(57)【要約】【課題】【解決手段】ハウジングを有し、その内部でシャフトが回転自在となるように取り付けられている回転電気機器。ローターはシャフトに固定され、複数の磁極を有する。ステータは、ローターのまわりに配置され、巻線を有する。スイッチは、ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有する。機械式アクチベータは、シャフトとともに、またはシャフトによって可動であり、スイッチに作用し、第一および第二位置間でスイッチを移動させる。
2006509486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
ハウジング内で回転自在に取り付けられたシャフトと、 
シャフトに固定され、磁場を付与するためのローターと、 
ハウジング内のローター周囲に配置され、巻線を有するステータと、 
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトとともに、あるいはシャフトにより可動する、巻線上の磁場の電流誘導効果が最小限または最小限に近いように巻線が調整されたとき、第一と第二位置間でスイッチを移動させる機械式アクチベータと
を備えた回転電気機器。
【請求項２】
ハウジングと、
ハウジング内で回転自在に組込まれたシャフトと、
シャフトに固定された、強磁性材料で作られた複数のポールを持つローターと、
ハウジング内でローター周囲に置かれた、巻線を持つステータと、 
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトとともに、あるいはシャフトにより可動し、第一と第二位置間でスイッチを移動させる機械式アクチベータと
を備えた回転電気機器。
【請求項３】
スイッチが、巻線に通電させないための第三位置を有しており、機械式アクチベータは第一と第二位置間にある第三位置にスイッチを移動させる、請求項１又は２に記載の電気機器。
【請求項４】
機械式アクチベータが、シャフト周囲に取り付けられたカムと、カムおよびスイッチと交信するカム従動節を備えている、請求項１乃至３の何れか一つに記載の電気機器。
【請求項５】
カムが、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるための４つの部分を有する、請求項４に記載の電気機器。
【請求項６】
機械式アクチベータが、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるためのクランクおよびリンケージを備えている、請求項１乃至３の何れか一つに記載の電気機器。
【請求項７】
３個のスイッチは各々１２０度角に離れて位置し、機械式アクチベータはすべてのスイッチに作用し、スイッチを順序通りに作動させる、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項８】
電気機器が永久磁石ブラシレスＤＣモーターである、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項９】
電気機器がＤＣスイッチトリラクタンスモーターである、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項１０】
添付図面を参照してここに説明された回転電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電気機器に関する。すなわち、電気エネルギーが運動に変換される電動機として、または、運動が電力に変換される発電機として使用できる機械に関連する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣ（直流）電動機には既知の２つのタイプがある。第１のタイプは、ＤＣ電力源は接触ブラシとコミュテータの働きによってローター上に巻上げされたコイルに接続される。ローターは1個以上の永久磁石か別々に通電された電磁石の形態でステータの周囲またはステータ内で回転する。コミュテータはコイル間の電流を切換える役目をする。第２のタイプは、ローターは複数の永久磁石で構成され、ステータは多数の巻線コイルで構成される。関連の電気回路はステータ・コイル間の電流切替を制御する。
【０００３】
第１のタイプの不利な点は、ブラシおよびステータにおける電気機器の摩耗により、機械の耐用が２０００時間までに制限される。また、一度に１個のコイルだけが通電されるため、機械の効率に限界がある。その上、ブラシとステータによって発生するスパークは電磁波障害を誘発する。第２のタイプの不利な点は、前記のような問題は克服できるが、高度なドライブ・エレクトロニクスを使用するため、第１のタイプに比較して製造コストは非常に高くなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
第２のタイプにおける過剰コストを伴うことなく、第１のタイプにおける不利な点を除去するか、少なくとも第１のタイプにおける不利な点のいくつか、またはすべてを改善する回転電気機器を提供するのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、
ハウジングと、 
ハウジング内で回転自在に取り付けられたシャフトと、
シャフトに固定され、磁場を付与するためのローターと、
ハウジング内のローター周囲に置かれた、巻線を持つステータと、
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトとともに、あるいはシャフトにより可動する、巻線上の磁場の電流誘導効果が最小限または最小限に近いように巻線が調整されたとき、第一と第二位置間でスイッチを作動させる機械式アクチベータと
を備えた回転電気機器が提供される。
【０００６】
本発明における第２の態様によれば、
ハウジングと、
ハウジング内で回転自在に組込まれたシャフトと、
シャフトに固定された、強磁性材料で作られた複数のポールを持つローターと、
ハウジング内でローター周囲に置かれた、巻線を持つステータと、 
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトとともに、あるいはシャフトにより可動し、第一と第二位置間でスイッチを移動させる機械式アクチベータと
を備えた回転電気機器が提供される。
【０００７】
望ましくは、スイッチは巻線に電流を通電させないための第三位置を持ち、機械式アクチベータは第一と第二位置間にある第三位置にスイッチを移動する。
【０００８】
望ましくは、機械式アクチベータは、シャフト周囲に取付けられたカムと、カムおよびスイッチと交信するカム従動子で構成される。
【０００９】
望ましくは、カムは、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるための４つの部分を有している。
【００１０】
望ましくは、機械式アクチベータは、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるためのクランクとリンケージを備えている。
【００１１】
望ましくは、３個のスイッチは各々１２０度角に分かれて位置し、機械式アクチベータはすべてのスイッチに作用し、スイッチを順次作動させる。
【００１２】
望ましくは、回転電気機器は、永久磁石のブラシレスＤＣモーターである。
【００１３】
望ましくは、回転電気機器は、スイッチトリラクタンスＤＣモーターである。
【００１４】
本発明のさらなる態様は、単に例として与えられる以下の説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施例は、ここに添付図面を参照して説明される。
【００１６】
図１は、本発明におけるカム作動スイッチをもつ２極モーターの概略図である。
【００１７】
図２は、本発明におけるスイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する２極モーターの概略図である。
【００１８】
図３は、本発明におけるスイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する４極モーターの第一の実施例の概略図である。
【００１９】
図４は、スイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する４極モーターの第二の実施例の概略図である。
【００２０】
図１は、本発明における２極の回転電気機器を示している。本機は、ローター１および界磁巻線２を囲むハウジング２９から成り立つ。ローター１はハウジング内の回転のためにシャフト３に取付けられ、ローター磁場を確立するための永久磁石を備えている。界磁巻線２はローター１の周囲に置かれ、デルタ状に接続された３つのコイル４、５、６を含んでいる。ローター１および界磁巻線２のこの構成は公知の技術であり、それ以上の細部記述は不要である。
【００２１】
このモーターの構成において、界磁コイル４、５、６の三つの単極切替スイッチが７、８、９の順に作動して電流が供給される。各切替スイッチ７、８、９の第一の固定接触装置１０はＤＣ供給のプラス側（＋）に接続され、第二の固定接触装置１１はＤＣ供給のマイナス側（−）に接続される。移動するスイッチ接触装置１２は界磁巻線２に接続され、スイッチの位置に応じてプラス（＋）またはマイナス（−）になるよう界磁巻線２にＤＣ接続される。
【００２２】
段付きカム１３はシャフト５の片側一端に取付けられる。各スイッチ７、８、９はカム表面外側に接触するカム従動子１４を個別に装備している。スイッチ７、８、９はカム１２の周囲に円周１２０度角で機械的に配列される。
【００２３】
カム外側の表面は４部分１５、１６、１７、１８に分割される。カム分割部分１５と１７は正反対に対向並列され、それぞれはカム１２の外円周の１／３を占める。カム分割部分１６と１８は正反対の位置で１５と１７に間を分けられて配置され、それぞれはカム１２の外円周の１／６を占める。
【００２４】
カム分割部分１５は、スイッチのカム従動子１４、例えば図１のスイッチ７におけるカム従動子１４がカムの表面１５に接触している時、スイッチ接続はＤＣ供給のプラス側（＋）となるように形成されている。カム分割部分１６と１８は、スイッチのカム従動子１４、例えば図１のスイッチ８におけるカム従動子１４が各々対応するカムの表面に接触している時、ＤＣ供給が遮断するように形成されている。カム分割部分１７は、スイッチのカム従動子１４、例えば図１のスイッチ６におけるカム従動子１４が、カムの表面１７に接触している時、スイッチ接続はＤＣ供給のマイナス側（−）となるように形成されている。この配列によれば、各界磁コイル４、５、６は、まず１／３サイクルの電力回転でプラス側（＋）に接続され、続く１／６サイクルは電力遮断、続く１／３サイクルでマイナス側（−）に接続され、続く１／６サイクルは電力遮断となる、というシーケンスで通電される。このようにしてサイクルは繰返される。界磁コイル４、５、６の各ノードは先行のものより電気角度が１２０度遅れてＤＣ供給を受ける。この効果は、回転する磁界がローター１を回転させると電気的結合が変化し、それにより磁界を回転させるという行程を繰返すものである。
【００２５】
図２は、本発明におけるモーターの第２の実施例を説明している。カム１２は、切替スイッチ７、８、９の可動接触装置２０を動かすリンケージ２０、２１、２２に接続しているクランクまたはエキセントリック１９に置換される。切替スイッチ７、８、９は機械的角度１２０度に分れてクランク１９の周囲に置かれる。切替シーケンスは図１の実施例と同様に、各切替スイッチ７、８、９は、１／３サイクルでプラス（＋）供給、続く１／６サイクルは電力遮断、続く１／３サイクルでマイナス（−）供給、残りの１／６サイクルは電力遮断、を実行する。
【００２６】
上記説明の２極モーターの実施例においては、一電気サイクルはシャフト３およびローター1の機械的な回転毎に起こる。４極モーターの場合は機械回転毎に電気サイクルは二回起こり、６極モーターの場合は機械回転毎に電気サイクルは三回起こるという、この比例は本件を参照する熟練者にとっては自明であろう。この操作は図３、図４に示す伝動ギア配列で達成することができる。
【００２７】
図３は、ギア連動のエキセントリックまたはクランクによって作動させるスイッチを装備した４極モーターの図解である。４極モーターのローター２３は４極を与えるために複数の永久磁石を持つ。界磁巻線３０は既知の方法で連結された６個のコイルを持つ。メインギア２４は、シャフト３の先端に設置され、その外周に１２０度間隔で取付けられた３個のピニオンギア２５、２６、２７を動かす。各ピニオンギア２５、２６、２７は、切替スイッチ７、８、９の可動接触装置２０を動かすリンケージ２０、２１、２２に接続しているクランクまたはエキセントリック１９を持つ。メインギア２４とピニオンギア２５、２６、２７の比率は２：１であるため、切替スイッチ７、８、９はシャフト３とローター２３の機械的一回転に対して二回の電気サイクルを完了する。
【００２８】
図４は、ギア連動のエキセントリックまたはクランクによって作動させるスイッチを装備した４極モーターの代替となる実施例を図解している。単一のピニオンギア２８はメインギア２４から運転される。単一のピニオン２８は、それに接続しているすべてのリンケージ２０、２１、２２に付帯するクランクまたはエキセントリック１９を持つ。切替スイッチ７、８、９は、ピニオン２８の周囲に円周１２０度間隔で置かれる。メインギア２４およびピニオン２８のギア比率は２：１であるため、切替スイッチ７、８、９はシャフト３とローター２３の機械的一回転に対して二回の電気サイクルを完了する。
【００２９】
本件を参照する熟練者にとっては自明であるが、機械におけるステータのコイル数およびローターの電極数が増加すれば、シャフトおよびローターの機械的な一回転につき適切な電気サイクル数を与えるために、ギア比率は増加する。更に、上記の例で界磁巻線は「デルタ」構成で接続されているが、これは「スター」構成の接続を除外するものではない。
【００３０】
ここに示されている実施例は永久磁石ＤＣモーターであるが、本発明はＤＣスイッチトリラクタンス機器にも充分応用可能である。その場合、カム／エキセントリックはローターの極がスタータの極とコイルに接近するとスイッチをオンにし通電し、ローターの極がスタータの極とコイルに完全に接合するとスイッチをオフにして電流を遮断する。
【００３１】
本発明における回転電気機器は、ドライブエレクトロニクスも、ブラシとコミュテータのセットも不要なため、製造コストおよび維持費が極端に低くて済むという利点がある。
【００３２】
ここに説明した実施例においては、カムおよびカム従動子、エキセントリック／クランク、結合ロッド構造が、三つの単極切替スイッチの起動および切替運動がシャフト角度の位置に連係することを示している。本発明者は、これらが望ましい機能のための最も単純化された多様性のある機械装置であると考察する。しかしながら、本件を参照する熟練者の能力が望ましい機能を充たすために或る領域の機械構造を発明することは十分あり得ることであり、それらについては本発明の領域内であると考慮される。
【００３３】
以上の説明において既知の均等物を有する完全体又は要素に言及が成された場合、それら均等物はあたかも本願で個々に記載されるように含まれる。
【００３４】
本発明の実施例につき説明したが、本発明の精神又は添付の特許請求の範囲から逸脱することなく変形、改良又は修正が行われることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明におけるカム作動スイッチをもつ２極モーターの概略図である。
【図２】本発明におけるスイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する２極モーター概略図である。
【図３】本発明におけるスイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する４極モーターの第一の実施例の概略図である。
【図４】スイッチを作動させるエキセントリックまたはクランクを有する４極モーターの第二の実施例の概略図である。
【符号の説明】
【００３６】
１          ローター
２          界磁巻線
３          シャフト
４〜６      界磁コイル
７〜９      切替スイッチ
１０〜１１  固定接触装置
１２        可動接触装置
１３        カム
１４        カム従動子
１５〜１８  カム分割部分
１９        クランク／エキセントリック
２０〜２２  リンケージ
２３        ４極モーターのローター
２４        メインギア
２５〜２７  ピニオンギア
２８        単一のピニオンギア
２９        ハウジング
３０        界磁巻線
【図１】
2006509486.tif 000003
【図２】
2006509486.tif 000004
【図３】
2006509486.tif 000005
【図４】
2006509486.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
ハウジング内で回転自在に取り付けられたシャフトと、
シャフトに固定され、磁場を付与するためのローターと、
ハウジング内のローター周囲に配置され、巻線を有するステータと、
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトにより可動する、巻線上の磁場の電流誘導効果が最小限または最小限に近いように巻線が調整されたとき、第一と第二位置間でスイッチを移動させる機械式アチベータと
を備えた回転電気機器。
【請求項２】
ハウジングと、
ハウジング内で回転自在に組込まれたシャフトと、
シャフトに固定された、強磁性材料で作られた複数のポールを持つローターと、
ハウジング内でローター周囲に置かれた、巻線を持つステータと、 
ハウジング内に取り付けられ、巻線に一方向で電流を流すことを可能にする第一位置、および巻線に逆方向で電流を流すことを可能にする第二位置を有するスイッチと、
シャフトにより可動し、第一と第二位置間でスイッチを移動させる機械式アクチベータと
を備えた回転電気機器。
【請求項３】
スイッチが、巻線に通電させないための第三位置を有しており、機械式アクチベータは第一と第二位置間にある第三位置にスイッチを移動させる、請求項１又は２に記載の電気機器。
【請求項４】
機械式アクチベータが、シャフト周囲に取り付けられたカムと、カムおよびスイッチと交信するカム従動節を備えている、請求項１乃至３の何れか一つに記載の電気機器。
【請求項５】
カムが、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるための４つの部分を有する、請求項４に記載の電気機器。
【請求項６】
機械式アクチベータが、スイッチを１／６サイクルの間は第一位置へ、次に１／３サイクルの間は第三位置へ、さらに１／６サイクルの間は第二位置へ、最後に１／３サイクルの間は第三位置へと移動させるためのクランクおよびリンケージを備えている、請求項１乃至３の何れか一つに記載の電気機器。
【請求項７】
３個のスイッチは各々１２０度角に離れて位置し、機械式アクチベータはすべてのスイッチに作用し、スイッチを順序通りに作動させる、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項８】
電気機器が永久磁石ブラシレスＤＣモーターである、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項９】
電気機器がＤＣスイッチトリラクタンスモーターである、前記請求項の何れかに記載の電気機器。
【請求項１０】
添付図面を参照してここに説明された回転電気機器。
【国際調査報告】
2006509486.tif 000007
2006509486.tif 000008
2006509486.tif 000009