(57)【要約】  ダイナモエレクトリック発電機は、回転軸の周りに環状リングの形態に配置されている複数の永久磁石を有するロータを備え、これらの磁石要素の磁気極性は内側環状表面に沿って連続的に交互している。発電機は更に、半径方向空隙によってロータから離間されているステータを備えている。ステータは複数の磁気コアセグメントを含み、これらの各コアセグメント上にはステータ巻線を形成しているコイルが巻かれている。これらのコアセグメントは互いに直接接触しないように分離され且つ半径方向空隙に沿って配置されている。各ステータセグメントは、回転軸に平行な方向に互いに整列されている複数の磁極を含む。従って、ステータは、半径方向に整列されている複数のセットのステータ磁極を含むことになり、これらのセットは互いに軸方向に変位している。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転ダイナモエレクトリック発電機であって、
回転軸の周りに環状リングの形態に配置されている複数の永久磁石、及び円筒形裏当て板を含むロータを備え、前記磁石要素の磁気極性は前記裏当て板の内側環状表面に沿って連続的に交互しており、前記発電機は更に、半径方向空隙によって前記ロータから離間されているステータを備え、前記ステータは複数の強磁性コアセグメントを含み、前記コアセグメント上にはそれぞれステータ巻線を形成しているコイルが巻かれており、前記コアセグメントは互いに直接接触し合わないように分離され且つ前記半径方向空隙に沿って配置され、前記各ステータセグメントは前記回転軸に平行な方向に互いに整列されている複数の磁極を含み、それによって前記ステータは複数のセットのステータ磁極を含み、前記複数のセットのステータ磁極は互いに軸方向に変位していることを特徴とする回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項２】
前記ステータ磁極のセットの１つは、前記ロータの永久磁石の対応するセットと前記空隙を横切って半径方向に整列していることを特徴とする請求項１に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項３】
前記各ステータ磁極のセットは、前記ロータの永久磁石のそれぞれのセットと半径方向に整列していることを特徴とする請求項２に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項４】
前記永久磁石の各セットの磁石は、残余の永久磁石のセットの対応する永久磁石と前記軸方向に整列していることを特徴とする請求項３に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項５】
前記ロータの各軸方向ユニットの磁石は、互いに分離していることを特徴とする請求項４に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項６】
前記ロータの各軸方向ユニットは前記軸方向に伸びている透磁性区分を更に含み、前記ユニットの各磁石は前記透磁性区分に取付けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項７】
前記ロータの全ての軸方向ユニットの透磁性区分は、構造的に互いに離間していることを特徴とする請求項６に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項８】
前記各ロータの軸方向ユニットは、前記回転軸と同心の非強磁性裏当て板に取付けられていることを特徴とする請求項５に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項９】
前記ロータは、前記ステータを取り囲んでいることを特徴とする請求項８に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項１０】
前記ロータの非強磁性裏当て板は、側板と一体であって前記ロータの永久磁石及び前記ステータの磁極のセットを取り巻くハウジングを形成し、更に、
前記コアセグメントが取付けられている非強磁性ステータ支持構造、及び前記ロータハウジングと前記ステータ支持構造との間に承軸されている少なくとも１つのブシュ、
を含むことを特徴とする請求項９に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項１１】
前記ロータハウジング上に取付けられている複数の風羽根を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項１２】
前記ロータの複数の軸方向ユニットは、前記裏当て板に沿って互いに離間していることを特徴とする請求項８に記載の回転ダイナモエレクトリック発電機。
【請求項１３】
発電機用ロータであって、
回転軸の周りに環状リングの形態に配置されている複数の永久磁石を含み、前記磁石の磁極は内側環状表面に沿って連続的に交互しており、前記各永久磁石は複数の個々の軸方向ユニットに構成され、前記各ユニットは前記回転軸に平行な方向に互いに整列されている複数の磁石を含み、前記各ユニットの隣接する磁石の磁極は互いに逆であり、前記各永久磁石は前記内側環状表面において一方の磁極を呈し、外側環状表面において逆の磁極を呈しており、それによって磁束が半径方向に導かれる、
ことを特徴とするロータ。
【請求項１４】
前記ロータの各軸方向ユニットは前記軸方向に伸びる透磁性区分を更に含み、前記各ユニットの各磁石は前記透磁性区分に取付けられており、それによって磁束分布が高められていることを特徴とする請求項１３に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転ダイナモエレクトリックマシンに関し、特定的には、回転軸に平行な方向に整列されている複数の磁極を含む複数のロータ要素及びステータ要素を有するマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機を制御するためのマイクロコントローラ及びマイクロプロセッサをベースとする応用のような電子システムは絶えず改良され、また改良されたポータブル電源が使用可能になってきたことから、燃焼式エンジンの実行可能な代替としてビークル用の効率的な電動機駆動装置の開発への挑戦が強いられてきている。電子的に制御されたパルスによって電動機巻線を付勢することにより、電動機特性をより柔軟に管理する可能性が得られる。適切なステータ巻線へ印加されるパルスの幅、デューティサイクル、及びスイッチされた電池電源を制御することによって、交流同期電動機と実質的に区別することができない機能的多様性を達成することができる。これらの巻線と共に永久磁石を使用することが、電流消費を制限する上で有利である。
【０００３】
Maslovらの米国特許出願第09/826,423号は、製造が簡単な、効率的な、及び柔軟な動作特性に順応する改良された電動機に対する要望を識別し、説明している。ビークル駆動の環境においては、広範囲の速度にわたって滑らかな動作を得ながら、最小の電力消費で高いトルク出力能力を維持することが高度に望まれる。このようなビークル電動機駆動装置は、最小の不便さで部品の交換を行えるようにするために、種々の構造的構成要素へのアクセスを有利に提供すべきである。上記特許出願は、半径方向に比較的薄い環状のリングに構成されている分離された透磁性構造として、電磁石磁極を組み入れて有利な効果を得るようにしている。この配列を用いると磁束を集中させることができ、実質的に無損失であるか、または従来技術の実施の形態に比して電磁石コア内の有害なトランスフォーマ干渉効果を生じない。上記特許出願に記載されている構造を用いると、トルク特性及び効率の改良は得られるが、それでもさらなる改良が望まれている。
【０００４】
この目的のために上記Maslovらの米国特許出願第09/826,423号は、磁石のグレード、エネルギ密度、及び磁石グレードの総合磁気特性のようなロータパラメータ、磁石がロータの一部である時の磁石の実効動作パーミアンス及び総合動作状態を調整することができる磁石のサイズ及び寸法、磁石の温度安定度、意図した応用のために磁石の製造に用いられている仕上げ、コーティング、及び事後処理ステップ、磁石の曲線表面上の磁化の安定度、磁石の半径方向分極の均一性、２つの分離した磁石間の間隙、磁石の縁の機械的フィーチャ、及び裏当て鉄リング区分によって与えられる磁石の戻り磁束路のようなロータパラメータを最適化することを詳細に述べている。
【０００５】
Maslovらの米国特許出願は、電磁石グループを分離すると、グループの磁気コア内の磁束を個々に集中させることができ、実質的に無損失になるか、または他の電磁石部材との有害なトランスフォーマ干渉効果が生じないことを明らかにしている。単一の磁極対を、分離された電磁石グループとして構成することによって、動作的な長所を得ることができる。個々の磁極対の磁路を他の磁極グループから分離すると、その磁極対の巻線の付勢がスイッチされた時に隣接するグループへの磁束トランスフォーマ効果が排除される。グループ内に付加的な磁極を設けないことによって、グループ内の何等かのこれらの効果が排除、乃至は回避される。
【０００６】
上述した努力から重要な進歩が得られているが、電動機構造の三次元の面の使用から得られる潜在的な利益は完全には実現されていない。上記出願に記載されている電動機においては、全てのステータ及びロータ磁極は回転軸の周囲に円周方向に配置されており、軸方向に同延である。空隙直径が与えられている場合、磁極の合計数（磁極対の数の２倍）は実際の物理的能力によって制限される。これによって、ロータとステータとの間に磁束相互作用を発生する個々の磁極の最適な活動的表面積、並びにこのような相互作用を発生する磁極の数が決定される。更に向上した性能を得るためには、磁束分布をより高度に集中させながら、同一の個々の活動的空隙表面積を有するより多くの磁極、及び／または同一の空隙直径を有する電動機のより大きい合計活動的空隙表面積が得られるような構造的形態が高度に望ましい。このような三次元的構造形態は、発電機にとって高度に有益である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、従来技術の上述した要望を推進し、上記Maslovらの米国特許出願に開示されている分離した個々の磁極対配列のような構成に付加的な長所を与えるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の長所は、電動機または発電機の軸方向に沿うステータとロータとの間の半径方向磁束分布相互作用を拡張することによって、少なくとも部分的に達成される。
【０００９】
本発明の付加的な長所は、軟透磁性媒体をさまざまな特定の形状の形成に順応させることができるような材料を使用することによって実現することができる。例えば、コア材料はＦe、ＳiＦe、ＳiＦeＣo、ＳiＦeＰ粉末材料（これらは、それぞれ独自の電力損、透磁率、及び飽和レベルを有している）の軟磁石グレードで製造することができる。ステータ要素のコアのジオメトリ及びコアの寸法（関連公差を有する）は、形状を制限する必要なく形成することができ、従って、ロータの永久磁石及びステータの電磁石の結合された磁極間に発生する磁位勾配を最適化することができる。
【００１０】
上述した長所は、少なくとも部分的に、本発明の構造的フィーチャ内に明白にされている。この構造的フィーチャにおいては、電動機または発電機のロータ及びステータは、それぞれ環状リングの形態に配置されており、環状の空隙によって互いに離間されている。ステータは、複数の透磁性コアセグメントと、これらのセグメントの上に巻かれたコイルとを含み、コアセグメントは直接接触しないように互いに分離され且つ半径方向空隙に沿って配置されている。各ステータセグメントは、互いに回転軸に平行な方向に整列された１対の磁極を含む。従って、ステータは２セットの軸方向に配列された磁極を有することになり、各セットの磁極は軸方向に整列されている。各コアセグメントの磁極対は、他のセットの対応する磁極と構造的に接続されているセットの１つの磁極を含む。この配列においては、磁極対の合計数は、１つのセット内の磁極の数に等しい。好ましくは、各ステータコアの磁極を連結部分によって結合する。ステータ巻線は、連結部分上に形成させることができ、それによって巻線へ電流を印加すると磁極対内に逆の磁気極性が発生する。代替として、巻線は、ステータ磁極対の対応する磁極上に互いに逆方向に巻かれ且つ直列にも、並列にも接続することができる２セットのコイルを含み、それによって接続されたコイルセットに電流を印加するとステータコアセグメントの磁極に逆磁気極性の磁化がもたらされる。何れの実施の形態においても、巻線の電流を反転させると、ステータ磁極の磁気極性が反転する。
【００１１】
ロータは、好ましくは、その内側環状表面に沿って磁気極性が連続的に交互する複数の永久磁石要素を含む。各ロータ要素は、空隙において回転軸に平行な方向に互いに整列されている１対の磁極を含み、これらの磁極は反対の磁気極性を有している。従って、ロータも、各セットの磁極が軸方向に整列している２セットの軸方向に配列された磁極を有することになる。ロータの磁極のセットは、好ましくは、軸方向に同一の寸法を有し、対応するステータの磁極セットと軸方向に整列する。
【００１２】
本発明の別の長所は、空隙を横切る半径方向の磁束の方向を強化するように構成されているロータ構造に貢献することができる。例えば、各ロータ磁極は、磁束を半径方向に集中させるために、その内側磁極表面が空隙において一方の磁気極性を呈し、その外側磁極表面が逆の磁気極性を呈するように磁化することができる。ロータ要素は、互いに隣接させて強磁性環状裏当て板に取付けることができる。好ましくは、ロータ要素は互いに直接接触させず、それによって磁路の分離を高める。代替として、各ロータの磁気要素は、磁性裏当て板として軸方向に沿って伸びる透磁性の区分を更に含むことができ、ロータ要素の各磁極は、裏当て板のそれぞれの軸方向端に取付けられる。この配列においては、連続する磁性環状の裏当て板ではなく、各ロータ要素毎に分離した裏当て板部分が設けられ、それによって浮遊磁束分布を回避する。何れの実施の形態においても、ロータ要素を取り囲むように非強磁性環状裏当て板が設けられている。
【００１３】
更に別の好ましい実施の形態においては、各ロータの永久磁石要素は要素の磁極部分の間に別の磁石部分を更に含み、この別の磁性部分は要素の磁極部分間の磁束を軸方向に導き、従って活動的な磁束分布パターンを更に改善する。
【００１４】
本発明の付加的な長所は、当業者ならば、以下の詳細な説明から容易に明白になるであろう。以下の説明は、本発明の好ましい実施の形態についてであって、本発明を実現することを企図した最良モードの単なる例示に過ぎない。明らかに、本発明は他の、及び異なる実施の形態が可能であり、本発明から逸脱することなくその幾つかの細部は種々の面において変更が可能である。従って、添付図面及び以下の説明は本質的に例示であり、本発明を限定するものではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の電動機は、自動車、モータサイクル、自転車等のビークルの車輪を駆動する用途に適している。従って、添付図面は、ステータが静止シャフトに堅固に取付けられ、車輪を駆動するロータがそれを取り囲んでいるような、ビークルの車輪内に収容することができる電動機構造を示している。しかしながら、このビークルについての説明は、本発明の電動機を使用することができる多くの特定応用の単なる例であることを理解されたい。
【００１６】
図１に示すように、電動機１０は、環状の永久磁石ロータ２０と、環状のステータ構造３０とを含み、これらは半径方向の空隙によって分離されている。ステータは、複数の強磁性的に分離されている要素を含む。透磁性材料で作られ、互いに直接接触しないように分離されているコアセグメント３２は、それらの上に形成されている巻線３４を有している。ロータは、空隙の周りに円周方向に分布され、非磁性の環状裏当て板２４に取付けられている複数の永久磁石２２を含む。非磁性環状裏当て板２４は、アルミニウムまたは他の非透磁性材料で形成することができる。ロータの磁石が発生する磁束分布は、ロータの磁石の裏に透磁性要素を取付ることによって更に高めることができる。図１の実施の形態には示されていないが、他の図面にはロータの磁石のための別の環状の強磁性裏当て層が示されている。
【００１７】
円筒形の環状ロータ構造の内側に、２枚の板４２（図には１枚だけが示されている）によってステータコアセグメントが堅固に確保されている。各板は、外径を有し、その中心が円形に切り抜かれていて内径を形成している。内径は静止シャフト４４にフィットするようなサイズであり、シャフトと一体の部材４６に取付けられている。板には、板の周縁に沿って、ステータコアセグメント内の対応する貫通孔４８と位置が合うように適切に離間されている孔（図示してない）が設けられている。各板はシャフトに固定され、位置合わせされた孔を介して各軸方向側においてステータコアセグメントに固定され、ステータコアセグメントをサンドウィッチするように互いに適切に離間されている。従って、空隙を横切ってロータと軸方向に同延的に整列されているステータコアセグメントによって環状のリングが形成される。
【００１８】
静止シャフト、板、及びステータ構造は、環状のロータ裏当て板及び永久磁石が取付けられているハウジング５０内に収容されている。ハウジングは、適切なブシュ及び軸受けを通して板の外側においてシャフトに承軸されている。当分野において公知の何等かの適切な手段を使用して、種々の要素をアセンブルできることを理解されたい。ビークルの例においては、ハウジングは、シャフトを中心としてロータと共に回転するビークルの車輪の部分を形成させることができる。上述した板の特定の形態は単なる例であり、ステータの部品をシャフトに固定して環状の配列を形成する如何なる手段も適切である。
【００１９】
図２に、ステータのコアセグメントをより詳細に示す。コアセグメントは、連結部分３６によって軸方向に結合されている２つの磁極３５を含み、連結部分３６の周りにステータコイル３４が巻かれている単一の磁気構造である。磁極はテーパー付きの形態であり、その断面積は空隙に向かって半径方向に増加し、拡大された磁極面表面３７において最大になる。この形態は、空隙を横切って最大磁束を導くことができるように、コア内の磁束の集中を最適化する。図示のコアのジオメトリ、並びにその変形は、粉末金属技術を使用して、例えばＦe、ＳiＦe、ＳiＦeＣo、またはＳiＦeＰ粉末材料の軟磁石グレードで形成することができる。粉末金属技術は、金属ラミネーションをスタックする普通の形成法からは得られない構造設計の柔軟性が得られる。普通はコアをラミネートして対処している渦電流損の最小化が、適切な粉末金属材料の選択によって得られる（粉末金属材料の公知の高電気抵抗による）。
【００２０】
ステータ巻線３４が付勢されると、コア区分３２の磁極面３７は逆の磁気極性に磁化される。電流の方向が反転すると、公知のように、磁気極性の反転がもたらされる。各磁極対が、従来技術の配列におけるように空隙の周りに円周方向に整列されているのではなく、軸方向に整列されているためにステータの磁極数が２倍になり、本発明においてはステータコアの軸方向の広がりが大きいために、各磁極は同一の表面積を有するようになる。従って、完全なステータは、コア要素の連結部分によって互いに軸方向に変位している２セットの軸方向に同延の磁極を含む。
【００２１】
図３は、図２に示したステータコアセグメントの変形を示している。コアセグメント３２はボビン形の磁極区分を含み、各区分にコイル３４が巻かれている。これらの磁極区分は空隙側に拡大された磁極面表面３７を有しており、空隙とは反対の端は比較的平坦な連結部分３６に結合されている。磁極区分、磁極面、及び連結部分は、好ましくは粉末金属材料から形成された単一構造である。磁極対の各磁極には、磁極面３７において逆磁気極性が得られるように、逆方向に巻かれている。２つの巻線部分は、所望の動作特性に依存して直列にも、または並列にも接続することができる。巻線部分は、巻線に付勢電流を印加した時にコアセグメントの磁極に逆磁化極性が得られるように、適切に電気的に接続される。電流が反転されると、公知のように、磁気極性が反転する。
【００２２】
図４ａ及び４ｂに、ロータ２０の詳細を示す。図４ａは、個々の永久磁石が取付けられている連続磁性環状裏当て板２５を示している。磁石は、軸方向に同延の磁石２２ａの第１のリングと、軸方向に同延の磁石２２ｂの第２のリングとを形成している。各磁石は、半径方向にＮ−Ｓ磁化の向きを有しており、空隙に対面する表面における極性は裏当て板２５と接触している表面とは逆である。各リングの磁石は、磁気極性が連続的に交互している。磁石２２ａは円周方向に磁石２２ｂと同延であり、互いに横並びの磁石は、逆極性である。磁石２２ａのリングと磁石２２ｂのリングとの間の間隔は、ステータの磁極対の表面間の間隔に関係付けられているが、必ずしも等しくする必要はない。各リング内の磁石間の間隔は均一であり、対面するステータコア要素の磁極表面間の間隔に関係付けられている。個々の磁石は均一の表面積であり、これはステータ磁極の表面積に関係付けることができる。従って、軸方向に隣接する各磁石２２ａ及び２２ｂは、ステータコア要素の磁極対と相互作用して電動機を回転させるロータ永久磁石磁極対と考えることができる。この相互作用によって空隙内の実効磁束密度が大幅に増加し、裏当て鉄内の磁束の飽和が阻止される。
【００２３】
図４ｂに示す配列においては、磁性環状裏当て板２５がストリップ２７にセグメント化されている。各ストリップに取付けられているのは、軸方向に整列された永久磁石対である。ストリップ間の間隔が、個々の永久磁石対のために改良された磁束分布を提供する。浮遊磁束の直接的な損失及び隣接するユニット間の干渉、即ちクロストークは、各軸方向磁気ユニットが構造的に分離されているために最小になる。
【００２４】
図５ａ及び５ｂに、本発明のロータの変形を示す。図５ａのロータ配列においては、軸方向に磁化された永久磁石２６が、軸方向に整列されたロータ対磁石２２ａと２２ｂとの間に配置されている。磁石２２ａ及び２２ｂのＮ−Ｓ磁化の向きは、半径方向である。この構造は、磁石２２ａ及び２２ｂがそれぞれ磁石２６の一方の端に接触して個々のロータ軸方向ユニットを形成していることが、図４ａのロータ（図４ａの磁石２２ａと２２ｂとは互いに分離されている）とは異なっている。磁石２６は、磁石２２ａと２２ｂとの間に磁束が集中するのを援助するために、軸方向に磁化されている。図４と同様に、磁性環状裏当て板２５が接触している。図５ｂのロータ配列においては、磁性環状裏当て板２５はセグメント化されている。ロータ軸方向ユニットが取付けられている各裏当て板ストリップ２７は、磁束分布を改善するために隣接するストリップから分離されている。
【００２５】
図６ａ−６ｄに、種々の磁束分布パターンを示す。図６ａ及び６ｂの磁束分布は、永久磁石が非強磁性裏当て板２４（図示してない）に直接接触しているロータ配列に対応している。図６ａは、非強磁性裏当て板に直接取付けられている逆磁気極性の離間した個々の永久磁石の磁束分布パターンを示している。図６ｂは、軸方向に磁化された磁石が、半径方向に磁化の向きを有する逆磁気極性の磁石の間にサンドウィッチされているような３磁石型の軸方向ユニットの磁束分布パターンを示している。図６ｃは、逆極性の個々の永久磁石が、互いに他から分離され且つ図４ａ及び４ｂの配列のように磁性裏当て鉄部分上に取付けられているようなロータ形態の磁束分布パターンを示している。図６ｄは、３磁石型の軸方向ユニットが、図５ａ及び５ｂの配列のように裏当て鉄部分上に取付けられているようなロータ形態の磁束分布パターンを示している。これらの図から明かなように、３磁石型配列のパターンは、分離した２磁石型の配列に対して改善されており、これらの両配列は磁性裏当て鉄要素の追加によって改善されている。
【００２６】
本明細書においては、本発明の好ましい実施の形態、及びその多様性の幾つかの例だけを説明しているに過ぎない。本発明は、他の種々の組合わせで、及び環境において使用することができ、また本発明の範囲内で変化または変更することが可能であるこをを理解されたい。例えば、明かなように、本発明の電動機は、ビークル駆動以外に広範囲の応用にも使用することができる。ビークルを駆動する場合は、ロータがステータを取り囲んでいることが好ましいのではあるが、ステータがロータを取り囲んでいるような他の応用も有利な使用法であり得る。従って、内側及び外側の各環状部材がステータまたはロータを構成できること、及び電磁石のグループまたは永久磁石のグループの何れかを含み得ることも本発明の意図するところである。
【００２７】
ステータコア要素の特定のジオメトリ形態を説明したが、粉末金属技術を使用して実質的に如何なる形状をも形成することができるので、本発明の概念は多くのこれらの形態の変形をも含むことも理解されたい。例えば、特定のコア形態を所望の磁束分布に合わせることができる。
【００２８】
更に、ステータ及びロータの磁極表面の間の種々の磁極表面積及び間隔の関係は、所望の動作機能に依存して変化させる対象である。例えば、要素間の間隔及び要素の表面積は必ずしも均一である必要はない。上述した種々の実施の形態においては、種々のロータの磁石は互いに図示以上に分離させることも、または反対に、互いに接触させて形成することもできる。図５ａ及び５ｂの３磁石型の軸方向ユニット配列においては、磁気ユニットを単一の一体化磁気ブロックから製造し、適切な磁気パターンを埋め込むことができる。
【００２９】
以上の本発明の説明から明白なように、ステータの磁極の合計数、従って強磁性体の質量、巻線容量、及び永久磁石の数が、全てのステータ及びロータ磁極が回転軸の周りに円周方向に配置され、軸方向に同延であるようなマシンに比して大幅に増加している。本発明における軸方向に沿うステータの磁極とロータの磁極との間の半径方向磁束分布相互作用の三次元的拡張は、高電力要求に合致する重要な長所を提供する。本発明を電動機駆動応用に関連して説明したが、上述した三次元形態は電力発電にかなりの利益を提供する。１つのこのような応用は、例えば風力発電機である。
【００３０】
図７は、発電機１００を断面で示す概要図である。図１−３のマシン形態と同じように、ステータは、複数の強磁性的に分離し且つ互いに直接接触しないように分離されている透磁性材料製のコアセグメント３２を含む。巻線３４は、それぞれのコアセグメントの磁極上に形成されているように図示されている。ステータのコアセグメントは、端部分４２を有する非磁性の円筒形支持構造４１の周りで円周方向に互いに他から離間している。コアセグメントは、どのような普通の手法で支持構造に取付けることもできる。支持構造４２は、風力発電機塔の頂上に取付けることができるシャフト４４に固定される。ステータ支持構造の内部に、冷却用フィン５６を含ませることができる。
【００３１】
ロータハウジング５０は、ステータ支持構造４１を中心として回転するように、その各端の軸受け５２によって承軸されている。ロータハウジングの半径方向周縁の内面には、特に図４Ａ−５Ｂに示されているものと類似の形態で裏当て鉄要素２７及び永久磁石２２が取付けられている。ロータハウジング５０の外側には、風羽根６０が取付けられている。羽根は、どのような普通の設計であることもでき、従って単に部分図として示されている。等間隔の羽根は、如何なる数であることもできる。
【００３２】
このマシンを、直接駆動永久磁石ブラシレス発電機として使用したところ、極めて簡単で、信頼でき、且つ費用有効であるにも拘わらず100ｋＷを発生することが分かった。約28Ωの直流相抵抗を有する３相またはそれ以上の相のステータ巻線内に、交流電力を高効率で発生させることができる。交流電力は、比較的少ない損失で適切なブリッジ整流器によって整流し、濾波することができる。直流出力をインバータへ供給し、適切な電圧及び周波数の出力に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明による電動機または発電機の部分斜視図である。
【図２】図１のマシンのステータコアセグメントの斜視図であり、セグメント磁極を接続している連結部分の周りにコイルが巻かれていることを示している。
【図３】本発明のステータコアセグメントの斜視図であり、コイルがステータ磁極の周りに巻かれていることを示している。
【図４】図４ａ及び図４ｂは、本発明のロータの斜視図であり、軸方向に整列された磁極対が構造的に分離されていることを示している。
【図５】図５ａ及び図５ｂは、本発明のロータの斜視図であり、軸方向に磁化された永久磁石が軸方向に整列されたロータ磁極対の間に配置されていることを示している。
【図６】図６ａ−ｄは、軸方向ロータ磁石ユニットの種々の変形の種々の磁束分布パターンを示す図である。
【図７】例えば風力発電機内に使用することができる本発明による発電機の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【国際調査報告】
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