JPH0670590A - 船舶用推進電動モータ - Google Patents
船舶用推進電動モータInfo
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- JPH0670590A JPH0670590A JP4228804A JP22880492A JPH0670590A JP H0670590 A JPH0670590 A JP H0670590A JP 4228804 A JP4228804 A JP 4228804A JP 22880492 A JP22880492 A JP 22880492A JP H0670590 A JPH0670590 A JP H0670590A
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- H02K21/24—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets axially facing the armatures, e.g. hub-type cycle dynamos
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- B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
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- B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
- B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
- B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
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- Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)
- Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
- Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】 船舶用の改良された推進電動モータが開示さ
れる。モータは、円板形状の回転子１６と２個の円板形
状の固定子１２、１４の間に、軸線方向の間隙５０、５
２を有する。モータの大きく開いた直径の中では、音響
隔離継手３２が、回転子１６をプロペラ軸に連結する２
つの環状板２８、３０の間に配置される。周のスラスト
軸受７４は、固定子１２、１４に対する回転子１６の位
置を維持するように、モータにおける電気的および機械
的な力に対抗しこれを分配する。ジャーナル軸受７６は
回転子を支持する。雑音の低減は、食違いの固定子、ゆ
がんだ固定子の溝孔、ゆがんだ界極、および軸角度の繰
返しできる関数であるトルク摂動を補償する電流制御系
の装着によって、大きく増強される。
れる。モータは、円板形状の回転子１６と２個の円板形
状の固定子１２、１４の間に、軸線方向の間隙５０、５
２を有する。モータの大きく開いた直径の中では、音響
隔離継手３２が、回転子１６をプロペラ軸に連結する２
つの環状板２８、３０の間に配置される。周のスラスト
軸受７４は、固定子１２、１４に対する回転子１６の位
置を維持するように、モータにおける電気的および機械
的な力に対抗しこれを分配する。ジャーナル軸受７６は
回転子を支持する。雑音の低減は、食違いの固定子、ゆ
がんだ固定子の溝孔、ゆがんだ界極、および軸角度の繰
返しできる関数であるトルク摂動を補償する電流制御系
の装着によって、大きく増強される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、一般に、電動モータ
に関し、特に、船舶用の推進モータに関する。
に関し、特に、船舶用の推進モータに関する。
【０００２】
【従来の技術】船舶は、典型的には、水上の船舶の水線
の下方に配置され、或いは潜水できる船舶の船体の一部
分の中に配置される、１個または多数の回転するプロペ
ラを採用する。
の下方に配置され、或いは潜水できる船舶の船体の一部
分の中に配置される、１個または多数の回転するプロペ
ラを採用する。
【０００３】典型的には、潜水できる系におけるプロペ
ラは、船舶の船体の中に取付けられたディーゼル動力、
蒸気タービンまたは電動モータによって駆動された。プ
ロペラ軸は、船体を貫通して、船体の外側で軸に取付け
られたプロペラまで延長する。かかる系は、回転する構
成要素から雑音および振動が放射されるという欠点を有
する。また、かかる系は、典型的には、内部船体空間の
大部分を占める。典型的には、モータは、雑音および振
動の主要源である。電動モータにおけるかかる雑音の源
は、しばしば、回転子の位置、磁気抵抗および回転子と
プロペラ軸の間の機械的結合に関連するコギングすなわ
ち磁束における変動を例えば原因とするトルク・リップ
ルである。
ラは、船舶の船体の中に取付けられたディーゼル動力、
蒸気タービンまたは電動モータによって駆動された。プ
ロペラ軸は、船体を貫通して、船体の外側で軸に取付け
られたプロペラまで延長する。かかる系は、回転する構
成要素から雑音および振動が放射されるという欠点を有
する。また、かかる系は、典型的には、内部船体空間の
大部分を占める。典型的には、モータは、雑音および振
動の主要源である。電動モータにおけるかかる雑音の源
は、しばしば、回転子の位置、磁気抵抗および回転子と
プロペラ軸の間の機械的結合に関連するコギングすなわ
ち磁束における変動を例えば原因とするトルク・リップ
ルである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明の一目的は、
モータ以外の目的のために大きな使用できる船体空間を
提供するため、最小の軸線方向長さを備えた船舶用モー
タを提供することにある。
モータ以外の目的のために大きな使用できる船体空間を
提供するため、最小の軸線方向長さを備えた船舶用モー
タを提供することにある。
【０００５】この発明の別の目的は、モータおよび関連
の機器の軸線方向長さを増大させないように、モータの
開いた中央の中に音響隔離結合を提供することによっ
て、モータによって発生する雑音をプロペラ軸から隔離
することにある。
の機器の軸線方向長さを増大させないように、モータの
開いた中央の中に音響隔離結合を提供することによっ
て、モータによって発生する雑音をプロペラ軸から隔離
することにある。
【０００６】この発明の別の目的は、コギングに因る電
動モータにおけるトルク・リップルを低減させ、これに
よって雑音を低減させることにある。
動モータにおけるトルク・リップルを低減させ、これに
よって雑音を低減させることにある。
【０００７】この発明のさらに別の目的は、軸角度の繰
返しできる関数である摂動に因るモータにおけるトルク
・リップルとその結果として生じた雑音とを低減させる
ことにある。
返しできる関数である摂動に因るモータにおけるトルク
・リップルとその結果として生じた雑音とを低減させる
ことにある。
【０００８】この発明のさらにまた別の目的は、大きな
直径の周のスラスト軸受およびジャーナル軸受を包含す
る、回転子における電気的および機械的な力を取扱いか
つ分配するための、改良された配備を提供することにあ
る。
直径の周のスラスト軸受およびジャーナル軸受を包含す
る、回転子における電気的および機械的な力を取扱いか
つ分配するための、改良された配備を提供することにあ
る。
【０００９】
【課題を解決するための手段、作用および発明の効果】
この発明の推進電動モータは、実質的に車輪の形状を備
え、その主要構成要素として、円板形状の回転子と２つ
の円板形状の固定子とを有する。第１の実施例において
は、単一のモータが、船舶の船体の中に取付けられ、船
舶の長手軸線に対して、軸線方向に真直になっている。
第２の実施例においては、反対方向に回転するプロペラ
に関連する２つのモータが装備される。その軸線方向長
さに対して大きな直径を有するモータの形状は、モータ
および関連する継手の全体の積重ね長さを著しく低減さ
せるから、船舶にとって有利である。これは、他の機器
のための大きな内部船体空間を提供する。これに加え
て、モータの大きな直径の開いた中央は、回転子とプロ
ペラ軸の間の音響隔離継手の装備を可能にする。かかる
継手は、モータの内部に位置するから、モータ組立体の
軸線方向積重ね長さに付加されない。
この発明の推進電動モータは、実質的に車輪の形状を備
え、その主要構成要素として、円板形状の回転子と２つ
の円板形状の固定子とを有する。第１の実施例において
は、単一のモータが、船舶の船体の中に取付けられ、船
舶の長手軸線に対して、軸線方向に真直になっている。
第２の実施例においては、反対方向に回転するプロペラ
に関連する２つのモータが装備される。その軸線方向長
さに対して大きな直径を有するモータの形状は、モータ
および関連する継手の全体の積重ね長さを著しく低減さ
せるから、船舶にとって有利である。これは、他の機器
のための大きな内部船体空間を提供する。これに加え
て、モータの大きな直径の開いた中央は、回転子とプロ
ペラ軸の間の音響隔離継手の装備を可能にする。かかる
継手は、モータの内部に位置するから、モータ組立体の
軸線方向積重ね長さに付加されない。
【００１０】回転子の両側に取付けられ、これから、軸
線方向の空気間隙によって分離される、２つの固定子
は、アーマチュア巻線を備え、これは、制御された電流
源（電力インバータ・モジュール）によって給電され
る。回転子の磁界は、回転子の円板に取付けられた永久
磁石によって提供される。回転子の永久磁石は、音響隔
離継手を介してプロペラ軸に移される回転トルクを回転
子に生成するため、固定子の回転する磁界と作用する。
回転子のためのスラスト軸受は、回転子の各側のまわり
で周に沿って取付けられる。この周のスラスト軸受は、
単一の環状軸受にでき、または、多くの相離れた軸受組
立体にできる。回転子は、ラジアル軸受で支持される。
線方向の空気間隙によって分離される、２つの固定子
は、アーマチュア巻線を備え、これは、制御された電流
源（電力インバータ・モジュール）によって給電され
る。回転子の磁界は、回転子の円板に取付けられた永久
磁石によって提供される。回転子の永久磁石は、音響隔
離継手を介してプロペラ軸に移される回転トルクを回転
子に生成するため、固定子の回転する磁界と作用する。
回転子のためのスラスト軸受は、回転子の各側のまわり
で周に沿って取付けられる。この周のスラスト軸受は、
単一の環状軸受にでき、または、多くの相離れた軸受組
立体にできる。回転子は、ラジアル軸受で支持される。
【００１１】固定子のおのおのは、歯および溝孔を包含
し、コイル（導体）が溝孔の中で巻かれる。回転子は、
軸線方向に磁化された永久磁石を包含し、磁束は、回転
子の両側で空気間隙を横切る。磁極が固定子における溝
孔を通過するときに、磁気抵抗が最小になる歯に対する
極の望ましい配向によってコギングが生じる。このコギ
ングは、トルク・リップルの一成分を生じる。この発明
では、コギングは、１つの固定子の歯を他の固定子の溝
孔と対向して配向させるように固定子を食違わせること
によって、最小にできる。
し、コイル（導体）が溝孔の中で巻かれる。回転子は、
軸線方向に磁化された永久磁石を包含し、磁束は、回転
子の両側で空気間隙を横切る。磁極が固定子における溝
孔を通過するときに、磁気抵抗が最小になる歯に対する
極の望ましい配向によってコギングが生じる。このコギ
ングは、トルク・リップルの一成分を生じる。この発明
では、コギングは、１つの固定子の歯を他の固定子の溝
孔と対向して配向させるように固定子を食違わせること
によって、最小にできる。
【００１２】トルク・リップルを低減させる１つの付加
的な特色として、固定子の溝孔はゆがんでいる、すなわ
ち、溝孔は、固定子の直径に対して平行ではなく、直径
に対して角度をなすように位置する。代りに又は付加的
に、磁極もゆがむようにできる、すなわち、回転子の直
径が、磁極の中央長手分割線と共線でないようにでき
る。また、各極の側部は、軽くわん曲する。コギング効
果をさらに低減させるために、多数（図示の実施例で
は、７８個）の永久磁石が、回転子に形成される。
的な特色として、固定子の溝孔はゆがんでいる、すなわ
ち、溝孔は、固定子の直径に対して平行ではなく、直径
に対して角度をなすように位置する。代りに又は付加的
に、磁極もゆがむようにできる、すなわち、回転子の直
径が、磁極の中央長手分割線と共線でないようにでき
る。また、各極の側部は、軽くわん曲する。コギング効
果をさらに低減させるために、多数（図示の実施例で
は、７８個）の永久磁石が、回転子に形成される。
【００１３】トリク・リップルは、トルクにおける全体
の変動の大半が回転子の位置の繰返しできる関数である
という事実の利点を取ることによっても、低減できる。
回転子の位置（または軸の角度）の関数として、モータ
における電流を変化させることによって、モータのトル
クにおける周期的変動が、大きく低減できる。この発明
は、固定子巻線に加えられる電流に渉って精密な制御を
提供するため、高速のスイッチング要素とパルス幅変調
とを利用する。トルク変動に対する補償に必要な「軸の
位置に依存する」情報は、１つまたは多くの「プログラ
ミングできる読取りだけのメモリ（ＰＲＯＭ）」に記憶
される。トルク出力を制御する即時の電流指令信号は、
軸の角度の関数であるトルク・リップルを低減させるた
めに、ＰＲＯＭに記憶された補償情報によって変形され
る。
の変動の大半が回転子の位置の繰返しできる関数である
という事実の利点を取ることによっても、低減できる。
回転子の位置（または軸の角度）の関数として、モータ
における電流を変化させることによって、モータのトル
クにおける周期的変動が、大きく低減できる。この発明
は、固定子巻線に加えられる電流に渉って精密な制御を
提供するため、高速のスイッチング要素とパルス幅変調
とを利用する。トルク変動に対する補償に必要な「軸の
位置に依存する」情報は、１つまたは多くの「プログラ
ミングできる読取りだけのメモリ（ＰＲＯＭ）」に記憶
される。トルク出力を制御する即時の電流指令信号は、
軸の角度の関数であるトルク・リップルを低減させるた
めに、ＰＲＯＭに記憶された補償情報によって変形され
る。
【００１４】
【実施例】この発明のこれらおよびその他の特色、目的
および利点は、図面および以下の詳細な説明から明らか
になるであろう。
および利点は、図面および以下の詳細な説明から明らか
になるであろう。
【００１５】図１は、この発明の推進モータの望ましい
実施例の斜視図を示す。モータ１０は、３つの主要な構
成要素、すなわち２つの固定子および１つの回転子（図
１では、個個に見ることができない）を有する。（図２
に示されるように）回転子１６は、２つの固定子１２、
１４の間に配置される。図１から判るように、モータ１
０は、その軸線方向長さに対して大きな直径を有する実
質的に車輪形状のものである。モータの短い軸線方向長
さは、船舶において有利である。例えば、軸系、継手、
スラスト軸受およびモータの著しく短い積み上げ長さに
よって、エンジン室の全体の長さが低減する。例えば、
図７を参照。これは、装置、貯蔵所、乗員居住区域、武
器系などのために利用できる内部船体空間を大きくす
る。
実施例の斜視図を示す。モータ１０は、３つの主要な構
成要素、すなわち２つの固定子および１つの回転子（図
１では、個個に見ることができない）を有する。（図２
に示されるように）回転子１６は、２つの固定子１２、
１４の間に配置される。図１から判るように、モータ１
０は、その軸線方向長さに対して大きな直径を有する実
質的に車輪形状のものである。モータの短い軸線方向長
さは、船舶において有利である。例えば、軸系、継手、
スラスト軸受およびモータの著しく短い積み上げ長さに
よって、エンジン室の全体の長さが低減する。例えば、
図７を参照。これは、装置、貯蔵所、乗員居住区域、武
器系などのために利用できる内部船体空間を大きくす
る。
【００１６】図１に示されるように、２つの固定子１２
および１４の構造体は、ボルトとナットの組合わせ２２
または他の適当な締付具によって、周フランジ部材１８
の所で、互に接合される。各固定子１２、１４の構造体
はまた、大きな継手フランジ２４に接合され、これは、
船舶のハウジングの中へのモータ１０の取付けを可能に
する（例えば、図６を参照）。
および１４の構造体は、ボルトとナットの組合わせ２２
または他の適当な締付具によって、周フランジ部材１８
の所で、互に接合される。各固定子１２、１４の構造体
はまた、大きな継手フランジ２４に接合され、これは、
船舶のハウジングの中へのモータ１０の取付けを可能に
する（例えば、図６を参照）。
【００１７】回転子１６および固定子１２、１４は、大
きな開いた中央を有する実質的に円板の形状のものであ
る（例えば、図１１および図１０をそれぞれ参照）。図
１を参照すれば、この大きな開いた中央は、船舶の中空
のプロペラ軸２６を通過させるために、およびこの発明
の独特な回転子とプロペラ軸の継手配備のために、この
発明で利用される。かかる配備において、（図２に示さ
れるように、回転子１６に連結された）環状の回転子ト
ルク板２８は、プロペラ軸２６に向って、半径方向内向
きに延長する。プロペラ軸２６に結合されこれから半径
方向外向きに延長する軸円板３０は、プロペラ軸２６の
外壁２７に（例えば溶接によって）連結される。板２８
の外周と円板３０は、図２に明示されるように重なり合
う。これら重なり合い周部分の間には、可撓性の音響減
衰継手３２が介在する。継手３２は、任意適当な可撓性
の材料、例えばエラストマで作ることができ、板２８と
円板３０の間に圧力下に適正位置で保持され、これら
は、例えば接着によって互に保持される。この独特の継
手配備は、雑音を誘導するモータの振動をプロペラ出力
軸から隔離するための有効な手段を提供する。これは、
モータの開いた中央の中で達成され、かくして、モータ
組立体に付加の軸線方向長さを加えることはない。
きな開いた中央を有する実質的に円板の形状のものであ
る（例えば、図１１および図１０をそれぞれ参照）。図
１を参照すれば、この大きな開いた中央は、船舶の中空
のプロペラ軸２６を通過させるために、およびこの発明
の独特な回転子とプロペラ軸の継手配備のために、この
発明で利用される。かかる配備において、（図２に示さ
れるように、回転子１６に連結された）環状の回転子ト
ルク板２８は、プロペラ軸２６に向って、半径方向内向
きに延長する。プロペラ軸２６に結合されこれから半径
方向外向きに延長する軸円板３０は、プロペラ軸２６の
外壁２７に（例えば溶接によって）連結される。板２８
の外周と円板３０は、図２に明示されるように重なり合
う。これら重なり合い周部分の間には、可撓性の音響減
衰継手３２が介在する。継手３２は、任意適当な可撓性
の材料、例えばエラストマで作ることができ、板２８と
円板３０の間に圧力下に適正位置で保持され、これら
は、例えば接着によって互に保持される。この独特の継
手配備は、雑音を誘導するモータの振動をプロペラ出力
軸から隔離するための有効な手段を提供する。これは、
モータの開いた中央の中で達成され、かくして、モータ
組立体に付加の軸線方向長さを加えることはない。
【００１８】図１はまた、双方の固定子１２および１４
の周のまわりに配置されたインバータ・モジュール３４
の配備を示す。インバータ・モジュール３４は、後段に
おいて詳述されるように、固定子コイルのための制御さ
れた電流源として作用する。５個のインバータ・モジュ
ールからなる群のおのおのは、冷却板３６によって冷却
される。各板は、環状体のセグメントの形を有する。各
板３６は、壁によって長手方向に２つの通路に分割さ
れ、壁は、２つの通路を連結するために、１端で開く。
冷却流体は、導管３８を通って半径方向外方の通路には
いり、板の長さを進み、分割された壁の開端を通過し、
半径方向内方の通路の中を戻り、導管４０のところで出
る。導管３８および４０は、いずれも図１に図示されて
いない適当な冷却流体供給部材および温水処理部材にそ
れぞれ連結される。
の周のまわりに配置されたインバータ・モジュール３４
の配備を示す。インバータ・モジュール３４は、後段に
おいて詳述されるように、固定子コイルのための制御さ
れた電流源として作用する。５個のインバータ・モジュ
ールからなる群のおのおのは、冷却板３６によって冷却
される。各板は、環状体のセグメントの形を有する。各
板３６は、壁によって長手方向に２つの通路に分割さ
れ、壁は、２つの通路を連結するために、１端で開く。
冷却流体は、導管３８を通って半径方向外方の通路には
いり、板の長さを進み、分割された壁の開端を通過し、
半径方向内方の通路の中を戻り、導管４０のところで出
る。導管３８および４０は、いずれも図１に図示されて
いない適当な冷却流体供給部材および温水処理部材にそ
れぞれ連結される。
【００１９】図２は、モータ組立体の横断面を示し、図
３は、モータの上半分の拡大横断面図である。明示のた
め、断面を示すハッチングは、省略されている。図２に
示されるように、モータの上半分と下半分は一致してい
る。モータ１０は、典型的には、プロペラ軸２６に対し
て包囲関係で、船体の中に取付けられる。プロペラ軸を
支持しプロペラ推力を船舶に伝達する船舶のスラスト軸
受およびジャーナル軸受は、普通のものであって、符号
４２で一般的に示される。図２は、この発明の改良され
た回転子とプロペラ軸の継手を明示し、これにおいて、
環状の回転子トルク板２８は、回転子１６の部分４４に
（例えば、溶接によって）連結される。すでに述べたよ
うに、プロペラ軸円板３０は、プロペラ軸２６に連結さ
れ、これから半径方向に延長する。板２８と円板３０
は、それらの重なり合い周部分において、雑音および振
動またはそのいずれかの伝達には寄与しない接着または
他の適当な手段によって、連結される。これら２つの部
分の間には、音響減衰継手３２がはさまれる。継手３
２、望ましくはエラストマは、可撓性であって、モータ
の振動を吸収でき、これをプロペラ軸から隔離でき、か
くして、軸の中への、従って船体構造および包囲する水
の中への、雑音の伝達を低減させる。判るように、モー
タのトルクは、板２８、継手３２および円板３０を介し
てプロペラ軸に付与される。トルクは、固定子１２、１
４の巻線における交流によって発生する回転磁界の結果
として作られる。回転磁界は、回転子における永久磁界
と作用し、回転子は、後述するように、環状軸受面に沿
って回転する。
３は、モータの上半分の拡大横断面図である。明示のた
め、断面を示すハッチングは、省略されている。図２に
示されるように、モータの上半分と下半分は一致してい
る。モータ１０は、典型的には、プロペラ軸２６に対し
て包囲関係で、船体の中に取付けられる。プロペラ軸を
支持しプロペラ推力を船舶に伝達する船舶のスラスト軸
受およびジャーナル軸受は、普通のものであって、符号
４２で一般的に示される。図２は、この発明の改良され
た回転子とプロペラ軸の継手を明示し、これにおいて、
環状の回転子トルク板２８は、回転子１６の部分４４に
（例えば、溶接によって）連結される。すでに述べたよ
うに、プロペラ軸円板３０は、プロペラ軸２６に連結さ
れ、これから半径方向に延長する。板２８と円板３０
は、それらの重なり合い周部分において、雑音および振
動またはそのいずれかの伝達には寄与しない接着または
他の適当な手段によって、連結される。これら２つの部
分の間には、音響減衰継手３２がはさまれる。継手３
２、望ましくはエラストマは、可撓性であって、モータ
の振動を吸収でき、これをプロペラ軸から隔離でき、か
くして、軸の中への、従って船体構造および包囲する水
の中への、雑音の伝達を低減させる。判るように、モー
タのトルクは、板２８、継手３２および円板３０を介し
てプロペラ軸に付与される。トルクは、固定子１２、１
４の巻線における交流によって発生する回転磁界の結果
として作られる。回転磁界は、回転子における永久磁界
と作用し、回転子は、後述するように、環状軸受面に沿
って回転する。
【００２０】図３を参照すると、回転子１６は、固定子
１２と１４の間に介在し、これから、軸線方向の空気間
隔５０および５２によって、それぞれ分離される。回転
子１６は一般に、永久磁石材料部分４６と非磁性部分４
４および４８とを有する。固定子１２は一般に、機械的
支持構造体５４、固定子背鉄５６、および５８で総括的
に示される溝孔の中に取付けられた巻線を有する。ガセ
ット６６は、固定子１２の構造補強のために設けられ
る。同様に、固定子１２は、支持構造体６０、背鉄６
２、および溝孔６４の中の巻線を有する。前述したよう
に、２つの固定子支持構造体は、フランジ部材１８およ
び２０において、ボルトとナットの組合わせ２０または
他の適当な締付具によって、互に接合される。固定子構
造のための補強として、補強部材７０および７２が、構
造体５４および６０の周（図１参照）のまわりに間隔を
置いて設けられる。
１２と１４の間に介在し、これから、軸線方向の空気間
隔５０および５２によって、それぞれ分離される。回転
子１６は一般に、永久磁石材料部分４６と非磁性部分４
４および４８とを有する。固定子１２は一般に、機械的
支持構造体５４、固定子背鉄５６、および５８で総括的
に示される溝孔の中に取付けられた巻線を有する。ガセ
ット６６は、固定子１２の構造補強のために設けられ
る。同様に、固定子１２は、支持構造体６０、背鉄６
２、および溝孔６４の中の巻線を有する。前述したよう
に、２つの固定子支持構造体は、フランジ部材１８およ
び２０において、ボルトとナットの組合わせ２０または
他の適当な締付具によって、互に接合される。固定子構
造のための補強として、補強部材７０および７２が、構
造体５４および６０の周（図１参照）のまわりに間隔を
置いて設けられる。
【００２１】各固定子１２、１４の軸線方向外側には、
インバータ・モジュール３４が配置される。固定子支持
構造体とインバータ・モジュール３４の間には、冷却板
３６が介在する。図１を参照して前述したように、各冷
却板は、その長さに沿って冷却水を導くために、図３に
６８で示されている壁によって分割される。
インバータ・モジュール３４が配置される。固定子支持
構造体とインバータ・モジュール３４の間には、冷却板
３６が介在する。図１を参照して前述したように、各冷
却板は、その長さに沿って冷却水を導くために、図３に
６８で示されている壁によって分割される。
【００２２】この発明の独特な点として、周のスラスト
軸受７４およびラジアル軸受７６は、回転子１６を支持
し、モータにおける電気的および機械的な力に対向しか
つこれを分配して、固定子に対する回転子の位置を維持
する。スラスト軸受７４は、回転子の磁気的に活性な部
分すなわち区域４６の附近で、回転子１６の各側におい
て、固定子支持構造体５４および６０に取付けられる。
スラスト軸受組立体は、各固定子支持構造体の回転子に
面する周面に取付けられた、中実の環状軸受または多く
の相離れたスラスト軸受組立体（例えば、普通の傾動パ
ッド型式）からなることができる。回転子１６の軸受面
は、環状のランナ７８および８０からなり、これは図４
を参照して記載するように、回転子１６に取付けられ
る。回転子１６は、ラジアル軸受７６に沿って支持さ
れ、これは、固定子支持構造体５４の回転子に面する周
面に取付けられた、単純な円筒状軸受または多くの相離
れた軸受組立体からなることができ、プロペラ軸２６か
ら離れている。回転子１６のラジアル軸受面は、環状の
ランナ８２からなる。これら周軸受配備は、この発明の
大きな開いた直径のモータに独特に適する。
軸受７４およびラジアル軸受７６は、回転子１６を支持
し、モータにおける電気的および機械的な力に対向しか
つこれを分配して、固定子に対する回転子の位置を維持
する。スラスト軸受７４は、回転子の磁気的に活性な部
分すなわち区域４６の附近で、回転子１６の各側におい
て、固定子支持構造体５４および６０に取付けられる。
スラスト軸受組立体は、各固定子支持構造体の回転子に
面する周面に取付けられた、中実の環状軸受または多く
の相離れたスラスト軸受組立体（例えば、普通の傾動パ
ッド型式）からなることができる。回転子１６の軸受面
は、環状のランナ７８および８０からなり、これは図４
を参照して記載するように、回転子１６に取付けられ
る。回転子１６は、ラジアル軸受７６に沿って支持さ
れ、これは、固定子支持構造体５４の回転子に面する周
面に取付けられた、単純な円筒状軸受または多くの相離
れた軸受組立体からなることができ、プロペラ軸２６か
ら離れている。回転子１６のラジアル軸受面は、環状の
ランナ８２からなる。これら周軸受配備は、この発明の
大きな開いた直径のモータに独特に適する。
【００２３】図４は、図３に図示される回転子１６およ
びトルク板２８の拡大図である。回転子１６の主要構成
要素は、不銹鋼、チタンまたは合成物のような非磁性材
料で作られた円板である。図４において、非磁性円板部
分は、４４および４８で示される。この発明において、
永久磁石は、回転子円板における開口の中に取付けられ
る。回転子円板に取付けられたこれら永久磁石は、総括
的に区域４６として図示される。小さな機械では、磁石
は、開口の中に直接に配置でき、エポキシ接着剤で固定
できる。大きな機械において、磁石は磁石保持具の中に
配置でき、保持具が、回転子の開口の内側に機械的に締
付けられる。付加的に、図４に示されるように、双方の
シールドを貫通する締付具を備えた機械的シールド８４
が、磁石を固定させる。望ましい実施例において、永久
磁石はネオジム・鉄・ほう素である。永久磁石は、その
エネルギ生成量によって評価される。エネルギ生成量
は、Ｂ磁束密度とＨ磁界の強さの積である。ネオジム・
鉄・ほう素は、３０メガガウス・エルステッドを越える
エネルギ生成量で、商業上利用できる。永久磁界回転子
の利点は、これが回転電気接点の必要を消去し、極めて
低い熱損失だけを吸収しなければならない、ということ
にある。かくして、これは、複雑でかさ高の冷却系を必
要としない。さらに、永久磁石は、他の設計と比較的し
たときに、高い電力密度を提供し、かつ比較的軽量のも
のである。
びトルク板２８の拡大図である。回転子１６の主要構成
要素は、不銹鋼、チタンまたは合成物のような非磁性材
料で作られた円板である。図４において、非磁性円板部
分は、４４および４８で示される。この発明において、
永久磁石は、回転子円板における開口の中に取付けられ
る。回転子円板に取付けられたこれら永久磁石は、総括
的に区域４６として図示される。小さな機械では、磁石
は、開口の中に直接に配置でき、エポキシ接着剤で固定
できる。大きな機械において、磁石は磁石保持具の中に
配置でき、保持具が、回転子の開口の内側に機械的に締
付けられる。付加的に、図４に示されるように、双方の
シールドを貫通する締付具を備えた機械的シールド８４
が、磁石を固定させる。望ましい実施例において、永久
磁石はネオジム・鉄・ほう素である。永久磁石は、その
エネルギ生成量によって評価される。エネルギ生成量
は、Ｂ磁束密度とＨ磁界の強さの積である。ネオジム・
鉄・ほう素は、３０メガガウス・エルステッドを越える
エネルギ生成量で、商業上利用できる。永久磁界回転子
の利点は、これが回転電気接点の必要を消去し、極めて
低い熱損失だけを吸収しなければならない、ということ
にある。かくして、これは、複雑でかさ高の冷却系を必
要としない。さらに、永久磁石は、他の設計と比較的し
たときに、高い電力密度を提供し、かつ比較的軽量のも
のである。
【００２４】図４はまた、環状ランナ７８、８０および
８２の取付けを図示する。環状ランナ７８は、回転子ト
ルク板２８の外側に取付けられ、ランナ８０は、機械的
シールド８４の外側に取付けられる。双方のランナ７８
および８０は、内方締付具８６によって固定される。環
状ランナ８２は、回転子円板部分４４の下面に対して取
付けられ、適当な締付具８８によって正しく固定され
る。
８２の取付けを図示する。環状ランナ７８は、回転子ト
ルク板２８の外側に取付けられ、ランナ８０は、機械的
シールド８４の外側に取付けられる。双方のランナ７８
および８０は、内方締付具８６によって固定される。環
状ランナ８２は、回転子円板部分４４の下面に対して取
付けられ、適当な締付具８８によって正しく固定され
る。
【００２５】図５は、図２および図３に示される固定子
１２の拡大横断面図であり、判るように、固定子１４
は、対向する配向で、同じ構成要素を有する。固定子コ
イルの輪郭は、符号５８によって示され、固定子の背鉄
は、符号５６で示される一連の長方形の帯域によって表
わされる。図５にはまた、従来の詳しくない図には図示
されていない固定子の冷却板１１２が図示される。固定
子の冷却板１１２の中には、一連の冷却通路１１４が存
し、これは、固定子のコイルによって発生した熱を散乱
させるに役立つ。包囲するコイル５８を備えた背鉄コア
５６は、保持ピン例えばピン１１５によって、固定子冷
却板１１２に連結される。この副組立体は、次いで、適
当な締付具１１６によって、固定子支持構造体５４（図
２）に連結される。
１２の拡大横断面図であり、判るように、固定子１４
は、対向する配向で、同じ構成要素を有する。固定子コ
イルの輪郭は、符号５８によって示され、固定子の背鉄
は、符号５６で示される一連の長方形の帯域によって表
わされる。図５にはまた、従来の詳しくない図には図示
されていない固定子の冷却板１１２が図示される。固定
子の冷却板１１２の中には、一連の冷却通路１１４が存
し、これは、固定子のコイルによって発生した熱を散乱
させるに役立つ。包囲するコイル５８を備えた背鉄コア
５６は、保持ピン例えばピン１１５によって、固定子冷
却板１１２に連結される。この副組立体は、次いで、適
当な締付具１１６によって、固定子支持構造体５４（図
２）に連結される。
【００２６】図６は、船舶の船体９０を通る横断面図に
よって、モータ１０の典型的な取付配備を図示する。モ
ータ１０は、船舶のプロペラ軸２６に対して同軸線に、
固定用の大きな継手フランジ２４によって、船体の内部
の基礎部材９２に取付けられる。望ましくは、モータ
は、フランジ２４と基礎部材９２の間に介在する或る形
の音響隔離部材９４（例えばエラストマ・ブロック）で
取付けられる。
よって、モータ１０の典型的な取付配備を図示する。モ
ータ１０は、船舶のプロペラ軸２６に対して同軸線に、
固定用の大きな継手フランジ２４によって、船体の内部
の基礎部材９２に取付けられる。望ましくは、モータ
は、フランジ２４と基礎部材９２の間に介在する或る形
の音響隔離部材９４（例えばエラストマ・ブロック）で
取付けられる。
【００２７】図７は、船舶の中のこの発明の推進モータ
の典型的な配備を図示する、船舶の船体９０を通る側部
横断面図である。典型的なプロペラ軸２６を取付ける配
備のセグメントが、一般に示され、これらは例えば、軸
受を備えた船尾管９６、軸シール９８、軸継手１００、
および船舶のスラスト並びにジャール軸受組立体４２で
ある。
の典型的な配備を図示する、船舶の船体９０を通る側部
横断面図である。典型的なプロペラ軸２６を取付ける配
備のセグメントが、一般に示され、これらは例えば、軸
受を備えた船尾管９６、軸シール９８、軸継手１００、
および船舶のスラスト並びにジャール軸受組立体４２で
ある。
【００２８】図８は、この発明の二重逆回転プロペラ軸
の実施例を図示する表示である。この実施例において、
外方のプロペラ軸２６は、推進モータ１０によって駆動
され、内方のプロペラ軸１０２は、外方の軸２６の回転
方向と逆の回転方向に、推進モータ１０４によって駆動
される。普通のように、外方の軸２６に結合されたプロ
ペラの羽根は、内方の軸１０２に結合されたプロペラの
羽根に対して、逆のピッチのものである。図８に図示さ
れる主要構成要素の或るものは、双方の軸に対する軸受
を備えた船尾管９６、外方の軸シール９８、外方の軸の
継手１００、外方の軸のための船舶のスラストおよびジ
ャーナル軸受組立体４２、内方および外方の軸のシール
１０６、内方の軸の継手１０８、および内方の軸のため
の船舶のスラストおよびジャーナル軸受組立体１１０で
ある。二重逆回転プロペラが使用されるのは、実現され
る流体力学的利点のためである。この利点は、電力損失
の低減を助ける。
の実施例を図示する表示である。この実施例において、
外方のプロペラ軸２６は、推進モータ１０によって駆動
され、内方のプロペラ軸１０２は、外方の軸２６の回転
方向と逆の回転方向に、推進モータ１０４によって駆動
される。普通のように、外方の軸２６に結合されたプロ
ペラの羽根は、内方の軸１０２に結合されたプロペラの
羽根に対して、逆のピッチのものである。図８に図示さ
れる主要構成要素の或るものは、双方の軸に対する軸受
を備えた船尾管９６、外方の軸シール９８、外方の軸の
継手１００、外方の軸のための船舶のスラストおよびジ
ャーナル軸受組立体４２、内方および外方の軸のシール
１０６、内方の軸の継手１０８、および内方の軸のため
の船舶のスラストおよびジャーナル軸受組立体１１０で
ある。二重逆回転プロペラが使用されるのは、実現され
る流体力学的利点のためである。この利点は、電力損失
の低減を助ける。
【００２９】この発明の主要な利点は、雑音の低減にあ
る。雑音は、電動モータにおいて、部分的に、トルク・
リップルとして知られている不安定な望ましくない磁気
牽引力によって生じる機械的振動による。トルクにおけ
る望ましくない変動の中の１つの構成要素は、コギング
（回転子の磁極が固定子の磁極を通過するさいに磁束が
変動することによって発生するような、トルク変動およ
び速度の周期的変動）のトルクと称せられ、これは、モ
ータがアーマチュア歯を有するときに生じる。
る。雑音は、電動モータにおいて、部分的に、トルク・
リップルとして知られている不安定な望ましくない磁気
牽引力によって生じる機械的振動による。トルクにおけ
る望ましくない変動の中の１つの構成要素は、コギング
（回転子の磁極が固定子の磁極を通過するさいに磁束が
変動することによって発生するような、トルク変動およ
び速度の周期的変動）のトルクと称せられ、これは、モ
ータがアーマチュア歯を有するときに生じる。
【００３０】この発明において、軸線方向に磁化された
永久磁石４６は、回転子１６に取付けられる。固定子１
２および１４は、回転子１６の両側に位置し、これか
ら、軸線方向の空気間隙５０および５２によって分離さ
れる。磁束は、回転子１６の両側において、空気間隙を
軸線方向に横切る。図９および図１０は、コギングによ
って生じるトルク・リップルの問題を如何にして改良す
るかの表示である。図９は、固定子１２および１４の第
１形状と、回転子１６の磁極に対する、固定子の歯およ
び溝孔の真直配列とを表示する。固定子の「鉄」の歯
は、１１８で示され、導電体および誘電材料に占められ
た溝孔は、１２０で示される。固定子鉄の透磁率は空気
またはコイルおよび誘電体より大きいので、磁束密度
は、歯において、溝孔におけるよりも大きい。磁極が溝
孔を通過するときに、コギングは、歯に対する極の望ま
しい配向によって生じ、ここで磁気抵抗は最小である。
このコギングは、固定子の電流に依存しないトルク・リ
ップルの構成要素を引き起す。この発明において、この
コギング効果は、図１０に示されるように、一方の固定
子の歯を他方の固定子の溝孔に対向するように配向させ
るようにして、固定子を食違わせることによって、最小
になる。かくして、１つの磁極が一方の固定子における
溝孔を通過するときに、これはまた、他方の回転子にお
ける歯に対して真直に位置し、これによって、望ましく
ない磁気牽引に対抗する。
永久磁石４６は、回転子１６に取付けられる。固定子１
２および１４は、回転子１６の両側に位置し、これか
ら、軸線方向の空気間隙５０および５２によって分離さ
れる。磁束は、回転子１６の両側において、空気間隙を
軸線方向に横切る。図９および図１０は、コギングによ
って生じるトルク・リップルの問題を如何にして改良す
るかの表示である。図９は、固定子１２および１４の第
１形状と、回転子１６の磁極に対する、固定子の歯およ
び溝孔の真直配列とを表示する。固定子の「鉄」の歯
は、１１８で示され、導電体および誘電材料に占められ
た溝孔は、１２０で示される。固定子鉄の透磁率は空気
またはコイルおよび誘電体より大きいので、磁束密度
は、歯において、溝孔におけるよりも大きい。磁極が溝
孔を通過するときに、コギングは、歯に対する極の望ま
しい配向によって生じ、ここで磁気抵抗は最小である。
このコギングは、固定子の電流に依存しないトルク・リ
ップルの構成要素を引き起す。この発明において、この
コギング効果は、図１０に示されるように、一方の固定
子の歯を他方の固定子の溝孔に対向するように配向させ
るようにして、固定子を食違わせることによって、最小
になる。かくして、１つの磁極が一方の固定子における
溝孔を通過するときに、これはまた、他方の回転子にお
ける歯に対して真直に位置し、これによって、望ましく
ない磁気牽引に対抗する。
【００３１】トルク・リップルおよび結果として生じる
雑音を低減させるこの発明の付加的な特色は、図１１お
よび図１２に図示される。図１１は、円板形状の固定子
１２および１４の第１形状を表わし、ここで、固定子コ
イルのための個個の溝孔１１８が、各固定子の直径例え
ば線１２２に対して共線的になっている。この発明の１
つの実施例においては、図１２に示されるように、固定
子の溝孔１１８は、ゆがんでいる、すなわち、これは、
各固定子の直径例えば線１２２に対して或る角度に位置
する。この特色はまた、極のコギング構成要素の一部分
（望ましくは、半分）を極のコギング構成要素の他の一
部分（望ましくは、半分）対して位相を外すように位置
させることによって、コギング効果の低減を助ける。
雑音を低減させるこの発明の付加的な特色は、図１１お
よび図１２に図示される。図１１は、円板形状の固定子
１２および１４の第１形状を表わし、ここで、固定子コ
イルのための個個の溝孔１１８が、各固定子の直径例え
ば線１２２に対して共線的になっている。この発明の１
つの実施例においては、図１２に示されるように、固定
子の溝孔１１８は、ゆがんでいる、すなわち、これは、
各固定子の直径例えば線１２２に対して或る角度に位置
する。この特色はまた、極のコギング構成要素の一部分
（望ましくは、半分）を極のコギング構成要素の他の一
部分（望ましくは、半分）対して位相を外すように位置
させることによって、コギング効果の低減を助ける。
【００３２】図１３および図１４は、推進モータにおけ
るコギング、トルク・リップルおよび結果として生じる
雑音を低減させる、この発明のさらに別の特色を図示す
る。図１３は、トルク板２８とランナ７８、８０および
８２とを取外した、例えば固定子１４に面する側部から
見た、円板形状の回転子１６の第１形状を表わす。回転
子磁石１２４は、図示のように、１つ置きの北極および
南極を備えるように形成される。図４を参照して前述し
たような機械的シールドは、外縁において、開孔１３４
における磁石当り１つの締付具によって、また内縁にお
いて、２２．５度だけ相離れている開孔１３６における
締付具によって、回転子円板に取付けられる。（図４に
示されるように）回転子１６にランナ８２を取付ける締
付具８８は、図１３および図１４に横断面で示される開
孔１３７を使用する。この第１形状において、極は、回
転子の直径例えば線１２６に対して真直である。この発
明の１つの実施例においては、図１４に示されるよう
に、回転子の極はゆがんでいる、すなわち直径１２６
は、極の長手軸線に対して共線になっていない。極の長
手軸線を真直に通過する線、例えば線１２８は、回転子
中心から外れている点を通過する。さらに、１つの望ま
しい実施例において、各極１２４は、ゆがんだ形状を有
し、これにおいて、側部１３０（図１４）は、軽くわん
曲している。これは、図１３に図示される極の真直な側
部と対照をなす。この形状は、この発明の軸線方向間隙
のモータにおいて、コギングのトルクが、力の生じる半
径の関数であるから、望ましい。図１４においては、各
曲の両極がわん曲しているけれども、少くとも１側がわ
ん曲していることが、コギングのトルクの減少において
有益な効果を有する。
るコギング、トルク・リップルおよび結果として生じる
雑音を低減させる、この発明のさらに別の特色を図示す
る。図１３は、トルク板２８とランナ７８、８０および
８２とを取外した、例えば固定子１４に面する側部から
見た、円板形状の回転子１６の第１形状を表わす。回転
子磁石１２４は、図示のように、１つ置きの北極および
南極を備えるように形成される。図４を参照して前述し
たような機械的シールドは、外縁において、開孔１３４
における磁石当り１つの締付具によって、また内縁にお
いて、２２．５度だけ相離れている開孔１３６における
締付具によって、回転子円板に取付けられる。（図４に
示されるように）回転子１６にランナ８２を取付ける締
付具８８は、図１３および図１４に横断面で示される開
孔１３７を使用する。この第１形状において、極は、回
転子の直径例えば線１２６に対して真直である。この発
明の１つの実施例においては、図１４に示されるよう
に、回転子の極はゆがんでいる、すなわち直径１２６
は、極の長手軸線に対して共線になっていない。極の長
手軸線を真直に通過する線、例えば線１２８は、回転子
中心から外れている点を通過する。さらに、１つの望ま
しい実施例において、各極１２４は、ゆがんだ形状を有
し、これにおいて、側部１３０（図１４）は、軽くわん
曲している。これは、図１３に図示される極の真直な側
部と対照をなす。この形状は、この発明の軸線方向間隙
のモータにおいて、コギングのトルクが、力の生じる半
径の関数であるから、望ましい。図１４においては、各
曲の両極がわん曲しているけれども、少くとも１側がわ
ん曲していることが、コギングのトルクの減少において
有益な効果を有する。
【００３３】コギングを低減させるこの発明の別の特色
は、極の数が多いことである。図１４に示されるよう
に、７８個の永久磁極１２４が回転子１６に形成され
る。固定子のおのおのは、７８個の極のおのおのに対し
て（励磁電流の相毎に１つの）３個の溝孔である、２３
４個の溝孔を包含する。固定子のコイルは、簡単のため
に真直であるとして図示した、固定子の一部分の縁部を
図示する、図１５に示されるように巻かれる。アーマチ
ュア・コア１３６は、例えば、Ｍ４７低炭素シートで作
ることができ、次の方法で巻付けできる。
は、極の数が多いことである。図１４に示されるよう
に、７８個の永久磁極１２４が回転子１６に形成され
る。固定子のおのおのは、７８個の極のおのおのに対し
て（励磁電流の相毎に１つの）３個の溝孔である、２３
４個の溝孔を包含する。固定子のコイルは、簡単のため
に真直であるとして図示した、固定子の一部分の縁部を
図示する、図１５に示されるように巻かれる。アーマチ
ュア・コア１３６は、例えば、Ｍ４７低炭素シートで作
ることができ、次の方法で巻付けできる。
【００３４】溝孔１２０は、Ａ１、Ｃ７８、Ｂ１、Ａ
２、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ２、Ｂ３の符号で示され、こ
れは、固定子の周のまわりをずっと継続して、Ａ７８、
Ｃ７７、Ｂ７８を包含する。導体（コイル）１３８は、
例えば、溝孔Ａ１においてコアの外径から始めて、内径
に進む。導体は、内径に沿って継続し、溝孔Ａ２にはい
る。これは、外径のところで溝孔Ａ２を出て、溝孔Ａ１
に戻る。導体は、１２ターンが各溝孔で完了するまで、
溝孔Ａ１およびＡ２を通って巻かれるように継続する。
溝孔Ａ１およびＡ２の中で１２ターンが完了したとき
に、導体は、外径に沿って溝孔Ａ３に継続する。溝孔Ａ
３およびＡ４が、溝孔Ａ１およびＡ２と同じ方法で、１
２ターンを巻かれる。溝孔Ａ３およびＡ４での巻きが完
了したときに、同様に、溝孔Ａ５およびＡ６で１２ター
ンが巻かれる。溝孔Ａ６における導体の終りは、終点で
あり、これは、インバータ・モジュール３４（例えば、
図１および図２を参照）に接続される。溝孔Ａ１におけ
る導体の始点も、同じインバータ・モジュールに接続さ
れる。望ましい実施例において、各回転子に対して４０
個のインバータ・モジュール（１つの予備）が存する。
２、Ｃ１、Ｂ２、Ａ３、Ｃ２、Ｂ３の符号で示され、こ
れは、固定子の周のまわりをずっと継続して、Ａ７８、
Ｃ７７、Ｂ７８を包含する。導体（コイル）１３８は、
例えば、溝孔Ａ１においてコアの外径から始めて、内径
に進む。導体は、内径に沿って継続し、溝孔Ａ２にはい
る。これは、外径のところで溝孔Ａ２を出て、溝孔Ａ１
に戻る。導体は、１２ターンが各溝孔で完了するまで、
溝孔Ａ１およびＡ２を通って巻かれるように継続する。
溝孔Ａ１およびＡ２の中で１２ターンが完了したとき
に、導体は、外径に沿って溝孔Ａ３に継続する。溝孔Ａ
３およびＡ４が、溝孔Ａ１およびＡ２と同じ方法で、１
２ターンを巻かれる。溝孔Ａ３およびＡ４での巻きが完
了したときに、同様に、溝孔Ａ５およびＡ６で１２ター
ンが巻かれる。溝孔Ａ６における導体の終りは、終点で
あり、これは、インバータ・モジュール３４（例えば、
図１および図２を参照）に接続される。溝孔Ａ１におけ
る導体の始点も、同じインバータ・モジュールに接続さ
れる。望ましい実施例において、各回転子に対して４０
個のインバータ・モジュール（１つの予備）が存する。
【００３５】溝孔Ｂ１からＢ６は、同様に、別の導体で
巻かれ、これが、別のインバータ・モジュールに接続さ
れる。同様に、溝孔Ｃ１からＣ６が別の導体で巻かれ、
これが、別のインバータ・モジュールに接続される。別
の導体が、Ａ７で始められ、Ａ１２で終る。この過程
は、すべての２３４個の溝孔が満たされるまで、継続す
る。
巻かれ、これが、別のインバータ・モジュールに接続さ
れる。同様に、溝孔Ｃ１からＣ６が別の導体で巻かれ、
これが、別のインバータ・モジュールに接続される。別
の導体が、Ａ７で始められ、Ａ１２で終る。この過程
は、すべての２３４個の溝孔が満たされるまで、継続す
る。
【００３６】前述したように、この発明のいくつかの特
色は、トルク・リップルとその結果生じる雑音とを低減
させる。これらの特色には、食違った固定子、ゆがんだ
固定子溝孔、ゆがんだ界極、および多数の極の利用、が
包含される。さらに付加的な特色として、この発明は、
回転子の位置に直接に関連する軸の角度の繰返しできる
関数である摂動を補償するために、アーマチュア電流の
制御を利用する。前述したように、固定子巻線１３８
は、インバータ・モジュール３４によって供給される。
モータのための電力インバータは、当業者に良く知ら
れ、選択された特定のインバータ回路は、モータのため
の電力源およびモータに必要な電力に依存する。
色は、トルク・リップルとその結果生じる雑音とを低減
させる。これらの特色には、食違った固定子、ゆがんだ
固定子溝孔、ゆがんだ界極、および多数の極の利用、が
包含される。さらに付加的な特色として、この発明は、
回転子の位置に直接に関連する軸の角度の繰返しできる
関数である摂動を補償するために、アーマチュア電流の
制御を利用する。前述したように、固定子巻線１３８
は、インバータ・モジュール３４によって供給される。
モータのための電力インバータは、当業者に良く知ら
れ、選択された特定のインバータ回路は、モータのため
の電力源およびモータに必要な電力に依存する。
【００３７】基本的に、インバータ・モジュール３４
は、固定子巻線のための制御できる電流源である。在来
のように、各インバータ・モジュールの出力は、所望の
出力トルクに応じて選択される。これもまた在来である
パルス幅変調（ＰＷＭ）は、インバータ出力を調整する
のに利用される。望ましい実施例において、望ましくは
２０ｋＨｚの範囲の高いＰＷＭ周波数は、ＰＷＭリップ
ル振幅を最小にするに、さらに重要には、回転子電流の
制御に応じた迅速なスイッチングを可能とするに、利用
される。極めて迅速なスイッチング時間は、この発明の
利益を得るに必要であるから、インバータ・モジュール
においてスイッチング要素として、「絶縁されたゲート
双極トランジスタ」（ＩＧＢＴ）を選択することが望ま
しい。
は、固定子巻線のための制御できる電流源である。在来
のように、各インバータ・モジュールの出力は、所望の
出力トルクに応じて選択される。これもまた在来である
パルス幅変調（ＰＷＭ）は、インバータ出力を調整する
のに利用される。望ましい実施例において、望ましくは
２０ｋＨｚの範囲の高いＰＷＭ周波数は、ＰＷＭリップ
ル振幅を最小にするに、さらに重要には、回転子電流の
制御に応じた迅速なスイッチングを可能とするに、利用
される。極めて迅速なスイッチング時間は、この発明の
利益を得るに必要であるから、インバータ・モジュール
においてスイッチング要素として、「絶縁されたゲート
双極トランジスタ」（ＩＧＢＴ）を選択することが望ま
しい。
【００３８】すでに述べたように、この発明の重要な利
点は、トルク・リップルの最小化である。トルク・リッ
プルは、多くの源から発生でき、それには、コギング・
トルク（前述した）、空気間隙における磁束の位置変
化、および磁気抵抗が含まれる。この発明は、トルクの
全体の変化の多くが、回転子の位置およびアーマチュア
電流の繰返しできる関数であるという、事実の利点を取
る。回転子の位置（または軸の角度）の関数としてモー
タにおける電流を変動させることによって、モータのト
ルクにおける周期的変動は、消去でき、或いは、少くと
も大きく低減できる。軸の位置のフィードバックおよび
モータの電流のフィードバックは、スイッチング要素の
適正なタイミングのために、インバータにおいて従来か
ら普通に採用されている。しかしながら、従来の技術
は、雑音の低減のためのフィードバック制御を考慮して
いない。
点は、トルク・リップルの最小化である。トルク・リッ
プルは、多くの源から発生でき、それには、コギング・
トルク（前述した）、空気間隙における磁束の位置変
化、および磁気抵抗が含まれる。この発明は、トルクの
全体の変化の多くが、回転子の位置およびアーマチュア
電流の繰返しできる関数であるという、事実の利点を取
る。回転子の位置（または軸の角度）の関数としてモー
タにおける電流を変動させることによって、モータのト
ルクにおける周期的変動は、消去でき、或いは、少くと
も大きく低減できる。軸の位置のフィードバックおよび
モータの電流のフィードバックは、スイッチング要素の
適正なタイミングのために、インバータにおいて従来か
ら普通に採用されている。しかしながら、従来の技術
は、雑音の低減のためのフィードバック制御を考慮して
いない。
【００３９】この発明は、各相のための電流の値を決定
するに使用される軸の位置に依存する情報をデジタル的
に記憶するのに、１つまたは多くの「プログラミングで
きる読取りだけのメモリ」（ＰＲＯＭ）を利用する。モ
ータ（例えば三相モータ）の各相は、望ましくはＰＷＭ
制御調整およびＩＧＢＴインバータ・スイッチを利用す
る、インバータ・モジュール３４によって供給される。
各インバータ・モジュール３４は、入力信号に比例した
電流を生成するために、ＰＲＯＭに記憶された情報を利
用して、制御される。
するに使用される軸の位置に依存する情報をデジタル的
に記憶するのに、１つまたは多くの「プログラミングで
きる読取りだけのメモリ」（ＰＲＯＭ）を利用する。モ
ータ（例えば三相モータ）の各相は、望ましくはＰＷＭ
制御調整およびＩＧＢＴインバータ・スイッチを利用す
る、インバータ・モジュール３４によって供給される。
各インバータ・モジュール３４は、入力信号に比例した
電流を生成するために、ＰＲＯＭに記憶された情報を利
用して、制御される。
【００４０】図１６は、軸の位置に依存する情報を利用
するトルク・リップルの制御のための基本系のブロック
線図である。軸の位置に依存する情報は、ＰＲＯＭ１４
０にデジタル的に記憶される。ＰＲＯＭ１４０は、単一
のＰＲＯＭチップでもよく、或いは、いくつかのチップ
でもよい。さらに、ＰＲＯＭ１４０は、各ページ（また
はチップ）を１つの相に割当てた、メモリの３つの別別
のページ（または３つのチップ）に分割でき、或いはこ
れは、各ページ（またはチップ）を１つのインバータ・
モジュール又はインバータ・モジュールの１つの群に割
当てた、多くのページ（またはチップ）に分割できる。
図１３において、３つだけのインバータ・モジュール３
４が図示される。しかしながら、この発明においては、
固定子当り４０個のモジュール（１つの予備）の、８０
個のインバータ・モジュールが意図される。
するトルク・リップルの制御のための基本系のブロック
線図である。軸の位置に依存する情報は、ＰＲＯＭ１４
０にデジタル的に記憶される。ＰＲＯＭ１４０は、単一
のＰＲＯＭチップでもよく、或いは、いくつかのチップ
でもよい。さらに、ＰＲＯＭ１４０は、各ページ（また
はチップ）を１つの相に割当てた、メモリの３つの別別
のページ（または３つのチップ）に分割でき、或いはこ
れは、各ページ（またはチップ）を１つのインバータ・
モジュール又はインバータ・モジュールの１つの群に割
当てた、多くのページ（またはチップ）に分割できる。
図１３において、３つだけのインバータ・モジュール３
４が図示される。しかしながら、この発明においては、
固定子当り４０個のモジュール（１つの予備）の、８０
個のインバータ・モジュールが意図される。
【００４１】軸に依存する情報は、おのおのの特定なモ
ータに依存する。モータのアンベア当りトルクに対する
角度の特徴の主要な特色は、モータを作る以前に設計者
に知られている。さらに、この情報の確認および改良ま
たはそのいずれかが、経験的に決定できる。補償情報を
改良するために、第１の理論的見積りが達成できる。次
いで、モータが作動でき、結果として生じたトルク・リ
ップルが記録できる。かかるトルク・リップルに対して
要求される補償が、次いで、知られている従来からの技
術を使用して計算できる。このように計算された要求さ
れる補償は、次いで、第１の見積りと組合わせでき、結
果として生じた表が、ＰＲＯＭに装填できる。この過程
は、残留トルク・リップルが所望の最小値に低減するま
で、繰返しできる。
ータに依存する。モータのアンベア当りトルクに対する
角度の特徴の主要な特色は、モータを作る以前に設計者
に知られている。さらに、この情報の確認および改良ま
たはそのいずれかが、経験的に決定できる。補償情報を
改良するために、第１の理論的見積りが達成できる。次
いで、モータが作動でき、結果として生じたトルク・リ
ップルが記録できる。かかるトルク・リップルに対して
要求される補償が、次いで、知られている従来からの技
術を使用して計算できる。このように計算された要求さ
れる補償は、次いで、第１の見積りと組合わせでき、結
果として生じた表が、ＰＲＯＭに装填できる。この過程
は、残留トルク・リップルが所望の最小値に低減するま
で、繰返しできる。
【００４２】ＰＲＯＭ調査表１４０は、普通の軸角度感
知器１４２によって発生した信号から索引できる。補償
情報は、軸位置に従ってＰＲＯＭに記憶され、同じ方法
でＰＲＯＭから読取られる。電流指令１４４は、基礎的
な制御入力である。モータが、電流にほぼ比例するトル
クを生成するから、電流指令は、トルクの制御のために
使用できる。電流指令は、信号ライン１４６に沿って、
乗算器１４８に送られる。ＰＲＯＭ１４０における補償
情報は、ライン１５０に沿って、乗算器１４８によって
受取られる。ライン１５２に沿ってインバータ・モジュ
ール３４によって受取られる、各相に対する即時の電流
指令は、電流指令にＰＲＯＭ１４０の中に記憶された補
償情報を乗じることによって決定される。各インバータ
・モジュール３４は、ＰＷＭ制御回路１５６およびＩＧ
ＢＴインバータ・スイッチ１５８を包含する。図で符号
１３８は、固定子のコイルを表わす。電流フィードバッ
ク・ライン１５４が使用でき、それで、インバータ・モ
ジュールは、即時の指令電流に適合するようにアーマチ
ュア電流を制御できる。この発明のこの特性を利用すれ
ば、軸角度の繰返しできる関数であるトルクにおける摂
動が、最小値まで有効に低減できる。この特性は、この
発明の他の雑音低減特性と組合わせたときに、従来の技
術で意図されたモータよりも静かなモータを提供する。
知器１４２によって発生した信号から索引できる。補償
情報は、軸位置に従ってＰＲＯＭに記憶され、同じ方法
でＰＲＯＭから読取られる。電流指令１４４は、基礎的
な制御入力である。モータが、電流にほぼ比例するトル
クを生成するから、電流指令は、トルクの制御のために
使用できる。電流指令は、信号ライン１４６に沿って、
乗算器１４８に送られる。ＰＲＯＭ１４０における補償
情報は、ライン１５０に沿って、乗算器１４８によって
受取られる。ライン１５２に沿ってインバータ・モジュ
ール３４によって受取られる、各相に対する即時の電流
指令は、電流指令にＰＲＯＭ１４０の中に記憶された補
償情報を乗じることによって決定される。各インバータ
・モジュール３４は、ＰＷＭ制御回路１５６およびＩＧ
ＢＴインバータ・スイッチ１５８を包含する。図で符号
１３８は、固定子のコイルを表わす。電流フィードバッ
ク・ライン１５４が使用でき、それで、インバータ・モ
ジュールは、即時の指令電流に適合するようにアーマチ
ュア電流を制御できる。この発明のこの特性を利用すれ
ば、軸角度の繰返しできる関数であるトルクにおける摂
動が、最小値まで有効に低減できる。この特性は、この
発明の他の雑音低減特性と組合わせたときに、従来の技
術で意図されたモータよりも静かなモータを提供する。
【００４３】この発明を、各種の望ましい実施例に関し
て、記載し図示した。或る知られている構成要素および
作動の詳細な説明および図示は、この発明の明示および
理解のために、省略された。在来の構成要素および原理
は、開示した実施例についてなすことのできる各種の変
型および変化と同様に、当業者に明らかであり、かかる
実施例、変型および変化は、特許請求の範囲で定められ
るこの発明の範囲に含まれる。
て、記載し図示した。或る知られている構成要素および
作動の詳細な説明および図示は、この発明の明示および
理解のために、省略された。在来の構成要素および原理
は、開示した実施例についてなすことのできる各種の変
型および変化と同様に、当業者に明らかであり、かかる
実施例、変型および変化は、特許請求の範囲で定められ
るこの発明の範囲に含まれる。
【図１】この発明の推進モータの望ましい実施例の斜視
図。
図。
【図２】図１の２−２線に沿う断面図。
【図３】図２に示される組立体の上半分の拡大図。
【図４】図３に示される回転子およびトルク板の拡大
図。
図。
【図５】図２および図３に示される１つの固定子の拡大
断面図。
断面図。
【図６】船舶の船体におけるこの発明の推進モータの取
付けを図示する断面図。
付けを図示する断面図。
【図７】この発明の単一モータ実施例を図示する部分断
面図。
面図。
【図８】この発明の二重で反対方向に回転する実施例を
図示する部分断面図。
図示する部分断面図。
【図９】真直配列の２つの固定子の代表図。
【図１０】この発明の食違い固定子特色の代表図。
【図１１】真直な溝孔の固定子配備の代表図。
【図１２】この発明のゆがんだ固定子溝孔の特性の代表
図。
図。
【図１３】真直な磁極配備の代表図。
【図１４】この発明のゆがんだ磁極配備の代表図。
【図１５】部分固定子巻線溝孔配備を図示する。
【図１６】この発明の固定子電流制御系を表わすブロッ
ク線図。
ク線図。
１０ モータ １２ 固定子 １４ 固定子 １６ 回転子 ２６ プロペラ軸 ２８ トルク板 ３０ 円板 ３２ 音響減衰継手 ３４ インバータ・モジュール ４６ 永久磁石材料部分 ７４ スラスト軸受 ７６ ラジアル軸受
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダツデ，トーマス・ビイ アメリカ合衆国．バージニア・23662．ポ クオソン．ホワイト・ハウス・ドライブ. 103 (72)発明者 レイデイング，ケンネス・ダブリユ アメリカ合衆国．バージニア・23503．ノ ーフオーク．オルリンズ・ストリート. 9425 (72)発明者 モンギオー，ピーター・ピイ アメリカ合衆国．マサチユーセツツ・ 01748．ホプキントン．ヴアレイウツド・ ロード．13 (72)発明者 ピアーセイ，マーク・エス アメリカ合衆国．マサチユーセツツ・ 01701．フラミンガム．ヒギンス・ロード. 72
Claims (35)
- 【請求項１】 円板形状の回転子と、２個の同軸線の円
板形状の固定子とが配備され、前記回転子が、前記固定
子のおのおのから、軸線方向に、空気間隙によって分離
され、 前記回転子が、第１磁界を生成する多くの永久磁石を包
含し、 各固定子が、第２磁界を生成するために電流源に接続さ
れた、アーマチュア巻線を備え、前記第１磁界と第２磁
界が、電磁トルクを生成するために相互作用でき、 前記回転子からプロペラ軸に前記トルクを移送するため
に、前記回転子を前記軸に結合するための手段と、前記
軸の角度を検出するための手段とが配備され、 電流制御信号を受取るための、および前記電流源を制御
するためにパルス幅変調を採用するための、電流制御手
段が配備され、 前記制御手段が、軸角度の関数であるトルク変動に関連
した補償情報を記憶するための手段を包含し、 前記電流制御手段が、軸角度の関数として前記補償情報
を選択するため、軸角度の関数であるトルク変動を最小
にするように前記電流源を制御するために前記補償情報
を前記電流制御信号に組合わせるため、前記軸角度検出
手段に接続されかつこれに応答する手段を包含し、 前記回転子を前記プロペラ軸に結合するための前記手段
が、前記モータによって生成される音響から前記軸を隔
離するための、モータの中の手段を包含する、 船舶用推進電動モータ。 - 【請求項２】 前記音響隔離手段がエラストマからな
る、請求項１に記載の推進電動モータ。 - 【請求項３】 前記回転子に連結されこれから延長する
環状の板と、前記プロペラ軸に連結されこれから延長す
る円板とを、さらに包含し、前記音響隔離手段が、前記
円板と前記板の間にはさまれる、請求項１に記載の推進
電動モータ。 - 【請求項４】 円板形状の回転子と、２個の同軸線の円
板形状の固定子とが配備され、前記回転子が、前記固定
子のおのおのから、軸線方向に、空気間隙によって分離
され、 前記回転子が、第１磁界を生成する多くの永久磁石を包
含し、 各固定子が、第２磁界を生成するために電流源に接続さ
れた、アーマチュア巻線を備え、前記第１磁界と第２磁
界が、電磁トルクを生成するために相互作用でき、 前記回転子からプロペラ軸に前記トルクを移送するため
に、前記回転子を前記軸に結合するための手段と、前記
軸の角度を検出するための手段とが配備され、 電流制御信号を受取るための、および前記電流源を制御
するためにパルス幅変調を採用するための、電流制御手
段が配備され、 前記制御手段が、軸角度の関数であるトルク変動に関連
した補償情報を記憶するための手段を包含し、 前記電流制御手段が、軸角度の関数として前記補償情報
を選択するため、軸角度の関数であるトルク変動を最小
にするように前記電流源を制御するために前記補償情報
を前記電流制御信号に組合わせるため、前記軸角度検出
手段に接続されかつこれに応答する手段を包含し、 前記回転子の両側に面する周のスラスト軸受が配備さ
れ、前記回転子が、前記スラスト軸受に係合するための
軸受面を包含する、 船舶用推進電動モータ。 - 【請求項５】 前記の周のスラスト軸受が、多くの相離
れた軸受組立体からなる、請求項４に記載の推進電動モ
ータ。 - 【請求項６】 前記の相離れた軸受組立体が、傾動パッ
ド・スラスト軸受からなる、請求項５に記載の推進電動
モータ。 - 【請求項７】 前記の周のスラスト軸受が、中実の環状
軸受からなる、請求項４に記載の推進電動モータ。 - 【請求項８】 前記の回転子の軸受面が、環状のランナ
からなる請求項４に記載の推進電動モータ。 - 【請求項９】 前記の周のスラスト軸受が、前記回転子
の磁気的に活性な部分の近くに位置する、請求項４に記
載の推進電動モータ。 - 【請求項１０】 円板形状の回転子と、２個の同軸線の
円板形状の固定子とが配備され、前記回転子が、前記固
定子のおのおのから、軸線方向に、空気間隙によって分
離され、 前記回転子が、第１磁界を生成する多くの永久磁石を包
含し、 各固定子が、第２磁界を生成するために電流源に接続さ
れた、アーマチュア巻線を備え、前記第１磁界と第２磁
界が、電磁トルクを生成するために相互作用でき、 前記回転子からプロペラ軸に前記トルクを移送するため
に、前記回転子を前記軸に結合するための手段と、前記
軸の角度を検出するための手段とが配備され、 電流制御信号を受取るための、および前記電流源を制御
するためにパルス幅変調を採用するための、電流制御手
段が配備され、 前記制御手段が、軸角度の関数であるトルク変動に関連
した補償情報を記憶するための手段を包含し、 前記電流制御手段が、軸角度の関数として前記補償情報
を選択するため、軸角度の関数であるトルク変動を最小
にするように前記電流源を制御するために前記補償情報
を前記電流制御信号に組合わせるため、前記軸角度検出
手段に接続されかつこれに応答する手段を包含し、 前記回転子を支持するための、前記プロペラ軸から離れ
ているラジアル軸受が配備される、 船舶用推進電動モータ。 - 【請求項１１】 前記ラジアル軸受が平らな円筒軸受か
らなる、請求項１０に記載の推進電動モータ。 - 【請求項１２】 前記ラジアル軸受が、多くの相離れた
軸受組立体からなる、請求項１０に記載の推進電動モー
タ。 - 【請求項１３】 前記回転子を前記プロペラ軸に結合す
るための前記手段が、前記モータによって生成される音
響から前記軸を隔離するための、モータの中の手段を包
含する、請求項４または１０に記載の推進電動モータ。 - 【請求項１４】 前記音響隔離手段がエラストマからな
る、請求項１３に記載の推進電動モータ。 - 【請求項１５】 前記回転子に連結されこれから延長す
る環状の板と、前記プロペラ軸に連結されこれから延長
する円板とを、さらに包含し、前記音響隔離手段が、前
記円板と前記板の間にはさまれる、請求項１３に記載の
推進電動モータ。 - 【請求項１６】 前記回転子の両側に面する周のスラス
ト軸受をさらに包含し、前記回転子が、前記スラスト軸
受に係合するための軸受面を包含する、請求項１または
１０に記載の推進電動モータ。 - 【請求項１７】 前記の周のスラスト軸受が、多くの相
離れた軸受組立体からなる、請求項１６に記載の推進電
動モータ。 - 【請求項１８】 前記の相離れた軸受組立体が、傾動パ
ッド・スラスト軸受からなる、請求項１７に記載の推進
電動モータ。 - 【請求項１９】 前記の周のスラスト軸受が、中実の環
状軸受からなる、請求項１６に記載の推進電動モータ。 - 【請求項２０】 前記の回転子の軸受面が、環状のラン
ナからなる請求項１６に記載の推進電動モータ。 - 【請求項２１】 前記の周のスラスト軸受が、前記回転
子の磁気的に活性な部分の近くに位置する、請求項１６
に記載の推進電動モータ。 - 【請求項２２】 前記回転子を支持するためのラジアル
軸受をさらに包含する、請求項１または４に記載の推進
電動モータ。 - 【請求項２３】 前記ラジアル軸受が平らな円筒軸受か
らなる、請求項２２に記載の推進電動モータ。 - 【請求項２４】 前記ラジアル軸受が、多くの相離れた
軸受組立体からなる、請求項１０に記載の推進電動モー
タ。 - 【請求項２５】 各前記固定子が、固定子コイルを包含
する同数の溝孔によって分離された多くの歯を包含し、
２つの固定子が、前記回転子の両側に食違いに位置し、
前記固定子の第１のものの歯が、前記固定子の第２のも
のの溝孔に対向して回転子を軸線方向に横切るように位
置し、これによって、トルク・リップルのコギング成分
が最小にされる、請求項１、４または１０に記載の推進
電動モータ。 - 【請求項２６】 各前記固定子が、固定子コイルを包含
する同数の溝孔によって分離された多くの歯を包含し、
各前記固定子における前記溝孔が、ゆがんでいて、各前
記固定子の直径に対して角度をなすように位置し、これ
によって、トルク・リップルのコギング成分が最小にさ
れる、請求項１、４または１０に記載の推進電動モー
タ。 - 【請求項２７】 前記回転子磁石が、前記回転子の周の
まわりに１つ置きの北極と南極を有するように形成さ
れ、前記極がゆがんでいて、前記回転子の直径が、各極
をその長手軸線に沿って分割する線と共線でなく、これ
によって、トルク・リップルのコギング成分が最小にさ
れる、請求項１、４または１０に記載の推進電動モー
タ。 - 【請求項２８】 各前記極がゆがんだ形状を有して、各
極の少くとも一側がわん曲している、請求項２７に記載
の推進電動モータ。 - 【請求項２９】 前記回転子が少くとも５０個の永久磁
極を有する、請求項２７に記載の推進電動モータ。 - 【請求項３０】 前記電流制御手段が「絶縁されたゲー
ト双極トランジスタ」をスイッチ要素として包含する、
請求項１、４または１０に記載の推進電動モータ。 - 【請求項３１】 補償情報を記憶するための前記手段
が、少くとも１つの「プログラミングできる読取りだけ
のメモリ」からなる、請求項１、４または１０に記載の
推進電動モータ。 - 【請求項３２】 前記補償情報を前記電流制御信号に組
合わせるための前記手段が、少くとも１つの乗算器を包
含する、請求項１、４または１０に記載の推進電動モー
タ。 - 【請求項３３】 前記モータを前記船舶の船体の中に取
付けるための手段をさらに包含し、前記取付手段が、前
記モータによって発生する音響および振動から前記船体
を隔離するための手段を包含する、請求項１、４または
１０に記載の推進電動モータ。 - 【請求項３４】 前記船舶が、２つの推進電動モータお
よび２つのプロペラ軸を包含し、第１のモータが、第１
のプロペラ軸を第１の回転方向に回転し、第２のモータ
が、第２のプロペラ軸を前記の第１の方向に対して反対
の第２の方向に回転する、請求項１、４または１０に記
載の推進電動モータ。 - 【請求項３５】 前記電流制御手段が、約２０ｋＨｚの
パルス幅変調周波数を採用する、請求項１、４または１
０に記載の推進電動モータ。
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