バーと同じ合金から製作されていることを特徴と する特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
11. １１．前記第２磁束帰路が前記バーと同じ材料から製作されていることを特徴と する特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
12. １２．前記インダクタが固定子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記 載の電動起電装置。
13. １３．前記インダクタが電機子であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記 載の電動起電装置。
14. １４．前記電動起電装置がリニアモータであることを特徴とする特許請求の範囲 第１項記載の電動起電装置。
15. １５．前記電動起電装置が回転電動機であることを特徴とする特許請求の範囲第 １項記載の電動起電装置。
16. １６．前記電動起電装置が発電機であることを特徴とする特許請求の範囲第１項 記載の電動起電装置。
17. １７．前記電動起電装置が交流発電機であることを特徴とする特許請求の範囲第 １項記載の電動起電装置。
18. １８．前記幾何学が「Ｉ」を定義することを特徴とする特許請求の範囲第１項記 載の電動起電装置。
19. １９．前記電気巻線が前記インダクタの寸法に対して大きい直径の導体を具えて いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
20. ２０．前記幾何学が前記磁気遮蔽を与えることに加えて、インダクタの熱交換表 面を増大するために縦方向の縁において延長部を含んでいることを特徴とする特 許請求の範囲第１項記載の電動起電装置。
21. ２１．複数の磁束伝導性バーと電磁界を発生するために前記バーの間に置かれ且 つ無作為に分散された電気的導体から成る巻線とを具え、 前記磁束伝導性バーはこの電動起電装置内の磁界から前記巻線を遮蔽する幾何学 を具体化し、前記磁束伝導性バーは、酸化珪素の被覆により相互から絶縁され、 且つ前記電動起電装置の設計の電気的特性により決定されるような磁束飽和点に 到達する磁束伝達能力を有する珪素鉄金属合金から、前記磁束伝導性バーを通る 主要な磁束通路に平行な材料粒子方向により製作された磁束伝導性薄板の積層を 具えており、前記固定子の一方側に隣接して置かれた複数の永久磁石と、前記固 定子に対向する前記磁界発生器の側の固体鉄磁束帰路と、及び 前記磁界発生器に対向する前記インダクタの側の磁束帰路であって、酸化珪素の 被覆により相互から絶縁され、且つ前記電動起電装置の設計の電気的特性により 決定される磁束飽和点とほぼ等しい磁束伝達能力を有する珪素鉄金属合金から、 前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路に平行な材料粒子方向により製作され た磁束伝導性薄板の積層を具えている磁束帰路と、 を具えた電動起電装置。
22. ２２．複数の磁束伝導性バーと、電磁界を発生するために前記バーの周りに置か れ、且つ間に無作為に分散された電気的導体から成る巻線とを含んでいる回転子 を具え、前記磁束伝導性バーはこの電動起電装置内の磁界から前記巻線を遮蔽す る幾何学を具体化し、前記磁束伝導性バーは、酸化珪素の被覆により相互から絶 縁され、且つ前記電動起電装置の設計の電気的特性により決定されるような磁束 飽和点へ到達する磁束伝達能力を有する珪素鉄金属合金から、前記磁束伝導性バ ーを通る主要な磁束通路と平行な材料粒子方向により製作された磁束伝導性薄板 の積層を具えており、前記回転子の一方面に隣接して置かれた複数の永久磁石と 、前記回転子に対向する前記磁界発生器の側の固体鉄磁束帰路と、及び 前記磁界発生器に対向する前記インダクタの側の磁束帰路であって、酸化珪素の 被覆により相互から絶縁され、且つ前記電動起電装置の設計の電気的特性により 決定される磁束飽和点とほぼ等しい磁束伝達能力を有する珪素鉄金属合金から、 前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路と平行な材料粒子方向により製作され た磁束伝導性薄板の積層を具えている磁束帰路と、 を具えている電動起電装置。
23. ２３．前記磁束伝導性薄板が前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路と平行な 材料粒子方向により製作されることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電 動起電装置。
24. ２４．前記電動起電装置内の熱発生を低減する手段であって、前記磁束伝導性バ ーを通る主要な磁束通路と平行な材料粒子方向により製作された前記磁束伝導性 バーを含んでいる手段を具えていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載 の電動起電装置。
25. ２５．前記磁束伝導性バーが、前記電動起電装置の設計の電気的特性により決定 される磁束飽和点とほぼ等しい磁束伝達能力を作り出す鉄含有量を有する金属合 金から製作されていることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電動起電装 置。
26. ２６．前記磁束伝導性バーを通る主要な磁束通路と平行な軸に沿った前記磁束伝 導性バーの寸法が、電磁界を発生するために前記バーの周りに置かれた前記電気 巻線の主軸と平行する前記バーの縦方向軸に対して短いことを特徴とする特許請 求の範囲第３項記載の電動起電装置。
27. ２７．前記磁界発生器が永久磁石を具えていることを特徴とする特許請求の範囲 第３項記載の電動起電装置。
28. ２８．前記第１磁束帰路が鉄であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載 の電動起電装置。
29. ２９．前記第２磁束帰路が前記バーと同じ合金から製作されていることを特徴と する特許請求の範囲第３項記載の電動起電装置。
30. ３０．前記第２磁束帰路が前記バーと同じ材料から製作されていることを特徴と する特許請求の範囲第３項記載の電動起電装置。
31. ３１．前記インダクタが固定子であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記 載の電動起電装置。
32. ３２．前記インダクタが電機子であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記 載の電動起電装置。
33. ３３．前記電動起電装置がリニアモータであることを特徴とする特許請求の範囲 第３項記載の電動起電装置。
34. ３４．前記電動起電装置が回転電動機であることを特徴とする特許請求の範囲第 ３項記載の電動起電装置。
35. ３５．前記電動起電装置が発電機であることを特徴とする特許請求の範囲第３項 記載の電動起電装置。
36. ３６．前記電動起電装置が交流発電機であることを特徴とする特許請求の範囲第 ３項記載の電動起電装置。
37. ３７．前記幾何学が「Ｉ」を定義することを特徴とする特許請求の範囲第３項記 載の電動起電装置。
38. ３８．前記電気巻線が前記インダクタの寸法に対して大きい直径の導体を具えて いることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の電動起電装置。
39. ３９．前記幾何学が前記磁気遮蔽を与えることに加えて、インダクタの熱交換表 面を増大するために、縦方向の縁において延長部を含んでいることを特徴とする 特許請求の範囲第３項記載の電動起電装置。