JP4382289B2 - 二重励磁式改良形回転電気機械 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は回転電気機械に関し、特にモータ車、牽引車用モータ等の交流機のような同期電動機に関する。
既知の電動機の中で、ロータに備えられたコイルによる励磁を用いた電動機、ロータに備えられた磁石による励磁を用いた電動機およびロータに備えられたコイルと磁石による二重励磁を用いた電動機について言及される。
【０００２】
そのような電動機は特に、１９９７年３月２０日にフランス国立科学研究センター（French National Centre for Scientific Research）により出願された、フランス特許出願第９７０３４２９に記載されている。
その磁気回路が励磁要素（excitation element）を有するロータと、その磁気回路がステータコイルを有するステータとを含むそのような電動機は、シャフトに備えられたロータの磁気回路が、端部フランジと、歯のついた円盤（toothed disc）の歯がその周縁部に均等に分布する上記端部フランジの間に配置された少なくとも１つの歯のついた円盤と、上記端部フランジに備えられ、その周縁部に均等に分布し、その各々が上記の少なくとも１つの歯のついた円盤の歯とかみ合される開口部（aperture）が取り付けられた少なくとも１つの環状の部品と、を含み、上記端部フランジと上記の少なくとも１つの歯のついた円盤とがそれらの間に励磁要素が収納されているスペースを規定することを特徴としている。
【０００３】
さらに、１９９７年４月２３日にフランス国立科学研究センターにより出願されたフランス特許出願第９７０５０３０は、その磁気回路が少なくとも１つの励磁要素を有するロータと、その磁気回路がステータコイルを有するステータとを含む、シャフト上に備えられた二重励磁型の回転電気機械であって、上記の少なくとも１つの励磁要素は、各々がそれの周縁部に均等に分布された放射状の歯（radial teeth）を設けられた少なくとも２つのディスクと関連する少なくとも１つの環状の磁石と、各々が少なくとも１つの歯のついた円盤の歯と非接触で関連づけられている開口部が設けられた少なくとも１つの環状の部品と、を含んでいることを特徴とし、かつ上記ステータの磁気回路は少なくとも２に等しい偶数の環状の磁気回路要素を含み、この磁気回路要素の中の、少なくとも１つのステータ励磁コイルが少なくとも２つの隣接する要素の間に配置されることを特徴とする、シャフト上に備えられた二重励磁型の回転電気機械を記載している。
【０００４】
上述の型の電動機は、受け入れ可能な結果を与えブラシを不要にしてはいるが、実効ギャップ領域（active gap area)での１磁石あたりのロータ励磁は低いままである。
本発明は、一方では特に二重励磁による調整とブラシの除去については上述の電動機と同じ利点を示しながらも、増強された磁石当たりのロータ励磁を有する、二重励磁電動機を作り出すことを目的とする。
【０００５】
その主題はそれ故、ロータと磁気回路がステータコイルを有するステータとを含む二重励磁を有する回転電気機械であって、その電気機械において、上記ステータは環状の磁気コアと少なくとも１つの励磁コイルとを含み、前記ステータコイルは上記コア上に巻回され、その組立て体は少なくとも１つの磁気リング内に上記ステータコアの外面と接触して配置されており、上記の少なくとも１つのリングは少なくとも１つの放射状の端部リムを含み、かつ上記ロータは周辺部を示す磁気回路を含み、上記ステータの上記の少なくとも１つの磁気リングの上記放射状の端部リムは、上記ロータの上記磁気回路の上記周辺部と共に、磁束帰路（flux return path）を形成するギャップを規定するものにおいて、上記ロータは、その周辺部が上記ステータの前記の少なくとも１つの磁気リングの上記放射状の端部リムと共に上記の磁束帰路ギャップを規定する磁気端部フランジを含み、さらに上記ロータは、上記磁気端部フランジの間に配置する形で、周辺に均等に分配された放射状の歯を備えた磁気コアと、このコアの両側の軸端に配置され上記磁気端部フランジによってコアに対して当接される環状の磁石と、上記磁気コアの放射状の歯の間のスペースに収納され、上記端部フランジを連結するためのバーで形成された、上記端部フランジを連結するためのいくつかの磁気片と、を含むことを特徴とする、回転電気機械である。
【０００６】
この発明は、単に実施例として与えられた以下の記述および添付図面を参照することによりさらによく理解される。
【０００７】
図１および２に示された回転電気機械は、周辺に均等に分布された放射状の歯４が設けられた、積層シートコア３で形成された磁気回路を含むロータ２がその上に備えられたシャフト１を含んでいる。
磁性材料で形成され、シャフト１に備えられたそれぞれの端部フランジ７、８によって上記コアに対し当接される逆の極性を有する環状の励磁磁石５、６が、コア３の両側に軸方向に配置されている。
【０００８】
例えば絶縁材料等の非磁性材料（amagnetic material）で作製されたブッシュ（bush）７ａ、８ａが、シャフト１と対応するフランジ７、８との間に間挿されている。
各々のフランジ７、８は、ロータ２と関係づけられたステータ１１の磁気回路と協動するように外側を向いた周辺の軸方向リム（axial rim)９、１０を含んでいる。コア３の歯４の間のスペースには、端部フランジ７、８を連結するために磁性材料で作製された軸方向のバー１２が収納されている。これらのバー１２は、その曲率がロータの外面の曲率に対応している、凸状外面を有するタイル（tile）状薄片の形状ではめ込まれることが望ましい。
【０００９】
ステータ１１は、反対の符号で示した電流が流れる励磁コイル１４、１５がその両側に配置された、積層された磁気シート１３で作られた環状のコアを含んでいる。
励磁コイル１４、１５によって取り巻かれたステータコイル１６は、この目的のためにその内面が図２に示されるように狭間（crenellation）１８を設けて形成された、コア１２上に巻回されている。
【００１０】
ステータ全体は、磁気コア１３の外面と接触し、かつ、磁束の帰路を形成するギャップ２３、２４を規定するように、ロータのフランジ７、８のそれぞれの軸方向のリム９、１０に対向するように配置されている放射状の端部リム２１、２２を含む外部磁気リング２０内に収納されている。
一つの変形例に従えば、フランジ部７、８の周辺部には軸方向のリムがなくてもよい。そのときはそれらの周辺部がステータの磁気リングの放射状のリム２１、２２と共に適宜の大きさの磁束の帰路ギャップを規定するために、フランジ７、８が十分厚ければそれで充分である。
【００１１】
図２に明らかに見られるように、端部フランジ７、８とコア３の隣接する歯４とを連結する（interlinking）ために、ロータ２の外面と同じ高さ（flush)であり、歯４の端部と連結バー（linking bar)１２の外面によって規定された放射状の磁石２５が各々のバー１２の間に間挿されている。
【００１２】
本実施例においては、連結バー１２は全長に亘って断面が一定になっている。
各々のバーの内面は、コア３の歯４の間の対応するスペースの底面とは隙間（clearance)２６によって隔てられている。
この隙間内には、追加の磁石（図示せず）が配置されてもよい。
ロータ２における、フランジ７、８の間に配置された連結バー１２の存在は、磁気的に短絡されないＮ対の極を有する実効中央ギャップ面領域（active central gap surface）を、ステータとロータとの間に得ることを可能にする。
【００１３】
フランジ７、８の軸方向のリムおよび外部磁気リング２０の放射状のリム２１、２２は、ステータとロータとの間に２つの磁束帰路ギャップ面（flux return gap surface)２３、２４を規定する。
【００１４】
図３から５に描かれた電動機は、図１および２を参照して説明された電動機とは、ロータの端部フランジ間の連結バーの形が基本的に異なっている。
【００１５】
図３から５に見られるように、この電動機は、シャフト３１に支持され、周辺部に均等に分布された歯３４を備えた、積層されたシートコア３３で形成された磁気回路を含むロータ３２を含んでいる。
【００１６】
コア３３の両側には、シャフト３１上に備えられ、磁性材料で作製されたそれぞれの端部フランジ３７、３８によりコア３３に対して当接されている、逆の極性の環状の励磁磁石３５、３６が、軸方向に配置されている。
【００１７】
例えば絶縁材料等の非磁性体で作製されたブッシュ３７ａ、３８ａが、シャフト３１と対応するフランジ３７、３８との間に間挿されている。
各々のフランジ３７、３８は、ロータ３２と関連するステータ４１の磁気回路と協動するように外側を向いた軸方向のリム３９、４０を含んでいる。
フランジ３７、３８を連結するための、磁性材料で作製されたバー４２は、コア３３の歯３４の間のスペースに収納されている。
【００１８】
各々の連結バー４２は、Ｔ字形を有している。それは端部フランジ３７、３８の間に伸びており、その中央の足部４３はコア３３の歯３４の間の各々のスペースの底部に作られたハウジング４４内にはめ込まれている。
【００１９】
図４に示されているように、連結バー４２の足部４３とハウジング４４の壁との間には、足部４３の軸方向の面の両側に配置された追加の磁石４６と、足部４３のバー自身から遠い端部とハウジング４４の底部との間に配置された追加の磁石４８が間挿されている。
【００２０】
図５にさらに良く見られるように、各々のバー４２の足部４３とコア３３の一連続の歯３４の放射状の壁との間には、図３の斜視図で同様によくわかる放射状の追加の磁石５０が配置されている。
【００２１】
図１の実施例におけるように、図３から５に示されている電動機のステータは、その両側に励磁コイル５４、５５が配置されている積層された環状のステータコア５２を含んでいる。
【００２２】
ステータコイル５６は、この目的のためにその内面がロータ３２の外面の方向に向いている狭間５８で形成されたコア５２の上に、励磁コイル５４、５６に対して内側に巻回されている（図５）。
【００２３】
ステータ全体は、ステータの磁気コア５２の周辺部と接触する外部磁気リング６０内に収納されている。外部リング６０は、それぞれの周辺部またはロータの磁気フランジ３７、３８の軸方向のリム３９、４０に対向するように配置され、かつ、前記のリムと共に磁束帰路を形成するギャップ６３、６４を規定する放射状の端部リム６１、６２を含んでいる。
【００２４】
今記述したレイアウトは、ロータの歯の周りの磁石を収納するより多くの空間（room）を提供し、それによってギャップ内の磁束と電動機により供給されるトルクを増大させることを可能にする点で、図１および２を参照して記述したレイアウトとは異なっている。
【００２５】
それは、１つの歯のついたロータコアを同じ数の基本セル（elementary cell)に対し含んでいる。
【００２６】
Ｔ字形の磁気バーの存在が電動機の設計を単純化している一方で、それはロータに狭隘部（isthmus)を含んでいない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従う回転電動機の立断面図である。
【図２】 図１の線２−２に沿った断面図である。
【図３】 本発明に従う回転電動機の他の実施例の分解斜視図である。
【図４】 図３の電動機の立断面図である。
【図５】 図４の線５−５に沿った断面図である。

Claims (4)

1. ロータと、磁気回路がステータコイル（１６；５６）を支持するステータと、を含む二重励磁を有する回転電気機械であって、該電気機械において、
   前記ステータは環状の磁気コア（１３；５２）と少なくとも１つの励磁コイル（１４，１５；５４，５５）とを含み、前記ステータコイル（１６；５６）は前記コア上に巻回され、当該組立体は磁気リング（２０；６０）が前記のステータコア（１３；５２）の外面と接触して配置されており、前記のリングは２つの放射状の端部リム（２１，２２；６１，６２）を含み、かつ、前記ロータ（２；３２）は周辺部（９，１０；３９，４０）を示す磁気回路を含み、前記ステータの前記磁気リング（２０；６０）の前記放射状の端部リム（２１，２２；６１，６２）は、前記ロータ（２；３２）の前記磁気回路の前記周辺部（９，１０；３９，４０）と共に磁束帰路を形成するギャップ（２３，２４；６３，６４）を規定するものにおいて、前記ロータは、前記周辺部（９，１０；３９，４０）が前記ステータ（１１；４１）の前記磁気リングの前記放射状の端部リム（２１，２２；６１，６２）と共に前記の磁束帰路ギャップを規定する磁気端部フランジ（７，８；３７，３８）を含み、さらに前記ロータは、該磁気端部フランジ（７，８；３７，３８）の間に配置する形で、周辺に均等に分配された放射状の歯（４；３４）を備えた磁気コア（３；３３）と、該コア（３；３３）の両側の軸端に配置され前記磁気端部フランジによって前記コアに対して当接される環状の磁石（５，６；３５，３６）と、前記磁気コア（３；３３）の前記放射状の歯（４；３４）の間のスペースに収納され、前記端部フランジ（７，８；３７，３８）を連結するためのバー（１２；４２）で形成された、前記端部フランジを連結するためのいくつかの磁気片と、を含むことを特徴とする、回転電気機械。
2. 追加の磁石（２５；５０）が前記バー（１２；４２）の各々と前記スペースを規定する前記コアの前記放射状の歯（４；３４）の少なくとも側壁との間に間挿されることを特徴とする、請求項１に記載の回転電気機械。
3. 前記端部フランジ（７，８）を連結するための前記バー（１２）は全長に亘って一定の断面を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転電気機械。
4. 前記連結バー（４２）は、前記磁気コア（３３）の２つの続く歯３４の間の各々のスペースの底部に作られたハウジング（４４）内にはめ込まれる中央足部（４３）と、該中央足部と前記ハウジング（４４）の側壁および底壁との間に間挿された追加の磁石（４６，４８）と、を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の回転電気機械。

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