(57)【要約】本発明は、電気モーターに関し、特に、複数の磁極片を有し磁性材料を含有する電機子と、磁性材料を含有し少なくとも２つの磁化可能な磁極端部を有する、電機子に対して可動に配置され取り付けられたアクチュエータと、磁極片間に配置され、その巻線が、電機子がコイルによって磁化可能であるようにコイルが電機子に沿う領域に延在するように電機子を囲む、偶数個のコイルと、を備える、リラクタンスモーターに関する。本発明はまた、電気モーターを製造する方法に関し、具体的には、偶数個のコイルが磁性材料を含有する電機子に適用され、これらのコイルは、電機子に沿う領域内にコイルが延在するようにコイルの巻線が電機子を囲むように複数の磁極片の間に配置され、少なくとも２つの磁極端部を有し磁性材料を含有するアクチュエータが電機子に対して可動に取り付けられている、リラクタンスモーターを製造する方法に関する。最後に、本発明はまた、装置又は装置の一部の動きを駆動するための、当該電気モーターの使用にも関し、具体的には当該リラクタンスモーターの使用にも関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モーター、具体的にはリラクタンスモーターであって、
複数の磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、及び８−３）を有する、磁性材料を含有する電機子（１）と、
磁性材料を含有し、少なくとも２つの磁化可能な磁極端部（１４）を有し、前記電機子（１）に対して可動に配置され取り付けられたアクチュエータ（２、２−１、２−２）と、
偶数個のコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）であって、前記磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間に配置され、前記電機子（１）が前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）によって磁化可能なように前記電機子（１）に沿う領域内に前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が延在するように前記巻線が前記電機子（１）を囲む、偶数個のコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）と、
を備える、電機モーター。
【請求項２】
前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）に電圧が印加されると、１つの磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）に隣接する２つのコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）によって発生する磁界が、両コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が両コイル間に配置された前記磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）に同極の磁気分極を生成するように配向されるように、前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が電気的に相互接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の電気モーター。
【請求項３】
前記電機子（１）上の前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）は、電気的には反対方向の対として、かつ磁気的には並列の対として接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電気モーター。
【請求項４】
前記電機子（１）及び／若しくは前記アクチュエータ（２、２−１、２−２）は、磁性材料から成り、かつ／又は前記電機子（１）及び／若しくは前記アクチュエータ（２、２−１、２−２）の前記磁性材料は、少なくとも１００Ｈ／ｍの透磁率を、好ましくは少なくとも１，０００Ｈ／ｍの透磁率を、特に好ましくは少なくとも１０，０００Ｈ／ｍの透磁率を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項５】
磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）の数が、磁極端部（１４）の数と同一であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項６】
コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）の数は前記磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）の数に等しく、かつ／又は前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）の数は前記磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）の数の整数倍であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項７】
前記電機子（１）は環状であって、前記環状電機子（１）は偶数個の磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）を有し、前記アクチュエータ（２、２−１、２−２）は前記環状電機子（１）に対して回転自在に取り付けられており、好ましくは前記環状電機子（１）内に回転自在に取り付けられた回転子（２、２−１、２−２）であって、前記環状電機子（１）が前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）によって磁化可能であるように、前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が前記環状電機子（１）の周囲に沿う領域内に延在していることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項８】
前記回転子（２、２−１、２−２）が整数個の磁化可能な磁極（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）を有することを特徴とする、請求項７に記載の電気モーター。
【請求項９】
各々の場合において、磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）の数の整数倍に相当する数に等しい数のコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が、前記環状電機子（１）の周囲で２つの磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）間に配置されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載の電気モーター。
【請求項１０】
前記環状電機子（１）及び／又は前記回転子（２、２−１、２−２）は前記回転子（２、２−１、２−２）の回転軸の周りに、前記環状電機子（１）の前記偶数個の磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）及び／又は前記回転子（２、２−１、２−２）の前記偶数個の磁極端部（１４）の数に等しい偶数個の回転対称性を有することを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１１】
前記回転子（２、２−１、２−２）の前記回転軸内に駆動軸（１２）が配置されており、前記環状電機子（１）内でこの駆動軸の周りに回転子（２、２−１、２−２）が回転自在に取り付けられていることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１２】
前記電気モーターはリニア電機子（１）を有するリニアモーターであって、前記リニア電機子（１）は奇数個の磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）を有し、少なくとも１つのコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が各磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間に配置されており、好ましくは１つのコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が各磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間に配置されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１３】
前記リニア電機子（１）が前記リニアモーター上に巻回されたコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）よりも１つ多くの磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）を備え、きっかりと１つのコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が前記電機子（１）の２つの隣接する磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２）間に配置されていることを特徴とする、請求項１２に記載の電気モーター。
【請求項１４】
前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）による同数のコイル巻線が、前記電機子（１）の２つの磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間に常に巻回されていることを特徴とする、前述の請求項のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１５】
全磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間の前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−２、４−２）の巻き数は巻線の少なくとも４５°から離れて同一であり、好ましくは少なくとも４５°から離れて同一であり、特に好ましくは少なくとも５°から離れて同一であることを特徴とする、請求項１４に記載の電気モーター。
【請求項１６】
前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）を巻回する導電体は、均一な断面を有し、具体的には最大２０％、好ましくは最大１０％、特に好ましくは最大２％の断面偏差を有する断面を有することを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１７】
前記電機子（１）及び／又は前記アクチュエータ（２、２−１、２−２）の前記磁性材料が相互に電気的に絶縁された導電層から成り、好ましくは相互から電気的に絶縁された鋼の層から成り、前記導電層間には絶縁体が配置されており、好ましくは前記導電層間にはプラスチック層が配置されていることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の電気モーター。
【請求項１８】
電気モーターを、具体的にはリラクタンスモーターを、製造する方法であって、好ましくは、
偶数個のコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が磁性材料を含有する電機子（１）に適用され、前記電機子（１）に沿う領域内に前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が延在するように前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）の前記巻線が前記電機子（１）を囲むように、前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が複数の磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）間に配置されており、
磁性材料を含有し、少なくとも２つの磁極端部（１４）を有するアクチュエータ（２、２−１、２−２）が、前記電機子（１）に対して可動に配置され取り付けられている、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）に電圧が印加されると、磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２、８−３）に隣接する２つのコイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）によって発生する前記磁界が、両コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が両コイル間に配置された前記磁極片（７、８、９、１０、７−１、７−２、８−１、８−２−、８−３）に同極の磁気分極を生成するように配向されるように、前記コイル（３、３−１、３−２、４、４−１、４−２）が電気的に相互接続されていることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
装置又は装置の一部の動きを駆動する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電気モーターの、具体的には請求項１〜１７のいずれか一項に記載のリラクタンスモーターの、使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気モーターに関し、特に、複数の磁極片を有し磁性材料を含有する電機子と、磁性材料を含有し少なくとも２つの磁極端部を有する、電機子に対して可動に配置され取り付けられたアクチュエータと、を備える、リラクタンスモーターに関する。
【０００２】
本発明はまた、電気モーターを、特にリラクタンスモーターを、製造する方法及び電気モーターの、特にリラクタンスモーターの、使用にも関する。
【０００３】
本発明は電気工学の分野に属し、特に、高トルクのリラクタンスモーターに関する。機械軸の広範囲（数回転／分から数十万回転／分）に亘る回転数で動作することができ、更に、自動システム、自律型電気装置システム、技術室内の設置、並びに制御された及び制御されていない車両用モーターとして航空交通及び道路交通に使用できる、非接触型リラクタンス電気機械（リラクタンスモーター）の設計を提示する。
【背景技術】
【０００４】
本発明の適用によって達成される技術的な結果は、高エネルギー値並びに機械軸の広範囲に亘る回転数及び高い比出力を伴う動作特性を有する非接触型リラクタンスモーターの、信頼性が高く技術的に高品質な構造の便益にある。数多くのいろいろな電気モーターが、従来の技術において既知である。これらにおいて、磁界を発生させるために、電流がコイルを通過する。磁界は、通常、電機子として機能する磁性鉄心内に生成される。交番磁界内に回転自在に取り付けられた回転子自体が磁気を帯びており、又は少なくとも磁化可能である。したがって、電機子の交番磁界と回転子との間の、回転子の運動が強制されるような相互作用が可能である。あるいはまた、電機子を動かすこともできる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
更には、電気モーターによる直線運動の生成もまた可能であり、この場合、本発明では回転子をアクチュエータと呼び、従来の技術では往々にしてリニア回転子と呼ぶこともある。したがって、アクチュエータという言葉と回転部品という言葉とは、同義である。また、本発明に関しては、電機子は固定子でもある。
【０００６】
非接触の実施形態におけるリラクタンスモーターは既知である。しかしながら、これらのモーターは質量及び寸法に関して不満足な値を有しており、過去の改善の試みはモーターの構造を著しく複雑なものとする結果に至った。
【０００７】
コイルが開閉すると磁界が強まったり弱まったりすることでヒステリシスが生じ、これによりモーターのスイッチング速度が制限される。ＤＣ回路内にインダクタンスが接続されると、そこに（レンツの法則に従って）自己誘導電圧が生じ、これにより電流の上昇及び回路が開いたときの電流の下降を減速することによって回路内の電流の変化が相殺される。電流は直ちに一直線に通常の値にまで上昇することができず、その結果、モーターのトルクはあまり迅速には上昇せず、漸近的に又は指数関数的に上昇する。低回転数では、モーター巻線を流れる電流は電圧パルスの遮断後に通常の値に達することができ、モーターのトルクは電力パラメータにおおよそ一致する。しかし、回転数を上昇させようとすると、巻線の転流速度が上昇するだけではなく、電圧が巻線に印加される時間が減少する。限界速度では、巻線内の電流は、巻線が再度解放される前に通常の値に上昇できなくなる。この結果、不都合なことにトルクが減少し、モーターが飛び飛びとなり始め、最終的には停止してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
したがって、本発明は、従来の技術の不都合を克服することを目的とする。具体的には、可能な限り速やかにスイッチングする電気モーターを提供する。電気モーターはできる限り均一な平均トルクを生成すべきであり、回転モーターの場合は、可能な限り広い範囲の回転数に亘ってこれを提供すべきである。更に、モーターは可能な限り簡潔かつ経済的に構成されるべきである。本発明によらない電気モーターの不利点及び本発明によるモーターの利点から、更なる目的が明確となるであろう。
【０００９】
本発明の目的は、電気モーターによって達成され、特に、複数の磁極片を有し磁性材料を含有する電機子と、磁性材料を含有し少なくとも２つの磁化可能な磁極端部を有する、電機子に対して可動に配置され取り付けられたアクチュエータと、磁極片間に配置され、その巻線が、電機子がコイルにより磁化可能であるようにコイルが電機子に沿う領域内に延在するように電機子を囲む、偶数個のコイルと、を備える、リラクタンスモーターによって達成される。
【００１０】
電機子は、少なくとも２つの磁極片を有する。２つの磁極片は、環状電機子用として用をなすに足ることができる。
【００１１】
ここで、コイルに電圧が印加されると、１つの磁極片に隣接する２つのコイルによって発生する磁界が、両コイルが両コイル間に配置された磁極片に同極の磁気分極を生成するように配向されるように、コイルを電気的に相互接続することができる。
【００１２】
このことは、例えば、２つの隣接するコイルを反対方向に巻回し、直列に接続することで達成することができる。あるいはまた、２つの隣接するコイルを同方向に巻回し、並列に接続することも可能である。コイルの反対方向の巻線は、電機子上で一方のコイルを左向きに巻回し、他方を右向きに巻回することで達成される。したがって、一方のコイルは左巻き巻線を有し、他方のコイルは右巻き巻線を有する。
【００１３】
本発明に係るコイルの相互接続の故に、誘起磁場、及びこれによりコイル内に相互に誘起された電流が、本発明に係るモーターの好ましくない慣性効果を回避するように、互いに補償し合う。
【００１４】
電機子上のコイルは、電気的には反対方向に延びる対として、かつ磁気的には並列の（同方向に延びる）対として接続できる。
【００１５】
また、本発明によれば、電機子及び／若しくはアクチュエータは、磁性材料から成ることができ、かつ／又は電機子及び／若しくはアクチュエータの磁性材料は、少なくとも１００Ｈ／ｍの透磁率を、好ましくは少なくとも１，０００Ｈ／ｍの透磁率を、特に好ましくは少なくとも１０，０００Ｈ／ｍの透磁率を有することができる。
【００１６】
これらの値では、本発明に係る電気モーターは、高効率で動作することができる。
【００１７】
また、磁極片の数は、磁極端部の数と等しくてもよい。
【００１８】
本実施形態は、回転電機子を有する本発明に係るリラクタンスモーターに特に好適である。 
【００１９】
更に、コイルの数は磁極片の数に等しくてもよく、かつ／又はコイルの数は磁極片の数の整数倍であってもよい。
【００２０】
本発明の特に好ましい展開によれば、電機子は環状であることができ、この環状電機子は偶数個の磁極片を有し、アクチュエータは環状電機子に対して回転自在に取り付けられており、好ましくは環状電機子内に回転自在に取り付けられた回転子であって、コイルが、環状電機子の周囲に沿う領域内に、環状電機子がコイルによって磁化可能であるように延在している。
【００２１】
環状電機子の高対称性の故に、本発明による教示は、特に有利な効果を有する。コイルの対称性が高いほどこれらのコイルが相互により良く連結し、妨害誘導電流の発生頻度が低い。
【００２２】
このような電気モーターの場合、回転子は整数個の磁化可能な磁極を有することができる。
【００２３】
本実施形態はまた、構造体の有利な対称性にも寄与する。
【００２４】
更に、磁極片の数の整数倍に相当する数のコイルを、環状電機子の周りに、２つの磁極片の間に１つずつ配置することができる。
【００２５】
この構造では、磁極片間に１つよりも多くのコイルを配置することもできる。
【００２６】
本発明の展開によれば、環状電機子及び／又は回転子は回転子の回転軸の周りに偶数個の回転対称性を有することができ、これは環状電機子の偶数個の磁極片及び／又は回転子の偶数個の磁極端部の数に等しい。
この結果、構造体全体の対称性及び特に磁化可能な構造体の対称性もまた更に改善され、この結果、本発明に係るモーターのスイッチング挙動が更に加速する。
【００２７】
また、回転子の回転軸内に駆動軸を配置することもでき、環状電機子内でこの駆動軸の周りに回転子が回転自在に取り付けられている。
【００２８】
本発明の別の実施形態によれば、電気モーターはリニア電機子を有するリニアモーターであることができ、このリニア電機子は奇数個の磁極片を有することができ、少なくとも１つのコイルが各磁極片間に配置されており、好ましくは１つのコイルが各磁極片間に配置されている。
【００２９】
リニアモーターの電機子の外側磁極片は、アクチュエータの動きに寄与しない。外側磁極片から放射される磁界は、その両側にコイルがある内側磁極片から放射される磁界よりも弱い。本発明によれば、リニアモーターの電機子の構造が少なくとも磁極の数及び形状に対して対称的であり、電機子の直線の範囲に垂直な電機子の真ん中の鏡映面に対して対称的であることが好ましい。
【００３０】
本発明に係るリニアモーターの使用は、回転モーターの使用と同様の利点を有する。
【００３１】
ここで、リニア電機子は、リニアモーター上に巻回されたコイルの数よりも１つ多い磁極片を有することができ、きっかり１つのコイルを電機子の隣接する２つの磁極片の間に配置することができる。
【００３２】
この方策によって、既述の利点を有するモーターの対象構造が提供される。
【００３３】
また、本発明の展開によれば、常に、電機子の２つの磁極片の間のコイルによって同数のコイル巻線を巻回することもできる。
【００３４】
このように、コイルの相互対称性を高めることができる。
【００３５】
ここで、全磁極片間のコイルの巻き数は巻線の少なくとも４５°から離れて等しいことができ、好ましくは少なくとも４５°から離れて等しいことができ、特に好ましくは少なくとも５°から離れて等しいことができるので、構造の対称性の更なる改善が達成される。
【００３６】
本発明に係るモーターでは、コイルを巻回する導電体は、通常、本発明に係る均一な断面であって、具体的には最大２０％、好ましくは最大１０％、特に好ましくは最大２％の断面偏差を有する断面を有することができる。
【００３７】
このことはコイル巻線の中を通る電子流の対称性に関して有益であるので、この方策もまた本発明に係る設置の更なる改善に好適である。
【００３８】
本発明によれば、電機子及び／又はアクチュエータの磁性材料はまた、相互に電気的に絶縁された導電層から成ることもでき、好ましくは相互から電気的に絶縁された鋼の層から成ることができ、導電層間には絶縁体が配置されており、好ましくは導電層間にはプラスチック層が配置されている。
【００３９】
このように、特に良好に磁化できる材料が提供され、この材料により、本発明に係る構造の効率を更に改善することができる。
【００４０】
本発明の原理を形成する目的はまた、電気モーターを製造する方法によっても達成され、具体的には、磁性材料を含有する電機子に偶数個のコイルが適用され、これらのコイルは、コイルの巻線が、電機子に沿う領域内にコイルが延在するようにして電機子を囲むように、複数の磁極片の間に配置され、少なくとも２つの磁極端部を備える磁性材料を含有するアクチュエータが電機子に対して可動に取り付けられている、好ましくは前述の請求項のいずれか一項に係るリラクタンスモーターを製造する方法によっても達成される。
【００４１】
ここで、コイルに電圧が印加されると、磁極片に隣接する２つのコイルによって発生する磁界が、両コイルが両コイル間に配置された磁極片に同極の磁気分極を生成するようにして配向されるように、コイルを電気的に相互接続することができる。
本発明に係る方法はまた、既に前述した電気モーターの全ての好適な特徴を提供することによっても特徴付けられる。
【００４２】
最後に、この種の電気モーターを、具体的にはこの種のリラクタンスモーターを、使用することにより、装置又は装置の一部の運動を駆動するための本発明の原理を形成する知見もまた提供される。
【００４３】
本発明は、コイルはリラクタンスモーターの電機子の磁極片の周囲にではなく、電機子自体の周囲に巻回されるという意外な知見に基づく。電気モーターのコイルを流れる誘導電流は、このようにして相互に補償することができる。このことは、特にコイルの好適な相互接続に関して特に有利である。
【００４４】
本発明の結果、電機子巻線のインダクタンスの著しい低減が達成され、電機子巻線を流れる電流の上昇速度が高まり、この結果、電機子巻線を流れる電流のスイッチング周波数及び回転子の回転数もまた上昇し、したがって電気モーターのより高い供給出力及び比出力が可能となる。電機子巻線のインダクタンスの２桁の範囲にある低減は、電機子コイルの入力抵抗に能動特性を更に提供し、妨害自己誘導電圧の生成をほとんど除外するので、電子スイッチのスイッチング動作の信頼性を著しく向上させる。更には、モーターには著しく低い電圧を供給することができ、このことは、電機子巻線のリアクタンスがほとんど完全に不在であることによって達成される。空中及び電線を介してモーターによって放出される妨害電磁波もまた、本発明に係る電気モーターによって極めて大幅に回避することができる。したがって、本発明に係る電気モータはまた、通常このようなインターフェースに敏感に反応する敏感な電子機器と共に使用でき、又は敏感な環境下で使用できる。
【００４５】
したがって、本リラクタンスモーターは、以下の利点を有する。
【００４６】
簡潔な構造：回転子および固定子が軟磁性薄板材から成る積層鉄心として形成されている。回転子は巻線又は永久磁石を有しない。固定子のみが巻線を有する。レイアウトを縮小するために、電機子巻線のコイルを別個に製造し、その後に電機子の分離された磁石体上に配置することができる。
【００４７】
モーターの高比出力は回転数の二乗に線形比例し、本電気モーターにおいては、構造体の安定性及び材料の強度によってのみ制約される。予想出力は、モーターの１ｋｇ当たり２桁ｋＷの範囲にあることができる。モーターのｋｇ当たりのこの出力は、他の電気モーターでは達成することができない。
【００４８】
メカニカルスイッチの不在：電気モーターのアクチュエータソレノイドは、トランジスタ、ＩＧＢＴ、又はＭＯＳＦＥＴ（ＨＥＸＦＥＴ）などの非常に効果的な半導体パワースイッチによって制御されており、その安定性及び信頼性は、例えば集電器、ブラシ、ベアリングなどのいずれの機械部品よりも著しく高い。
【００４９】
永久磁石の不在：リラクタンスモーターは、回転子又は固定子のいずれにも永久磁石を一切有しないので、その電力の特徴を有する本発明に係る電気モーターは、永久磁石を有するブラシレスモーターと十分に競合でき、はるかに簡潔に構成することができる。同一の電気的データ並びに重量及び／又は寸法に関する限りでは、リラクタンスモーターのコストは概して４倍低く、はるかに高い安定性、より広い回転数範囲、及びより広い動作温度範囲を有する。設計原理の点では、リラクタンスモーターは原理的には出力の制約を一切有しない。
【００５０】
回転子は巻線を一切有せず、例えば従来の電磁鋼板のような軟磁性薄板材から成る積層鉄心として形成することができる。
【００５１】
リラクタンスモーターの製造には、必要とする銅の量が同一出力の集電器を有するモーターよりも２〜３倍少なくて済み、非同期モーターよりも１．３倍少なくて済む。
【００５２】
熱は主に固定子（電機子）で発生し、この場合、密閉構造によって空気冷却又は水冷却を容易に提供することができる。動作状態では、回転子は一切の冷却を必要としない。リラクタンスモーターを冷却するためには、外側固定子の表面（電機子の表面）を冷却すれば十分である。
【００５３】
本発明に係るリラクタンスモーターは、中空の回転子を用いて製造することができる。ここで、回転子後部の厚さは、磁極の幅の少なくとも半分でなければならない。電気モーターの質量／寸法、目標トルクでのその出力、及び回転数の範囲は、固定子及び回転子の極数を調整することにより最適化することができる。
【００５４】
本発明に係るリラクタンスモーターの構造の簡潔さが、その製造の複雑さを軽減する。原理的には、電気機械の製造分野に特化していない工場でさえ、これを製造することができる。リラクタンスモーターの連続製造のためには、ただ１組の一般的な機械設備を必要とする。固定子及び回転子の薄板鉄心を製造するためのパンチング並びに軸及びハウジング部品を機械加工するための旋盤及びフライス盤で既に十分である。本発明に係る構造には、集電器を有するモーターの集電器及びブラシ又は非同期モーターの回転子かごのライニングなどの、複雑で技術的に込み入った製造工程がない。予備的な推定によれば、リラクタンスモーターの製造に要するコスト及び時間は、集電器を有するモーターの場合よりも７０％少なく、非同期モーターの場合よりも４０％少ない。
【００５５】
汎用性の高い設計では、更なる利点を見ることができる。電機子巻線の簡潔さ及び巻線及び磁石を用いない回転子のおかげで、リラクタンスモーターの設計の高い汎用性が確保される。電気モーターの構造は、平坦でも、細長くても、反転していても、又は直線であってもよい。出力を増大するためには回転子セットおよび固定子セットの長さを然るべく拡大すれば十分なので、異なる出力の一連の電気モーターの全てを製造するために、回転子および固定子（電機子）を打ち抜く同一のパンチセットを使用することができる。固定子が回転子の外側にある機械又はその逆の機械を製造することは難しくなく、又は電子機器を機械のハウジング内に組み込むことも難しくはない。
【００５６】
構造の簡潔さが、リラクタンスモーターに他の種類の電気機械よりも高い信頼性を提供する。
【００５７】
本発明に係る電気モーターによって、広い範囲の（数回転／分から数百回転／分までの）回転数を提供することができる。
【００５８】
コイルは一切の反力を発生させないので、広い範囲の回転数に亘って高い有用性が達成される。
【００５９】
本発明に係る電気モーターでは、最新のデジタル電子機器に快適に接続することが可能である。
【００６０】
本発明に係るリラクタンスモーターは単極性パルスによって給電される（励起される）ので、制御には簡単な電子スイッチで十分である。電子スイッチの大電流トランジスタのパルスのスイッチング比を制御することにより、電気モーターの相巻線の電流パルスの形状を連続的に変化させることができる。
【００６１】
リラクタンスモーターの本来の機械的特徴は電気機械の動作の反作用原理によって決定され、双曲線形状に近似する。ここでは限定的な電源を用いた電気駆動が低負荷で動作できる条件が提供されているので、この特徴の主な特色（機械軸における平均出力の定常性）は、この電気駆動のために非常に有用であることが証明されている。速度及び負荷によるフィードバックを伴う閉制御システムの使用により、完全な硬直状態（無定位状態）を含む任意の所定の状態の機械的特徴を得ることが可能であり、そのプロセッサが速度及びメモリーに大きな余裕を有するので、制御システムの混乱を招くことはない。本発明によってアクセス可能な機械的特徴のフィールドは、特定の電気駆動の制限区域内で事実上連続的にトルク−速度平面の４つの象限の全てを網羅する。
【００６２】
リラクタンスモーターの価格は、電気モーターの全ての既知の構造の中で最も低価格である。最後に、本発明に係るリラクタンスモーターの効率は、はるかに小さなエネルギー消費の結果として向上するが、これは、電気モーターのより高い効率及びダイナミック動作におけるエコノミー制御策の適用によりもたらされる。
非接触回路のおかげで、主として特に困難な使用条件下で運用される車両システム（例えば、自動車、オフロード車両、産業用トラクタ）用に、本発明に係るリラクタンスモーターによって回転子の高い機械的耐荷重性及び強度を提供することができる。また、これを産業用設備に使用することもできる。このように、本発明に係る解決策の良好な産業用及び商用適用性が提供される。
【００６３】
例えば、本発明に係る電気モーターは、絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造された電機子突極を備える電機子鉄心から成る電気モーターであって、電機子の磁極の数は少なくとも２ｎ個（ｎは整数）であり、電機子の巻線は電機子の突極間で磁石体上に位置しており、この電機子の巻線内では、電機子の突極間の磁石体の周囲を各コイルが巻回している。巻線のない回転子は軸を包含しており、その上に、絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造された、磁極端部を有する回転子の磁石体が位置しており、回転子の磁極の数は電機子の磁極の数に等しい。
【００６４】
本発明に係るリラクタンスモーターの電機子の効率は、電機子の巻線が同一の巻き数を有する２つの同一のコイル及び断面が同一の電線から成り、これらコイルは反対の巻回方向を有し、指定されたコイルを流れる動作電流が同方向の磁極を流れるソレノイド電流を発生させるように連続して配列されていることを特徴とする。このようなコイルの接続（バイファイラ）は、可能な限り最小限の全体インダクタンス及び個々のコイルの自己誘導電圧のほぼ完全な補償によって特徴付けられる。したがって、電機子巻線のコイルは電機子磁極にソレノイド電流の２倍を生成し、ここで、これらは巻線端部において最小限のインダクタンスを有し自己誘導電圧を有しないので、電気モーターの動作特性を著しく改善でき、軸の回転数の広い範囲に亘る高エネルギー指数及び高比出力を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
７つの概略説明図に基づいて、本発明の例示的な実施形態を以下に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。図中、
【図１】図１は、２つの磁極片を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図である。
【図２】図２は、４つの磁極片を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図である。
【図３】図３は、２つの磁極片を有する本発明に係る細長い電気モーターの概略斜視図である。
【図４】図４は、回転子が電機子の周囲の外部に配置された、２つの磁極片を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図である。
【図５】図５は、多数のユニットが回転子軸に接続された、２つの磁極片を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図である。
【図６】図６は、本発明に係るリニアモーターの概略斜視図である。
【図７】図７は、図２による本発明に係るモーター上で受信されたオシロスコープの図である。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
図１は、本発明に係るリラクタンスモーターの斜視図を示している。リラクタンスモーターは、積層鋼製の環状に閉じた電機子１を有する。回転子２は環状電機子１の内側に配置されており、この回転子は、環状電機子１内に回転自在に取り付けられており、同様に積層鋼から製造されている。２つのコイル３、４は環状電機子１の上に互いに逆向きに巻回されており、環状電機子１の周囲に沿って（即ち電機子１の長手方向に沿って）延在している。コイル３、４は、銅で巻回されており、ハウジングによって囲まれている。厳密に言えば、図１では、コイル３、４の周りのハウジングのみを見ることができる。 
【００６７】
電線から成る巻線は、環状電機子１の円環面の周りに巻回されている。環状電機子１は最初から２つの部分で存在してもよく、２つのコイル３、４が巻回された後にのみ結合して図示の円環を形成してもよい。
【００６８】
コイル３、４の電圧供給を制御するために制御ユニット５が使用される。２つの磁極片７、８が環状電機子１上でコイル３と４との間に形成され、環状電機子１の内部へ向かう領域内に、回転子２の方向に延出している。コイル３、４は反対方向に巻回され、直列に接続されている。このように、コイル３、４は、環状電機子１上で相互に対して鏡像として配置されている。コイル３、４のこの配置及び相互接続の結果、２つの磁極片７、８で反対方向でかつ交互の磁気極性が発生する。
【００６９】
したがって、本発明の記述の目的は、例えば、図１による非接触型電気機械の固定子／電機子１が、各層が相互に絶縁された電磁鋼板から積層鉄心として製造された環状電機子１の突極磁極片７、８を備えた電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８の数が少なくとも２つであるか又は２で除すことのできる数であることで解決される。各コイル３、４が電機子１の突極磁極片７、８間の磁石体１を囲む電機子巻線は、電機子１の突極磁極片７、８間で磁石体１上に位置している。電機子巻線のコイル３、４は、対になって反対方向の電流に接続されており、対になって並列ソレノイド電流と接続されている。巻線のない回転子２は回転子２の回転軸として軸１２を包含しており、その上に、磁極端部１４を有する回転子２の磁石体が位置している。回転子２も同様に絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造されており、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８の数に等しい。
【００７０】
電機子巻線は、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の２つの同一のコイル３、４から成る。コイル３、４は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、したがって指定されたコイルを流れる動作電流が磁極片７、８の同方向の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７及び南極８である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。このモーターの電機子１は、磁石体上に対称に配置され、反対方向に接続され（バイファイラ巻線の変型）ほぼ完全な相互誘導によって相互に連結している、２つの（又は２で除することのできる）同一の巻線を有する磁化可能な環状磁石体（マグネットリング）である。
【００７１】
このようなコイル３、４の接続（バイファイラ接続）は、可能な限り最小限の全体インダクタンス及び個々のコイル３、４の自己誘導電圧のほぼ完全な補償によって特徴付けられる。記述の目的は次のようにして達成される。電機子巻線のコイル３、４が電機子磁極片７、８内にソレノイド電流の２倍の電流を発生させるが、ここではこれらは最小限のインダクタンスを有し、巻線端部では一切の自己誘導電圧を生じさせない。構造体の全インダクタンス及び結果として生じる自己誘導電圧は、コイル３、４の電気的及び幾何学的な特性の類似性によって決定される。
モーターへの給電、動作電流パルスの生成、及び動作電流パルスの供給の位相の同期は、回転子２の位置センサー（図１には図示せず）の信号に従って制御ユニット５によって実行され、特別な特徴は伴わない。
【００７２】
図２は、４つの磁極片７、８、９、１０を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図を示している。電気モーターは、相互に絶縁された電磁鋼板の層から成る積層鉄心として製造された、環状電機子１の突極磁極片７、８、９、１０を有する電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８、９、１０は２で除することができる。各コイル３、４、３−１、４−１が電機子１の突極磁極片７、８、９、１０間の磁石体１を囲む電機子巻線は、電機子１の突極磁極片７、８、９、１０間で磁石体１上に位置している。電機子巻線のコイル３、４、３−１、４−１は、対になって反対方向の電流と接続されており、対になって並列ソレノイド電流と接続されている。巻線のない回転子２は回転子２の回転軸として軸１２を包含しており、その上に、磁極端部１４を有する回転子２の磁石体が位置している。回転子２も同様に絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造されており、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８、９、１０の数と同じである。
【００７３】
電機子巻線は、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の４つの同一のコイル３、４、３−１、４−１から成る。コイル３、４、３−１、４−１は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、指定されたコイル３、４、３−１、４−１を流れる動作電流が磁極片７、９及び磁極片８、１０に同方向の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７及び９並びに南極８及び１０である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。
【００７４】
本発明から、より大きな整数の磁極片及びコイルを容易に提供することもできることが明白である。
【００７５】
図３は、２つの磁極片７、８を有する本発明に係る細長い電気モーターの概略斜視図を示している。電気モーターは、相互に絶縁された電磁鋼板の層から成る積層鉄心として製造された、環状電機子１の突極磁極片７、８を有する電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８の数は２で除することができる。各コイル３、４が電機子１の突極磁極片７、８間の磁石体１を囲む電機子巻線は、電機子１の突極磁極片７、８間で磁石体１上に位置している。電機子巻線のコイル３、４は、対になって反対方向の電流に接続されており、かつ対になって並列ソレノイド電流に接続されている。巻線のない回転子２は回転子２の回転軸として軸１２を包含しており、その上に、磁極端部１４を有する回転子２の磁石体が位置している。回転子２も同様に絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として形成されており、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８の数に等しい。
【００７６】
電機子巻線は、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の２つの同一のコイル３、４から成る。コイル３、４は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、指定されたコイル３、４を流れる動作電流が磁極片７、８の同方向の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７及び南極８である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。
【００７７】
したがって、本発明によって、細長いモーター及び平坦なモーターを提供することもできる。
【００７８】
図４は、回転子２が電機子１の周囲の外部に配置された、２つの磁極片７、８を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図を示している。電気モーターは、相互に絶縁された電磁鋼板の層から成る積層鉄心として製造された、環状電機子１の突極磁極片７、８を有する電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８の数は２で除することができる。磁極片７、８は、ここで回転子２の方向に外向きに方向付けられている。各コイル３、４が電機子１の突極磁極片７、８間の磁石体１を囲む電機子巻線は、電機子１の突極磁極片７、８間で磁石体１上に位置している。電機子巻線のコイル３、４は、対になって反対方向の電流に接続されており、かつ対になって並列ソレノイド電流に接続されている。巻線のない回転子２は回転子２の回転軸として軸１２を包含しており、その上に、磁極端部１４を有する回転子２の磁石体が位置している。回転子２も同様に絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として形成されており、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８の数に等しい。
【００７９】
電機子巻線は、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の２つの同一のコイル３、４から成る。コイル３、４は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、指定されたコイル３、４を流れる動作電流が磁極片７、８の同方向の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７及び南極８である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。
【００８０】
図５は、複数のユニットが回転子軸１２に接続された、各々の場合に２つの磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２を有する本発明に係る電気モーターの概略斜視図を示している。回転子２、２−１、２−２の磁極端１４は、回転子軸１２上に常にトルクが発生できるように相互に対してオフセットしている。電気モーターは、相互に絶縁された電磁鋼板の層から成る積層鉄心として製造された、環状電機子１、１−１、１−２の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２を有する３つの電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２は３つの部分の各々について２で除することができる。磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２は、ここで回転子２、２−１、２−２の方向に内向きに方向付けられている。各コイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２が電機子１、１−１、１−２の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２間の磁石体１、１−１、１−２を囲む電機子巻線は、電機子１、１−１、１−２の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２間で磁石体１、１−１、１−２上に位置している。電機子巻線のコイル３、４、３−１、４−１、３−２、及び４−２は、対になって反対方向の電流に接続されており、かつ対になって並列ソレノイド電流に接続されている。巻線のない回転子２、２−１、２−２は回転子２、２−１、２−２の回転軸として軸１２にその中心において接続されており、その上に、磁極端部１４を有する回転子２、２−１、及び２−２の磁石体が位置している。回転子２、２−１、２−２も同様に絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造されており、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８、７−１、８−１、７−２、８−２の数と同じである。
【００８１】
電機子巻線は各々、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の２つの同一のコイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２から成る。コイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、指定されたコイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２を流れる動作電流が磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２の同方向の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７、７−１、７−２及び南極８、８−１、８−２である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。
【００８２】
図１〜５による本発明の例示的な実施形態の特徴は、本発明に係る多数の異なる実施形態を想起できるように、容易に互いに組み合わせ、及び相互によって拡張することができる。
【００８３】
図６は、電機子１並びに連続して直線的に構成された１列の磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３を有し、コイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２を有する、本発明に係るリニアモーターの概略斜視図を示している。リニア回転子２又はアクチュエータ２は、電機子１上を前後に移動させることができる。例として、このリニアモーターを使用して自動ドア、引き戸、ロボットアームなどを駆動することができる。
【００８４】
電気モーターは、相互に絶縁された電磁鋼板の層から成る積層鉄心として製造された、リニア電機子１の７個の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３を有する電機子鉄心を有し、電機子磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３の数は奇数であり、即ち２で除することができない。各コイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２が電機子１の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３間の磁石体１を囲む電機子巻線は、電機子１の突極磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３間で磁石体１上に位置している。電機子巻線のコイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２は、対になって反対方向の電流に接続されており、かつ対になって並列ソレノイド電流に接続されている。巻線のない回転子２は、２つの磁極端部１４を備えている。リニアモーターとしての構成について、回転子に奇数個の磁極端部（図６には図示せず）を設けることが可能である。回転子２もまた、絶縁された電磁鋼板から成る積層鉄心として製造されており、ここでは、回転子磁極端部１４の数は電機子磁極７、８の数とは無関係である。
【００８５】
電機子巻線は、巻回装置などの製造方法の限界内で均一な断面を有する電線から製造された、同一の巻線数の６個の同一のコイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２から成る。コイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２は反対の巻回方向（即ち反対方向の巻線）を有し、指定されたコイル３、４、３−１、４−１、３−２、４−２を流れる動作電流が磁極片７、８、７−１、８−１、７−２、８−２、８−３に交互の磁気分極を生じさせるソレノイド電流を発生させるように連続して接続されている。例えば、北極７、７−１、７−２、８−３及び南極８、８−１、８−２である。電流の方向が反転すると、磁極は反対方向に変化する。 
【００８６】
本発明の主題の出力能力を確認する目的で、図２によって説明したモーターのパターンが製造され、有利なモーター特性が確認された。図７は、電機子巻線に印加された電圧パルス（ＣＨ１）及びこの電圧に発生した電機子巻線を流れる電流（ＣＨ２）のオシログラムを示している。オシログラムから見てとれるように、電機子巻線を流れる電流パルスの前部長さは０．０１６ｍｓであり、これは実質的に印加電圧のパルスの前部長さに基づいて決定され、これにより、電機子巻線のインダクタンスをほぼ完全になくすことができ、したがって現実的には有効抵抗の考慮をほぼ完全に無視することができる。電機子巻線を流れるこのような電流パルスの前部長さでは、０．１ｍｓのパルス周期を供給することは十分に達成可能であり、１０，０００パルス／秒が可能である。電機子及び回転子の４個の磁極では、回転子の速度は１５０，０００回転／分であることができる。
【００８７】
上述の説明並びに請求項、図、及び例示的な実施形態に開示した本発明の特徴は、本発明の様々な実施形態における本発明の実施のために、個別にも、また任意の組み合わせにおいても不可欠な場合がある。
【符号の説明】
【００８８】
参照記号の一覧
１                                電機子／磁化可能なリング
２、２−１、２−２                アクチュエータ／回転子
３、４、３−１、３−２            コイル
４−１、４−２                    コイル
５                                制御ユニット／電圧源
７、８、９、１０                  磁極片
７−１、７−２                    磁極片
８−１、８−２、８−３            磁極片
１２                              回転子軸
１４                              回転子の磁化可能な磁極端部
【図１】
2015534451.tif 000003
【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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【国際調査報告】
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