(57)【要約】  本発明は、固定子と回転可能に搭載された回転子とからなる電気機械変換器であって、固定子はその周りに巻線が設けられる複数の個々の歯として構成され、回転子は２つの相互に接続されたヨークであって、その上に半径方向に磁化した磁極を形成する永久磁石が固定され、固定子の外側及び内側に位置するヨークとして構成され、隣接する永久磁石の磁性は交互になっており、両ヨークの永久磁石の数は一致し、前記ヨークは、ヨークの外側及び内側の永久磁石の極性が同相であるように相互接続され、回転子の磁極の数が固定子の巻線の起磁力（ＭＭＦ）の高調波のうちの１つの周期の数に等しい電気機械変換器（電気機械）を提供する。    本発明の技術的成果は、装置の重さとサイズ特性の改善にある。【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子と回転可能に搭載された回転子とからなる電気機械変換器であって、固定子はその周りに巻線が設けられる複数の個々の歯として構成され、回転子は２つの相互に接続されたヨークであって、その上に半径方向に磁化した磁極を形成する永久磁石が固定され、固定子の外側及び内側に位置するヨークとして構成され、隣接する永久磁石の磁性は交互になっており、両ヨークの永久磁石の数は一致し、前記ヨークは、ヨークの外側及び内側の永久磁石の極性が同相であるように相互接続され、回転子の磁極の数が固定子巻線の起磁力（ＭＭＦ）の高調波のうちの１つの周期の数に等しい、電気機械変換器。
【請求項２】
３相巻線（ｍ＝３）の場合、電機子歯の数Ｚ（ここでＺ＝ｙ・ｍ・ｋ）と回転子磁極対の数ｐとの間に、次の関係が成立する、請求項１に記載の電気機械変換器。
ｐ＝ｙ・ｋ、ここでｙ＝１；    
ｐ＝（ｙ＋１）・ｋ、ここでｙ＝１，３，４；  
ｐ＝（ｙ＋２）・ｋ、ここでｙ＝３，４，５；  
ｐ＝（ｙ＋３）・ｋ、ここでｙ＝５，７，８；  
ｐ＝（ｙ＋４）・ｋ、ここでｙ＝７，８，９；  
ｐ＝（ｙ＋５）・ｋ、ここでｙ＝９，１１；  
ｐ＝（ｙ＋６）・ｋ、ここでｙ＝１１
【請求項３】
３相巻線の相は星形結線である、請求項２に記載の電気機械変換器。
【請求項４】
３相巻線の相は三角結線である、請求項２に記載の電気機械変換器。
【請求項５】
電動機モードで作動する、請求項１又は２に記載の電気機械変換器。
【請求項６】
発電機モードで作動する、請求項１又は２に記載の電気機械変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気工学に関し、より具体的には、電気機械変換器（電気機械）に関し、エレベータ用駆動電動機、自動車用スタータ電動機と同様に種々の乗り物を駆動するための動力車輪の低速、高トルク電動機として、また、風力機械やダムを有しない水力発電所などのための低速発電機として使用され得る。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として知られている電気機械変換器（ロシア連邦特許第２３０２６９２号）は、少なくとも１対の固定子−回転子からなり、固定子は、高透磁率材料で作られ、固定子支持リングにその端が接続され、メイン磁束に平行に方向付けされたコアからなり、これらの間に多相巻線が位置し、回転子が２つの同軸に離れた外部及び内部誘導子として構成され、すなわち、磁性コアは、固定子に関して回転可能に搭載された中空円筒として形付けられた高透磁率材料で作られており、動作ギャップを通して固定子に面し、固定子を取り囲む円周方向に間隔をあけて交互になっているの磁性の磁極を帯び、外部及び内部の互いに反対側の誘導子に位置する磁極の磁性を同相にしている。磁極の数（２・ｐ）、磁極の対の数（ｐ）、固定子コアの数（ｚ）及び位相のコイル群の数（ｄ）には、次の関係がある。  
ｐ／ｄ＝ｋ
ここで、ｋ＝１，１．５，２，２．５，３，３．５・・・は、正の整数か又は整数と０．５だけ異なる数であり、ｋが整数ならば、各位相のコイル群の巻線は同相接続によって特徴付けられ、ｋが整数と０．５だけ異なりｄが整数（２，４，６・・・）ならば、各相のコイル群の巻線は、逆相接続によって特徴付けられ、  
０．５＜ｚ＜（２・ｐ）＜２  
ここで、ｚ／（２・ｐ）は、１に等しくない。
【０００３】
この変換器の欠点は、「トルク質量（torque-mass）」と「出力質量（output-mass）」との比が最適ではないことである。この理由は、回転子極の数が最大振幅を有する固定子巻線起磁力（ＭＭＦ）の高調波の周期の数と調和していないからである。  
この欠点は、１つの固定子と２つの回転子からなるロシア連邦特許第２４３７１９６号に従った電気機械で除去されてきた。固定子は、巻線を有し、なんのヨークも有さない分離した複数の歯として構成され、また、回転子は、固定子の外部及び内部に位置する高透磁率材料で作られた同軸のスリーブとして構成され、固定子の半径方向に磁化された永久磁石が固定され、隣接した永久磁石の極性は交互になっており、各歯は同軸の巻線を有し、第１の回転子の磁極の数は固定子巻線起磁力（ＭＭＦ）の第１基本波の周期の数に等しく、第２の回転子の磁極の数は固定子巻線起磁力（ＭＭＦ）の第２基本波の周期の数に等しく、回転子は反対方向の回転によって特徴付けられる。  
当該機械が反対方向に回転する異なった数の磁極を備えた２つの回転子を有するとの事実は、例えば、電動式車輪など多くの適用例にとって不便となる。
【発明の概要】
【０００４】
本発明の目的は、信頼性を高くした接触部のない電気機械を提供することである。  
本発明の他の目的は、最大の「トルク質量（torque-mass）」と「出力質量（output-mass）」との比を有する電気機械を提供することである。  
本発明は、次の特徴を備えた複数の分離した歯として構成された固定子と、１つの回転子とを有する電気機械変換器を創作することにより、前記目的を達成するのに貢献し得る。  
ａ）回転子は固定子の外側及び内側に同軸に間隔を開けて２つの相互に接続されたヨークとして構成される。
【０００５】
ｂ）半径方向に磁化された磁極形成磁石は該ヨークに固定され、外側及び内側ヨークの永久磁石の数は等しく、隣接する永久磁石の極性は交互になっており、それらに固定された永久磁石の極性が同相であるように該ヨークは相互接続される。
【０００６】
ｃ）回転子の磁極の数は、固定子の起磁力（ＭＭＦ）の高調波の一つの周期の数に等しい。
【０００７】
固定子に位置し、各磁極当たりの分数の倍数及び位相ｑ＜１、ここで、ｑ＝Ｚ／２・ｐ・ｍである、を有する巻線は、起磁力（ＭＭＦ）の高調波の広範な合成を有する。しかしながら、２つの起磁力（ＭＭＦ）の高調波は最大振幅を有し、互いに近いけれども単位時間当たりの異なる周期（磁極対）の数で、反対の方向に回転する。そのような巻線の起磁力（ＭＭＦ）は、次のように記載される。  
Ｆ＝Ｆ１ｍ・ｓｉｎ（ω１ｔ−ｐ１α）−Ｆ２ｍ・ｓｉｎ（ω１ｔ−ｐ２α）  
ここで、Ｆ１ｍ及びＦ２ｍは、最大振幅を有する高調波の振幅であり、ω１は角周波数であり、ｔは時刻であり、ｐ１、ｐ２は該高調波の周期（磁極対）の数である。もし、磁極対の数ｐ＝ｐ１又はｐ２によって特徴付けられる回転子を有する電気機械を作るならば、対応する高調波として同じ数の磁極対を有する回転子はそれと影響し合うであろう。
【０００８】
本発明によれば、回転子の磁極の数は固定子の巻線の起磁力（ＭＭＦ）の高調波のうちの１つの周期の数に等しい。３相巻線（ｍ＝３）の場合、電機子歯の数Ｚ（ここでＺ＝ｙ・ｍ・ｋ）と回転子磁極対の数ｐとの間に、次の関係が成立する。  
ｐ＝ｙ・ｋ、ここでｙ＝１；    
ｐ＝（ｙ＋１）・ｋ、ここでｙ＝１，３，４；  
ｐ＝（ｙ＋２）・ｋ、ここでｙ＝３，４，５；  
ｐ＝（ｙ＋３）・ｋ、ここでｙ＝５，７，８；  
ｐ＝（ｙ＋４）・ｋ、ここでｙ＝７，８，９；  
ｐ＝（ｙ＋５）・ｋ、ここでｙ＝９，１１；  
ｐ＝（ｙ＋６）・ｋ、ここでｙ＝１１  
ここで、ｋは磁気構造のサイクルセクションの数を表す正の整数である。  
３相巻線の相は、星形結線又は三角結線であってよい。  
電気機械は、電動機モード（固定子の巻線に電圧が印加されたとき）と発電モード（回転子が外部の機械装置によって回転されるとき）との両方の動作をすることができる。  
本発明は、以下の図を参照して開示される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電気機械の能動部品についての横断面図であり、固定子の歯の数Ｚは１５であり、回転子磁極対の数ｐは８である。
【図２】電気機械の能動部品についての縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、電気機械の能動部品、及び固定子コアの歯１の数Ｚ＝１５である実施例に係る固定子の巻線を示す図であり、３相の星形結線の巻線が設けられ、Ａ，Ｂ，Ｃが対応する位相の出発点である。巻線２はまた三角結線であってよい。回転子磁極の数ｐ＝８であり、回転子の磁極は、回転子の内側ヨーク４に取り付けられた８対の交互の磁性の永久磁石３と回転子の外側ヨーク６に取り付けられた８対の交互に磁性の永久磁石５によって形成される。固定子のコイル群の隣接したコイルは、主に回転子の反対磁性の直下に位置することから逆相接続される。コイル群のコイルと各位相のコイル群とは全ての位相において等しく相互接続される。回転子のヨーク４，６は、例えば、スチール１０の高透磁率構造スチールの鋳造加工や鍛造加工により製造される。固定子の歯１は、電気技術スチールのシートにより積層され、積層の方向は回転の回転軸と垂直である。固定子を製造するコストを下げるために、歯とヨークは粉末状の磁力のある柔らかい材料から、例えば、プレスにより製造することもできる。回転子と固定子間の磁力による引力及び関連する磁気振動をなくするために、固定子の歯１を非磁性、非導電性材料で作ってもよい。この場合、歯の半径方向長さは、エネルギーデータを改善するために最大限減じられる。
【００１１】
固定子の巻線２のコイルは、電気的絶縁フレーム又は各固定子の歯１の絶縁歯の周りを、例えば、銅エナメル線のような巻線により巻かれる。電気的「抵抗」ロスを少なくするために、コイル群又は相は全体として（半田付けなしで）連続線で巻かれてよい。巻回プロセスを簡単化し自動化するために、歯１が分離して製造され、巻線２が歯１上に巻回され、その後、歯がハウジング８に取り付けられた固定子支持リング７により固定される。巻回作業の完了に際し、巻線２は、絶縁強度とその信頼性を改善するために、ラッカーに含浸され、又は混合物の中に入れられる。回転子のハブは、ベアリング１０の助けによりシャフト９の周りを回る。
【００１２】
本電気機械は、次のように動作する。第１の永久磁石３の磁束は、固定子と回転子との間のエアギャップ、固定子の歯１、固定子と回転子との間のエアギャップ、永久磁石５、誘導子の外側ヨーク６、永久磁石５、固定子と回転子との間のエアギャップ、固定子の歯１、固定子と回転子との間のエアギャップ、永久磁石３と通り、そして内側ヨーク４で閉じる。固定子の巻線２に交流電圧が印加される。周波数ｆの電圧に接続されると、ｎ１＝ｆ・６０／ｐ１及びｎ２＝ｆ・６０／ｐ２の速さで反対方向に回転する最大振幅を有する２つの起磁力（ＭＭＦ）の高調波が生じよう。相応して、回転子の磁極対の数は、ｐ１又はｐ２に等しい。
【００１３】
回転子の磁極対の数ｐをｐ＝ｐ１としてみる。もし、巻線回路が閉じていれば、電流がそこを流れ、起磁力（ＭＭＦ）の高調波がそれらに設けられた巻線２を有する歯１に沿って伝わる。回転子の永久磁石３と５は、磁極対の数ｐ１を有する起磁力（ＭＭＦ）の高調波と影響し合い、トルクが回転子に働く。
【００１４】
本電気機械は、例えば、風力発電機として、発電機モードで作動することもできる。もし回転子が外部装置（図示されない）によって回転されるならば、回転子の磁束は固定子の巻線２の中を通り、起電力（ＥＭＦ）が巻線２に誘導される。もし、巻線回路が閉じていれば、電流がそこを流れ、電力が負荷として出力される。
【図１】
2015532826.tif 000002
【図２】
2015532826.tif 000003
【国際調査報告】
2015532826.tif 000004
2015532826.tif 000005