JPS58130758A - ダイナモ電気機械 - 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】 この発明は、複数個の永久磁極と複数個の巻巌磁極の間
に相対的回転が発生し、巻ｍｓ極はそこで関連して電流
担持体として機能するように巻かれているｍ類の永久磁
石回転式ダイナモミ気機械に関する。ここで永久磁石回
転式ダイナモミ気機械という語は、直流および交流機械
で、電動機および発電機の両方を言むものであり、永久
磁極が巻線形固定子の中または回りを回転する回転子に
担持されているものであり、史に有用な構成として杜、
永久磁極が機械固定子の一部を形成し、そして巻締形電
機子がその範囲内で回転するものを言う。

このような永久磁石機械においては、回転子と固定子の
間には、もちろんギャップがあり、そしてそれぞれの永
久磁極の磁界は，使用中は、それに関して運動可能な巻
巌磁極の磁界と共匍し、巻森磁極の磁界は関連する巻線
内を流れる電流によって発生する。電動機では直流によ
って、固定子と回転子関の相対的運動が発生するが、し
かし発電機では、回転子と固定子の間の相対的運動が竃
流を発生する。２つの磁界の相互作用は、よく知られて
いる現象°電機子反作用”を引き起す。電機子反作用の
影１１は、永久磁極の一端の方へ、永久磁極の他の−の
端の方への磁束密度を減少させて、磁束密度を増加させ
ることである。上記の永久磁極の端とは、回転子と固定
子の相対的回転に関して、磁極の対向し丸鋼の部分を言
い、そして通常は磁極の前端、後端とそれぞれ呼ばれる
。しかしながら、直流電動機における電機子反作用は、
前端に向って磁束密度を増加させるが、同じ発電機で鉱
、磁束密度は後端に向って増加する。本出願は発電機と
電動機の内方に関しているので、永久磁極が、電機子反
作用の結果として、強い磁極端（電機子反作用によって
磁束密度の増加した永久磁極の端の部分）と弱い磁極４
（電機子反作用によって磁束密度が減少し九永久磁極の
端の部分）を有していると表わした方が都合がよい。

永久磁石材料で、過度に磁束密度を減少させると、その
結果、その材料が減磁される。しかしながら、電機子反
作用０影Ｉ＃社よく知られているので、永久磁石ダイナ
モミ気機械は、普通の運転では、それぞれの永久磁極の
弱い磁極端での磁束の減少が不十分で、弱い磁極端の減
磁が生じないように設計されている。減磁に対する抵抗
を増すための多くの設計技術がある。例えば、永久磁極
の半径方向厚さを増すと減磁に対する抵抗が増加し、磁
極の円周方内弧を減少さしても同様である。しかしなが
ら、これらの公知の手法には、機械寸法や重量の増大、
また運転効率の減少という他の面での欠点が伴う。従っ
て、機械設計は、通常、機械の普通の運転状態では減磁
が生じないという妥協である。ある機械の永久磁極の弱
い磁極端における磁束の減少の程度は、特に、巻−磁極
の導線内の電流によって決まる。従って、内燃機関スタ
ータモータ用に設計した直流永久磁石電動機を例にとる
と、この場合電動機の設計は、′に源として所定の蓄電
池で、普通に使用したときに、電動機の出力は所要の機
能を行うに十分であるように設計し、また永久磁極は、
所定の蓄区ａを使ってスタータモータを静止状態から付
勢するときに巻−磁極ＯＩ＃線に流れる最大拘束電流に
、減磁なしに耐えるよう設計する。それ故、普通の使用
Ｏ関は何の問題もない。しかしながら、エンジンを他Ｏ
車から結線して、ま九は補助蓄電池で起動する場合のよ
うに、電動機が標準でない蓄電池から給電１れるときに
は、電機子の巻線磁極Ｏ導線を流れる拘束電流紘、設計
制限を趨え、機械の永久磁極の弱い磁極端の減磁が起る
こともありうる。もちろんその俵は、その機械は正常に
紘作動せず、磁極を再磁化するまで杜、例えば、エンジ
ンの起動に十分な起動速度を与えることができなかつ丸
部、と１！には全く作動し表いこともある。従来Ｏ技術
によって、そのような状態に対処できるのに十分な安全
係数を有する永久磁石機械を設計すると、経済的に劣る
製品となる。同様の問題が発電機でも起り、出力制御回
路の故障によって、巻線に制御不能過挟電流が増加して
、永久磁極の弱い磁極端Ｏ減磁が生じるまでに達する。

前記の欠点をさして増大させずに、永久磁極０１ｌ−磁
極端の減１１に対する抵抗を増大させ九永久磁石回転式
ダイナモ電気機械を提供することが、本発明の目的であ
る。

本発明の第１の態様では、回転子が固定子に関して同じ
方向に回転するようになっている永久磁石ダイナモミ気
機械において、各永久磁極のギャップに向った面上に、
高い飽和磁束密度を有する材料よシ成るシールドを備え
、前記７−ルドは、弱い磁極端の縁または縁の近くから
強い端の方に向って機械の円周方向に延設し、そして永
久磁極と巻線磁極の相対的回転の間に巻線磁極が通過す
る前記磁極面の部分の２０１ｉ以上かつ７〇−以下を覆
い、前記シールドは、少くとも、その弱い基部において
、を九はその近くで、前記被通過部分の全軸方向範囲を
榎い、そして円網方向では、強い磁極端の縁の手前で終
っている。

好ましくは、前記シールドは、前配被通過直積０４０−
以上かつ５〇−以下を積り。

永久磁極の被通過面積が、永久磁極の対向する軸方向端
部の一方または内方が巻線磁極の軸方向範囲を越えて集
設している丸めに、前記−の全部分でないときには、シ
ールドは非被通過部分へ軸方向に延設される。

シールドの効果は、永久磁極の遮蔽部分の磁束を、遮蔽
区域の全部に均等に分布することである。

従って、僑い磁極端の縁部近くの非常に減少し九磁束書
度が、強い磁極端の近くの磁極の部分からシールドによ
って配分される磁束によって増大し、かくして、シール
ドによって遮蔽される磁極の部分の１１東書度が平均化
される。従って、シールドを弧長して磁極面の全部を覆
えば、もっと大Ｉ！な利益が得られるように考えられる
かもしれない。

しかし、これは間違っていて、遮蔽が各磁極面の被通過
面積の７５−を超えないことが非常に大切である。その
理由社、シールドが、永久磁極の遮蔽区域の磁束密度を
平均化するさいに、ギャップの強い磁極端区域における
ギヤツブ磁束密度を増加させるからである。このことは
、遮蔽が７５−を超えなければ、良いした不利益はない
。しかしながら、遮蔽が強い磁極端まで嬌びると、ギャ
ップ０強いｉ１極端区域におけるギャップ磁束密度０増
加が非常に大となシ、巻紐磁極の飽和による損失と、巻
線磁極面と永久磁極面の一方における磁極面損失が組合
わされて、許容されない根の太き表損失が生ずる。磁極
面損失は磁束密度の平方に比例すると考えられるので、
遮蔽を比較的低磁束密度の区域に制限しておけば、強い
磁極端を遮蔽し九場合よりも小さい極面損失が起ること
は理解されるであろう。

ある種の永久磁石機械の利点は、その回転方向を、附属
機器を少し改造するだけで逆にできることである。従っ
て、可逆機械と呼ばれる種類の機械があり、これは、そ
の使用中に自由にその回転方向を費えられる。前に説明
し九水久磁極の「弱い磁極端のシールド」の原理は、可
逆機械にも適用できるが、しかし、回転方向が変ると弱
い磁極端が強い磁極端にな９、ま九この逆にもなるので
、いずれの方向にも回転司能な［弱い磁極−のシールド
」を有する機械の設計には、余分の問題があることが分
るであろう。このように、それぞれの回転方向に対して
、各−極が弱い端シールドと強い磁極端シールドを持つ
ことになる。許容できない損失が生ずるので、弱い磁極
端シールドを弧長して強い磁極端を優ってはい妙ないこ
とを上に説明しえ。それにもかかわらず、機械の逆略転
が主要条件である場合ＫＦｉ、２つのシールドを実質的
に磁気的に分離しておく、即ち、単一のシールドとして
結合されておらず、磁極面の全部にわ九って磁束密度が
平均化されなければ、強い磁極端シールドが存在しても
、各回転方向に対して満足すべき結果が得られるという
結論に達し友。２つのシールド管磁気的に分離すれに、
弱い磁極端のシールドが、磁極の弱い熾の部分の磁束を
平均化し、所望Ｏ＃磁に対する保護が得られることにな
る。

磁極の強い端部分における磁束の平均化によっては、丸
だ許容できる損失が生ずることになる。従って、綜合的
な結果として絋、弱い磁極端減磁に対する高い抵抗を備
え、かつ許容で會る損失で、所望の可逆性を有する機械
が可能になるが、しかしその可逆機械のある回転方向に
対する綜合効率゛　　絋、弱い磁極端シールドを備え丸
単−回転方崗機械の場合のようには高くない。

このように、本発明の第２の態様では、可逆、永久磁石
、ダイナモミ気機械において、各永久磁極のギャップに
向った面上に、高い飽和磁束密度を有する材料よシなる
第１および第２のシールドを設け、前記第１のシールド
は磁極の一つの円周方向端の縁、またはその近くから磁
極の軸方向中心線の方に向って機械の円周方向に延設し
、また第２のシールドは、磁極の他の円周方向端の縁、
まえはその近くから磁極の軸方向中心線の方に向って機
械の円周方向に延設し、前記第１および第２のシールド
は両方とも、その弱い端において、を丸線その近くで、
永久磁極と巻ｌ１ｌ１１磁極の相対的回転の間に巻１ｉ
ｌｉｆｆｉ極が通過する磁極の部分の軸方向範囲の全部
を債い、かつ、前記シールドは磁気的に分離されている
。

好ましく絋、前記第１および第２のシールドは、それぞ
れ、前記被通過面積の２０−以上、かつ４５９１以下を
覆う。

望ましくは、前記第１および＄２のシールドは、前記画
の所定位置に別別に固着され友、物理的に分離した部品
である。

代案として、前記シールド紘橋絡部材によって連結され
て一体構造を形成し、前記橋絡郁材杜、シールド間に所
要の磁気的不連続を提供する。

好ｔｔ、＜は、該シールドま九は各シールド社板状であ
る。望ましくは、該シールドｉ丸は各シールドは平な板
状である。

咳シールドまたは各シールドの材質は軟鋼である。

まえは、該シールドまたは各シールドＯ材質は、低損失
材料、例えば、珪素−鉄合金、郷方質ガラス和金属、ま
たは焼結鉄粉等である。

望ましくは、鋏ンールドを友は各シールドは、横槍Ｏ円
周方向罠延設する層を積層している。

望ましくは、咳シールドま九は各シールドは、前記磁極
面の凹所ＫＪ＆付けられ、そのため機械０ギヤツプは実
質的に一定である。

筐九は、該シールドまたは各シールドは、磁極端に堆付
けられ、その丸め機械ギャップに半径方向に突設する。

該シールドまたは各シールドの半径方向の厚さが重要で
あることは分っているので、好ましくは、シールドの厚
さは、磁極とシールドを組合わせ九全半径方向寸法の２
％以上、かつ２５％以下とする。

好ましくは、シールドの厚さは、磁極と７−ルドを組合
わせ九全半径方向寸法の５〜１５囁の範囲とする。

前記シールドのすべてが、共通の単一シールド部材の部
分であることが便利である。

好ましくは、前記単一シールド部材が、前記永久磁極を
機械の磁極相持部品へ固着するか、または、それを助け
る。

好ましくは、機械の永久磁極は、フェライト材で形成さ
れる。

以下添付図面を一部しつつ本発明を畦細に駁明する。

まず第１図及び躯２図において、永久磁石直流電動機は
、回転子１１と固定子１２を有することが分る。固定子
１２は、中空円筒形軟鋼継鉄１３を含み、これは、その
内面に等角度間隔で配設されえ４個の弓形永久磁極１４
を担持する。継鉄１！１は、その対向する軸方向端部に
１回転子１１の＠１５用の軸受を担持し、そして軸１５
上に、回転子１１は従来の形状の巻線、積層鉄心１６を
有する。鉄心１６は、磁極１４の内側の円筒形面によっ
て一部囲まれた円筒形部分の中て回転し、鉄心１６の外
面と磁極１４０半径方向の最も内側の画との間にはギャ
ップが在る。

従来のように、鉄心１６は複数個０勢角度間隔で軸方向
に延設するスロッ）（８２図参照）を有し、この中には
、回転予巻１ｉ１１７が収められている。スロット間の
鉄心１６の材料が、回転子の巻繍磁１１１８を形成する
。軸１５は整流子１９を担持し、これに回転子巻線１７
が公知の方法で電気的に接続されている。巻１ｆｉ１１
７に電流が流れると、回転子１１が回転する。

磁極１４は永久磁石材料で形成されている。各磁極Ｉ４
は円柱の一部の形状をし、そして磁極１４は、その円柱
の軸を継鉄１５の軸および回転軸１５の軸と一致するよ
うに位置している。Ｆｉｇ、２で、回転子１１０回転方
向は矢印ムで示す右［１であ妙、従って磁極１４のそれ
ぞれの左回り円周方向半分は磁極前端と考えることがで
き、一方、各磁極の右回り円周方向半分は磁ｍ後端と考
えることができる。この機械は直流電動機であるので、
電流が巻１Ｉ１１７を流れると、電機子反作用が生じ、
その電機子反作用の影響として、各磁極の４ａ極前端の
磁束密度が集中し、そして各磁極の磁極後端の磁束密度
が減少することが分るであろう。

従って、第１図及び第２図に示す例では、各磁極の磁極
前端が強い磁極端であり、また各磁極の磁極後端が弱い
磁極端である。

巻線１７の電流が設計制限を超えると、それぞれＯ永久
磁極の弱い磁極端における磁束密度の低下が、弱い磁極
端の一部または全部の永久減磁を起すのに十分な程度に
なる仁とは知られている。

減磁に対する抵抗を増大させる丸めに、（ま九、減磁を
起さずに設計制限を趨えて流すことのできる電流範囲を
大きくするために）、それぞれの磁極１４にはシールド
２１が設けである。各磁極とそのシールド２１０形状は
同じであるので、一つにけを説明する。シールド２１は
、磁極１４の１両に合わせて曲げた長方形状の板で、高
い飽和磁束密度を有する材料で、この例では軟銅で、作
られて−る。磁極１４の永久磁石材料およびシールド２
１の材料を選定する際Ｋ、磁極材料は飽和磁束密度が比
較的低く、特に磁化の方向に直角の方向に低く、これに
対して、シールドの材料は磁束飽和密度が比較的高いと
ｂう、”対照”をなすことが好ましいことを留意すべき
である。磁極１４にフェライト材料を、シールドに軟鋼
を選べば、飽和磁束密度の喪い゛対照″が達成で龜る。

しかしながら、材料の選択は、永久磁石材料の新しい開
発Ｏ可能性に留意して行うべきである。例えば、アルニ
コ磁石に附随する“金属″欠点（即ち高飽和磁束密度〕
のない公知のアルニコ磁石の好ましい性質（即ち、高い
残留磁気）を有する新しい材料の生産等である。

磁極１４の軸方向長さに対する該長方形板の１辺の長さ
、および板の隣接する辺の長さは磁極の弓形長さよシも
小である。磁極の凹面（ギャップに面する）は、切欠い
て板を受入れるようにしているので、磁極と回転子の間
のギャップｔよ実貴的に一定である。板は、極面の円周
方向に、磁極後（弱い）端の一番縁から、前（強い）端
に向って延設し、弱い磁極端を覆うシールド２１を構成
する。板２１の効果は、それが軟鋼であって高い透磁率
を有しているので、シールド２１で遮蔽される磁極の部
分で、磁束密度を再配分することである。この再配分に
よって、磁極の辿薮部分の磁束密度が平均化され、この
ため、最も弱い磁極端の一番縁の部分の最も弱い密度が
増大され、減磁に対する抵抗が増大する。。

シールド２１が磁極面の全部の上に延設しないことが重
要である。その理由は、シールド２１″Ｉｋ砥長して強
い磁極端を覆うと、機械内に損失が生じて総合効率が著
しく低下するからである。試験によれば、回転子１６の
巻細磁極が通過する磁極の部分の中で、２〇−以上かつ
７５％以下をシールド２１で覆うのが良いことが分って
いる。回転子１１０巻線磁極１８が通過する磁極の部分
と言り九のは、ＩＰｉシ１を見ればよく理解できるが、
これでは磁極１４は回転子鉄心１６０輪方向範ｌ１ｌＯ
先まで、両方の軸方向端部が突設している。従って、各
磁極の両方の軸方向端部で、磁極１８が通過しない部分
がある。同じ基準を表わすもう一つＯ方法は、回転子鉄
心の陰に在る各磁極の部分に言及することである。減磁
効果を考える場合に問題になるのは、巻−磁極１８が通
過する磁極の部分であるのは明かである。第１図で、各
シールド２１が、磁極の軸方向区域に、巻線磁極１８０
通過しない延設部金倉んでいることが分る。これらの延
設部は、“２０−以上かつ７５９１以下Ｏ纏蔽１０計算
には考慮されない。％に、内燃機関スタータモータとし
て使用する直ｆＩＬ原動機では、被通過面積内のシール
ド２１によって遮蔽される率は、４０〜５０チの間で最
も嵐い結果が得られることが分っておシ、ま九蛾適値Ｆ
ｉ４ｓｓ０１！園であると考えられている。しかしなが
ら、他の要因が最適遮蔽の計算には影響し、そして図面
は遮蔽率の厳密な数学的計算を示すものではないことに
注意すべきである。

磁極１４Ｃ）半極方向厚さに関連したシールド２１の厚
さも、減磁に対する抵抗を増加さすときの、シールドの
効率を決定する要因である。試験によれば、フェライト
磁石に使用した軟鋼シールド（上記の組合わせ）の厚さ
は、磁極とシールドの組合わせの全厚さの２〜２５−で
あり、第１図及び第２図に示すスタータモータの好まし
い範囲は５〜１５９Ｇで、機械のギャップはα５〜２．
０−であることが好ましいことが分っている。

シールド２１は磁極１４に、適宜の方法で、例えば接着
剤を使用して固着する。同様に、磁極１４紘継鉄１ｓに
適当な接着剤で固着する。しかしながら、シールド２１
のそれぞれの軸方向端部に１個以上のラグを設け、その
ラグを関連する磁極の軸方向端の先まで突設させ、非磁
性（アルミニウムまたは相当品）リベットで継鉄と貫通
させることも可能であることを認識すべきである。こう
すると、リベットはシールドを永久磁極に書に固着させ
る役をし、を九同時に、永久磁極を継鉄に固着させる役
もする。

弱い磁極端にシールドを使用して、これにょ〉減磁に対
する抵抗を増大させるという概念があれば、適用には多
くの変化が可能であることが分るであろう。機械の設計
に応じて、轟然変化がありうる、なぜならば、°弱い磁
極端シールドの使用は、直流永久磁石電動機だけでなく
、発電機、交流同期機にも適用できるからである。

Ｉｌｌ、４，５，４．７及び１ｏｓＩｌは可能な改変を
示す、Ｐｉｇ、！Ｓは永久磁極１４を示し、これで紘シ
ールド５１が＃いおよび強い端部でテーパし九厚さを有
し、最大厚さはシールドの中央部分にあ夛、両端で厚さ
は最小にテーパしている。Ｐｉｇ、　５に示すようなシ
ールド５１を使用する基になる理論は、直流電動機で使
用する場合に、弱い磁極端は磁極彼熾であるということ
であや、そして、磁極後端〇一番縁では磁気飽和がそう
大ではなく、磁石の磁極前端の方向にさらに戻った所に
あることは知られている。従って、この部分を全シール
ド厚さにする必要はない。図示の配置では、シールドが
一定深さの凹所に堆シ付けてあシ、弱い磁極端でシール
ドの厚さが小になっているので、磁極と回転子との間の
ギャップが大となり、そのため、回転子の磁極から磁極
へ循環する磁束が最小となる。厚さを、中央部からシー
ルドの強い方の縁の方にテーパさせると、シールドの端
に位置における磁束密度の急激な変化が防止される。

第５図に示す構成では、磁極１４の巻線磁極の通過しな
い軸方向縁端の上に載るシールド３６の軸方向縁部は、
厚さが薄くなって、磁極の実際の端では実質的に０にな
る。通過しない縁端に延設部が在ると、磁極の軸方向端
の間の磁束の流れが大となり、そしてその影響は、磁極
１４の軸方向最端部に向って減少する。従って、これら
の区域で全シールド厚さを保持することにはイー」の利
点もない。厚さを減らすと機械１蓋とコストが低下する
。用途によっては、テーパした軸方向端部を除去して、
シールドが磁極の軸方向端に達しないようにすることに
よって、さらに軽減することが可能である。

第４図に示すシールド３４では、磁極の巻線磁１＃Ａが
通過しない軸方向縁端を覆うシールド部分は、磁極１４
の被通過部分の一部を覆うシールドの中央部よりも磁極
の円周方向に延設している。１１１４において、通過部
は点線の間の部分である。磁極が鉄心より張出している
区域における、強い磁極端Ｏ方へ遮蔽が延設しているこ
とは、それによって、磁束が磁極１４の軸方南港から鉄
心１６の軸方向熾へ、広い弧によって導かれるという点
で利益がある。軸方向の延設部が磁極１４０全円周方向
弧を覆うようにすることは、これらの延設部が強い磁極
端の被通過部分に侵入しなければ、可能である。

高い飽和磁束密度の材料よ構成るシールドが磁極面に在
ることは、機械の磁極面損失を増大させる傾向があシ、
従って、機械の効率が低下する。

礁Ｉｉ画損失のこの傾向社、シールドが高磁束智度区埴
へ延設し表ければ（磁極面損失は磁束密度の平方に比例
する）、大きな問題ではない。しかしながら、シールド
を設けた結果として生ずる磁極面損失社、横積の方法で
少なくすることができる。

第１Ｋ、シールドを積層構造にして、各層の幅をシール
ドの厚さに等しくシ、そして磁極の円周方向に、即ち弱
い磁極端から強い磁極端の方へ地膜させる。磁極面損失
は主にうず電流損であシ、そしてうず電流循環はシール
ドの積層構造によって制限されるので、シールドの積層
構造が有利であることは理解できるであろうｊ同様の効
果が、鉄線の複数本のストランドでシールドを構成し、
そのストランドを弱い磁極端から強い磁極端の方へ延設
することによっても達成できる。

４４図は、１Ｉ４３図のテーパ効果と、おる程度の磁極
面損失への抵抗を達成できる構造を示す。

Ｐｉｇ、　４の構造では、シールド３５の厚さは、複数
個の非常に薄い、円周方向長さの異った、また要すれば
軸方向長さの異った板によって限定される。

シールド５５のテーパ効果鉱、中央部で最大値から、シ
ールドの弱い磁極端と強い磁極端の両方で最小値に薄く
なっていることが分る。

さらに１磁極面損失の軽減は、シールドの構成に、軟銅
以外の低損失材料を使っても達成できる。

硅素−鉄合金、等方質板状ガラス質金属、および高電気
抵抗焼結鉄粉のような低損失材料が、弱い磁極端シール
ドの構成に有用であることが分る。

“高飽和磁束密度″という用語は相対的な用語であるが
、しかし当業者に紘理解されるであろう。

好ましく線、飽和磁束密度が１へ０００ガウス以上の材
料を使用する。

＃Ｉ７図に示す構造は、シールド５２０強い磁極端ＫＶ
字形の切欠きを有する［？ｉｇ、７に示す磁極社、他の
図に示す磁極と反対側の円周方向端にそＯ弱い磁極端を
有する）。このような構造は、回転子に作用する磁力を
バランスさせて、不円滑な連転Ｏ減少に役立つものと考
えられている。

第１０図に示す構造線、製造するのに簡単な構成を示す
。シールド４１は、他の構造における弓形構造と社違っ
て、軟銅の平な板状である。平なシールド４１ｒｉ、磁
極１４の対応する平な表向と係合し、平な磁極表面は、
曲面をなす磁極表面よりも、シールドと係合するのが容
易と考えられる。

第１０図の平板シールド４１は、もちろん、平なシール
ドと円筒形電機子との間にテーパし友ギャップを形成す
る。このテーパの性質は、所望の運転特性に適するよう
に選択するが、しかし、Ｆｉｇ。

１０に示すように、ギャップがシールドの中央よシも磁
極端の近くで大となシ、そして最小ギャップが、磁極の
弱い磁極端からシールドの長さの約発の位置に在るよう
な構成が、直流永久磁石電動機には適していると考えら
れる。製造工程が簡単になることの外に、平なシールド
は、シールドの長さに沿ってギャップを変化させて、弱
い磁極端でギャップが最大となり、シールド内の磁束の
循環による損失を少くし、ま九不円滑な運転を少くする
という利点がある。

減磁に対する抵抗をさらに増大させるために、弱い磁極
端シールドの使用に関して、理論的にはさらに改変が可
能である。継鉄を形成するのに使用する材料の厚さを全
体に薄くすると、減磁に対する抵抗は増大する。しかし
ながら、厚さを金体に薄くするよシも、各磁極の中央部
に半径方向に中心０合った軸方向に延設する区域の厚さ
を局部的に薄くする方が好ましい。継鉄の厚さをこのよ
うに薄くすることは可能である。なぜならば、弱い磁極
端シールドは、磁束を、永久磁石と継鉄を富む通常の磁
束バスかられきへそらして、永久磁石Ｏ減磁に対する抵
抗を増大させる外に、シールドは継鉄が磁気的に飽和す
る恐れを壕滅させる。

継鉄Ｏ飽和の恐れが軽減されるので、継鉄材料の厚さＯ
相応する低下が許容できる。各磁極の中心線で継鉄を局
部的に薄くしても、まえはその点で継鉄金属を完全に除
去しても、減磁磁束の流れを割繊することによって、弱
い磁極端０減磁に対する抵抗を増大することになる。

上記０例ではいずれ４、シールドを磁極面に挿入しえ。

しかしながら、シールドを磁極面に継着して、シールド
が磁極面と回転子鉄心の間のギャップに在るようにする
ことによって、永久磁石磁極面を改造する必要がなくな
ることを認識すべきである。

場合によっては、シールドの挿入と表面取付けを組合わ
せることもでき、これによって、磁極円弧の異った点で
ギャップを変化させることができる。さらに、第７図に
示す構造で、シールド３２はｌＩ函に取付けられている
が、しかし、磁極の厚さが、強い磁極端で最大に弱い磁
極端で鍾小になるようテーパしていることが分る。この
構成は、弱い磁極端のギャップが、シールドを使用しな
い機械に比較して、減少せず（増加することもある）、
そして加工が困難で高価につく磁極面の凹所を必要とし
ない。

第１図及び第２図に示す構造、および第３〜７図、及び
ｆａ１０図を参照して説明した前記の可能な改変は、直
流機械に関するもので、これで社、回転子は常に機械の
永久磁石固定子に関して同じ方向に回転するようになっ
ている。しかしながら、回転子の回転方向が逆にできる
永久磁石機械の種鎖もあることを理解すべきである。飼
えば直波永久磁石電動機の場合では、回転子の回転を逆
にするには、付属機器を僅かく変えるだ妙でよく、そＯ
基本的な条件は、もちろん、回転子の巻−を流れる電流
を逆にすることであることｔｌ曳く理解されている。可
逆性が所望の特徴である種類の機械がある。弱い磁極端
シールドを設けることを考えるとき、可逆機械に関して
は問題がある、なぜならば、１転方向を逆にすると弱い
磁極端と強い磁極端が逆になるからである。従って、弱
い磁極端であつ丸磁極端が強い磁極端とな）、また強い
磁極端であった磁極端が弱い磁極端となる。従って、可
逆性を持たせる丸めには、磁極の円周方向の両端にシー
ルドを設ける必要がある。第６図及び第９図は、これを
連線する２つの構成を示す。各回転方向に対して、各永
久磁極１４は、一方のシールドを弱い磁極端シールドと
し、他方のシールドを強い磁極燗シールドとすることは
分るであろう。

強い磁極端シールドの使用ＩＩｉ％に好ましくはないが
、しかし、２つの７−ルドを磁気的に分離すれば、強い
磁極端にシールドを設けることの不利亀影響は、可逆機
械を作るという点から、許容できる。従って、２つのシ
ールド（Ｆｉｇ、８０２１ａと２１ｍ）は、円周方向の
縁端から磁極の軸方向中心線に向って延設することは明
かである。第８図の例では、２つのシールドは互いに全
く分離しており、そして別個に磁極１４に固着されてい
て、磁極１４の一部が２つの７−ルドの間に真人してい
る。従って、２つのシールドの間にｈｍ磁気的不連続が
あって、２つのシールドは磁極の全部にわ九って磁束密
度を平均化する単一のシールドとしては作用しない。２
つのシールド間の不連続性が保持される限りは、強い磁
極端をシールドすることの不利な影響も杵谷できる。

第９図は、磁極１４が、両方のシールド３６ａと３４１
）を形成する１個の板５６を担持している。

磁極の通過区域はＦｉｇ、　９で点縁の間で示しており
、そして通過区域に関する限シでは、板５６には中央に
位置する穴３７が形成されているので、シールド５４ａ
と３６とは磁気的に不連続であることが分る。従って、
２つのシールド５６　ａ、　　５６　ｂは、シールドが
磁極１４の非被通過部分の上に在る区域でのみ、物理的
に連結されている。ｉ九、理論上はそのような構造で十
分であるゆれども、連結ウェブが、九とえ非被通過区域
の上に在るとしても、シールド間Ｋかなシの磁気的連結
を与えるはと大きくならないよう注意を払わなければな
らない。

２つの分離し丸板を使用する場合に、アルミ二りムを九
はこれと同等の適当な材料で形成し九橋絡部材によって
、磁気的な不連続を保持しながら、それらを連結するこ
とが可能である。

可逆機械の各磁極の２つのシールドを別個の存在と考え
て、各磁極の被通過部分に関する限りでは、各シールド
は、−置端から出発して被通過磁極部分の２０９６以上
かっ４５−以下を覆わなければならないと考えられる。

単一方向回転機械に関して前に説明した横積な改変およ
び代案が、場合によっては、可逆機械に使用するシール
ドに適用できる仁とは理解できるであろう。

上に説明し九例では、永久磁極は固定していて、巻線磁
極が移動する。弱い磁極端をシールドするいう考え社、
固定子が巻線磁極を有し、永久磁極が機械の回転子の部
分である機械にも同様に適用できることは、理解される
べきである。このことは、回転子が、固定子の中に在る
ので株なく、固定子を囲む直流機械の場合に生じる。

ある用途に用いる機械の設計パラメターの選定には多く
の変数があることは、当業者には明なことである。そこ
で、設計者は、コスト、効率、製作の難易との間の妥協
に達し、これが、シールド材料と厚さ、磁極円弧とシー
ルド円弧、シールド軸方向長さ、シールド形状、等の選
定に影響する。

さらに、ある場合には、弱い磁極端の縁端に接近して始
るが、しかしそれを嫌わないシールドを使用して弱い磁
極端をシールドするこの利点を達成することが可能であ
ることが判明することもある。

しかしながら、殆んどの用途では、シールドは、永久磁
石の弱い磁極端の一部で始る。

上述の弱い磁極端シールドの使用に１．他の利点がある
。例えば、ブラシと整流子を有する機械ては、磁極シー
ルドを設けると、極間空所（即ち、永久磁石磁極間の円
周方向空所）の磁束を抑えることを助ける点で、整ｔＩ
ＬＫ好影響をも九らす、シールドを堆付けていない同じ
機械に比較して、シールドを設けると、極間空所の全体
磁束が減少すると共Ｋ、機械の運転中に磁束の変動が減
少する。

整流ゾーンと呼ばれる極間空所の区域において（即ち、
整流子片によってブラシと連結されている電機子導線と
一直線の極間空所の部分）、ブラシ間に発生する電圧を
防止する丸めに、磁束密度が低いことが望ましい。ブラ
シ間に電圧が発生すると、巻締に＊＊電流が生じ、これ
はブラシで短絡することは理解できるであろう。理想的
には、整流子ゾーンの磁束密度は、機械の使用中に電機
子反作用によって発生し九磁束密度と逆であって、を九
整流を受けている巻線を流れる電流を逆にするのを助け
るよう、ブラシを通って流れている電ｆＩＬＫ比例すべ
きである。フェライト磁極を備え九永久磁石機械では、
フェライト材料の高い磁気抵抗によって、巻線磁界機械
での従来の場合よりも、整流子ゾーンにおいて大きな磁
束密度の変動が生ずる。従って、フェライト永久磁石機
械において、磁束の総合値と、整流子ゾーンの磁束密度
の変動をできるだけ小にする構成が有利である。鋼製の
弱い磁極端シールドを設けることによって、磁束密度の
レベルが低下し、整流子ゾーン内の磁束密度の変動が減
少し、またフェライト永久磁石機械の運転特性を、匹敵
する性能の巻線磁界機械の運転特性にほぼ変えることが
できる。

その他の利点として、シールドは、過渡電流の望ましく
ない影響がないよう保−する。機械の電機子のインダク
タンスが小であると、過渡電圧状態では、例えば機械の
スイッチを入れたときには、電機子巻線の電流が急激に
増加して、定常状態の運転の間の巻線内電流を著しく越
える値となる。

急激な電流上昇が生じた時点では、電機子はその慣性に
よって回転が妨げられ、従ってピーク電流に達するまで
には実質的な回転は起きなく、その丸め、電流音減少さ
せる逆起電力は電機子巻線に発生しない。従って、その
ような過渡状態におけゐ、弱い磁極端シールドを設けて
いない永久磁石機械で社、過渡状態でのピーク電流の影
響によって、永久磁極の減磁が生じる恐れがあることに
なる。しかしながら、導電性の材料で形成し九シー羨ド
を設置ると、減磁の恐れが極めて少くなるが、そＯｍｌ
由は、シールド自身が電流を流し、これが器い磁極端の
下Ｏ電機子導線を流れるピーク電流の滅畿効果妨けるか
らである。シールドを流れるこの妨害電流の効果は、磁
極０弱い磁極端の磁束の減退を遅らせて、電機子が起動
して巻線内の過渡電＃Ｉ！に抗する逆起電力を発生させ
る時間的余裕を与えることである。もし、電機子が何ら
かの連山で回転しないようｉツクされていると亀には、
シールドは、もちろん、大きな過鍍電ＲＫ対して保躾す
るという総合的な利点は殆んどないが、しかし、多くの
場合、機電子が回転しないようロックすることはなく、
従って、機電子の回転が十分に早く起きて、シールドに
よる過渡状態における保鏝が有効になる。

今までの説明によって、磁極が１個０シールドを有する
場合、次に磁極のシールドが互に分離している場合が理
解できるであろう。同じく、可逆機械に使用に便利なよ
うに、１個の磁極が１対のシールドを有する１晟におい
て、各磁極のシールドは、別個の構成部品でもよいし、
または、それぞれの磁極の１個の構成部品０部分であっ
てもよい。しかしながら、所望ならば、各磁極のシール
ドまた社告シールドは、例えば軟鋼のフープの形状の単
一シールド構成部品の一部であることも可能であること
を理解すべきである。このような構成では、フープは磁
極を支持する構成部品に一点で固着されるか、または、
フープがその端部を結合されていない場合には、磁極を
担持する構成部品に２点で固着することもできる。さら
に、フープは、それが磁極を担持する部品に連結されて
いゐので、またシールドを介して永久磁石磁極と係合し
ているので、磁極を磁極担持部品の所定位置に固着させ
るのに、またはそれを助けるのに利用することもできる
。しかしながら、７−ルドと磁極を担持する部品との間
の材料の量は、ギャップから直接磁極担持部品（例えば
機械の継鉄）への分路の可能性を避ゆるために、非常に
小さい磁束搬送容量でなければならないことが分るであ
ろう。

機械のギャップ円周に畔しい畏さの軟鋼ストリップで、
便利な構造を形成することができる。このストリップを
打抜いて長方形の穴を作〉、これによって、穴の間に各
磁極用のシールドが形成される。大の形状は、シールド
に付着し友小さいタグを形成するようにすることもでき
、そのｌｌ１分はシールドを結合し、これらは磁＠（Ｄ
＠函に！ｊ接する壕で−げられる。ストリップは、円筒
形に曲げられ、そしてその端は、適宜の方法で結合され
る。

機械の組立ての際は、磁極を円筒のシールドと係合させ
、タグ（半径方向に外側に延びている）Ｋよって位置決
めし、それから円筒と１１極を機械Ｏ継鉄に挿入する。

磁極は、必ｌＩＩあれｄ、継鉄に固着することかで色、
フープは、機械Ｏエンドキャップ（エンドブラケットと
呼ばれる）と係合することによって、マ九はエンドキャ
ップを連結しそしてそれらを継鉄に固定させている機械
の通しボルトと係合することによって、位置決めし固定
される。

第１１図及び第１２図は、さらに別の例を示し、これで
は、７−ルドは平行なダイカスト非磁性金属、を九は成
形合成樹脂リング９１によって保持されている。リング
９１は、機械のエンドキャップ、まえは通しボルトにも
固着できる。ｔた、リング！１は、エンドキャップを九
はその他の機械構造の非磁性部品と一体とすることもで
きる。例えば、リングの一つを、機械の成形ブラシボッ
クス組立品と一体とすることもできる。分離し九リング
を使用する場合には（図示のように）、シールド！２を
リングの凹所９５に取付けるか、またはリングをシール
ド端部の回りに成形することもで龜る。しかしながら、
リングがエンドキャップと一体の場合は、シールドと少
くとも一つのエンドキャップの間は、スロット−イン係
合とする必要がある。前の例の場合のように、シールド
に、一体の磁極位置決めタグを設鵜ることもできる。

【図面の簡単な説明】

＃１１図は巻線回転子を有する直流永久磁石内燃機関ス
タータモータの軸方向断面図である。 第２図は、第１図に示す電動機の一部の拡大横断１ｉｉ
ｓである。 第Ｓ図及び第４図は、それぞれ、永久磁石磁極の横断面
図であって、第１図及び第２図に示す構成の変形例を示
す。 第Ｓ図は、磁極の軸方向断面図であって、前回に示す構
成のさら碌る変形例を示す。 第６図は、永久磁石磁Ｉｉの平面図であって、さらなる
変形例を示す。 第７図は第６図の構造とは異なる他の実施例の斜視図で
ある。 第８図は、可逆直流電動機ＫｔＩ用するよう構成し九永
久磁石磁極の横断面図である。 第！図線、可逆直流電動機ＫＩ２用する磁極構造０ＩＩ
４する他の実施例を示す斜視図である。 第１０図は第５図及び第４図と同じ方向から見え更なる
実施例を示す図である。 ＃１１１図及び第１２図は、それぞれ、更に別のシール
ド構成の部品の斜視図及び端面図である。 （図中符号） １１・・・回転子、１２・・・固定子、１３・・・継鉄
、１４・・・永久磁石磁極、１５・・・軸、１６・・・
鉄心、１７・・・回転子巻巌、１８・・・巻紐磁極、１
！・愉・整流子、２１，５１，５２，３３，５嶋５５、
Ｓｌｂ、４１．９２−・・シールド、３７・・・穴、！
１・・・リング、９５・・・凹所丁続補正書（翅呻 昭和５８りし　６　月　／ｌＩ　　日 特許庁長官殿 （持ＩＡｈ審−「官　　　　　　　　　　　殿）１、事
件の表示 昭和６７年持重ハ願第２０６２８６１４２、発明の名称 ダイナモミ気機械 ３、補正をする各 事件との関係　持ｉｔ’ｌ出願人 ７、補正の対象 ２８１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）−転子が固定子に関して常に同じ方向に＠転するよ
   うにされており、かつ各永久磁石磁極が、永久磁石磁極
   と巻線磁極との間に形成されたギャップに面する面上に
   、高い飽和磁束密度を有する材料より成るシールドを備
   え、前記シールドは、磁極の弱い磁極端の縁、を九は縁
   の近くから強い磁極端の方に向って機械の円周方向Ｋｇ
   設し、そして永久磁石磁極と巻線磁極の相対的回転の関
   に巻線磁極が通過する前記磁極面の部分の２０９１以上
   かつ７０嗟以下を覆い、前記シールドは、少くとも、そ
   の弱い１部において、を九はその近くで、前記被通過部
   分の軸方向全範囲を覆い、そして円周方向では、強い磁
   極端の縁の手前で終っていることを特徴とする種類の永
   久磁石ダイナモミ気機械。 ２）前記シールドが藺紀被通過部分０４０チ以上かつ５
   ０９１以下を機っていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の機械。 ３）永久磁石磁極の対向する軸方向端の一つまたは両方
   が巻線磁極の軸方向範囲の先に突設している丸めに、永
   久磁石磁極の被通過部分が前記面の全部ではない場合に
   、該シールドが非被通過部分まで軸方向に延設している
   ことを特徴とする特許−求の範囲第１項ま九は第２項記
   載の機械。 り各永久磁石磁極は、永久磁石磁極と巻線磁極との間に
   形成されるギャップに面する面上に、高い飽和磁束密度
   を有する材料より成る第１および第２のシールドを備え
   、前記第１のシールドは、磁極の一つの内地方向端の縁
   または縁の近くから磁極の軸方向中心線の方に向って機
   械の円周方向に延設し、ま九第２の７−ルドは、他の円
   周方向磁極端の縁またはその近くから磁極の軸方向中心
   線Ｏ方に向って機械の円周方向に延設し、前記第１およ
   びｍ２のシールドは両方とも、その弱い端において、ま
   えはその近くで、永久磁石磁極と巻線磁極の相対的回転
   のｊ…に巻縁ａ極が通過するｄ極の部分の軸方向範囲の
   全部を機い、かつ前記シールドは磁気的に分離している
   ことを特徴とする可逆、永久磁石、ダイナモミ気機械。 ５）前記第１および凧２のシールドが、それぞれ、前記
   被通過部分の２０−以上かつ４５−以下を覆っているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項記載の機械。 ６）前記第１および第２のシールドが、前記面の所定Ｏ
   位置に別個に固着され九物理的に分離し九構成部品であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第４項ま九は第Ｓ項
   記載の機械。 ７）前記シールドが、単一構造を形成するよう橋絡部材
   によって連結されており、前記橋絡部材がシールド間に
   必要な磁気的不連続を提供することを特徴とする特許請
   求の範囲第４積を九紘第５項記載の機械。 ８）シールドまた線それぞれの７−ルドが板状であるこ
   とを特徴とする特許 れか１′ｓＪＬに記載の機械。 ９）シールドを丸線それぞれＯシールドが平な板状であ
   ることを特徴とする前紀特ｉｌＦＦ：Ｉ１１１１求の範
   囲のいずれか１項に記載の機械。 １０）シールドまたはそれぞれのシールドが軟銅である
   ことを特徴とする前記％＃＋稍求の範囲のいずれか１項
   に記載の機械１。 １１）シールドまたはそれぞれのシールドの材料が低損
   失材料、例えば珪素−鉄合金、等方質ガラス質金属、ま
   たは高電気抵抗焼結鉄粉でめることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項〜第９項のいずれか１項に記載の機械。 １２）シールドまたはそれぞれのシールドが機械の円周
   方向に延設する層で検層されていることを特徴とする前
   記特許請求の範Ｈのいずれか１項に記載の機械。 １３）シールドまたはそれぞれのシールドが前記磁極面
   の凹所に取付けられ、機械のギャップが実質的に一定で
   あること１ｔ％黴とする前に２特ｌ′ｆｂ求の範囲のい
   ずれか１項に記載の機械。 １リシールドま九はそれぞれのシールドが磁極圓上に取
   付けられ、ギャップ中に半極方向に突出するζとを特徴
   とする特許請求の範囲第１項〜篇１２項のいずれか１項
   に記載の機械。 １５）シールドまた紘それぞれのシールドの厚さが、結
   合した磁極とシールドの全半径方向寸法の２ｓ以上かつ
   ２５％以下であることを特徴とする前記特許請求の範Ｈ
   のいずれか１項に記載の機械。 １６）シールドの厚さが、結合し九磁極とシールドの全
   半径方向寸法の５〜１５−の範囲にあることを特徴とす
   る特許請求の範囲Ｉ＠１５項記載の機械。 １７）前記シールドが共通な単一シールド部材の部分で
   あることを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１
   項に記載の機械。 １８〕前記単一シ一ルド部剃が、前記磁極を機械の磁極
   担持部品に固着させるか、または固着を助けることを特
   徴とする％ｔｆＩＩｌｌ！求の範ＷＡ弟１７項記載の機
   械。 １！）永久磁石磁極がフェライト材料より形成されるζ
   とを特徴とする前記特許請求の範囲のいずれか１項に記
   載の機械。