JP4135994B2 - 改良された二重励磁型の電気機械 - Google Patents

Description

本発明は、回転電気機械、より詳細には自動車、牽引エンジン、又はその他の機械用交流器のような同期機に関する。
既知の機械の中には、回転子に取付けられた捲線による励磁を伴う機械、回転子に取付けられた磁石による励磁を伴う機械、及び回転子に取付けられた捲線と磁石との両方によって二重励磁を伴う機械がある。
そのような機械は特に出願人による、１９９７年３月２０日に提出した特許出願ＦＲ９７／０３４２９に記載されている。
受容できる結果を出してはいるが、既知の二重励磁型の機械はブラシ及びスリップ・リングの存在のために比較的嵩張る。
それゆえ、本発明は、良好な性能特性を有しながら、既知の同型の機械よりも嵩張らない、二重励磁型の回転電気機械を作ることを目的とする。
従って、本発明の主題は、その磁気回路が少なくとも１つの励磁素子を有する回転子と、その磁気回路が固定子捲線を有する固定子とから成る、軸棒に取付けられた回転電気機械に関するもので、回転子の該少なくとも１つの励磁素子が、周縁に均一に配分された放射状の歯が各々設けられた少なくとも２つのディスクに結合した少なくとも１つの環状の磁石と、歯を設けた少なくとも１つのディスクの歯が接触することなく、各々に係合するスロットが設けられた少なくとも１つの環状片とを含み、また固定子の磁気回路は、偶数で少なくとも２に等しい環状の磁気回路素子を含み、少なくとも１つの固定子励磁捲線が、該磁気回路素子の中の少なくとも２つの隣接する素子の間に配置されていることを特徴とする。
本発明は、以下に述べる、専ら例示によって示し、添付の図面を参照した記述の助けによって、一層明確に理解されるであろう。
第１図は本発明による基本的な二重励磁型の回転電気機械の横断面の部分模式図であり；
第２図は第１図の基本的な機械の変形例の横断面の部分模式図であり；
第３図は第１図の基本的な機械から製造した完全な二重励磁型の電気機械の横断面の部分模式図であり；
第４図は第１図の幾つかの基本的な機械の並列配置から生じる二重励磁型の電気機械の横断面の部分模式図であり；
第５図は特定の型の二重励磁型機械の横断面の部分模式図であり；
第６図は固定子のない、第５図の機械の６−６線の横断面図であり；
第７図は回転子に固定子捲線をオフセットした二重励磁型機械の横断面の部分模式図であり；
第８図は第７図の機械及び第３図の機械と同様の機械の並列配置から生じる、本発明による二重励磁型の電気機械の横断面の部分模式図である。
第１図に示した電気機械は、非磁性材料で作られた軸棒１に取付けられ、周縁に均一に配分された放射状の歯４が設けられたディスク３を含む回転子２を含む機械である。
一方のプレート３の放射状の歯４は、一方のプレートの歯が他方のプレートの歯の間の隙間が向かい合うように、他方のプレートの放射状の歯に関してオフセットされる。
本例では環状片の反対の端から出ている軸方向の複数スロットの形状になっている、周縁に均一に間隙をおいて置かれたスロット６が設けられた環状片５が、軸棒１に関して同軸に取付けられている。歯を設けたディスク（歯付きディスク）３の歯４は、該スロットの壁に接触することなく、環状片５の対応するスロット６に係合している。環状片５は適当な任意の機械的手段（図示せず）によって軸棒１に取付けられている。
歯を設けたディスク３の間に配置されているのは環状の励磁磁石７である。
更に、第１図に示した例では、磁石８が、歯を設けたディスク３と環状片５の対応するスロット６の壁との隙間に配置されている。
しかし、歯４の間の隙間には、そのような磁石がついていないこともある。
回転子２は、外部の環状のヨーク１２によって一緒に結合された２つの磁気回路素子１１で形成された積層構造の磁気回路を含む固定子１０によって囲まれ、そしてその上に電機子捲線１３が取付けられている。励磁捲線１４が磁気回路素子１１の間に配置されている。
第２図に示した電気機械は、それが磁性材料で作られた軸棒１５を有すること、及び歯を設けたディスク３は各々、それらが軸棒１５から磁気的に分離されることを保証する中心孔１６を有することを除いて、全ての点で第１図のものと同様である。
有利には、絶縁材料のリング１７が各中心孔１６に配置される。
更に、本実施形態では、歯を設けたディスク３の歯４と環状片５のスロット６の壁との隙間には磁石が無い。
第３図に示した電気機械は、その間に歯を設けた２枚のディスク２４が配置された２つの端プレート２３を含む回転子２２を有する非磁性材料で作られた軸棒２１を有し、該歯を設けたディスク２４には、規則的な角度の間隔で配置された放射状の歯２５が設けられており、ディスクの１つの歯は他のディスクの歯に関して角度的にオフセットされている。
端プレート２３に取付けられているのは、本例では軸方向のスロットであって、その中に歯を設けたディスク２４の歯２５が接触することなく係合する、スロット２７が設けられた環状片２６である。
一方では、励磁マグネット２８が、歯を設けたディスク２４の間に、他方では、励磁マグネット２９が、各歯を設けたディスクとそれに対応する端プレート２３との間に配置されている。
歯を設けたディスク２４の間に配置された励磁マグネット２８と、各歯を設けたディスクとそれに対応する端プレート２３との間に配置された励磁マグネット２９とは、逆の磁極性になっている。
こうして形成された回転子は、各々がそれに対応する歯を設けたディスク２４と対向して配置され、その上に固定子捲線３２が取り付けられている２つの磁気回路素子３１から形成された固定子３０によって囲まれている。
磁気回路素子３１はヨーク３３によって一緒に結合されている。磁気回路素子３１の間に設けられているのは励磁捲線３４である。
第４図に示した電気機械は第１図に示したような幾つかの基本的な機械の並列配置から出来ている。
それは、２つの端プレート４３と歯を設けたディスク４４ａから４４ｎ（ｎは少なくとも２に等しい偶数）とで形成された回転子４２を有する非磁性材料で作られた普通の軸棒４１を有する。
歯を設けたディスク４４ａから４４ｎは、互いに対してオフセットした歯４５ａから４５ｎを有する。
端プレート４３及び歯を設けたディスク４４ａから４４ｎは、それを非磁性軸棒４１が通る孔４６及び４７ａから４７ｎを有する。有利な実施形態は、ｎ個の同軸の基本的な環状片を組立てることによって、この環状片を作り出すことにある。端プレート４３に取付けられたのは、周縁に均等に配分されて互いに対してオフセットされたスロット４９ａから４９ｎによって貫通された環状片４８である。歯を設けたディスク４４ａから４４ｎの歯４５ａから４５ｎは、接触することなく対応するスロット４９ａから４９ｎに係合している。
一方では、第１の端プレート４３と隣接する歯を設けたディスク４４ａとの間、及び第２の端プレート４３と隣接する歯を設けたディスク４４ｎとの間に位置する２つの端室５１と、もう一方では、歯を設けたディスク４４ａから４４ｎの間に位置する室５２ａから５２ｎ−１とが、軸４１及び端プレートに結合されたスリーブを形成する貫通された片４８で定められる、端プレート４３と歯を設けたディスク４４ａから４４ｎとの間に設けられた隙間に配置されたのは、各々環状磁石５３及び５４ａから５４ｎ−１である。
これらの環状磁石の配置は、２つの隣接する磁石の極性が反対のサインまたは極性を有するものとなるようにする。
端室５１に位置する励磁磁石５３は、連続した歯を設けたディスク４４ａから４４ｎの間に定められる５２ａから５２ｎ−１の室中に位置する磁石５４ａから５４ｎ−１の厚さの半分に等しい厚さを有する。
直前に記述した回転子は、回転子が歯を設けたディスク４４ａから４４ｎを有するのと同じ数の磁力回路素子を有する固定子５５に取付けられている。共通の電機子固定子捲線５６がこれらの磁気回路素子に取付けられている。
２つの連続する隣接の磁気回路素子の間に間隔をおいて置かれているのは、対応する励磁捲線５７ａから５７ｎ−１である。
第５図に示した電気機械は、その放射状の歯６３が各ディスクの周縁に均一に配分された歯を設けた２つのディスク６２を含む回転子６１に取付けられた磁性材料で作られた軸棒６０を有する。そして、１つのディスクの歯は、もう１つのディスクに関してオフセットされている。
軸棒６０は更に、本実施形態では、軸方向のスロットから成り、歯を設けたディスク６２の歯６３が接触することなくその中に係合している、スロット６５のようなスロットが設けられた環状片６４を有する。
環状片６４はディスク型の中央の芯６６によって軸棒６１に連結している。
歯を設けたディスク６２は各々、軸棒６２を囲み、かつ環状の磁石６９が中に配置された孔６８を有する。
第６図に示されるように、歯を設けたディスク６２の各々の歯６３と環状片６４のスロット６５の壁との間の隙間には磁石７２が設けられている一方、磁石７０もまた、芯６６と歯を設けたディスク６２の各々との間に配置されている。
歯を設けた片６２の歯６３と各環状片６４の切りこみ６５の壁との間の隙間にもまた、そのような磁石がなくてもよい。
直前に記述した回転子は、外部ヨーク７６によって結合された２つの積層された環状の磁気素子から形成された磁気回路を有する固定子７４によって囲まれ、そして電機子捲線７７を有する。
その上、励磁捲線７８が磁気回路素子７５の間に設けられている。
第７図に示した機械は、歯を設けた２つのディスクを定める歯を設けた二重ディスクの素子８３ａ、８３ｂの各々に作られた放射状の歯８４ａ、８４ｂが設けられ、軸棒８１に取付けられた、歯を設けた二重ディスクから形成される回転子８２を有する非磁性軸棒８１を有する。歯８４ｂは歯８４ａに関して角度がオフセットしている。
歯を設けた二重ディスク８３の何れかの側に取り付けられているのは、歯を設けた二重ディスク８３の放射状の歯８４ａ、８４ｂがその中に接触することなく係合する軸方向のスロット８６をその間に定めている歯が設けられた端プレート８５である。
軸方向の歯が設けられた端プレート８５は、前に述べた実施形態のものと同様の環状片を定めている。
端プレート８５と歯を設けた二重ディスク８３の対向する端との間に配置されているのは環状の励磁磁石８７である。
更に、磁石８８が、端プレート８５の歯８６と歯を設けた二重ディスク８３の歯８４ａ、８４ｂとの間に残された隙間に配置されている。
磁石８８もまた省略してもよい。
こうして形成された回転子は、各々が歯を設けた二重ディスク８３の素子８３ａ、８３ｂの１つに対向して配置され、ヨーク９２によって外側で一緒に結合された、２つの積層された磁気回路素子９１から形成された磁気回路を含む固定子９０によって囲まれている。
励磁捲線９３は２つの磁気回路素子９１の間に配置されている。
回転子８２の歯を設けた二重ディスク８３に作られたのは、その中に第２の固定子励磁捲線９５が配置された溝９４である。
変形例によれば、第７図に示した機械は、固定子の磁気回路素子９１の間に位置する捲線９３のような唯一の励磁捲線か、または歯を設けた二重ディスク８３の環状の溝９４に設けられた捲線９５のような単一の励磁捲線かの、単一の励磁捲線だけを有していてもよい。
第８図に示した電気機械は、第７図に示した型の二重励磁電気機械と第３図を参照して記述したような基本的な機械とを並列配置したものから出来たものである。
この電気機械は、その間に、２つの貫通された環状片またはケージを形成するために、それらの周縁に均一に配分されて互いに対面し軸方向のスロット１０４を定める歯が設けられた端プレート１０３を含む回転子１０２を有する非磁性の材料で作られた軸棒１０１を有する。
磁性材料で作られた端プレート１０３の間に配置されているのは、中央の歯を設けた二重ディスク１０５によって形成された歯を設けた複数の中間のディスクであって、その素子１０５ａは放射状の歯１０６ａを、また第２の素子１０５ｂは放射状の歯１０６ｂを有する。歯を設けた二重ディスク１０５の第１及び第２の素子１０５ａ及び１０５ｂの歯１０６ａ、１０６ｂは、二重ディスクの周縁に均一に配分されて、一方が他方に対して角度的にオフセットされている。
中間の歯を設けたディスクを形成する素子１０５ａ、１０５ｂを有する歯を設けた二重ディスク１０５の何れかの側に、回転子１０２は、放射状の歯１０８を設けた歯を設けた第１のディスク１０７と放射状の歯１１０を設けた歯を設けた第２のディスク１０９とを有する。歯を設けたディスク１０７及び１０９の歯１０８及び１１０は、対応するディスクの周縁に均一に配分されて角度がオフセットしている。
端プレート１０３の軸方向のスロット１０４で各々係合しているのは、一方では、歯を設けた二重ディスク１０５の素子１０５ａの１つの歯１０６ａ及び隣接する歯を設けた第１のディスク１０７の歯１０８であり、他方では、歯を設けた二重ディスク１０５のもう１つの素子１０５ｂの歯１０６ｂ及びそれに対応する歯を設けたディスク１０９の第２の歯１１０である。
歯を設けた二重ディスクの素子１０５ａ及び１０５ｂの歯１０６ａ及び１０６ｂと端プレート１０３のスロット１０４との間に自由に残された空間に、磁石１１５が配置されている。
一方では、環状の励磁磁石１１２が、端プレート１０３と歯を設けた第１及び第２のディスク１０７、１０９との間に、また他方では、環状の励磁磁石１１４が、歯を設けた第１及び第２のディスク１０７、１０９と歯を設けた二重ディスク１０５との間に、挿入されている。
こうして形成された回転子は、４つの磁気回路素子１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ及び１１６ｄで形成されている磁気回路を含む固定子によって囲まれている。そして、その上に電機子固定子捲線１１７が取付けられている。環状の回路素子１１６ａから１１６ｂの各々は歯を設けたディスク１０７、１０９の放射状の歯と対向して、また歯を設けた二重ディスク１０５の素子１０５ａ、１０５ｂの各々と対向して、配置されている。
歯を設けた二重ディスク１０５の２つの素子１０５ａ、１０５ｂと対向に配置されている磁気回路素子１１６ｂ、１１６ｃは外部ヨーク１１８によって一緒に結合されている。固定子励磁捲線１１９は、磁気回路１１６ｂと１１６ｃの素子の間に配置されている。
更に、もう１つの固定子捲線１２０が、回転子の磁気回路に作られた環状のスロット１２１に、歯を設けた二重ディスク１０５の２つの素子１０５ａと１０５ｂとの間に、配置されている。
回転子の本体に作られた溝の内側のこの固定子の励磁捲線の配置のために、第８図を参照して記述した機械は既知の二重励磁の機械のものよりも嵩張らない。第７図の機械を用いて優位な点は、本発明による機械が最も嵩張らないことである。

Claims (13)

1. 磁気回路が少なくとも１つの励磁素子を有する回転子（２、３３、４２、６１、８２、１０２）と、磁気回路が固定子捲線を有する固定子（１０、３０、５５、７４、９０、１１６）とを含む、軸棒に取付けられた、二重励磁型の回転電気機械であって、前記少なくとも１つの励磁素子が、周縁に均一に配分された放射状の歯が各々設けられた少なくとも２つのディスク（３、２４、４４ａ、．．．４４ｎ、６２、８３ａ、８３ｂ、１０５ａ、１０５ｂ、１０７、１０９）と結合した少なくとも１つの環状の磁石（７、２８、２９、５１、５４ａ、．．．５４ｎ−１、７０、８７、１１２、１１４）と、スロットが設けられた少なくとも１つの環状片（５、２６、４８、６４、８６、１０４）とを含み、各スロットについて、歯を設けた少なくとも１つのディスクの１つの歯が、接触することなく、スロットに係合し、固定子の磁気回路は偶数の、少なくとも２に等しい、環状の磁気回路素子（１１、３１、５５ａ、．．．５５ｎ、７５、９１、１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ）を含み、少なくとも１つの固定子励磁捲線（１４、３４、５７ａ、．．．５７ｎ−１、７８、９３、９５、１１９、１２０）は、前記磁気回路素子のうち、少なくとも２つの隣接する素子の間に配置されていることを特徴とする回転電気機械。
2. 回転子が、放射状の歯（４、２５、６３、８４ａ、８４ｂ）を有する、歯を設けた２つのディスク（３、２４、６２、８３ａ、８３ｂ）を含み、この放射状の歯が、角度が互いに関してオフセットし、そして接触することなく、前記少なくとも１つの環状片（５、２６、６４、８５）の軸方向のスロット（６、２７、６５、８６）に係合しており、また固定子が、外部ヨーク（１２、３３、７６、９２）によって一緒に結合された２つの磁気回路素子（１１、３１、７５、９１）から形成された磁気回路を含み、またその磁気回路素子の間に少なくとも１つの励磁捲線（１４、３４、７８、９３、９５）が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気機械。
3. 固定子の磁気回路素子（１１、３１、７５）の間に配置された固定子励磁捲線（１４、３４、７８）を含むことを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
4. 固定子の磁気回路素子（９１）の間に配置された励磁捲線（９３）と回転子に配置された励磁捲線（９５）とを含むことを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
5. 固定子の磁気回路素子と結合し、かつ回転子内に配置されている、励磁捲線を含むことを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
6. 電気機械が、軸方向スロット（６、２７、６５）形状のスロットが設けられた環状片（５、２６、６４）を含み、該スロットにおいて、歯を設けたそれに対応するディスク（３、２４、６２）の歯（４、２５、６３）が接触することなく係合していることを特徴とする請求項２または３に記載の電気機械。
7. 回転子の軸棒（２１）が非磁性材料で作られており、そして環状片（２６）が回転子の軸棒（２１）の歯を設けたディスク（２４）の何れかの側に配置された端プレート（２３）によって担持されていることを特徴とする請求項６に記載の電気機械。
8. 回転子の軸棒（６０）が磁性材料で作られており、そして環状片（６４）がディスク型の中央の芯（６６）によって回転子の軸棒（６０）に連結していることを特徴とする請求項６に記載の電気機械。
9. 電気機械が、歯の設けられた端プレート（８５）を各々が含む２つの環状片を含み、前記歯が、軸方向のスロット（８６）を２つの環状片間に定めており、前記スロットに歯を設けたそれに対応するディスク（８３ａ、８３ｂ）の歯（８４ａ、８４ｂ）が接触することなく係合しており、その歯を設けたディスクの間に、回転子（８２）に配置された前記励磁捲線（９５）が収められていることを特徴とする請求項２から５のいずれか一項に記載の電気機械。
10. 歯を設けたディスクが、回転子の軸棒（８１）に取付けられた歯を設けた二重ディスク（８３）の形状に作られており、そして接触することなく対応する環状片の軸方向のスロット（８６）に係合した放射状の歯（８４ａ、８４ｂ）が設けられた歯を設けた２つの素子（８３ａ、８３ｂ）を含み、また固定子励磁捲線（９５）が歯を設けた二重ディスク（８３）の前記素子（８３ａ、８３ｂ）の間に作られたスロット（９４）に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の電気機械。
11. 電気機械が、その周縁に均一に配分されて互いに対面し、かつ２つの貫通した環状片を形成する軸方向のスロット（１０４）をその間に定める、歯が設けられた端プレート（１０３）を保持する回転子（１０２）を有する非磁性の材料（１０１）で作られた軸棒を有し、歯を設けた二重ディスク（１０５ａ、１０５ｂ、１０７、１０９）の放射状の歯（１０６ａ、１０６ｂ、１０８、１１０）は接触することなく該軸方向のスロット（１０４）に係合し、そして固定子（１１６）は回転子を包囲し、また回転子の歯を設けたディスクと同数の磁気回路素子（１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、１１６ｄ）から形成された磁気回路を含み、少なくとも１つの固定子励磁捲線（１１９、１２０）が回転子の歯を設けた２つの中間のディスク（１０５ａ、１０５ｂ）と対向して配置された磁気回路素子（１１６ｂ、１１６ｃ）の間に介在され、そして外部ヨーク（１１８）によって一緒に結合されたことを特徴とする請求項２の記載を引用する請求項９に記載の電気機械。
12. 歯を設けた２つの中間のディスクが第１及び第２の歯を設けた素子（１０５ａ、１０５ｂ）を含む歯を設けた二重ディスク（１０５）の形状で作られ、該素子の各々には放射状の歯（１０６ａ、１０６ｂ）が設けられており、該素子の間にはスロット（１２１）が作られ、そのスロットの中に回転子に配置された励磁捲線（１２０）が配置されたことを特徴とする電気機械であって、更に、歯を設けた二重ディスク（１０５）の何れかの側に、放射状の歯（１０８）を設けた第１の歯付きディスク（１０７）と放射状の歯（１１０）を設けた第２の歯付きディスク（１０９）とが、環状片の軸方向のスロット（１０４）内でそれぞれ歯を設けた二重ディスク（１０５）の第１の素子（１０５ａ）の放射状の歯（１０６ａ）及び第２の素子（１０５ｂ）の放射状の歯（１０６ｂ）と係合しており、一方では、端プレート（１０３）と歯を設けた第１及び第２のディスク（１０７、１０９）との間に、また他方では、歯を設けた第１及び第２のディスク（１０７、１０９）と歯を設けた二重ディスク（１０５）との間に、環状の磁石（１１２、１１４）が挿入されていることを特徴とする請求項１１に記載の電気機械。
13. 歯を設けたディスク（３、６２、８３ａ、８３ｂ、１０５ａ、１０５ｂ）の放射状の歯（４、６３、８４ａ、８４ｂ、１０６ａ、１０６ｂ）と、前記少なくとも１つの環状片（５、６４、８５、１０３）のスロットの壁との隙間に磁石（８、７２、８８、１１５）が配置されていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気機械。

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