JPS63503591A - 双対永久磁石発電機の構造 - 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】 −の　造 腫」 本発明は永久磁石発電機に係わり、特に、並置関係で２つの相対的に可動である 永久磁石回転子組立体を有する永久磁石発電機に関する。

九匪座ＩＪ −ａに、発＠、機に加わる負荷における変動に応答して電圧調整を行う目的で、 ２つの相対的に可動である永久磁石回転子体から構成された回転子を有する形式 の永久磁石発電機は既に提案されている。このような発を機はまた回転子の回転 速度における変動を補償するべく電圧を調整する目的で用いられている。

こ、のような提案の例は、コバー（Ｋｏｂｅｒ　）の１９６６年２月１日付の米 国特許第３，２３３，１３３号明細書、フリスター（ＦｒｉｓＬｅｒ）の１９７ ３年１月２３日付の米国特許第３，７１３，０１５号並びにワールトン（Ｗｈａ ｒｔｏｎ）の１９８１年１２月８日付の米国特許第４，３０５，０３１号明細書 に見ることができる。これ等の提案に係わる構造の典型的な構成においては、永 久磁石組立体もしくは回転子体の１つが回転子軸に固着され、他方の永久磁石組 立体もしくは回転子体は、上記軸に対し該軸を中心に回転可能に設けられている 。２つの回転子体は、単一の軸線上に端突き合わせ関係で配設されている。

２つの回転子体間において相対回転を行うことにより発電機の出力電圧を変えて 電圧調整を達成することができる。このことについては、上記米国特許明細書に 詳細な記述がある。

このようなシステムもしくは装置は理論的には満足に働く筈である。しかしなが ら実際には、特に航空機発電系統で用いられているような高速度発電機において 、回転子体間に極めて精度の高い軸受装置が軸を支持するために配設されていな い場合には、遠心力その他の運転上の因子に起因する荷重が原因で、固定の永久 磁石回転子体に対し可動の永久磁石回転子体の比較的正確な角度ｉ整を達成する ことが困難になり得る。更に、従来の構造においては、時として整列回転子と称 される端突き合わせ回転子配列が採用されているので、その結果として、発電機 装置は比較的長くなり、通例のように、片持ちぼり態様で航空機発電系統と接続 関係で取付けた場合には、大きな、謂わゆる「オーバーハング・モーメント（ｏ ｖｅｒｈｕｎｇｍｏｍｅｎｔ）」が生ずる。この比較的大きいモーメントにより 、発電機の支持は、オーバーハング・モーメントが小さい場合に要求されるあろ うところの支持を上回るように強化することが要求され、このことは不可避的に 重量の増加をもたらし、そのため航空機の有用荷重が減少してしまう。

本発明は、上述の１つまたは２つ以上の問題を克服することに向けられている。

光」目２ＪＬＪＬ ′本発明の主たる目的は、双対永久磁石発電機型の新規で改良された発ｔｔＲを 提供することにある。特に、本発明の目的は、整列双対永久磁石発電機で従来見 られるような精巧な軸受の必要性を排除し且っ／または例えば、発電機組立体の 全長を短くすることにより、航空機に設置された場合にオーバーハング・モーメ ント（ｏｖｅｒｈｕｎｇｍｏｍｅｎｔ　）が減少するように、２つの回転子体を 並置関係で配設した発電機を提供することにある。

上述の目的は、並置された第１及び第２の電機子を有する固定子手段を備えた精 成の、本発明の一実施例により達成される。第１及び第２の永久磁石回転子は、 平行な回転軸線を中心に回転可能なようにそれぞれ第１及び第２の電機子内に支 承される。回転子には共通の駆動部が設けられ、該共通の駆動部に対し少なくと も１つの回転子を角度的に遷移するための制御手段が設けられる。

１つの好適な実施例においては、回転子の内の１つの回転子は、他方の回転子よ りも相当に質量が小さく、そして上、記他方の回転子は共通の駆動部に対して遷 移不可能である。従って、角度位置の調節は小さい質量を有する上記一方の回転 子に対して行われ、質量が小さいところから、この調節は高い回転速度において 非常に容易に実施できる。

更に、回転子及び電機子の並置関係により発電機の実装長が減少し、それにより 、設置された場合におけるオーバーハング・モーメントも減少する。

本発明の他の実施Ｂ様によれば、制御手段は、共通の駆動部に対して双方の回転 子を一般に反対方向で等しい角度距離だけ遷移する。

この実施例においては、制御手段は、入力信号の受信に応答して、回転子の角度 遷移を惹起するように動作可能である一対の結合された機構を含み、上記共通の 駆動部は、上記機構の内の一方の８！楕を介して第１の回転子を駆動すると共に 他方の８！構を介して第２の回転子を駆動する。

この実施態様においては、共通の駆動部は、平行な軸線の内の１つの軸線を中心 に回転可能なように第１の回転子体を支承している回転可能に支承された軸を有 する。

この軸は、上記軸線に沿って軸方向に移動可能であり、そして機構は軸の該運動 に応答するペリカル・スプラインを備えている。

本発明の特に好適な実施Ｂ様においては、固定子手段を画定する第１及び第２の 並置された電機子並びに第１及び第２の永久磁石回転子体は、それぞれ、平行な 軸線を中心に並置関係で回転可能に支承される。第１の回転子体は第２の回転子 体よりも相当に質量が小さく、上記軸線の内の１つの軸線を画定する軸に支承さ れる。制御機構は、軸及び第１の回転子体を相互接続し、軸に対する回転子体の 角度位置を調節し、第１の回転子体を上記軸に、該軸と共に回転するように結合 する働きをする。

単一の駆動装置で、上記平行な軸線の内の他方を中心とする軸の回転並びに第２ の回転子体の回転が行われる。

この実施態様によれば、付加される永久磁石回転子体は上記軸線の内の１つの軸 線を中心に回転可能であって、駆動装置により駆動され、付加された回転子体に 対応する付加的な電機子が得られる。この付加電機子は、発電機制御装置に電気 出力を与えるように適応されている。

また、この実施態様においては、出力輪歯車を有する差動装置を備えている型式 の定速度駆動部が駆動装置として用いられる。上記輪歯車は、軸及び第２の回転 子体を駆動するように動作する。

本発明の他の目的及び利点は、添付図面と関連しての以下の詳細な説明から明ら かとなるであろう。

ｌ」へｌｉ 第１図は、定速度駆動部と組み合わせた本発明による双対永久磁石発電機の断面 図であって、第１ａ図及び第１ｂ図からなり、第１ｂ図を第１ａ図の下に並べて 上記双対永久磁石発電機を示す断面図、 第２図は、第１図に示した実施例の端面図、そして第３図は、定速度駆動部を備 えていない本発明の変形実施例を示す第１図に類似の断面図である。

適ｔ　の・ 本発明を例示する好適な実施例が第１図及び第２図に示しである。これら図面を 参照するに、この実施例は、参照数字１０で総括的に示した定速度駆動装置の形 態にある駆動装置と関連して示しである。該駆動部２１０は入力軸１２を備えて おり、この入力軸１２は航空機エンジンまたは同様物に接続されるように適応さ れている。一般的な意味において、この定速度駆動装置１ｏは、慣用の装置と見 做すことができ、従って、この装置１０についての説明は、本発明の十分な理解 を得る上で必要な程度に限ることにする。

定速度駆動装置１０は、支持部１６を有する参照数字１４で総括的に示した差動 装置を備えており、該差動装置１４は、参照数字１８で示した電気的または機械 的に作動される遮断部により入力軸１２に結合されている。しがしながら、ここ に特定的に図示した遮断部の代わりに、所望ならば、既知の構造の熱応答遮断部 を使用することもできよう。

差動装置１４は第１及び第２の咬合する歯車２０及び２２を備えており、これら 歯車２０及び２２は、中心部分２０ｍ及び２２ｍで噛み合い、そして第１ｂ図で 見て左端部及び右端部にそれぞれ隣接して、それぞれ減径歯部２４及び２６を備 えている。歯車２０及び２２は、第１ｂ図で見て左側では支持部１６により、そ して右側では相補性の支持部２８により、それぞれの軸線を中心に回転すると共 に軸１２によって画定される軸線を中心に回転するように支承されている。

差動装置は、更に、第１及び第２の輪歯車３０及び３２を備えている０輪歯車３ ０は、歯車２０に形成されている減径歯車２４と噛み合い、他方、輪歯車３２は 歯車２２に形成されている減径歯車２６と噛み合う、更に、輪歯車３０には、参 照数字３４で示すように外歯が設けられており、追って説明する目的から出力輪 歯車としての働きをなす。

支持部２８は、適当な手段により、参照数字４２で総括的に示した可変容積流体 圧装置を駆動する軸４０に結合されている。尚この流体圧装置４２は、慣用の構 造のものであって、１９７１年４月２１日付の本出願人と共有に係わるディプ（ Ｄａｉｔｓ）の米国特許第３．５７Ｂ、１４３号明細書に開示されている一般型 のものである。参照数字４４で総括的に示しである慣用の固定容積流体圧装置は 、流体圧モータとして動作する場合、該固定容積流体圧装置４４と同軸関係にあ る可変容積流体圧装置４２から作用流体を受ける。上記固定容積の流体圧装２４ ４も、先に掲げたディプの米国特許に記述されている型のものである。軸６０の 周囲に同心的に配設されている軸４６は、固定容積流体圧装置４４に接続され、 ており、参照数字４８で示すように軸歯３２にスプライン結合されている。

可変容積流体圧装置４２の容積を慣用の仕方で制御することにより、出力輪歯車 ３０は、入力軸１２の回転速度に関係なく一定の速度で駆動される。尚、このよ うな機能に関する十分な説明に関しては先に掲げたディプの米国特許を参照され 度い。

次に、出力輪歯車３０の外歯３４に戻って説明するに、この外歯３４は、入力軸 １２によって画定される軸線に対して平行な軸線６１を中心に回転可能なように 軸受６０によって支承されている歯車５８と咬み合う。この歯車５８は、装置の ハウジング６６に取付けられている固定子電機子６４内で回転可能な永久磁石回 転子体６２を取付けることができる。

この永久磁石発電機は、慣用の発電機制御装置（図示せず）に電力を供給するの に用いられる。

歯車５８はまた、スプライン６８によって、歯車５８の回転軸線６１上で軸７０ に接続されている。第１ａ図及び第１ｂ図に見られるように、軸７０は、軸受７ ４により支承されている永久磁石回転子体７２を貫通し、参照数字８０で総括的 に示した制御装置の軸７８に対し、参照数字７６で示すようにスプライン結合さ れている。

制御装置８０は、本出願人の共有に係わる１９８５年１２月２６日付出願の「セ ルフ　バワード・ハイドロリック・ロータリ・アクチュエータ（Ｓｅｌｆ−Ｐｏ ｗｅｒｅｄ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｏｔａｒｙ＾ｃｔｕａｔｏｒ）　ｊと題す る継続中の米国特許願第８１３，４９８号明細書に開示されている型のものであ る。尚、この特許願の詳細は参考のために本明細書に援用している。上記特許願 明細書に記述されているように、制御装置８ｏは、回転自在のハウジング８２を 備えており、このハウジング８２内には羽根８４が配設されておって軸７６に固 定されてる。

第１ａ図に参照数字８６で示したような流体通路が、圧力下で流体を羽根８４の 一方または他方の側部に供給し、それにより軸７８はハウジング８２内で回転せ し、軸７８とハウジング８２の外面との間の角度関係が変更せしめられる。該ハ ウジング８２は、スプライン８８等により、永久磁石回転子体７２にスプライン 結合されている。従って、軸７０により駆動されてハウジング８２が回転中に該 ハウジング８２内の羽根８４の位置を変えることにより、軸７０に対する回転子 体７２の角度位置が変えられる。

回転子体７２は、電機子９２及び固定子巻線９４を備えている固定子９０内で回 転可能である０巻線９４に誘起される電力は、発電機の主電力出力の１つとして 利用される。

第１ａ図２参照するに、軸９６は軸受９８等により軸線１００を中心に回転可能 に支承されている。この軸ｔｉ　１００は、歯車５８の回転軸線６１並びに入力 軸１２の回転軸線に対して平行である。軸９６は、歯車１０２を取付けており、 この歯車１０２は、好適な実施例においては、第２図並びに入力軸１２に対する 軸線１００の関係から理解し得るように、出力両歯車３０の外歯３４と噛み合う 、しかしながら、歯車１０２は、所望により、遊び歯車を介して歯車５８により 駆動することもできよう。

軸９６は、永久磁石回転子体１０４を取付けており、この回転子体１０４は、電 機子１０８及び巻線１１０を有する固定子１０６内に配置されている。多くの事 例において、巻線１１０は電圧調整の目的で、巻！ｉ９４と直列に接続される。

何れにせよ、上述の構造で、軸９６が駆動される時には固定子１０６内で、回転 子体１０４が回転せしめられる。また、回転子体１０４は軸９６に堅固に固定さ れており、従って軸９６に対する回転子体１０４の角度位置は変はらないことは 理解されるであろう。

第１ｂ図及び第１ａ図それぞれに示しである回転子体７２及び１０４の寸法につ いて考察すると、図示のように、回転子体７２は回転子体１０４よりも相当に小 さい、尚、体積と関連しての寸法もしくは大きさは本発明にとって、それほど重 要ではないが、質量における差の意味での大きさは本発明にとって重要である。

即ち、回転子体７２の質量は回転子体１０４の質量よりも相当小さく選択される 。装置の他の回転要素に対し角度位置を変更することができるのは、この回転子 体７２である０回転子体７２は比較的低質量要素であるので、発電機が、１２． ＯＯＯｒｐｍ或いは２４，０．０Ｏｒｐｍ（毎分回転数）で動作することが多い 航空機用発電機の場合において典型的であるような高速度で動作する場合でも、 運転上の力に起因して回転子体７２に加えられる荷重は、低質量であるため、他 の装置構成要素に加えられる荷重よりも相当に低い、その結果として、特に回転 子体１０４を含む他の装置構成要素に対する回転子体７２の角度位置の正確な調 節を極めて容易に行うことができる。このことは、精密な電圧調整を達成できる ことを意味する。

成る種の用例においては、双方の永久磁石発電機が同じ質量であることが望まし い場合がある。この種の発電機が第３図に示されており、この図がら明らがなよ うに、この発電機は、軸受２０４によりハウジング２０２に支承されている入力 軸２００を備えている。入力軸２００には、参照数字２０８で示すように、軸２ ０６がスプライン連結されておって、該軸はその回転軸１１２１０に沿い軸方向 に可動である。

軸２０６の周囲に該軸２０６と同心関係で、永久磁石回転子体２１２が設けられ ており、この回転子体２１２は、軸受２１６により固定子２１４内で回転するよ うに支承されている。固定子２１４は、電機子２１８及び巻線２２０を有する。

参照数字２２２で示す平行な回転軸線は軸２２４によよって占められ、そして該 軸２２４は回転子体２１２と同じ回転子体２２６を取付けている。軸２２４は、 軸受２２８等により支承されており、回転子体２２６は軸２２４と共に回転する ように該軸２２４に固定されている６回転子体２２６も、巻線２３４を有する固 定子２３２の電機子２３０内で回転可能である。固定子２１４及び２３２は同一 の構造であり、典型例においては互いに直列、に接続される。

小型永久磁石発電１１１２３６は軸２２４により支持されておって、第１ｂ図に 示した永久磁石発電機６２．６４と同様の仕方で発電機制御装！（図示せず）に 電力を供給するのに用いられる。

軸２２４の一端は、軸線２２２を中心に回転可能なように軸受２４０に支承され ている歯車２３８に結合されている。

歯車２３８は参照数字２４０で略示しであるような任意適当な手段により歯車２ ４２に結合されている。該歯車２４２は、軸２０６の周囲に同心関係で配設され て軸受２４４に支承されている。歯車２３２は、ヘリカル・スプライン２４４に より軸２０６にスプライン結合されている。類似の但し反対方向のピッチを有す るスプライン２４６で、軸２０６及び回転子体２１２は相互接続されている。こ の構造の結果として、軸２０６が軸方向に運動すると、歯車２４２並びに回転子 体２１２は軸２０６を中心に角度遷移せしめられる。スプライン２４４及び２４ ６のピッチは等しく且つ反対方向であるので、上記角度遷移は互いに反対方向で 等しい度数となる。

更に、歯車２４２は等しい歯車比で第２の回転子体２２６に結合されているので 、その結果として、電気的に、回転子体２１２及び２２６の大きさは等しいが方 向が反対の角度遷位が生ずる。従って、この手段により電圧調整を達成すること ができる。

軸２０６の軸方向遷移を行うために、参照数字２５０で総括的に示しである制御 装置が設けられる。この制御装置２５０は［ハイドロリック・アクチュエータ（ Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ＾ｃｔｕａｔｏｒ）Ｊと題し１９８５年１２月２３日に出願 した本出願人の共有に係わる継続中の米国特許願第８１２．２５４号明細書に開 示されている流体圧アクチュエータ（差動装置）にほぼ類似するものであるが、 しかしながら同じではない、この制御装置には、両端に流体ボート２５６及び２ ５８が設けられておって、シリンダ２５４内で復動するピストン２５２を備えて いる。このピストン２５２は、固定のハウジング２６２内で軸方向に可動であっ てスプライン２６４により該ハウジング２６２に対し回転しないように固定され ているコツプ形状のヨーク２６０に結合されている。このコツプ形状のヨーク内 には、軸受２６６が配設されており、該軸受２６６は肩部２６８による等して、 軸２０６に固定的に接続されている。

このようにして、ボート２５６及び２５８の何れが一方を介してシリンダ２５４ に流体を供給することにより、軸２０６の回転中に、該軸２０６の軸方向位置を 調整することができる。

言うまでもなく、この調整で、既述のように、回転子体２１２及び２２６間にお ける位相が変わり、それにより所望の電圧調整を行うことができる。

装置の精成要素は、本発明のこの実施例において等しい質量を有し、その運動は 反対方向であって然も好適な実施例においては等しい大きさであるので、回転子 のうちの１つの回転子の運動に抵抗する抵抗を示す発電機の運転に起因する力は 他の回転子に対して逆方向に作用し互いに相殺し合い、それにより回転子の相対 位置を、最小のエネルギー消費で容易に且つ正確に調整することができる。

補正書の翻訳文提出書く特許法第１８４条の７第１項）昭和６３年　２月１５日

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. １．第１及び第２の並置された電機子を備える固定子手段と、 平行な回転軸線を中心にそれぞれ前記第１及び第２の電機子内で回転可能に支承 された第１及び第２の永久磁石回転子と、 前記回転子のための共通の駆動部と、 前記共通の駆動部に対し前記回転子の少なくとも１つを角度的に遷移するための 制御手段と、を含む発電機。
2. ２．前記制御手段が、前記双方の回転子を前記共通の駆動部に対して等しい角度 距離で反対方向に角度的に遷移する請求の範囲第１項記載の発電機。
3. ３．前記制御手段が、入力信号を受けて前記回転子の角度遷移を生ぜしめるよう に動作可能である一対の結合された機構を含み、前記共通の駆動部が前記機構の １つを介して前記第１の回転子を駆動し且つ前記機構のうち他方の機構を介して 前記第２の回転子を駆動する請求の範囲第２項記載の発電機。
4. ４．前記共通の駆動部が、回転支承された軸を備え、該軸上に、前記第１の回転 子が前記平行な軸線のうちの１つを中心に回転するように支承されている請求の 範囲第３項記載の発電機。
5. ５．前記軸が前記１つの軸線に沿って軸方向に可動であり、そして前記機構が前 記軸の運動に応答するヘリカル・スプラインを備えている請求の範囲第４項記載 の発電機。
6. ６．前記一方の回転子が他方の回転子よりも相当小さい質量を有し、前記他方の 回転子は前記共通の駆動部に対して遷移可能でない請求の範囲第１項記載の発電 機。
7. ７．前記共通の駆動部は、前記他方の回転子に確実に係合して該他方の回転子を 駆動すると共に前記制御手段を介して前記一方の回転子に確実に係合し該一方の 回転子を駆動する回転可能な要素を備えている請求の範囲第６項記載の発電機。
8. ８．固定子手段を画定する第１及び第２の並置された電機子と、 平行な軸線を中心に並置関係でそれぞれの電機子内で回転可能に支承された第１ 及び第２の永久磁石回転子体と、 を含み、前記第１の回転子体は前記第２の回転子体よりも相当に小さい質量であ りかつ前記平行な軸線の１つを画定する軸に支承され、 そして、前記軸及び前記第１の回転子体を相互接続して前記軸上における前記回 転子体の角度位置を調節し且つ前記第１の回転子体を前記軸に、該軸と共に回転 するように結合する制御機構と、 （ａ）前記軸を回転すると共に（ｂ）前記回転子体を前記平行な軸線の内の他方 の軸線を中心に回転する単一の駆動装置と、 を含む発電機。
9. ９．前記軸線の内の一方の軸線を中心に回転可能な付加永久磁石回転子体と、発 電機制御装置に電気出力を与えるように適用された前記付加回転子体のための付 加電機子とをさらに備えている請求の範囲第８項記載の発電機。
10. １０．前記駆動装置が、出力輪歯車を有する差動装置を含む定速度駆動部から構 成され、前記輪歯車が前記軸及び前記第２の回転子体を駆動する請求の範囲第８ 項記載の発電機。
11. １１．固定子手段を画定する第１及び第２の並置された電機子と、 平行な軸線を中心に並置関係でそれぞれの電機子内で回転するようにそれぞれ支 承された第１及び第２の永久磁石回転子体と、 前記軸線の一方を画定し、該一方の軸線に沿って軸方向に可動である回転可能な 軸と、 前記軸に接続されて、前記一方の軸線に沿い該軸の位置を制御するように動作可 能である制御装置と、を含み、 前記回転子体の内の第１の回転子体は前記軸に、該軸に対して回転可能なように 支承され、 そして、前記軸の軸方向運動で、前記第１の回転子体と前記軸との間に相対回転 が行われるように前記第１の回転子体及び前記軸を相互接続する第１のスプライ ン手段と、 前記１つの軸線を中心に、前記第２の回転子体に対して駆動関係で支承された歯 車と、 前記軸の軸方向運動で前記歯車と前記軸との間の回転運動が行われて、前記軸と 前記第２の回転子体との間の位相関係が変更されるように前記軸及び前記歯車を 相互接続する第２のスプライン手段と、 を含み、 前記第１及び第２のスプライン手段は、前記軸の所与の軸方向運動に対して前記 回転子体が電気的に反対の方向で等しい角度距離だけ遷移するような関係にあり 、更に、前記軸に接続されて該軸を回転するための駆動部を含む発電機。