JP2014509168A - ２重単極構造を伴う回転式電気機械 - Google Patents

Abstract

構造が二重構造であり、その回転子およびその固定子が同時に単極であること、および単相基本機械または反転型を形成する単一単極固定子の対のスタックを含み、前記基本機械がＡＣ電流による動力供給を受けており；回転子がこれらの固定子全てに共通であり、受動的である、すなわち完全にまたは部分的に強磁性材料で構成されていることを特徴とする単極電気機械。

Description

本発明は、「２重」単極構造を伴う回転式電気機械に関する。
詳細には、本発明は、
本体内に収納された固定子と固定子と同じ回転軸を中心にして回転する回転子とを含み；
少なくとも固定子または回転子が、互いから等しい距離だけ角度的にシフトされた少なくとも２つの極を含む磁気環状ヨークによって支持される少なくとも１つの環状界磁コイルを含み；
これらの極が、前記環状ヨークにしっかり固定され前記軸に対して平行に折畳まれたブラケットによって形成されている、
回転式電気機械に関する。

単極機械には次の２つの部類が存在することが公知である：
・ 固定子が、各々ＡＣにより動力供給されている単極機械を形成する独立位相で構成され、回転子が従来の共平面構造を有する、単極固定子機械；
・ 固定子が従来の共平面構造を有し、回転子が、固定子に物理的に接続された磁化巻線を伴いＤＣによる動力供給を受ける単極構造を有している、単極回転子機械。

〈ＡＣによる動力供給を受ける単一単極固定子機械の先行技術〉
一例として、特許文献１および特許文献２は、単一単極固定子を伴う電気機械の構造および作動を開示している。さらに、特許文献３、特許文献４および特許文献５は、ＡＣ電源単極固定子および共平面回転子を有する改良型単一単極機械を開示している。

図１は、８個の極を伴い、３相爪磁極型固定子および表面磁石を有する回転子を伴う態様での、この単一単極構造の先行技術を示している。以下の点を指摘しておかなければならない：
・ 別の態様は、埋込み型磁石を有する回転子を含むことができる；
・ 別の態様は、任意の数の位相（１つ以上）を伴う多相固定子を含むことができる；
・ 別の態様は、反転外部回転子を含むことができる。

図１中の実施形態は、３つの同一の固定子ｃ１、ｃ２およびｃ３を含み、単一の３相単極機械ｃ０を形成している。前記固定子ｃ１、ｃ２およびｃ３は、本明細書中では、それらがそのコイルｃ４、ｃ５またはｃ６を伴って完全である場合、位相と呼ばれる。これらのウェハーは、約３０°の機械的角度だけ互いに対して位相がオフセットされている。図１に示されている実施形態において、角度ｃ１０は、実質的に３０°であり、角度ｃ１１は、実質的に６０°である。角度ｃ１０は実質的に回転式機械の電気的角度の３分の１に相当し、前記電気的角度は、３６０°（一回転）を極対の数（この八重極の場合では４）で除したものに等しい。角度ｃ１１は実質的に角度ｃ１０の２倍である。

これらの角度的オフセットは利用分野に応じて異なるものであってよいが、このような変形形態は、特に他の回転式機械構造に適用されている通り、公知の先行技術の範囲内に入る。これらは、最終的機械を最適化するためのみに使用される。前記機械の２相態様は、２つの固定子ｃ１およびｃ２のみを含むと考えられ、この場合これらの固定子は、図１に示されている八重極の実施形態において角度ｃ１０＝４５°だけオフセットされると考えられる。位相つまりそれぞれの固定子の間の角度的オフセットを計算するための法則は、先行技術の一部を成す。多相態様においては、一般に、電源位相の数は、少なくとも位相ｃ１、ｃ２、ｃ３の数に等しい。

図１中の実施形態において、固定子ｃ１、ｃ２およびｃ３は、各固定子の回転平面Ｘ／Ｙｃ１２のまわりの、それぞれｃ４、ｃ５およびｃ６として表示された固定子コイルの見かけの凹凸によって特徴づけられる爪構造を有する。前記凹凸は、特許文献１で開示されているように固定子の歯をねじることによってかまたは、特許文献２で開示されているようにコイルｃ４、ｃ５およびｃ６を取り囲むことによって得ることができる。

図１および２に示されている後者の独創的な実施形態においては、２８に等しい一定数の極について、固定子ｃ１、ｃ２およびｃ３は全て、同じ要領ｂ１０で、コイルｂ３を挟留する２つの同一のウェハーｂ１およびｂ２から作られている。前記ウェハーは、特許文献２の教示にしたがって合わせて組立てられ、こうしてそのそれぞれの歯ｂ４およびｂ５は、実質的に等距離に置かれることになる。ウェハーｂ１は、矢印ｂ７により示されているように、ウェハーｂ２上に置かれる。ウェハーｂ１およびｂ２の間の接触部域ｂ３０は、接触部域内の望ましくない磁気ギャップを回避するために適切に実施されなければならない。この接触部域ｂ３０の形状は、場合によって、Ｘ／Ｙｃ１２に沿った同一面で構成されず、凹凸またはナーリングなどの他の任意の形をとってもよく、これは前記ウェハーｂ１およびｂ２の相対的な角度的位置の固定を可能にすると考えられる。ウェハーｂ２は、ウェハーｂ１との関係において角度的にオフセットされている。図２の固定子の場合における前記固定された角度ｂ６は、機械の電気的角度の実質的に半分、すなわち、図２に示された１４の極対のこの極性については、値：１２．８５７°である。

図１および２の実施形態においては、各々の歯ｂ４およびｂ５が機械の１つの完全な電極を形成することが重要である。したがって、図１においては、同じ回転子ｃ７のまわりに軸方向に接合された、単相回転式電気機械のアセンブリが見られる。前記回転子は、同期、非同期または可変リラクタンスなどの複数のタイプのものであってよい。回転子として現在公知であるさまざまな実施形態が先行技術の一部を成しており、全てが図１に描かれている１組の爪磁極固定子の存在に適応可能である。

本明細書の残りの部分では、固定子ｃ１、ｃ２およびｃ３は、それらの役割を明確にするために「位相」という用語を用いて言及されている。したがって、以下の記述全体において、我々は、コイルｂ３を挟留する２つのウェハーｂ１およびｂ２によって形成されるアセンブリを、１つの完全な位相として考慮している。図３は、この提案のより略式の図を例示しており、これは、コイルｂ３を取り囲む２つのウェハーｂ１およびｂ２の接合に対応する、以上で記述された通りの（ｂ１０）、単相ｄ４を形成するように方向ｄ３で共に接合される２つのウェハー（ｂ１についてはｄ１、そしてｂ２についてはｄ２）を示している。先行技術の記述におけるこの段階において、ウェハーｂ１およびｂ２を共に軸方向に保持する手段を提供することのメリットについて指摘すべきであり、この手段は例えば、平面ＸＹｃ１２の回転軸上の任意の場所に取り付けられた弾性挟持用座金で構成されていてよい。

図１および２で表示された装置のこれらの記述は全て、先行技術の一部を成している。これらには、反転固定子の態様が含まれ、ここで、ウェハーｂ１およびｂ２の歯ｂ４およびｂ５は、回転子が固定子の外側に位置設定された状態で、外周上に位置設定されている。

先行技術は明らかに、図４に表わされているように、回転式電気機械のさまざまな要素の互換性、詳細にはそれらの内部または外部の相対的位置を示している。２つのウェハーｄ１およびｄ２を含む位相ｄ４は、部品ｆ２の外側に位置設定され得、こうして単相単極回転式機械ｆ４を形成する。２つのウェハーｄ１およびｄ２を含む位相ｄ４は、部品ｆ３の内側に位置設定され得、こうして、単相単極回転式機械ｆ５を形成する。上述の先行技術から公知であるように、適切な角度だけオフセットされたこれらの完全な機械ｆ４またはｆ５の並置は、１つの多相回転式機械を形成する。

図４に表わされているように、部品ｄ４、ｆ２およびｆ３は静止型でも回転型でもよい。部品ｄ４が回転する場合には、それは、リングまたは当業者にとって公知の他の任意のシステム（例えば回転ダイオード）により動力供給を受けていなければならない。

静止部品ｄ４と回転磁石ｆ２（またはコイルインダクタ）の組合せは、同期機械を形成する機械ｆ４に対応する。このとき、位相ｄ４は、当業者にとって公知のブラシレス制御方法にしたがってＡＣを電源とする。

静止部品ｄ４と回転磁石ｆ３（またはコイルインダクタ）の組合せは、反転同期機械を形成する機械ｆ５に対応する。このとき、位相ｄ４は、公知のブラシレス制御方法にしたがってＡＣを電源とする。

静止部品ｆ３と回転部品ｄ４の組合せは、熱機関において広く用いられているランデル交流発電機と呼ばれる爪磁極交流発電機を形成する機械ｆ５に対応する。

他の全ての組合せ、例えば回転部品ｄ４と静止部品ｆ２、または回転部品ｄ４と静止部品ｆ３、または両方共回転する部品ｄ４およびｆ２、または両方共回転する部品ｄ４およびｆ３などが可能である。これらの異なる組合せは、共平面構造の回転式機械のために先行技術において広く記述されている。

以下の非網羅的リストは、回転式電気機械内における本発明のさまざまな考えられる代替的利用分野を集めたものである：
・ 磁石回転子またはコイル回転子を伴う同期機械；
・ プラストマグネットで作製された、すなわち樹脂が含侵された磁気粉末で形成された磁石回転子を伴う同期機械；
・ かご形回転子またはコイル回転子を伴う非同期機械；
・ 受動的または能動的（磁化）回転子を伴う、可変リタクタンス機械。

以下の非網羅的リストは、回転式電気機械を形成するための本発明の考えられるさまざまな変形形態を集めたものである：
・ タイプｆ４またはｆ５の機械を形成するための異なる部品ｄ４、ｆ２およびｆ３の相対的配置は、「反転型」と呼ばれる外部固定子または内部固定子を伴う機械を結果としてもたらす；
・ 電気的一回転に等しい電気的角度（３６０°を極対の数で除したもの）を位相数で除したものだけ互いとの関係においてその位相が適切にオフセットされている基本機械ｆ４またはｆ５を軸方向に積重ねることによって得られる単相、２相、３相または多相機械。なお前記角度的位相オフセットは、場合によって回転子または固定子において作り出される；
・ 各電気位相が、直列で電気接続されているかまたは電気的に並列である複数の基本機械ｆ４またはｆ５を含んでいる、少なくとも１つの位相を含む多相機械；
・ 位相ｄ４が全て角度的に整列されており、かつ補足的部品ｆ２またはｆ３の磁石またはコイルインダクタまたは極突出部品または導体のいずれかの回転子における回転によって位相内変位がひき起こされている、少なくとも１つの位相を含む多相機械；
・ ジグザグ形、星形または三角形のパターンで１つの位相から別の位置に結合されて完全な多相機械を形成する複数の全く異なる巻線の形にコイルｂ３が分割されている、少なくとも１つの位相を含む多相機械；
・ アセンブリは、全ての部品ｄ４、ｆ２およびｆ３が静止していることから、それらが静止位相シフターを形成している、静止変圧器を形成することもできる。

〈ＤＣ電源単極回転子機械の先行技術〉
図５は、単極回転子機械の従来の構造を表わしており、ここでは、４極性共平面多相固定子ａ１が、機械的な９０°だけ互いとの関係において角度的にオフセットされた２つの半回転子ａ２およびａ３に分離された回転子のまわりに設置されている。回転子励磁コイルａ４は、２つの半回転子ａ２およびａ３が遭遇する中央平面内に位置設定されている。直流電流がひとたび供給されると、前記コイルａ４は、φと記された磁束を生成し、これは、回転子ａ３側でＳと記された部域に面しかつ回転子ａ２の側でＮと記された部域に面する固定子から回転子を分離するエアギャップの中を半径方向に通過する。その結果として、固定子ａ１２の導体の半分は回転子磁束を全く受けず、したがって駆動トルクの生成に寄与しない。

したがってこのタイプの機械の使用は、例えば、回転子が非常に速く回転しなければならない場合または周囲作動温度が従来のコイル技術と相容れない場合などの、特定の利用分野に限定されてきた。この技術の最も特筆すべき利用分野は、セラミック巻線が回転に耐えられない極低温機械からなる。

仏国特許第２８０９２４０号 仏国特許第２８２８０２７号 仏国特許第１００１８０５号 仏国特許第１００１８０６号 仏国特許第１００１８０７号

一般に、これらの単極構造の主要な欠点は、それらが、類似の共平面機械が提供し得るトルクの半分のトルクしか提供しないということにある。これが、業界におけるそれらの使用が制限されていることの主要な理由である。

これらの課題に対する解決法を提供する本発明は、「２重」単極電動機ｅ０、すなわち回転子と固定子が同時に単極である電気機械に関する。
より具体的には、電気機械のこの電動機タイプは、単相基本機械ｆ４、または反転型でｆ５、を形成する単一単極固定子の対ｂ１０／ｄ４のスタックを含む。これらの基本機械は、ＡＣを電源とする。回転子ｅ１５はこれらの固定子全てに共通であり、受動的である。すなわちそれは全体的にまたは部分的に強磁性材料で構成されている。回転子の励振は、好ましくは環状で固定されているコイルｅ２が関与する第１の実施形態において、能動的であってよい。回転子の励振は、強磁性部品ｅ１とコイルｅ２によって形成されるアセンブリに置き換わる好ましくは固定された少なくとも１つの環状磁石が関与する別の実施形態においては、受動的であってよい。

いわゆる２重構造単極電動機ｅ０の究極的な構成は、図４に表示されている全ての変形形態ｆ４／ｆ５、ならびに先行技術に入りかつ言及されていないものに関係する。

電動機の直接磁束を生成するインダクタ回転子ａ２／ａ３が、励磁コイルａ４を収容する中線の各々の側で単極となった場合、２つの極のうち１つは、機械ａ２およびａ３の各々の側で非能動的となる。同じ原理は、固定子が有する歯ｅ１６の数と同数の極を回転子が収納する単一単極態様ｄ４／ｄ１０の進化したものとして本明細書中に記載されている発明にも適用される。

本発明に係る装置の一実施形態について以下で、添付図面を参照しながら、非限定的実施例において記述する。

三相爪磁極固定子と表面磁石を伴う回転子を有する８極の態様における、先行技術の単一単極電気機械の概略的表現である。 図１に表わされている電気機械の固定子の概略的表現である。 コイルのまわりに挟持された２つのウェハーで形成されるアセンブリで各々構成されている固定子または位相の概略的表現である。 基準部分との関係における異なる位相配置方法の概略的表現である。 共平面四極多相固定子が、２つの角度的にオフセットされた半回転子の形に分離された回転子のまわりに設置されている、単極回転子機械の従来の構造の概略的表現である。 １つの２重単極単相交流機械に対応する一実施形態における、本発明に係る２重単極機械の全体的構造の概略的表現である。 １つの２重単極単相交流機械に対応する一実施形態における、本発明に係る２重単極機械の全体的構造の概略的表現である。 本発明に係る２重単極機械の固定子コイル内に電流が無い状態での、断面ＯＢ内の回転子磁束の経路を表わす。 本発明に係る２重単極機械の回転子励磁コイル内に電流が無い状態での、断面ＯＢ内の２つの固定子磁束の経路を表わす。 本発明に係る２重単極機械の回転子のさまざまな考えられる変形形態の概略的表現である。 固定子歯および、または回転子歯の半径方向形状の一実施形態の概略的表現である。 各端部が電気的半回転だけ角度的にシフトされるように極がねじられている、回転子の一実施形態の概略的表現である。 軸ＯＢに沿った２重単極機械の概略的表現である。

図６および７は、１つの２重単極単相交流機械ｅ０に対応する一実施形態における、本発明の目的である２重単極機械の全体的構造ｅ０を表わしている。

単一単極機械ｅ３およびｅ３’の２つの位相は、同じ回転軸ｅ９上に同心的に整列され、こうしてそれらの歯ｅ１６／ｅ１６’は同じ半径方向平面ｅ１７内で共平面となっている。前記位相ｅ３およびｅ３’は、実質的に環状である強磁性磁束戻り部品ｅ１により分離され、前記部品ｅ１は実質的に、前記位相ｅ３およびｅ３’と同じ回転軸ｅ９を実質的にその中心としている。

位相ｅ３およびｅ３’および磁束戻り部品ｅ１で形成されるアセンブリは、同じ回転軸ｅ９を実質的にその中心としている強磁性回転子ｅ１５を取り囲んでいる。前記強磁性回転子ｅ１５は、存在する歯の対ｅ１６／ｅ１６’と同数の突出極ｅ１４を有する。この配置の結果として、各々の突出極ｅ１４の間に空所ｅ８がもたらされ、この突出極は、前記空所ｅ８に対し垂直に、ｅ５側でのｅ１０とｅ１２の遭遇およびｅ６側でのｅ１０とｅ１３の遭遇によって形成される磁束のギャップ内の半径方向循環に対抗する。前記強磁性回転子ｅ１５は、位相間部品ｅ１を含めた２つの単一単極機械位相ｅ３およびｅ３’により形成された群のものに実質的に等しい軸方向長さを有する。前記強磁性回転子ｅ１５は、位相間部品ｅ１を含めた２つの単一単極機械位相ｅ３およびｅ３’により形成されるアセンブリと軸方向で実質的に整列されている。

上述の通りの単一単極機械について当業者にとって公知である各歯ｅ１６／ｅ１６’の最適な長さおよび相対的寸法は、本発明の目的である機械に転用可能である。同期電気回転式機械、詳細には単一単極機械のサイズを決定する上での、当業者にとって公知の一般的法則は、本発明の機械にも適用される。図１０に表わされている通りの最適な角度的長さｅ２２は、実質的に極の電気的長さの３分の２に等しい。すなわち、機械的にはそれは、３６０°を完全な機械の歯ｅ１６／ｅ１６’の数で除したものの３分の２である。

位相ｅ３およびｅ３’は、それらのコイルｅ４およびｅ４’の接続の方向が反対であることは別として、実質的に同一であり、こうして前記位相ｅ３およびｅ３’に特定的な磁束ｅ１２およびｅ１３は対称的にエアギャップ内を流れる。

単極回転子励磁コイルｅ２は、エアギャップ、回転子ｅ１５、位相ｅ３およびｅ３’、および磁束戻り部品ｅ１を介して流れる単極磁束ｅ１０を生成する。前記回転子磁束はｅ５側で位相ｅ３により発出されるものに対して付加され、かつｅ６側では位相ｅ３’により発出されるものに対抗する。機械の２つの側ｅ５およびｅ６には対応する電磁相互作用力の付加が結果として存在する。前記磁束ｅ１０は、固定子内を強磁性磁束戻り部品ｅ１により誘導されている。

本発明の機械の各構成部品の役割をより良く定義づけするために、図８は、固定子コイルｅ４およびｅ４’内に電流が無い状態での唯一の回転子磁束ｅ１０の断面ＯＢにおける経路を表わしている。前記回転子磁束ｅ１０は、固定子コイルｅ４およびｅ４’の各々の側で、位相ｅ３およびｅ３’から回転子ｅ１５を分離しているエアギャップにおいて半径方向に流れている。図８で採用されている従来技術によると、前記回転子磁束ｅ１０は、Ｓと記されたｅ５側で回転子に入り、Ｎと記されたｅ６側で回転子から退出する。

本発明の機械の各構成部品の役割をより良く定義づけするために、図９は、回転子励磁コイルｅ２内に電流が無い状態での２つの固定子磁束ｅ１２およびｅ１３の断面ＯＢにおける経路を表わしている。固定子磁束ｅ１２は、位相ｅ３から回転子ｅ１５を分離しているエアギャップにおいて半径方向ｅ５に流れ、固定子コイルｅ４を取り囲むが、磁束戻り部品を通過することはない。固定子磁束ｅ１３は、位相ｅ３’から回転子ｅ１５を分離するエアギャップにおいて半径方向に循環し、固定子コイルｅ４’を取り囲むが、磁束戻り部品ｅ１を通過することはない。

図７の下部部分に断面ＯＡで示されている通り、歯ｅ１６が陥凹ｅ８に面している磁束の流れを考慮すると、エアギャップ磁気リラクタンスの増大が、コイルｅ２により生成される磁束ｅ１０’ならびに位相ｅ３およびｅ３’により生成される磁束ｅ１２’およびｅ１３’の著しい減衰を生成することは、明らかである。空間ｅ８が歯ｅ１６により満たされている場合、磁束ｅ１０、ｅ１２およびｅ１３間の相互作用は、そのとき、図７の上部部分に断面ＯＢで見られる突出極ｅ１４において生成されたものに対抗する磁気相互作用力を生成しているはずである。したがって、機械により生成される平均駆動トルクがプラスになるようにするのは、回転子内の２つの極のうちの１つｅ１４の除去であることは明白である。

図１０は、回転子ｅ１５を３つの基本的要素、すなわち突出極ｅ１４、第１のリングｅ２０および内部シリンダｅ２１に分割して、回転子ｅ１５のさまざまな考えられる変形実施形態を示している。突出極ｅ１４は、それらが回転子からの磁束ｅ１０を搬送することから、強磁性材料で作られなければならない。

第１の実施形態において、リングｅ２０とシリンダｅ２１は、突出極Ｅ１４と同じ材料で作ることができ、唯一の部品または多数の異なる部品を形成する。公知の先行技術にしたがって、考えられるすべての組合せが可能である。

別の実施形態では、リングｅ２０および、またはシリンダｅ２１を非強磁性材料で作ることができるが、突出極（ｅ１４）はなおも強磁性材料で作られている。

別の実施形態では、任意の材料の他のリングを、リングｅ２０とディスクｅ２１の間に設置される回転子の構築において使用することができる。

突出極ｅ１４は、以下の非網羅的リストの材料で作ることができる：すなわち、硬質鋼、プレス加工または焼結された鉄粉、打抜きまたは溶接により共に保持された、プレス加工され組立てられたシートメタルなど。

位相ｅ３およびｅ３’の磁気回路は、以下の非網羅的リストからの材料で作ることができる：すなわち、プレス加工した鉄粉、打抜きまたは溶接により共に保持された、プレス加工され組立てられたシートメタルなど。

リングｅ２０およびシリンダｅ２１は、以下の非網羅的リストの材料で作ることができる：すなわち、硬質鋼、プレス加工された鉄粉、打抜きまたは溶接により共に保持された、プレス加工され組立てられたシートメタル、射出または機械加工により形成されたプラスチック材料、射出または機械加工により形成されたアルミニウム、など。

１つの独創的な実施形態においては、回転子ｅ１５は、回転を維持するための手段、シリンダｅ２１、リングｅ２０および極ｅ１４を一体化する単一の部品で形成されている。

図１２は、端部ｅ５およびｅ６の各々が電気的に半回転すなわち極ピッチだけ角度的にオフセットされるように極ｅ１４がねじられており、この極ピッチが極ｅ１４の対称軸の間の距離に対応している回転子ｅ１５の巧妙な実施形態を表している。前記実施形態において、固定子コイルｅ４およびｅ４’はこのとき位相接続されて、磁束ｅ１２およびｅ１３を同相で発出する。

エアギャップにおいて円筒形平面内で見た歯ｅ１６と極ｅ１４の形状は、必ずしも恒常なエアギャップを画定していない。すなわち、これらは任意の他の形状、例えば半環状、楕円形、半楕円形、丸形、円形、または半円形を有していてよく、当業者であれば、状況に応じて形状を選択することができる。

本発明の機械の多相実施形態においては、位相数は１以上であり、本発明の機械は、存在する外部電気位相と少なくとも同数の各々１つの単相機械を形成する基本機械ｅ０を含んでいる。この多相配置では、これらの単相機械ｅ０全てが、軸ｅ９に沿って整列され、全回転（３６０°）を外部電気位相数で除し回転子極ｅ１４数で除したものに実質的に等しい電気的角度だけ規則的にオフセットされている。

この多相機械の１つの特定の実施形態において、各々の外部電気位相は、軸方向に並置されるかまたは遠位に置かれ１つ以上の他の基本機械ｅ０によって分離されている少なくとも２つの基本機械ｅ０を含んでいる。

１つの多相実施形態において、単相機械ｅ０を分離する位置づけ部品は、有利には、特許文献３中に記載されている技術を使用することができ、機能的にはｅ０群を前記特許中に記載の完全な単一単極位相として考慮している。前記位置づけ部品は、部分的にまたは完全に組立てられた単相機械ｅ０の軸ｅ９に対して垂直な平面の側面ｅ２３上に樹脂注入され得る。

１つの多相実施形態において、単相機械ｅ０の間の相対的位置づけは、単相機械ｅ０の軸ｅ９に対して垂直な平面の側面ｅ２３内に配置されたピンおよびホールを用いて固定され得る。別の多相実施形態において、角度的位置づけ手段は、単相機械ｅ０内の軸ｅ９に対して垂直な平面の前記側面ｅ２３内に配置された凹凸または相補的形状を用いて実施され得る。

１つの特定の実施形態において、回転子励磁コイルｅ２は、電気的および磁気的に絶縁性のマンドレルｅ１１のまわりに導線を巻回することによって作製される。前記マンドレルは、有利には、２つの位相ｅ３およびｅ３’を、そのそれぞれの歯が同じ半径方向平面内で整列されるような形で回転的に位置づけするために使用される。前記整列には、前記マンドレルｅ１１および、または位相ｅ３およびｅ３’の半径方向面内の刻み目か、または前記面上の凹凸、または心出しピンを収容するホール、または他の任意の保持方法を使用することができる。

１つの特定の実施形態において、回転子励磁コイルｅ２は、位相ｅ３／ｅ３’と磁束戻り部品ｅ１の間の角度的位置づけを定めるのに寄与しない支持体の上に作られ、この場合、前記角度的位置づけは、特許文献３に記載の通り、凹凸またはナーリングあるいは任意の他の方法によって前記部品ｅ１／ｅ３／ｅ３’の中で達成可能である。

１つの特定の実施形態において、回転子励磁コイルｅ４／ｅ４’は、好ましくは剛性であるワイヤで作られ絶縁用セラミックにより絶縁された巻回を数回しか含んでいない。

１つの特定の実施形態において、回転子コイルｅ２およびコイルｅ４／ｅ４’は、正方形、矩形、扁平、六角形、八角形、多角形、楕円形、丸形などからなるリストに非網羅的に属する断面を有するワイヤを用いて製造可能である。

１つの特定の実施形態において、回転子コイルｅ２および、または固定子コイルｅ４／ｅ４’は、軸方向および、または半径方向の平面内で共に組立てられた少なくとも２つの別個のコイルを含み、前記コイルは互いに直列におよび、または並列に、またはジグザグ様式で、接続されている。

同じ単相機械ｅ０の２つの位相ｅ３およびｅ３’の間の軸方向位置づけを定める部品は、位相ｅ３またはｅ３’のそれぞれの半径方向接合平面および巻線マンドレルｅ１１の前記位相の反対側の面を機能的に考慮して、特許文献３に記載のものと同じ技術を採用することによって、作製することができる。

１つの特定の実施形態において、固定子位相ｅ３／ｅ３’および、または回転子コイルｅ２は、別個にまたは電動機内に組立てられた場合に、それらの磁気回路と共に、粉末形状で被着され次に焼成される樹脂またはセラミックにより封入される。

１つの特定の実施形態において、位相ｅ３／ｅ３’を形成する強磁性材料は、以下の非網羅的リスト中の材料のいずれかを含む：すなわち、圧縮、焼結またはプレス加工された鉄粉、切断、打抜きまたはリベット固定されたまたは外部連結によりしっかりと維持されたシートメタル、フェライトなど。

１つの特定の実施形態において、磁束戻り部品ｅ１および、または磁束戻り部品（単複）ｅ１’を形成する強磁性材料は、以下の非網羅的リストの中の材料のいずれか１つを含む：すなわち、圧縮、焼結またはプレス加工された鉄粉、切断および打抜きまたはリベット固定されたまたは外部連結によりしっかりと維持されたシートメタル、フェライト、機械加工されたまたは成形された硬質鋼など。

１つの特定の実施形態において、回転子コイルｅ２は除去され、磁束戻り部品ｅ１は、実質的に環状で軸ｅ９に沿って実質的に磁化された少なくとも１つの磁石ｅ１’によって置換されている。前記環状磁石ｅ１’はこのとき、磁束戻り部品ｅ１の代りに使用される。同じ構成的配置の別の特定の実施形態において、環状磁石ｅ１’は、それに由来する磁束の集中を可能にする実質的に台形、環状または楕円形状の１つまたは２つの強磁性部品ｅ２４／ｅ２４’の間に挟留されており、前記部品ｅ２４／ｅ２４’は、最大の辺が磁石ｅ１’に対面している状態で、切頂円錐の形状を有している。

特許文献５に記載の配置および固定子歯の形状が、単相２重単極機械ｅ０の設計に適用される。

図１１は、エアギャップ起磁力に対し、その電気的角度に応じて実質的に正弦曲線である波形を付与する、固定子歯ｅ１６／ｅ１６’および、または回転子歯ｅ１４の半径方向形状の独創的な実施形態の拡大図ｅ１８を表している。

固定子歯ｅ１６は、その角度的端部の各々において、エアギャップｅ０の値を半径方向に調整するように意図されている半径方向陥凹ｅ１９を含む。前記半径方向陥凹ｅ１９の半径方向形状は、以下の非網羅的リスト内に含まれる：すなわち、ベベルの形の直線、丸形、楕円形、歯ｅ１６の対称軸上に原点をもち電気的角度の逆コサインに実質的に指数化された値を局所的エアギャップｅ０に与えるような丸形。

回転子極ｅ１４は、その角度的端部の各々において、エアギャップｅ０の値を半径方向に調整するように意図されている半径方向陥凹ｅ２０を含む。前記半径方向陥凹ｅ２０の半径方向形状は、以下の非網羅的リスト内にある：すなわち、ベベルの形の直線、丸形、楕円形、歯ｅ１６の対称軸上に原点をもち電気的角度の逆コサインに実質的に指数化された値を局所的エアギャップｅ０に与えるような丸形。

有利には、歯ｅ１９／ｅ２０のｅ３０側のエアギャップｅ０は、歯の中心ｅ３１にあるエアギャップの２倍である。

配置ｅ２０およびｅ１９の一方または両方を、２重単極機械ｅ０内で使用することができる。

特許文献４中に記載の多相機械を形成するための構造配置は、単相２重単極機械ｅ０の設計にも適用される。

１つの特定の実施形態において、同じ単相２重単極機械を、複数の完全な機械ｅ０を軸方向に積重ねて１つの位相を形成することによって実施することができる。このとき前記機械ｅ０は実質的にその角度的位置に固定され、回転子ｅ１５は、前記単相機械を形成する機械セットｅ０の軸方向長さと実質的に等しい軸方向長さを有している。

１つの特定の実施形態において、回転子コイルｅ２は、固定子コイルｅ４／ｅ４’の電力周波数に等しいかまたは等しくない周波数および電気位相で、交流電流による動力供給を受けることができる。

１つの特定の実施形態において、位相ｅ３／ｅ３’および磁束戻り部品ｅ１の外部形状は、円筒形状に適合せず、矩形、楕円形、多角形または他の何らかの形状であり得る別の形状に適合し、当業者にとって機械の実施をどのようにしてこの特定の構造配置に適応させるかは公知である。

特に、本発明は、なかでも内部回転子ｅ１５と、コイルｅ２をしっかりと挟留し磁束戻り部品ｅ１によって互いに接続された２つの外部位相ｅ４とを含む、タイプｆ４の機械構造に対応する直接的トポロジーで記述されてきたという点に留意されたい。別の実施形態すなわち反転タイプｆ５においては、前記機械ｅ０は、なかでも外部回転子ｅ１５と、コイルｅ２を挟留し内部磁束戻り部品ｅ１により互いに接続されている２つの内部位相ｄ４とを含んでいる。機械構造ｆ４から機械構造ｆ５への本明細書中に明記された記述の転用は、特にそのときそれぞれの位相ｅ３／ｅ３’の外部になる歯ｅ１６／ｅ１６’の上、ならびに回転子ｅ１５の内部になる極ｅ１４上で、位相ｄ４の構成部品のエアギャップのまわりで半径方向に対称な変換を実施することによって達成され、当業者であれば、この転用を難なく行なうことができると考えられる。

本発明において提示された要素は全て、任意の数の電気位相および電磁極を含む他の静止または回転式電気機械まで拡大可能である。本発明は、記述された例示的実施形態に限定されず、添付のクレーム中に定義されている保護範囲内にとどまりながら、当業者にとって自明であるあらゆる修正およびあらゆる変形形態にまで及ぶものである。

Claims (25)

1. 構造が二重構造（ｅ０）であり、その回転子およびその固定子が同時に単極である、ことを特徴とする単極電気機械。
2. 単相基本機械（ｆ４）または反転型で（ｆ５）を形成する単一単極固定子の対（ｂ１０／ｄ４）のスタックを含み、前記基本機械が交流電流による動力供給を受けており；
   回転子（ｅ１５）がこれらの固定子全てに共通であり、受動的である、すなわちそれが全体的にまたは部分的に強磁性材料で構成されていることを意味する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の機械。
3. ２つの単一単極機械位相（ｅ３、ｅ３’）が、同じ回転軸（ｅ９）上で整列され、こうしてそれらの歯（ｅ１６、ｅ１６’）は同じ半径方向平面（ｅ１７）内で同一直線上にくるようになっている、ことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の機械。
4. 位相（ｅ３）および（ｅ３’）が、実質的に環状である強磁性磁束戻り部品（ｅ１）によって分離されており、
   前記部品（ｅ１）が前記位相（ｅ３、ｅ３’）と同じ回転軸（ｅ９）を実質的にその中心としている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の機械。
5. 位相（ｅ３、ｅ３’）および磁束戻り部品（ｅ１）で形成されるアセンブリが、同じ回転軸（ｅ９）を実質的にその中心としている強磁性回転子（ｅ１５）を取り囲み、
   前記強磁性回転子（ｅ１５）が、位相上に存在する歯の対（ｅ１６、ｅ１６’）と同数の突出極（ｅ１４）を含んでいる、
   ことを特徴とする請求項３または４のいずれかに記載の機械。
6. 前記強磁性回転子（ｅ１５）が、２つの単一単極機械位相（ｅ３、ｅ３’）により形成された群のものに実質的に等しい軸方向長さを有する、ことを特徴とする請求項５に記載の機械。
7. 前記強磁性回転子（ｅ１５）が、２つの単一単極機械位相（ｅ３、ｅ３’）により形成されるアセンブリと軸方向で実質的に整列されている、ことを特徴とする請求項５または６のいずれかに記載の機械。
8. エアギャップ、回転子（ｅ１５）、位相（ｅ３、ｅ３’）、および磁束戻り部品（ｅ１）を介して流れる単極磁束（ｅ１０）を生成するために具備された単極回転子励振コイル（ｅ２）を含み、
   前記回転子磁束は側部（ｅ５）で位相（ｅ３）により発出されるものに対して付加され、かつ側部（ｅ６）では位相（ｅ３’）により発出されるものに対抗し、
   こうして、機械の２つの側部（ｅ５、ｅ６）には対応する電磁相互作用力の付加が結果として存在することになり、
   前記磁束（ｅ１０）は、固定子内を強磁性磁束戻り部品（ｅ１）により誘導されている、
   ことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の機械。
9. 回転子（ｅ１５）が３つの要素、すなわち突出極（ｅ１４）、第１のリング（ｅ２０）および内部シリンダ（ｅ２１）を含み、前記突出極（ｅ１４）は、それらが回転子磁束（ｅ１０）を搬送するように強磁性材料で作られている、ことを特徴とする請求項２〜８のいずれかに記載の機械。
10. リング（ｅ２０）とディスク（ｅ２１）は、突出極（Ｅ１４）と同じ材料で作られ、唯一の部品または多数の異なる部品を形成している、ことを特徴とする請求項９に記載の機械。
11. リング（ｅ２０）および、またはシリンダ（ｅ２１）が非強磁性材料で作られ、突出極（ｅ１４）が強磁性材料で作られている、ことを特徴とする請求項９に記載の機械。
12. 回転子（ｅ１５）が、回転を維持するための手段、シリンダー（ｅ２１）、リング（ｅ２０）および極（ｅ１４）を一体化する単一の部品で形成されている、ことを特徴とする請求項２〜１１のいずれかに記載の機械。
13. 回転子（ｅ１５）の極（ｅ１４）は、端部（ｅ５、ｅ６）の各々が電気的な半回転すなわち極ピッチだけ角度的にオフセットされるようにねじられており、前記極ピッチは極（ｅ１４）の対称軸の間の距離に対応し、固定子コイル（ｅ４、ｅ４’）は位相接続され、こうして磁束（ｅ１２、ｅ１３）を同相で発出するようになっている、ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の機械。
14. 少なくとも１つの位相を含み、こうして、存在する外部電気位相と少なくとも同数の各々１つの単相機械を形成する基本機械（ｅ０）を含み、このためこの多相配置では、これらの単相機械（ｅ０）全てが、軸（ｅ９）に沿って整列され、全回転（３６０°）を電気位相数で除し回転子極（ｅ１４）数で除したものに実質的に等しい電気的角度だけ規則的にオフセットされるようになっている、ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか一項に記載の機械。
15. 軸方向に並置されるかまたは遠位に置かれ１つ以上の他の基本機械（ｅ０）によって分離されている少なくとも２つの基本機械（ｅ０）を、各々の外部電気位相が含んでいる、ことを特徴とする請求項１０に記載の機械。
16. 単相機械（ｅ０）の間の間隔が、単相機械（ｅ０）の軸（ｅ９）に対して垂直な平面の側面（ｅ２３）内に配置されたピンおよびホールを用いて作り出されており；
    角度的位置づけ手段が、前記平面（ｅ９）の前記側面（ｅ２３）内に配置された相補的凹凸を用いて実施される、
    ことを特徴とする請求項１４または１５の１項に記載の機械。
17. 電気的および磁気的に絶縁性のマンドレル（ｅ１１）のまわりに導線を巻回することによって作製される回転子励振コイル（ｅ２）を含み；
    前記マンドレルは、２つの位相（ｅ３、ｅ３’）を、そのそれぞれの歯が同じ半径方向平面内で整列されるような形で回転的に位置づけするために使用され；
    前記整列は、前記マンドレル（ｅ１１）および、または位相（ｅ３、ｅ３’）の半径方向面内に配置された刻み目か、または前記面上の凹凸、または心出しピンを収容するホール、または他の任意の位置づけ方法のいずれかを用いて達成される、
    ことを特徴とする請求項３〜１６のいずれかに記載の機械。
18. 位相（ｅ３、ｅ３’）と磁束戻り部品（ｅ１）の間の角度的位置づけの固定に寄与しない支持体の上に作られた回転子励磁コイル（ｅ２）を含む、ことを特徴とする請求項３〜１６のいずれかに記載の機械。
19. 回転子コイル（ｅ２）および、または固定子コイル（ｅ４、ｅ４’）が、軸方向および、または半径方向平面内に合わせて組立てられた少なくとも２つの別個のコイルを含み、前記コイルが互いに直列および、または並列に接続されている、ことを特徴とする請求項３〜１８のいずれかに記載の機械。
20. 固定子位相（ｅ３、ｅ３’）および、または回転子コイル（ｅ２）が、電動機内に組立てられた状態で、または別個に、それらの磁気回路と共に樹脂またはセラミックにより封入されている、ことを特徴とする請求項３〜１９のいずれかに記載の機械。
21. 回転子コイル（ｅ２）を含まず、軸（ｅ９）に沿って実質的に磁化された環状の少なくとも１つの磁石（ｅ１’）を含み；前記環状磁石（ｅ１’）が好ましくは、実質的に台形、環状、または楕円形で、前記環状磁石（ｅ１’）に由来する磁束の集中を可能にする１つまたは２つの強磁性部品（ｅ２４／ｅ２４’’）の間に挟留されており、前記部品（ｅ２４／ｅ２４’）は実質的に、最大の辺が磁石（ｅ１’）に対面している状態で、切頂円錐の形を有している、ことを特徴とする請求項３〜２０のいずれかに記載の機械。
22. 各々の固定子歯（ｅ１６）が、その角度的端部の各々において、エアギャップ（ｅ０）の値を半径方向に調整するように意図された半径方向陥凹（ｅ１９）を含み；
    半径方向陥凹（ｅ１９）は、歯（ｅ１６）の対称軸上に原点をもち電気的角度の逆コサインに実質的に指数化された値を局所的エアギャップ（ｅ０）に与えることを可能にする半径方向形状を有している、
    ことを特徴とする請求項３〜２１のいずれかに記載の機械。
23. 各々の回転子極（ｅ１４）が、その角度的端部の各々において、エアギャップ（ｅ０）の値を半径方向に調整するように意図された半径方向陥凹（ｅ２０）を含み；
    半径方向陥凹（ｅ１９）は、極（ｅ１６）の対称軸上に原点をもち電気的角度の逆コサインに実質的に指数化された値を局所的エアギャップ（ｅ０）に与えることを可能にする半径方向形状を有している、
    ことを特徴とする請求項３〜２２のいずれかに記載の機械。
24. 複数の完全な機械（ｅ０）を軸方向に積重ねて１つの位相を形成することによって実施され、このとき前記機械（ｅ０）は実質的にその角度的位置に固定され、回転子（ｅ１５）は、前記単相機械を形成する機械セット（ｅ０）の軸方向長さと実質的に等しい軸方向長さを有している、ことを特徴とする請求項２〜２３のいずれかに記載の機械。
25. 回転子コイル（ｅ２）は、固定子コイル（ｅ４、ｅ４’）の電力周波数に等しいかまたは等しくない周波数および電気位相で、交流電流による動力供給を受けている、ことを特徴とする請求項１３〜２４のいずれかに記載の機械。

Images