(57)【要約】電気モータ又は発電機が、ポールピース及びポールピースとともに連携するコイルとを担持する固定子を有しており、固定子の一方の側が、ポールの一方の面に隣接する磁場発生用の永久磁石によって囲まれており、他方の側が、ポールの他方の面に隣接して配置された磁束のリターンパス部材によって囲まれている。固定子のコイルは、好適にはボビンに取り付けられている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユニット化された環状の第１の構造体を有する電動装置であって、
軸の周りに配列され磁気的に絶縁された複数のポールピースを具えており、
各ポールピースが、第１の面及び第２の面と、前記第１及び第２の面の間で各ポールピースに配置された少なくとも１の極コイルと、を有しており、
第２の構造体が、前記第１の構造体の軸に回転可能に取り付けられ、各ポールピースに対する磁束発生器を具えており、
各ポールピースの第１の面から少なくとも１の磁束発生器を通って前記第２の構造体を通り前記ポールピースの前記第２の面へ磁束の伝導経路が存在することを特徴とする電動装置。
【請求項２】
前記装置が軸方向の磁束装置であり、
前記ポールピースが、前記軸の周りに半径方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動装置。
【請求項３】
前記装置が半径方向の磁束装置であり、
前記ポールピースが、前記軸の周りに軸方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電動装置。
【請求項４】
各極コイルが、ボビンに巻かれていることを特徴とする請求項１に記載の電動装置。
【請求項５】
前記ボビン、コイル、及びポールピースが、基板に組み込まれることによって、第１の構造体としてユニット化されていることを特徴とする請求項４に記載の電動装置。
【請求項６】
前記第２の構造体が、前記ポールの外面に隣接して位置する磁気構造の環状の帯状体を有していることを特徴とする請求項１に記載の電動装置。
【請求項７】
前記帯状体が前記第１の構造体の内側にあり、
永久磁石が前記第１の構造体の外側にあることを特徴とする請求項６に記載の電動装置。
【請求項８】
ユニット化された環状の固定子構造を有する半径方向の磁束の電動装置を構成する方法であって、
複数のポールピースを用意するステップと、
前記ポールピースに極コイルを取り付けて前記ポールピース及びコイルを組み立て、各極軸が半径方向に向いた環状の固定子を形成するステップと、
基板に前記ポールピース及びコイルを組み込むことで前記固定子をユニット化するステップと、
磁場発生部材及びポールピース裏当て部材間に少なくとも１の磁束経路を具えるように、回転子に磁場発生部材及びポールピース裏当て部材を組み付けるステップと、
前記固定子及び回転子を組み付けるステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項８に記載の半径方向の磁束の電動装置を構成する方法において、
ボビンに前記極コイルを巻回するステップと、
ポールピースに前記ボビンを設置するステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【請求項１０】
ユニット化された環状の固定子構造を有する環状の磁束の電動装置を構成する方法であって、
複数のポールピースを用意するステップと、
前記ポールピースに極コイルを取り付けて前記ポールピース及びコイルを組み立て、各極軸が軸方向に向いた環状の固定子を形成するステップと、
基板に前記ポールピース及びコイルを組み込むことで前記固定子をユニット化するステップと、
磁場発生部材及びポールピース裏当て部材間に少なくとも１の磁束経路を具えるように、回転子に磁場発生部材及びポールピース裏当て部材を組み付けるステップと、
前記固定子及び回転子を組み付けるステップと、
を具えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、磁極が磁気構造体の残りの部分から離れている電動装置に関する。
【０００２】
特に、本発明は、磁極の巻き線及び隣接して相対移動する部分である装置の磁極の面が、磁束のリターンパスとして機能する磁性材料から離れて形成された、電動装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
モータ及び発電機といった電動装置は、一般に、固定子及び回転子から成り、そのうちの一方が、モータのケースでは、電流によって励磁するコイルに関するポールピースを担持しており、他方が永久磁石又は電磁石を有してコイルが逆らって動作する磁束を発生させる。通常、関連するコイルを具えた多くのポールピース及び固定子としての装置のこのような部分の配置をし易くする多くの結合部がある一方、磁場発生部は回転子である。
【０００４】
固定子は、ポールピースから磁束形成経路を介してポールピースの後方に磁束を戻すための磁束経路を必要とする。これは、通常、隣接する極又は極を介して又は支持構造を介して、後方でポールピースを支持する磁気構造体に向かう経路を用いる。ポールピースのコイルは、通常、磁極及び裏当てする磁気構造体に適合する形状にする必要があるため、このような磁気構造体は組み立てるのが複雑で、製造するのに費用がかかる。米国特許７０６７９４４号は、このような構造の典型例を示しており、固定子の構造体が基板上に射出成形されている。
【０００５】
本発明は、従来技術を超える利点を提供する又は少なくとも有用な選択肢を公に提供する、このような問題及び他の問題の解決法を提供する。
【０００６】
本明細書で引用されている特許又は特許出願を含む全ての参考文献は、参照することによりここに盛り込まれている。いかなる参考文献も従来技術を構成するものと認められない。参考文献の記載は、著者が何を主張するのかを説明しており、出願人は、引用した文献の正確さ及び適切性を変更する権利を留保している。本書で多くの従来技術の公表について言及しているが、このような参照は、これらの文献が、ニュージーランド又は他の国における当技術分野の一般常識の部分を形成することを認めることにはならないことに留意されたい。
【０００７】
「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という用語は、排他的又は包含的な意味のいずれかに帰するものと認められる。本明細書では、「具える」という用語は、そうではないことを注記しない限り、包含的な意味を有している−すなわち、直接的に参照する列記された構成要素を含むだけではなく、他の非特定の構成要素又は成分を含むものと受け取られる。また、方法又は処理における１又はそれ以上のステップに関して「具える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｄ）」又は「具えている（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を使用する場合、このような論拠が用いられる。
【発明の概要】
【０００８】
第１の実施例では、本発明は、ユニット化された環状の第１の構造体を有する電動装置であって、軸の周りに配置された磁気的に絶縁された複数のポールピースを具えており、各ポールピースが、第１の面及び第２の面と、第１及び第２の面の間で各ポールピースに配置された少なくとも１の極コイルと、を有しており、第２の構造体が、第１の構造体の軸に回転可能に取り付けられ、各ポールピースに対する磁束発生器を具えており、各ポールピースの第１の面から少なくとも１の磁束発生器を通ってポールピースの第２の面に第２の構造体を通る磁束の伝導経路が存在する。
【０００９】
好適には、装置が軸方向の磁束装置であり、ポールピースが、軸の周りに半径方向に配置されている。
【００１０】
好適には、装置が半径方向の磁束装置であり、ポールピースが、軸の周りに軸方向に配置されている。
【００１１】
好適には、ポールピースが、共通の上板及び共通の基板間に閉じ込められている。
【００１２】
好適には、各ポールピースが両端に溝部を担持しており、閉じ込められ易くなっている。
【００１３】
好適には、溝部がアーチ形であり、上板又は基板の対応する突起部とともに機能する。
【００１４】
好適には、装置が、ドラム形装置である。
【００１５】
好適には、各極コイルがボビンに巻かれている。
【００１６】
好適には、ボビン、コイル、及びポールピースが、基板に組み込まれることによって、第１の構造体としてユニット化されている。
【００１７】
好適には、射出成形によって基板が形成されている。
【００１８】
好適には、第２の構造体が、ポールの外面に隣接して位置する磁気構造の環状の帯状体を有している。
【００１９】
好適には、帯状体が第２の構造体の部分を形成する。
【００２０】
好適には、帯状体が第１の構造体の内側にあり、永久磁石が第１の構造体の外側にある。
【００２１】
好適には、帯状体及び磁石が、同じ磁性材料に取り付けられている。
【００２２】
好適には、第１の構造体が固定されており、第２の構造体が回転する。
【００２３】
好適には、磁束発生装置が永久磁石である。
【００２４】
代替的に、本発明は、ユニット化された環状の固定子構造を有する半径方向の磁束の電動装置を構成する方法に関し、複数のポールピースを用意するステップと、ポールピースに極コイルを取り付けてポールピース及びコイルを組み立て、各極軸が半径方向に向いた環状の固定子を形成するステップと、基板にポールピース及びコイルを組み込むことで固定子をユニット化するステップと、磁場発生部材及びポールピース裏当て部材間に少なくとも１の磁束経路を具えるように、回転子に磁場発生部材及びポールピース裏当て部材を組み付けるステップと、固定子及び回転子を組み付けるステップと、を具える。
【００２５】
好適には、極コイルがボビンに巻回され、ボビンがポールピースに設置される。
【００２６】
好適には、ポールピース及びボビンが、ポールピース及びコイルを組み立てる前に、基板の所定の位置に保持される。
【００２７】
代替的に、本発明は、ユニット化された環状の固定子構造を有する環状の磁束の電動装置を構成する方法に関し、複数のポールピースを用意するステップと、ポールピースに極コイルを取り付けてポールピース及びコイルを組み立て、各極軸が軸方向に向いた環状の固定子を形成するステップと、基板にポールピース及びコイルを組み込むことで固定子をユニット化するステップと、磁場発生部材及びポールピース裏当て部材間に少なくとも１の磁束経路を具えるように、回転子に磁場発生部材及びポールピース裏当て部材を組み付けるステップと、固定子及び回転子を組み付けるステップと、を具える。
【００２８】
本発明を特徴付ける利点とともにこれら及び他の形態が、以下の詳細な説明を読み、関連する図面を検討することによって明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明に係るモータの切断斜視図である。
【図２】図２は、図１の回転子の断面図である。
【図３】図３は、図１の固定子の断面図である。
【図４】図４は、図３の固定子のライン４−４に関する断面図である。
【図５】図５は、図１の固定子の分解図である。
【図６】図６は、図５の巻き線及びポールピースの分解図である。
【図７】図７は、本発明に係るラジアル磁束モータの切断図である。
【図８】図８は、本発明に係る軸方向磁束モータの切断斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
ここで、図１を参照すると、本発明の一例に係るモータの断面を示しており、このモータは、外側のケーシング１０１と、回転子１０２と、固定子１０２とから成る。
【００３１】
図２に良く示すように、回転子１０２は、ベアリング２０２，２０３によって軸支された軸１０２を具えている。鉄又は軟鋼といった磁性材料のカップ２０４が、磁石２０５及び裏当て鉄２０６を担持している。磁石は、中でＮ極及びＳ極に交互に向いている。磁束が回転子本体２０４を通して磁石から積層形状の裏当て鉄２０６に伝わっている。
【００３２】
回転子１０２と連携する固定子１０３を、図４の断面図及び図５の詳細図とともに図３に示す。ベアリング２０３を置いた底板３０１が、ボビン３０２に巻かれたコイルを担持する符号３０２といった磁気的に絶縁したポールピースの集合体を受容する。この集合体は、適切な充填材料３０４に封入されており、通しボルトによって概して底板に固定されている。
【００３３】
適切な充填材料は、ボビン及びポールピースの膨張係数に近似する膨張係数を具えてそれらに接着し、脆性破壊の可能性を減らしつつ部分的な装着を保持するのに十分な強度及び弾性係数を具える非導電性の材料である。大部分の電子部品用のエポキシ又はポリウレタン充填化合物が適しており、また、低温での適用例では熱可塑性樹脂を使用してもよい。
【００３４】
ポールピースは、積層した鋼のアッセンブリであるが、好適には、それらは磁粉の成形部品であり、焼成されたフェライト系部品又は圧力成形した要求品質の接着性磁粉である。各ポールピースは、他のポールピースから磁気的に絶縁されており、すなわち、固定子の中でポールピースの間を埋める磁性部材を有しない。これにより、固定子を形成するのに要する磁性材料の量を減らし、固定子アッセンブリのコスト及び重量を減らす。
【００３５】
図５は、巻き線３０３に嵌合したポールピース３０２を受容するための凹部を具えた底板３０１を示す。図６に良く示すように、巻き線は、巻き線６０２を受容するボビン６０１を具えている。巻き線及びボビンの一方の側を先細状にして、巻き線をできるだけ密接させしてもよい。ポールピースの両端の溝部６０３は、底板の突起部５０３及びエンドキャップ５０２の似たような突起部とともに機能して、ポールピースの移動を防ぐ。キャップ５０２は、ボルト５０１によって保持されている。ポールピース及び巻き線の集合体を、それらを底板に組み込む前に一体のアッセンブリに詰めてもよく、又はポールピース及び巻き線の集合体を底板に一度に組み込んでもよく、これにより、固定子が一体型のアッセンブリとなる。
【００３６】
動作時に、回転子１０２は、ケーシング１０１の中で固定子１０３の底板に軸支されており、永久磁石２０５及び裏当て鉄２０６が固定子の周りを回転するように、ケーシング及び底板が一緒に固定されている。裏当て鉄２０６と固定子の内側の面との間の隙間は、好適には、誤差、負荷及び温度に適合するくらいに小さい。裏当て鉄は磁極と同期して移動するため、裏当て鉄の渦電流が減り、効率性が増加することになる。
【００３７】
図７及び図８は、軸方向磁束型のモータの切断側面図及び切断斜視図をそれぞれ示しており、モータのケーシング７０１が、ネジ７０３でケーシング７０１に固定される固定子７０２を有している。固定子７０２は、ボビン７０５の中で巻かれポールピース７０６の周りに取り付けられたコイル７０４を中に組み込んだ、射出成形したアッセンブリである。設計上コイル７０４を扇形にしてもよく、作製し易くするためにコイル７０４をボビンに巻いてもよいが、ポールピース７０６に直接的に巻かれ射出成形されて完全なものとなるコイルが、代替的な構成である。
【００３８】
ケーシング７０１は、非磁性の材料をケーシングに要するため、亜鉛ベースのダイカスト又は射出成形した繊維強化プラスチックで成形されている。中心軸７０７がベアリング７１４に軸支されており、回転子構造体７０８が２つの平らな円板７０９及び７１０を有している。円板７１０は、穴７１１の中のネジによって回転子７０８の他方の部分に取り付けられている。裏当て鉄である連続的な環状片７１２が、円板７０９に固定されている。同様に、各ポール７０６用に形成された磁石を具えた磁石リング７１３が、上部円板７１０に固定されている。代替的に、磁石は、符号７１２といった裏当て鉄に固定された扇形の磁石でもよい。裏当て鉄７１２及び磁石リング７１３は、ポールピースを通る磁束のリターンパスを与えるよう機能するため、組み立てた後に上部円板７１０を下部円板７０９に固定する必要があるが、回転子も射出成形された繊維強化プラスチックでよい。
【００３９】
ボビンは、巻き付け及び設置の双方を意図的に簡単にしており、現状の変形巻き付け技術に適合する効率性を同時に達成しつつ、モータの構成に利点を与えている。さらに、このような構造は、製造するのが簡単な１つの部品のみを収容する非常にコンパクトなモータ形態を提供する。
【００４０】
永久磁石の磁極による磁束発生器が説明されているが、この方法は、電磁石による磁束発生器に同様に適用できる。
【００４１】
コイルの内側の裏当て鉄又はコイルの外側の裏当て鉄のいずれかでドラム形態の装置を構成してもよい。
【００４２】
本発明の様々な実施例の多くの特徴及び利点が、本発明の様々な実施例の構造及び機能の詳細とともに、上記の記載で説明されているが、本開示は単に具体例であって、本発明の機能が悪影響を与えない限り詳細に変更を行ってもよいことに留意されたい。例えば、本装置の特定の要素が、本発明の精神及び範囲での変化なしに、装置を使用する特定の適用例に応じて変化してもよい。
【００４３】
さらに、本書で説明した好適な実施例は６のポールを有する磁石モータを扱っているが、本発明の範囲及び精神から逸脱することなしに、本発明の示唆するところを、異なる数のポールを具えた発電機又はモータといった他のシステムに適用し得ることが、当業者にとって明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明は、電気産業で利用されるモータ及び発電機の構造に使用される。このため、本発明は産業上利用し得るものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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