JPH05504671A - 電気機械 - 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】 電　気　機　械 本発明は、導電コイルを備えた誘電部とこの誘電部の間に空気間隙を置く励磁部 とを有し、誘電部と励磁部は互いに可動で、誘電部は空気間隙の方向に突出する 隣り合う歯部の間に導電コイルを備えた溝を有する電気機械に関する。

通常の電気機械では、誘電部の歯の横断面は、空気間隙に沿った面に平行な断面 で見て、各歯の高さすなわち空気間隙に近い歯先から歯基部まで、少なくとも実 質的に一定な断面である。この通常な設計は、誘電部の歯における磁束に関して 最適条件ではない。歯先から歯基部まで進むと、溝内に位置するコイルの増加し た巻数は、溝を横切る歯から歯までの磁束の量に関与し、そのため、磁束密度は 歯の基部が歯先部より相当高い。したがって、歯の基部は磁気的に利用できても 、歯先部は磁気的に利用できない。

本発明の目的は、誘電部の歯の磁束密度を改良した電気機械を提供することにあ る。

本発明の目的に対して、本発明による電気機械は、誘電部の歯の幅が、空気間隙 に沿った面に平行で誘電部と励磁部の相対運動方向に直角に測って、空気間隙に 近い歯先より歯の基部を大きくすることを特徴としている。

したがって、本発明によれば、歯の横断面は、歯先から歯基部の方向に増大し、 これにより、磁束密度は、従来のものより歯先から歯基部の方向に少なくなるよ うに変動する。好ましくは、全体の歯の幅は、磁束密度が歯に沿ってほぼ一定に なるように歯先から歯基部まで徐々に増大する。

電気機械の誘電部の全ての歯が上述した構成にする必要はなく、電気機械の設計 によっては、誘電部の一部の歯を上述した構成にしてもよい。しかも、歯の一部 にコイルが設けられていない場合には、歯の幅を拡げてもよい。

本発明による電気機械は、電動モータまたは発電機である。また、この電気機械 は、直線機械であっても回転機械であってもよい。回転電気機械である場合には 、円筒形の空気間隙または回転軸に直角の方向に延びる平面空気間隙が形成され る（ディスク電機子構造タイプ）。

本発明の好ましい変形例では、歯の拡がり部が、相対運動方向で測って自由端に 形成される歯先に比べて変遷端より小さい寸法の部位に形成される。この場合、 溝の幅は、相対運動方向で測って歯の拡がった部位で拡がっている。したがって 、磁束浮遊密度は、一方の歯の拡がり部からつぎの歯の拡がり部に直接移る。

好ましくは、歯間の磁気戻り通路は、歯の幅と同じ方向に測って、隣接するほの 基部とほぼ同じ幅である。この場合、歯基部から磁気戻り通路を通って隣接する 歯基部までの磁束が、実質的に一定の磁束横断面である。これにより、磁束密度 が歯基部より磁気戻り通路で高くならない。しかし、磁気戻り通路で所望の一定 の磁束横断面を得る幾何学的可能性は別にあり、これは、空気間隙に沿った延び る面に直角に測った磁気戻り通路の厚さを特定することである。

さらに、本発明の好ましい変形例では、誘電部の少なくとも歯の拡幅部分を、歯 先と比較して電気抵抗の大きい等方性の強磁性材料とすることである。歯の拡幅 部分において、磁束は歯先から歯基部の方向に正確に並んでいない。そのため、 この層構造は、互いに絶縁の金属シート部であり、歯の拡幅部分でうず電流によ る損失を避けることはできない。この点についての改善策は、等方性の強磁性材 料の磁束が通る構成部、特に歯の基部や磁気戻り通路を作ることである。磁束が 通る構成部は、誘電部会体の中に形成してもよく、この構成部はプラスチックを 結合した金属粉末材料とすることができる。

本発明は、導電コイルを備えた誘電部と空気間隙の方向に突出す歯を有する形式 の全ての電気機械に適用できるが、特に好ましい電気機械は、永久磁石で構成す る励磁部を有することである。この永久磁石は、席上酸化物とコバルトを基材と した材料や席上酸化物とネオジムを基材とした材料であり、サマリウムコバルト または鉄ネオジムが好ましい。

電気機械は好ましくは電気的に整流された電動モータである。

通常の電気機械の大部分のものは、幾つかの歯に直接接触しかつ歯の一つに巻き 付けられコイルヘッドを形成する導電コイルを有しているが、本発明の変形例は 、単一のコイル原理による電気機械の構成である。このコイル原理によれば、歯 は単一コイルに設けられ、各コイルの導電コイルの両端は電流を供給しおよび電 流を放出するように接続されている。これは各コイルを個々に接続すること、全 てのコイルを互いに結合し共通に接続すること、コイルのグループを互いに結合 することで行われる。交流電気機械の場合には、接続は交流の出力部の接続を意 味する。

本発明による電気機械は、好ましくは電流接続原理によるものであり、この電流 接続原理に基づく構造の一例は、回転軸に直角に見て、永久磁石がほぼ三角形で ありかつ周方向に磁化され、磁気的な導通材料部分が永久磁石の周方向に交互に 位置し、磁気的な導通材料部分の磁束出口区域に面する空気間隙が２つの隣接す る永久磁石の磁束横断面の合計より小さくすることである。

図１は、回転電気モータの上半分のみを示す長手方向断面図 図２は、図１の■−■線に沿った断面の円筒面を平面に展開した状態を示す図　 図１に図解的に示す電動モータ２は、いわゆる外側回転子モータであり、はぼ中 空円筒状回転子４がほぼ円筒形外面を有する固定子６を囲むように配置され、こ の回転子４は一般にほぼカップ形をなし、この回転子４は固定子６の軸方向側面 を支持する。

回転子４は固定子６に対して回転軸８を中心に回転する。

図１に示す固定子６の誘電部１２には導電コイル１０が設けられている。回転子 ４は励磁部１４として機能し、この励磁部１４は、周方向に分配された永久磁石 列１６とこの永久磁石列１６の半径方向外側に位置する戻り通路リング１８から 構成されている。各永久磁石１６は半径方向に磁化され、回転子４の周方向内面 において、Ｓ極とＮ極は交互に位置している。誘電部１２の斜線のない部分は、 誘電部の磁束支持構造部である。この磁束支持構造部は、全体として環状をなす 磁気戻り通路部２０とこの磁気戻り通路部２０から半径方向外側に突き出る歯２ ２から構成されている。この磁気戻り通路部２０と歯２２の境界を点線で示す。

２つの隣接する歯２２の間には、軸方向に延びる溝２４が形成されている。この 溝２４は境界線を形成する。

各歯２２にはコイル１０が巻き付けられている。各コイル１０は２つの溝２５を 軸方向に延びかつ歯２２の２つの軸端を回って延びるように歯２２に巻き付けら れている。各コイルは別々にまたはグループであるいは全体として図示しない制 御装置の出力部の電流出口に接続される。

歯２２の先端部２６の間に、永久磁石１６の極面が位置している。この極面は図 １では下側を向く面である。

永久磁石１６の極面と歯２２の端面との間に半径方向に厚さＳの円筒形空気間隙 ２８か形成されている。この円筒形空気間隙２８は、軸方向すなわち図１で左側 から右側に測って、幅ｂ１である。歯２２の基部３０は、軸方向に測って幅ｂ２ の隣接する磁気戻り通路部２０となる。

この幅ｂ２は幅ｂ１より大きい。歯２２の両端に位置する直線的に拡がる部分は 、歯２２の極面（コイルの巻き始め位置）に面する空気間隙より僅か下側の位置 から出発する。歯の先端部と比較すると、この拡がる部分は、図１で示す断面で 三角形をなしている。したがって、歯２２の磁束は、歯の先端部２６から基部３ ０の方向に磁束横断面は増大する。この磁束は、図１でほぼ垂直方向である。磁 気戻り通路リング２０も幅ｂ２である。

歯の拡がり部分３２は、回転子６と固定子４の相対運動方向に測って、図２に示 すように小さい寸法の自由端３６を有する。この自由端３６は歯の移行部３８に 比較して軸方向の最端部になるよう突き出ている。歯の移行部３８とは、歯の拡 がり部分３２かない場合における歯端である。歯の拡がり部分３２は図２の半径 方向からみて、三角形または半円形である。標遊磁束は符号４０で示されている 。この標遊磁束４０は、磁気戻り通路リング２０を避ける間に、歯の拡がり部分 ３２から周方向にこの歯に隣接する歯の拡がり部分３２に流れる。空気を通る通 路長さは長いので、標遊磁束４０の形成は妨害される。

誘電部１２の少なくとも歯の拡がり部分３２は、等方性強磁性材料で形成され、 特に歯の拡がり部分３２におけるうず電流を避けるようにしている。しかし、磁 気戻り通路部２０や歯２２をこの等方性強磁性材料とすることもできる。

励磁部１４は回転軸８に直角の断面でみて、先端部を半径方向内側にしかつ周方 向に磁化したほぼ三角形の永久磁石から構成され、磁気的導電部は周方向に隣接 する永久磁石の間に位置している。流れ集中原理によれば、磁気的導電部は半径 方向内側を向く磁気出口区域を有し、この磁気出口区域は周方向に隣接する２つ の永久磁石の磁束横断面の合計より小さく設定されている。

要　約　書 国際調査報告 導電コイル（１０）を備えた誘電部（１２）と、励磁部（１４）とを有し、誘電 部（１２）と励磁部（１４）の間に空気間隙（２８）を形成し、誘電部（１２） と励磁部（１４）は互いに可動であり、誘電部（１２）は空気間隙（２８）の方 向に突出する隣り合う歯（２２）の間にコイルを備えた溝（２４）を有し、誘電 部（１２）の＠（２２）の幅（ｂ）は、空気間隙（２８）に沿った面に平行でか つ誘電部（１２）と励磁部（１４）の相対運動の方向（３４）に直角に測って、 空気間隙（２８）に隣接する歯先（２６）より開基部（３０）を大きくしたこと を特徴とする電気機械。

図１

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．導電コイル（１０）を備えた誘電部（１２）と、励磁部（１４）とを有し、 誘電部（１２）と励磁部（１４）の間に空気間隙（２８）を形成し、誘電部（１ ２）と励磁部（１４）は互いに可動であり、誘電部（１２）は空気間隙（２８） の方向に突出する隣り合う歯（２２）の間にコイルを備えた溝（２４）を有する 電気機械において、誘電部（１２）の歯（２２）の幅（ｂ）は、空気間隙（２８ ）に沿った面に平行でかつ誘電部（１２）と励磁部（１４）の相対運動の方向（ ３４）に直角に測って、空気間隙（２８）に隣接する歯先（２６）より歯基部（ ３０）を大きくしたことを特徴とする電気磯械。
2. ２．誘電部（１２）の歯（２２）の幅（ｂ）は、磁束密度が歯（２２）に沿って ほぼ一定になるように、歯先（２６）から歯基部（３０）の方向に徐々に増加す ることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の電気磯械。
3. ３．歯先（２６）に比較して広い歯拡がり部分（３２）は、歯の自由端（３６） に形成され、この歯拡がり部分（３２）は誘電部（１２）と励磁部（１４）の相 対運動の方向（３４）に測って、移行端（３８）小さい寸法（ａ）であることを 特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の電気機械。
4. ４．歯（２２）間の磁気戻り通路部（２０）は歯の幅（ｂ）の方向に測って隣接 する歯の基部（３０）とほぼ同じ幅であることを特徴とする請求の範囲第１項な いし第３項のいずれかに記載の電気機械。
5. ５．誘電部（１２）の歯（２２）の歯拡がり部分（３２）は、歯先（２６）に比 較して高い電気抵抗を有する等方性強磁性材料を備えていることを特徴とする請 求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の電気機械。
6. ６．誘電部（１２）の磁束を運ぶ構成部分は、全体として高い電気抵抗を有する 等方性強磁性材料であることを特徴とする請求の範囲第５項に記載の電気機械。
7. ７．等方性強磁性材料がプラスチックを結合した金属粉末材料であることを特徴 とする請求の範囲第５項または第６項に記載の電気機械。
8. ８．励磁部（１４）は永久磁石を有することを特徴とする請求の範囲第１項ない し第７項のいずれかに記載の電気機械。
9. ９．電気機械が交流電動モータであることを特徴とする請求の範囲第１項ないし 第８項のいずれかに記載の電気機械。
10. １０．誘電部（１２）の導電コイル（１０）は、各歯（２２）のための個々のコ イルにより形成され、電気的接続部の出力部に接続されることを特徴とする請求 の範囲第１項ないし第９項のいずれかに記載の電気機械。
11. １１．電気機械が電流集中原理により構成されていることを特徴とする請求の範 囲第１項ないし第１０項のいずれかに記載の電気磯械。