JPS6331453A - 電気機器 - Google Patents

電気機器

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JPS6331453A
JPS6331453A JP62177334A JP17733487A JPS6331453A JP S6331453 A JPS6331453 A JP S6331453A JP 62177334 A JP62177334 A JP 62177334A JP 17733487 A JP17733487 A JP 17733487A JP S6331453 A JPS6331453 A JP S6331453A
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JP
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rotor
poles
stator
active coil
magnetic flux
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JP62177334A
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English (en)
Inventor
リンダー・ヘンドリック・ディーケン
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
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Filing date
Publication date
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K19/00Synchronous motors or generators
    • H02K19/02Synchronous motors
    • H02K19/10Synchronous motors for multi-phase current
    • H02K19/103Motors having windings on the stator and a variable reluctance soft-iron rotor without windings
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K21/14Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • H02K21/16Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having annular armature cores with salient poles
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K23/00DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors
    • H02K23/40DC commutator motors or generators having mechanical commutator; Universal AC/DC commutator motors characterised by the arrangement of the magnet circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Windings For Motors And Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
  • Dc Machiner (AREA)

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】 本発明は、機械部分としてのローターおよびステーター
と、励起磁束を発生ずる手段と、励起磁束の少なくとも
一部を周期的にリンクして作動して回転起電力を発生す
る能動コイルとを具え、前記ローターが離間した複数の
ローター極を具え、前記ステーターが離間した複数のス
テーター極を具え、前記能動コイルを取付けている前記
機械部分の極の数が少なくとも4個で、前記ステーター
に対する前記ローターの相対的回転の結果として作動中
に前記能動コイルとリンクしている励起磁束の部分の磁
束パターンが回転し、その角速度と能動コイルが取付け
られている機械部分の角速度との差の絶対値がローター
およびステーター間の角速度の差の絶対値より大きい電
磁型電気器に関するものである。
このような電気機器はフランス特許第88001号明細
書により既知である。この既知の電気機器はN極および
S極を有するステーターと、このステーターと協働する
ローターとを具え、このローターが多数のローター歯を
有し、これらのローター歯にそれぞれローター極が設け
られ、各ローター歯の周りにそれぞれ別個のコイルが配
設されている。ローター極の極面の幅は、ローターの円
周方向に見て、ステーター極の極面の幅に等しく、ステ
ーター極の極面は全て等しい幅を有し、ト目対的に大き
い磁気短絡回路が電動機に生じ、この結果、ステーター
内に発生した励起磁束の利用度が低いという問題がある
本発明の目的は、上述した既知の電気機器を改良して、
電動機として構成される場合には、予定速度および予定
寸法に対してより高い機械力を生じることが可能であり
、あるいはまた、発電機として構成する場合には、予定
速度および予定寸法に対してより高い電力を発生し得る
電気機器を提供しようとするものである。
これがため、本発明に関する前述した形式の電気機器に
おいて、励起磁束が別個の手段によって発生され、さら
に、能動コイルが取付けられていない機械部分の極数が
2 (t+a)で、tが能動コイルを取付けている機械
部分の極数で、aが0および−t/2以外の整数である
場合において、前記能動コイルが少なくとも実質的に半
径方向に円筒形巻回形状に巻回され、各能動コイルが励
起磁束の最大部分をリンクする位置で各能動コイルが漂
遊分を除く励起磁束の全体をリンクし、ステーター極の
少なくとも数個の極面がローター極の少なくとも数個の
極面とは異なる寸法を有し、あるいは、前記能動コイル
が円環状巻回形状で構成され、各能動コイルが励起磁束
の最大部分をリンクする位置で各能動コイルが漂遊分を
除く励起磁束の実質的に半分ををリンクし、ステーター
極の少なくとも数個の極面がローター極の少なくとも数
個の極面とは異なる寸法を有することを特徴とする。
磁気抵抗電動機または誘導電動機におけるように励起磁
束が能動コイル自身によって発生され、さらに、能動コ
イルが取付けられていない機械部分の極数がt十aで、
tが能動コイルを取付けてぃる機成部分の極数で、aが
O以外の整数である場合には、本発明に関する前述した
形式の電気機器において、所望の目的を達成するために
、前記能動コイルが少なくとも実質的に半径方向に円筒
形巻回形状に巻回され、各能動コイルが励起磁束の最大
部分をリンクする位置で各能動コイルが漂遊分を除く励
起磁束の全体をリンクし、ステーター極の少なくとも数
個の極面がローター極の少なくとも数個の極面とは異な
る寸法を有することを特徴とする。
本発明による電気機器においては、ステーター極とロー
ター極の極面間の寸法の差、特に、ローターの円周方向
に見た極面の幅の差が磁気短絡の結果として生じる損失
を最小にするために重要であることを留意すべきである
さらにまた、留意すべきこととして、能動コイルは発生
される全励起磁束の最大部分を能動コイルがリンクし得
る理由から、能動コイルの巻回数は少数にすべきである
。この巻回数が少ないために、能動コイルの抵抗を小さ
くすることができ、本発明による電気機器を、電動機と
して構成する場合、大きな負荷電流、したがって、高い
電力を取扱うことができ、これがため、高い機械力を発
生させることもできる。発電機として構成する場合、本
発明による電気機器は高い電力を発生し得ること明らか
である。
米国特許第4.450.396号明細書には、外方に指
向した多数の歯を有するローターを具える同期電動機が
記載されており、この電動機は、内方に指向した多数の
歯を組で配設したステーターによって囲まれた積層コア
を具えている。ステーターは4個の励起コイルを具え、
これらのコイルは4個のステーター歯の周りにそれぞれ
設けられている。
作動中、励起コイルは、ステーター歯に対のN極および
S極を形成する。さらに、それぞれ2個のコイル側面を
有する4個の能動コイルがステーター内に設けられてい
る。作動中、各能動コイルの2個のコイル側面の一方が
N極の下側に設けられ、他方のコイル側面がS極の下側
に設けられている。
能動コイルを交互に附勢することによって、ローターは
段歩回転される。この電動機の磁束パターンは回転しな
いが、しかし、僅かに振れ動く。この既知の電動機は巻
回方法のために極く僅少な励起磁束が発生される理由か
ら、小さなトルクおよび小さな力しか発生しない。
米国特許第3.679.953号明細書には、軟鉄のよ
うな適当な強磁性材料で造られたローターと内方に指向
した多数の歯を有する円環状ステーターとを具える磁気
抵抗電動機が記載されている。ローターは外方に指向し
た複数の歯を有する。ステーター歯の数はローター歯の
数と相違している。各ステーター歯の周りにそれぞれ取
付けられた励起コイルによってローターは回転される。
この電動機もまたその出力およびトルクが小さく、その
理由は、本発明による電気機器におけるように最大磁束
をリンクし得るような方法で能動コイルが巻回されてい
ないからである。
本発明による電気機器の好適実施例におていは、外側リ
ングを具え、この外側リングに磁石が設けられ、この磁
石が外側リングの軸線に対して平行な方向に磁化さ・れ
ており、前記外側リングがその上側および下側において
軟磁性材料で造られ、極として作用する内方に指向した
複数の歯を具え、リングの上側における歯および下側に
おける歯が位置が172歯ピッチで互いにずらされてお
り、また、外方に指向する歯を有する軟磁性材料の内側
円板形状体を具えることを特徴とする。
本発明による電気機器の他の好適実施例においては、内
側円環状または円板形状磁石を具え、この磁石がその軸
線に平行な方向に磁化されており、前記磁石が上側およ
び下側に複数個の円環形状の軟磁性円板を具え、これら
の円板が外方に指向する複数の歯を有し、また、上側お
よび下側に内方に指向する複数の山を有する外側軟磁性
円環状体を具え、この外側軟磁性円環状体の上側の歯お
よび下側の歯の位置が172歯ピッチで互いにずらされ
ていることを特徴とする。
本発明による電気殴器の他の好適実施例においては、内
方に指向する複数個の歯を有する外側円環形状軟磁性B
財と、内側円環形状または円阪形状の磁石とを具え、こ
の磁石がその軸線に平行な方向に磁化されており、磁石
の上側および下側に極として作用する外方に指向した複
数の歯を有する複数の円環形状の軟磁性円板を具え、上
側の歯および下側の歯の位置が1/2歯ピッチで互いに
ずらされており、外側円環形状部材の周りに複数の能動
コイルが円環状巻回形状で配設されていることを特徴と
する。この実施例による電気機器は低速3相電動機とし
て作動することができる。
次に、本発明による電気機器の種々の実施例を添付図面
につきさらに詳細に説明する。
以下に記載する本発明による電気機器の具体例は主とし
て電動機として構成された実施例である。
他の実施例として、本明細書の記載は電磁型の発電機に
も適用すること勿論である。以下の定義は上述した記載
方よび後述の記載に関するものである。
ローターとは、電気機器の回転部分であり、ステーター
とは電気機器の非回転部分である。
極とは、ローターとステーターとの間の空隙に設けられ
たローターおよびステーターの硬磁性または軟磁性部分
を意味すると理解されるべきである。一般に、非磁性空
隙が極間に位置し、したがって、上述した磁性部分は歯
形状を有する。極が硬磁性材料で造られている場合には
、上述の空隙はないことが多く、したがって、上記磁性
部分は互いに連結している。
能動コイルとは、回転e、m、fを発生するコイルであ
り、すなわち、電力を機械力に変換するためのコイル(
電動機の場合)または機械力を電力に変換するためのコ
イル(発電機の場合)である。能動コイルはローター側
またはステーター側に設けることができる。
漂遊分を除く励起磁束の全てに各能動コイルがリンクし
得る場合に、電動機または発電機は円筒形巻線を有する
能動コイルを備える電気機器部分における2個の部分に
励起磁束が分割され、かつ、能動コイルが漂遊分を除く
励起磁束の半分とリンクする場合には、電気機器は環状
巻線を有する。
励起磁束とは、能動コイルに流れる電流によって電気−
機械的トルクを発生し、かつ、能動コイルに回転e0m
、f、を発生する磁束である。
励起磁束の漂遊分とは、能動コイルとリンクし得ない励
起磁束の部分である。
E、m、f、は起電力の略語である。
次に、本発明による電動機の原理を第1および2図に示
す永久磁石によるステーターを備える既知の2極DC整
流子電動機に基づいて説明する。
本発明による電動機と既知の電動機との差を示すため、
既知の電動機を数回参照している。
既知の電動機は2個のステーター極N1およびSlを有
するステーターと6個のローター歯1〜6と6個の能動
コイルWl〜l’16とを有するローターとを備えてい
る。ローターRは軸線Aの周りにステーターSに対して
相対的に回転可能である。
既知のモータは次式に従う。
%式%(1) この式において、Uは電、原の電圧、Eは作動中に電動
機の能動コイルに発生する回転e、m、f、、■は能動
コイルに流れる電流、Rは能動コイルの直径抵抗である
。この電動機の電力式は(1)式から次式で表わされる
u・l−I2・R−E・I=0   (2)この式にお
いて、u−I は電力消費量 [2・Rは能動コイルに
おける銅損、E−1は電気att力である。
Rの大きさは予定の電圧Uが印加される際に電動機によ
って導出され得る最大機械力を決定する。
これはローター抵抗Rが維持されなければならないこと
を意味している。
既知のDC整流子電動機の回転e、  m、  f、 
 は次式に従う。
%式%(3) この式において、φは各能動コイルにリンクされている
ステーターによって発生される励起磁束の最大部分を示
し、Wはローター巻回数、nは磁束φの所定方向に対す
るローターの相対的速度を示す。
、  本発明の原理によれば、ローターの回転によって
励起磁束の磁束パターンが作動中にステーターに対して
相対的に回転される。したがって、電動機のe、  m
、  f、  Eはローターの速度nによってはもはや
決定されず、ローターの速度nと励起磁束の回転磁束パ
ターンの速度との差によって決定される。回転磁束パタ
ーンに対するローターの相対的速度をNとすると、本発
明による電動機は次式に従う。
%式%(4) 第3a〜3d図は永久磁石ステーター8を備える本発明
によるDC整流子電動機の可能な具体例を示す。この電
動機は6個の歯1〜6を有するローターRを具え、これ
らの歯間に位置する6個の条溝内にコイルW1〜(す3
が配設されている。実用的理由から、コイルを2個の歯
の周りにそれぞれ巻き付けることが必要である。ステー
ター14の鋼リング内に多数の磁石が設けられ、これら
の磁石はN極とS極(Nl−N7および5l−57) 
 をローター側に交互に配置している。
第1図に示すように、既知の2極DC整流子電動機は2
個の扇形永久磁石N1およびSlだげをステーターに具
えている。上側の磁石はその内側をN極とし、下側の磁
石はその内側をS極としている。
ローターRは6個の歯1〜6を有し、したがって、6個
の条溝を有し、これらの条溝内にコイルの巻 −回が配
設されている。この既知のDC整流子電動機においては
、ローターRに生じる励起磁束の磁束パターンがロータ
ーの回転につれて反転するが、しかし、平均的には、同
じ方向に配向されてる。
したがって、上述の磁束パターンに対するローターの相
対的回転の回転数はローターの速度nに等しい。
第3a図に示す本発明による電動機においては、ロータ
ー歯1はN 極N lの下側に位置している。したがっ
てローターVl、 V2およびV3に生じる励起磁束の
磁束パターンは上から下に配向される。第3a〜3d図
から明らかなように、線図的に示す能動コイルw1とリ
ンクしている磁束パターンVL  V2.  V3の方
向はローター歯1がN極N1からS極S1に移動する際
に能動コイルに対して相対的に180°変化する。ロー
ターが時計回り方向に360°回転し終る際、能動コイ
ル1111にリンクしている磁束パターンVl、 V2
. V3は14回180°の角度にわたり回動する。ロ
ーターに生じる励起磁束の磁束パターンに対するロータ
ーの相対的回転の回転数はN = 7nて表わされる。
これを一般式N=(t+a、)nで表わすことができ、
この式においてtはローター歯の数で、励起磁束がコイ
ルまたは永久磁石のような別個の手段によって発生され
る場合に、ステーター歯の数は2(t+a)に等しく、
あるいはまた、能動コイル自身が励起磁束を発生する場
合にはt+aに等しい。したがって、前者の場合にはa
は0および−t/2以外の整数であり、後者の場合には
O以外の整数である。
したがって、この実施例は次式に従う。
%式%(5) したがって、第3a〜3d図に示す例において発生され
る回転e、m、f、は従来既知のDC整流子電動機に比
較して7の因子で増加される。この因子を以後にとする
次に、因子に= N/n = t+aの大きさがロータ
ー抵抗Rの大きさに及ぼす影響につき検討する。ロータ
ーの所要巻回数は式(9)から次式で表わされる。
W −已/(2に−n   ・ φ)(6)銅の比抵抗
はrOであり、巻回の平均長さをSで示す。巻線の銅の
断面積はa′である。ローターの全ての巻線が直列に接
続されているとすれば、抵抗は次式で表わされる。
Rto = rO・S −w/a’    (7)しか
し、ローターの巻線は2個の分岐で並列に接続されてい
る。各分岐の抵抗はRtot/2であり、2個の並列分
岐の等価抵抗はRtot/4である。したがって、式(
7)からローター抵抗の式を次のように導出することが
できる。
R=ro・s−w/(4a’)   (8)全ての条溝
の合計断面積を八とし、各巻回で2個の条溝内に位置し
、条溝内の巻回の銅因子をCとすると、これらの関係を
次式で表すことができる。
2 W ・ a ′  −〇 ・ 、八       
          〇9)式(8)および(9)から
a′を消去して、次式が得られる。
R=ro −5−w2/ (2cmA)     α0
式(6)からWを弐〇〇に代入して次式が求められる。
R=ro ・5−E2/ (8cmに2−φ2 ・A−
n2)  01)巻回によって囲まれた区域をA。で示
し、巻回内の励起磁束の平均磁束密度をBで示すと、各
巻回はほぼ同じ長さを有し、A、ちまた各巻回に対して
実質的に等しいから、次式が成立する。
φ=B・AoQ2) 式α0を式QDに代入して次式が得られる。
R= (1/8) ・(1/に2) ・(r。/ (c
 He2))(S/い、A%い値B2/n”)   (
13)ローター抵抗Rは5個の因子を有する。第1の因
子は定数178である。第2の因子は定数にで、その2
乗が含まれている。
第3の因子は定数で、 roは銅の比抵抗 Cは銅因子 Bは巻回内のステーター磁界の平均磁束密度である。
第4の因子は電動機の寸法を規定している。
電動機が小さくなれば、平均巻回長さSは小さくなる。
電動機が小さくなれば、条溝の断面積Aは小さくなる。
電動機が小さくなれば、コイルの断面積Ac′は小さく
なる。
第5の因子は仕様に関するものである。
Eは供給電圧Uより僅かに小さい回転e、 m。
f、である。nは作動速度である。
上述した図示の永久磁石ステーターを設けた既知のDC
整流子電動機を本発明による電動機に変える場合には、
ローターに著しい変更が加えられる。
5個のローター歯を具える電動機の場合には、k=5と
なり、したがってRは小さくても36倍になる。ロータ
ー抵抗は電動機の効率、トルク−速度特性曲線および巻
回の銅損を示す。電流、したがって、電動機の出力は、
効率および速度−トルク曲率の勾配を同じものとして、
36の因子で増加され得る。因子k、したがって出力利
得はローター歯の数を増大させることによってさらに増
大させることができる。したがって、寸法および速度を
同じままにして、本発明による電気機器はさらに高い出
力を生じる。本発明の原理はより低い速度で同じ出力を
得たり、あるいはまたより小型の寸法の電動機で同じ速
度で同じ出力を得るためにも利用することができる。さ
らに、これらの可能性を組合わせることができる。
第4図に示す本発明によるDC整流子電動機は、永久磁
石ステーターSと、5個のロータ歯T1〜T。
およびローター極T、I〜T5′を有するローターRと
、軟鋼磁性戻りリングGとを具えている。6個の永久磁
石ステーター極N1〜N6と6個の永久磁石S極S1〜
S6が設けられている。したがって、ローターRのロー
ター歯の数tは5であり、aが1であるので、ステータ
ー極の数2 (t+a)は12となる。各ステークー極
は1個の極面P5を有し、各ローター極は1個の1面R
5を有し、この極面R5は、ローターの円周方向に見て
、極面P5より寸法が小さい。t (tLa)=30個
の整流子片L1〜L30があり、N極Nlの中心の下側
に(+)ブラシC1が設けられ、S極S6の中心の下側
に(−)ブラシC2が設けられている。最大数で6個の
(+)ブラシをN極の下側に位置させて設けることがで
き、同様に最大で6個の(−)ブラシをS極の下側に位
置させて設けることができる。5個のコイル(す1〜W
5を線図的に示しており、コイル’vll lは歯T、
′およびT1′の周りに巻き付けられ、コイルW2は歯
T1°およびT2′の周りに巻きつけられ、コイル(1
13は歯T2″およびT3′の周りに巻きつけられ、コ
イルW4は歯T3”およびT4′の周りに巻きつけられ
、コイルλ5は歯T4″およびT、“の周りに巻きつけ
られている。
図示の位置において、ローター」二の能動コイルWlは
最大磁束をリンクしており、この磁束はコイルを内側か
ら外側に向けて横切っている。この場合、整流作用を行
うことが必要である。したがって、極N1の下側の(+
)ブラシC1が整流子片L1およびL30を短絡する。
これは能動コイルWlを整流子片LlおよびL30に接
続しなければならないことを意味している。この場合、
歯T1“は極S1の下側に位置しており、極T5′は極
S6の下側に位置している。
ローターが軸線Aの周りに反時計回り方向に60゜回転
し終る際、コイル(す1は再び最大磁束とリンクし、こ
の磁束は内側から外側に指向している。したがって、歯
T、*は極S2の下側に位置し、歯T511は極S1の
下側に位置する。この際、(+)ブラシの下側で整流を
再び行うことが必要である。したがって、整流子片シ2
5およびL26が(+)ブラシの下側に位置する。した
がって、整流子片し1は整流子片L26に必ず相互接続
され、整流子片シ30は整流子片L25に必ずt自互接
続される。このようにして、次の整流子片の組が必ず相
互接続される。
し1.  L6.  Lll、  L16.  L21
 およびL26゜これらをeで示している。
L2. L7.  L12.  L17.  L22お
よびL27゜これらをdで示している。
L3. L8. L13. L18. L23およびL
28゜これらをCで示している。
し4.  L9.  L14. L19. L24 お
よびし29゜これらをbで示している。
L5.  LIO,L15.  L20.  L25お
よびし30゜これらをaで示している。
整流を電子的に行うこともできる。これがた灼に、コイ
ル端子は電子回路に接続される。
一般に、本発明によるDC整流子電動機は以下の特性を
有する。積層ローターコアは既知の整流子電動機のもの
と類似の形状を有する。ローターコアは円筒形状を有し
、その外周条溝に巻線が充填されている。条溝の数およ
びローター歯の数はtである。ローターを既知の2補整
流子電動機におけると同様の方法で形成することができ
る。ローターの周りに2 (t+a)個の歯を有する円
筒形ステーターが配設されている。好ましくは、aは1
であり、この理由は、これにより最高の効果が生じるか
らである。コイル端末(相互に接続した能動コイルの共
通端子)の数もまたtである。整流子片の数はt (t
+a)である。aが1である場合、第1端末1は整流子
片L t+1.2t+L −−−t−t+1に接続され
る。第2端末2は整流子片2. t+2.2t+2、−
−−t −t+2に接続される。最終端末tは整流子片
t、 t+t、 2t+t、 −−−t−t+tに取付
けられる。
第5図は永久磁石ステーターを具える本発明によるDC
整流子発電機用ダイオードによる整流回路図を示してい
る。ローターは5個のコイルw1〜w5を有する。ダイ
オード01〜D5と旧′〜05′が必要である。端子C
1およびC2における出力電圧は実質的に一定の直流電
圧である。
第6図は本発明による3相誘導電動機を示す。
原理的に、ローターRはブラシレスDC整流子電動機の
ローターと同じである。等間隔で離間して設けられた3
個のコイル端末は3相幹線電源R′。
S’、T’の3個の端子に接続されている。原理的に、
ステーター5は円筒形鋼リングで構成されており、この
リングの内側に7個の溝孔が形成されている。これらの
溝孔内に短絡巻線に1〜に8が配設されている。図示の
例では、ローターは6個の歯(t=6)を有する。a−
2とすると、能動コイルによって励起磁束が発生され、
ステーターは8個の歯(t+a)を有する。ローターは
始端81〜B6と終端E1〜E6を有する6個のコイル
81〜S6を有する。終端ε1〜巳6は接続練り1〜v
6を経て各コイルS1〜S6の始端B1〜B6に接続さ
れている。3相幹線電源R’、S’およびT′は接続線
V1. V3右よびv5に接続されている。積層コアの
周りには、短絡用巻線に1〜に8がステーターの2個の
外側歯間で設けられている。この本発明による電動機は
さらに低い同期速度およびさらに低い非同期速度を得る
ことができる。幹線電源の周波数が50Hzの場合、図
示の例による同期速度は50/8 = 6.25 r、
p。
m、となる。
第7図は本発明による電気機器の変形例を示し、本例で
は、環状磁石Mを用いて励起磁束を発生させるよう構成
している。電動機として構成する場合には、図示の電気
機器を2種の異なる方法で用いることができる。内側部
分が回転する場合、この内側部分はローターを構成する
。したがって、外側部分はステーターを構成する。機械
的整流が可能である。電子的整流を行う場合にはスリッ
プリングを介してローターに電圧を印加する必要がある
。第2の方法の場合には、外側部分が回転してローター
を構成し、内側部分が静止部分としてステーターを構成
する。したがって、機械的整流は実際上行うことが困難
である。電子的整流を行う場合には、電圧を能動コイル
に直接に印加することができる。いずれの場合にも、電
気機器は同じ方法で作動する。内側部分が回転する場合
の電気機器の作動を以下に説明する。ローターRは5個
の歯′「1〜T5を有する。同様に5個の能動コイルW
1〜1115を有する。各能動コイルはローター歯の周
りに巻回されている。励起磁束を供給する環状磁石Mは
ステーターに設けられている。環状磁石Mは電動機の軸
線Aに平行に磁化されており、M極が上側に位置し、S
極が下側に位置している。この結果として、6個のN極
N1〜N6がステーター8の上側軟磁性部分に形成され
、6個のS極S1〜S6がステーターの下側の軟磁性部
分に形成される。
したがって、電動機は12個のステーター歯を有する。
この電気機器の因子に=t+1は6となっている。
第8図は本発明による電気機器の他の変形を示す。この
電気機器を電vJ機として構成した場合、内側部分を回
転させることによって、あるいは外側部分を回転させる
ことによって2種の異なる方法で作動させることができ
る。いずれの場合においても、電気機器の作動は同じで
ある。次に、内側部分が回転する場合の電気機器の作動
を説明する。ローターRにおける円環状磁石または円板
状磁石M′は励起磁束を発生する。磁石M′は電動機の
軸線Aに平行に磁化されており、N極が上側に位置し、
S極が下側に位置している。この結果、5個のN極N1
〜N5がローターの上側軟磁性部分に形成され、5個の
S極S1〜S5がローターの下側軟磁性部分に形成され
る。対応する番号のN極およびS極が常に重なっている
。能動コイル1111〜1l15がローターRに巻回さ
れている。ステーターはその全体が軟磁性鋼で造られ、
上側に6個のステーター歯T1〜T6を有し、下側に6
個のステーター歯T7〜T12を有する。ステーター歯
T7〜TI2はステーター歯T1〜T6から1/2歯ピ
ッチでずれている。各能動コイルは2対の極を有し、2
個のN極は上側に位置し、2個のS極が下側に位置して
いる。能動コイルW1が最大量の励起磁束をリンクする
ような位置でローターRが示されている。磁石M′に発
生した励起磁束は上方に延び、能動コイルW1、N極N
1およびN2、ステーター極T1およびT2、軟磁性ス
テーター、ステーター極T9. TIOおよびTll、
ローターS極S3. N4およびN5、ローターの下側
軟磁性部分を横切って磁石を経て再び上方に通過してい
る。
今、ローターが時計回り方向に30°回転される際、ロ
ーター極N1およびN2はステーター歯T7およびT8
を横切って位置される。したがって、励起磁束はロータ
ーの中央における磁石M′、ローター極N3. N4お
よびN5、ステーター歯T4. T5およびT6、軟鉄
ステーター、ステーター歯T7およびT8、ローター極
S1およびN2、能動コイル(す1に通過した後、再び
磁石を上方に通過する。ローターRが30°回転するこ
とによって能動コイル(す1を通る励起磁束の方向が変
わる。60°回転後、励起磁束は360゜にわたり完全
に回転する。したがって、因子には6になる。永久磁石
M′の代わりに励起コイル用い得ること勿論である。し
たがって、磁石の代わりに僅かに小径の等しい厚さの軟
鉄の円板が用いられる。これにより得られる空間内で、
励起コイルWを硬磁性円板の周りに巻回される。
第9図は円環状巻線W1〜W6を具え、永久磁石M′に
よって励起される本発明による電気機器を示す。永久磁
石M″は電気機器の内側部分に設けられ、軸線方向に磁
化されている。磁石M′の一側に歯付軟磁性部分が取付
けられ、これによってこの−側に7個のS極S1〜S7
が形成される。永久磁石M′の他側にも同様の軟磁I生
部分が設けられ、これによりこの他側に7個のN極N1
〜N7が形成される。上述の2個の軟磁性部分は互いに
172歯ピッチでずれて配設されている。電気機器の外
側部分は歯T1〜T7を有し、これらの歯間の溝孔内に
能動コイルW1〜1+16が設けられている。コイルW
1〜1す6は直列接続され、外側部分の周りに同じ方向
に巻きつけられている。3個のタンピングAl、 A2
および八3が設けられ、これらの間に1度に2個のコイ
ルが配設される。能動外側部分は6個の極を有する。他
方の電気機器部分は14個の極(a=1)、すなわち2
 X (t+a)を有する。タッピングAl。
A2およびA3を電子スイッチに接続することができ、
あるいは、同期3相電気機器の場合には3相電気機器の
各相にそれぞれ接続してもよい。
本発明による電気機器はさらに他の態様で実施すること
ができる。例えば、本発明による電気機器をDC直巻電
動機または発電機として構成することもできる。このよ
うな構成を第4図につき説明することかできるが、この
場合には、第4図に示す永久磁石の代わりに鋼極片を設
け、各鋼極片の周りにそれぞれコイルを配設する。これ
らのコイルには電動機に加えたと同じ電流を流す。本発
明による電気機器は3相同期電動機としても構成するこ
とができる。原理的に、その構造は第4図につき記載し
たと同じである。円周方向に規則正しく離間した3個の
コイル端末は3相同期電動機の3個の端子に接続される
。電動機は同期電動機であるから、自己始動しないが、
1度同期速度に達すると同期電動機として作動する。
他の変形例として、本発明による電気機器を磁気抵抗電
動機として構成することもできる。かかる電動機は上述
の3相誘導電動機に対応する。しかしながらステーター
の短絡回路巻線は省略される。コイルが3相幹線電源に
接続される際、3相同期電動機の同期速度に等しい速度
の同期電動機が得られる。
本発明による磁気抵抗電動機の例を第10図および第1
1図に示す。第10図に示す磁気抵抗電動機はステータ
ーSおよびローターRを有し、これらは両方とも軟磁性
材料で作られる。ステーターSは8個のステーター歯S
TI〜ST8と環状巻線で構成された8個の能動コイル
(91〜1118とを有し、ステーター歯と能動コイル
とはステーターの円周方向に見て交互に設けられている
。ステーター歯STI〜ST8はステーター極を構成し
、これらの極面をSL”〜S8°で示す。ローターRは
軸線Aの周りに回転可能で、6個のローター@T1〜T
6を有し、これらの極面T19〜T6”はローターの円
周方向に等間隔で離間しており、ローターの円周方向に
おける極面Tl”〜T6”の幅は極面S1″〜88″の
対応する幅より小さい。上述の能動コイルW1は電子整
流子の端子P1〜P8に接続されている。
第11図に示す磁気抵抗電動機はブラシレスDC整流子
電動機のものと原理的に同じローターRを有する。円周
方向に等間隔で離間して設けられた3個のコイル端末を
3相電気機器の3個の端子に接続することができる。原
理的に、ステーターSは内側に8個の歯STI〜ST8
が設けられた軟磁性材料製の円筒形リングを具える。ロ
ーターは6個の歯と、これらの歯の周りに設けられた6
個の能動コイル81〜S6を有し、コイルの初端を81
〜B6で、終端を巳1〜E6て示す。終端は各順次のコ
イルS1〜S6の初端B1〜B6に接続練り1〜v6を
経て接続されている。端子R”、S”およびT*は接続
線Vl。
v3およびv5に接続され、3相幹線電源の各相にそれ
ぞれ接続することができる。ステーターSは8個のステ
ーター歯STI〜ST8を有する。。
第10図に示す電動機および第11図に示す電動機の双
方において、作動中、能動コイルによって励起磁束が発
生され、能動コイルが励起磁束の最大部分をリンクする
所定位置において、能動コイルは、実際上、漂遊損失を
除く励起磁束の最大部分をリンクする。両種の電動機に
おいて、能動コイルを具えない電気機器部分の極数はt
+aであり、第10図に示す電動機のaは−2であり、
第11図に示す電動機のaは2である。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の2極DC整流子電動機の概略図、第2図
は第1図に示す電動機の等価回路図、第3a〜3d図は
6個のローター歯および能動コイルを具える本発明によ
る電気機器の概略図、第4図は5個のローター歯を具え
る本発明による電気機器の概略図、 第5図は発電機として作動される第4図示の電気機器の
ローターの電気回路図、 第6図は本発明による3相誘導電動機の概略図、第7図
は円環状磁石を用いて励起磁束を発生させるよう構成し
た本発明による電気機器の概略斜祖国、 第8図は内側円板磁石を用いて励起磁束を発生させるよ
う構成した本発明による電気機器を示す斜視図、 第9図は環状巻線および永久磁石により励起するよう構
成した本発明による電気機器の斜視図、第10図は本発
明による他の電気機器を示す概略斜視図、 第11図は本発明による他の電気機器の概略図である。 R・・・ローター      S・・・スy−ターV1
11〜W6・・・能動コイル  T1〜T5・・・ロー
ター極S1〜S6・・・ステーター極 FlG、I IG2

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、機械部分としてのローターおよびステーターと、励
    起磁束を発生する別個の手段と、励起磁束の少なくとも
    一部を周期的にリンクして作動して回転起電力を発生す
    る能動コイルとを具え、前記ローターが離間した複数の
    ローター極を具え、前記ステーターが離間した複数のス
    テーター極を具え、前記能動コイルを取付けている前記
    機械部分の極の数が少なくとも4個で、前記能動コイル
    が取付けられていない前記機械部分の極数が2(t+a
    )で、tは能動コイルを取付けている機械部分の極数で
    、aは0およびt/2以外の整数であり、前記ステータ
    ーに対する前記ローターの相対的回転の結果として作動
    中に前記能動コイルとリンクしている励起磁束の部分の
    磁束パターンが回転し、その角速度と能動コイルが取付
    けられている機械部分の角速度との差の絶対値がロータ
    ーおよびステーター間の角速度の差の絶対値より大きい
    電磁型電気機器において、前記能動コイルが少なくとも
    実質的に半径方向に円筒形巻回形状に巻回され、各能動
    コイルが励起磁束の最大部分をリンクする位置で各能動
    コイルが漂遊分を除く励起磁束の全体をリンクし、ステ
    ーター極の少なくとも数個の極面がローター極の少なく
    とも数個の極面とは異なる寸法を有することを特徴とす
    る電磁型電気機器。 2、機械部分としてローターおよびステーターと、励起
    磁束を発生する能動コイルとを具え、この能動コイルが
    作動に際して励起磁束の少なくとも一部を周期的にリン
    クし、能動コイル内に回転起電力を発生し、前記ロータ
    ーが離間した複数のローター極を具え、前記ステーター
    が離間した複数のステーター極を具え、前記能動コイル
    を取付けている前記機械部分の極の数が少なくとも4個
    で、前記能動コイルが取付けられていない前記機械部分
    の極数が(t+a)で、tは能動コイルを取付けている
    機械部分の極数で、aは0以外の整数であり、前記ステ
    ーターに対する前記ローターの相対的回転の結果として
    作動中に前記能動コイルとリンクしている励起磁束の部
    分の磁束パターンが回転し、その角速度と能動コイルが
    取付けられている機械部分の角速度との差の絶対値がロ
    ーターおよびステーター間の角速度の差の絶対値より大
    きい電磁型電気機器において、前記能動コイルが少なく
    とも実質的に半径方向に円筒形巻回形状に巻回され、各
    能動コイルが励起磁束の最大部分をリンクする位置で各
    能動コイルが漂遊分を除く励起磁束の全体をリンクし、
    ステーター極の少なくとも数個の極面がローター極の少
    なくとも数個の極面とは異なる寸法を有することを特徴
    とする電磁型電気機器。 3、機械部分としてのローターおよびステーターと、励
    起磁束を発生する別個の手段と、励起磁束の少なくとも
    一部を周期的にリンクして作動して回転起電力を発生す
    る能動コイルとを具え、前記ローターが離間した複数の
    ローター極を具え、前記ステーターが離間した複数のス
    テーター極を具え、前記能動コイルを取付けている前記
    機械部分の極の数が少なくとも4個で、前記能動コイル
    が取付けられていない前記機械部分の極数が2(t+a
    )で、tは能動コイルを取付けている機械部分の極数で
    、aは0およびt/2以外の整数であり、前記ステータ
    ーに対する前記ローターの相対的回転の結果として作動
    中に前記能動コイルとリンクしている励起磁束の部分の
    磁束パターンが回転し、その角速度と能動コイルが取付
    けられている機械部分の角速度との差の絶対値がロータ
    ーおよびステーター間の角速度の差の絶対値より大きい
    電磁型電気機器において、前記能動コイルが円環状巻回
    形状で構成され、各能動コイルが励起磁束の最大部分を
    リンクする位置で各能動コイルが漂遊分を除く励起磁束
    の実質的に半分ををリンクし、ステーター極の少なくと
    も数個の極面がローター極の少なくとも数個の極面とは
    異なる寸法を有することを特徴とする電磁型電気機器。 4、機械部分としてローターおよびステーターと、励起
    磁束を発生する能動コイルとを具え、この能動コイルが
    作動に際して励起磁束の少なくとも一部を周期的にリン
    クし、能動コイル内に回転起電力を発生し、前記ロータ
    ーが離間した複数のローター極を具え、前記ステーター
    が離間した複数のステーター極を具え、前記能動コイル
    を取付けている前記機械部分の極の数が少なくとも4個
    で、前記能動コイルが取付けられていない前記機械部分
    の極数が(t−a)で、tは能動コイルを取付けている
    機械部分の極数で、aは0以外の整数であり、前記ステ
    ーターに対する前記ローターの相対的回転の結果として
    作動中に前記能動コイルとリンクしている励起磁束の部
    分の磁束パターンが回転し、その角速度と能動コイルが
    取付けられている機械部分の角速度との差の絶対値がロ
    ーターおよびステーター間の角速度の差の絶対値より大
    きい電磁型電気機器において、前記能動コイルが円環状
    巻回形状で構成され、各能動コイルが励起磁束の最大部
    分をリンクする位置で各能動コイルが漂遊分を除く励起
    磁束の実質的に半分をリンクし、ステーター極の少なく
    とも数個の極面がローター極の少なくとも数個の極面と
    は異なる寸法を有することを特徴とする電磁型電気器。 5、外側リングを具え、この外側リングに磁石が設けら
    れ、この磁石が外側リングの軸線に対して平行な方向に
    磁化されており、前記外側リングがその上側および下側
    において軟磁性材料で造られ、極として作用する内方に
    指向した複数の歯を具え、リングの上側における歯およ
    び下側における歯が位置が1/2歯ピッチで互いにずら
    されており、また、外方に指向する歯を有する軟磁性材
    料の内側円板形状体を具えることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載の電気機器。 6、内側円環状または円板形状磁石を具え、この磁石が
    その軸線に平行な方向に磁化されており、前記磁石が上
    側および下側に複数個の円環形状の軟磁性円板を具え、
    これらの円板が外方に指向する複数の歯を有し、また、
    上側および下側に内方に指向する複数の歯を有する外側
    軟磁性円環状体を具え、この外側軟磁性円環状体の上側
    の歯および下側の歯の位置が1/2歯ピッチで互いにず
    らされている特許請求の範囲第1項に記載の電気機器。 7、内方に指向する複数個の歯を有する外側円環形状軟
    磁性部材と、内側円環形状または円板形状の磁石とを具
    え、この磁石がその軸線に平行な方向に磁化されており
    、磁石の上側および下側に極として作用する外方に指向
    した複数の歯を有する複数の円環形状の軟磁性円板を具
    え、上側の歯および下側の歯の位置が1/2歯ピッチで
    互いにずらされており、外側円環形状部材の周りに複数
    の能動コイルが円環状巻回形状で配設されていることを
    特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の電気機器。
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