(57)【要約】誘導モータのような電気機械は、回転軸線Ｘ−Ｘ’の周りに配置された複数の導電性巻線（１０３）を有するステータ組立体（１０２）と、ステータ巻線に電流が通されるのに応答して回転軸線を中心として回転するようになされたロータ（１０１）と、ステータの周りに角度的に離隔した位置に配置され、各々、巻線の巻線のうちの少くとも１つの巻線の一端と少くとも１つの導体から成る電力供給母線リング組立体（１０７）との間に電気的に接続された複数のスイッチ組立体（１０６）とから成る。母線リング組立体は、電源をスイッチ組立体に接続し、各スイッチ組立体は、巻線の少くとも１つへの電力の供給を制御する働きをする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械であって、ロータと、複数の磁界創生導体を有するステータと、該磁界創生導体に電力を供給するための少くとも１つのリング型母線と、前記ステータの周りに角度的に間隔を置いて配置され、該少くとも１つの母線と磁界創生導体との間に接続された複数のスイッチ手段と、前記磁界創生導体の電流を制御し、それによって該電気機械の作動を制御するために前記スイッチ手段の作動を選択的に制御するための制御手段とから成る電気機械。
【請求項２】
電気機械であって、
回転軸線の周りに配置された複数の磁界創生導体を有するステータ組立体と、
該磁界創生導体に電流が通されるのに応答して前記回転軸線を中心として回転するようになされたロータと、
前記ステータ組立体の周りに角度的に離隔した位置に配置され、各々、前記磁界創生導体のうちの少くとも１つの磁界創生導体の一端に接続された複数のスイッチ手段と、
該スイッチ手段に電力を供給するための少くとも１つのリング型母線を含む電力供給リング組立体と、
から成り、前記スイッチ手段の各々は、前記磁界創生導体の少くとも１つへの電力の供給を制御する働きをすることを特徴とする電気機械。
【請求項３】
前記磁界創生導体の電流を制御し、それによって該機械の作動を制御するために前記各スイッチ手段を導電状態と非導電状態の間で選択的に作動させるための制御手段を含むことを特徴とする請求項２に記載の電気機械。
【請求項４】
少くとも１つの母線が前記ステータの一端又は両端に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項５】
複数の母線が互いに同心関係をなして前記ステータの一端又は両端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１項に記載の電気機械。
【請求項６】
前記磁界創生導体に複数の電源位相を供給するためにそれに対応する複数の母線が設けられており、前記各スイッチ手段は、母線の数に対応する複数のスイッチから成り、それによって、前記磁界創生導体を該複数の電源位相のうちの任意の１つに選択的に接続することができることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項７】
ＤＣ入力電源の各極性に対して１つの母線が設けられており、前記各スイッチ手段は、１つの磁界創生導体と該母線の１つとの間の接続を制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項８】
前記磁界創生導体は、周方向に離隔した位置に形成された複数の軸方向のスロットを有する巻型によって支持されており、該スロットの円周方向の離隔位置は、前記スイッチ手段の離隔位置に対応していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項９】
前記各スイッチ手段は、複数の半導体スイッチから成ることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１０】
前記各スイッチ手段の各スイッチは、それぞれ、電気絶縁性基板によって支持されていることを特徴とする請求項９に記載の電気機械。
【請求項１１】
前記電気絶縁性基板は、ヒートシンクから成る、又は、ヒートシンクと熱交換関係に置かれていることを特徴とする請求項１０に記載の電気機械。
【請求項１２】
前記ヒートシンクは、該ヒートシンク内に設けられたチャンネルに通される流体によって冷却されることを特徴とする請求項１１に記載の電気機械。
【請求項１３】
冷却剤を前記ヒートシンクに搬送し該ヒートシンクから搬出するためのドーナツ型の入口と出口マニホールドが、前記スイッチ手段を囲繞して配置されていることを特徴とする請求項１２に記載の電気機械。
【請求項１４】
前記母線は、前記ステータによって支持されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１５】
前記磁界創生導体は、コイル巻線から成ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記磁界創生導体は、真直バーから成ることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の電気機械。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の属する技術分野
本発明は、回転電気機械の改良に関し、特に、一体の制御回路を備えた電気モータ又は発電機等の回転電気機械（以下、「電気回転機械」、「回転機械」、「電気機械」又は単に「機械」とも称する）の改良に関する。
【０００２】
発明の背景
回転機械は、電気エネルギーを回転運動に変換するために（モータの場合）又は回転運動から電気エネルギーを創生するために（発電機の場合）工業用途に広く用いられている。電気モータの設計要件と発電機の設計要件とは、ほとんど同じであるから、ここでは、電気モータの場合に関してのみ説明する。
【０００３】
変速回転機械を必要とする用途は多数存在する。多数の異なるタイプの電気機械が知られているが、高パワー用途に最も広く用いられているモータのタイプは、ＡＣ同期モータとＡＣ誘導モータである。ＡＣ同期モータ及びＡＣ誘導モータは、いずれも、回転軸線を中心とする円筒形の中心ロータと、ロータを囲繞する外側ステータ組立体（以下、単に「ステータ」とも称する）から成る。ステータの周りに所定のパターンで配置された電気導体に沿って電流を通すことによって同期速度で回転する磁界が創生される。磁界は、ステータとロータの間のエアギャップに侵入し、それによってロータを回転させる。磁界創生電気導体は、通常、ステータ巻線素子（単に「巻線」と称されたり、「磁界巻線」又は「コイル」などとも称される）であり、通常、巻型又はステータコアの周りに巻装された電気ワイヤの多数の巻きから成るが、ある種の状況下では真直バー型の磁界創生電気導体が用いられることもあり、導体の両端がステータの両端に接続されて所要の電気回路を形成する。
【０００４】
多くの用途において必要とされる高い磁束密度を創出するためには、巻線は、通常、所定数の位相で固定形態にグループ分けされる。所定の位相の各巻線は、それらの巻線が直列に接続されている場合は、同じ電流波形で駆動され、それらの巻線が並列に接続されている場合は、同じ電圧波形で駆動される。
【０００５】
回転機械のステータの巻線は、通常、添付図の図７に例示されているように菱型の形状の巻線の説明図として示される。各巻線は、それを形成するために使用されている導体の始端に入力端子を有し、導体は、部分７０２、７０３、７０４、７０５、７０６及び７０７を経て部分７０２に戻るループとして巻回され、このループが、コイルを形成するように所定回繰り返して巻回される。最後に、コイルの終端に出力端子７０８が形成される。各導体は、多数の個々に絶縁された導線の束から成り、導線の束は絶縁スリーブで被覆されている。
【０００６】
巻線の２つの側辺部分７０３と７０６は、機械の軸線に平行であり、回転する磁束を創生する役割を担っている。残りの部分７０２，７０４，７０５及び７０７は、２つの側辺部分７０３と７０６を連結するためのものであり、有用な磁束を創生しない。これらの部分は、一般に、「コイルオーバーハング」又は「端部巻線」と称されている。
【０００７】
個々の巻線を位相別にグループ分けして束ねるために、ステータは、巻線が形成された後、巻線のオーバーハング（突き出し）端を接続する導電性リンクを有している。しかしながら、この接続方法は、コスト高であり、時間のかかる作業である。巻線のオーバーハング端と導電性リンクとの接続部は、通常、ステータの一端に設けられるので、オーバーハング接続部は、複雑な高パワー機械の全長を相当に長くする要因となる。
【０００８】
このタイプの従来技術の機械では、巻線間に短絡が生じた場合、あるいは、巻線内の１本のワイヤが切れた場合、回路が途切れるという問題が生じる。又、巻線の外部の故障により短絡が生じることもある。短絡故障が起きると、短絡を解消するために機械を停止させなければならないことがある。なぜなら、巻線を含む閉ループが、機械の適正な作動を妨害する原因となる望ましくない制動トルクを発生するからである。又、巻線内のワイヤが切れると、それに関連するすべての巻線に影響を及ぼし、修理するために機械を停止させなければならない。
【０００９】
定常安定動作を得るためには、３つの位相を形成し、巻線位相の各々に三相電源のそれぞれ対応する位相を供給するように巻線を接続することによって機械の粗制御が可能にされる。その場合、機械は、波形の周波数−通常、５０又は６０Ｈｚによって決定される定常速度で回転する。
【００１０】
可変速度が必要とされる場合は、各位相に印加される波形を変更することによって磁界の回転速度を変更しなければならない。これは、入力として電圧供給を受け取り、機械の各位相に必要とされる波形を出力として創出する、変換器と称される制御回路によって行われる。斯界においていろいろな異なるタイプの変換器回路が知られているが、本発明を理解する上ではそれらの変換器の作動のこれ以上の詳細を説明する必要はない。
【００１１】
３つの位相をもつように作られた機械の場合、１つの位相に故障が起きると、固定周波数の供給電流においても、可変周波数の供給電流においても作動できなくなる。
【００１２】
この問題を回避するために、回転機械を３位相以上の、例えば６位相又は９位相をもつように作ることができる。しかしながら、そのような多数の位相を有する機械の場合、その機械の１つの位相に故障が起きると、変換器は、自動的に１つの位相を隔絶することができ、多くの場合、機械のトルクを下げてその運転を継続することができる。しかしながら、これは、粗い保護形態である。なぜなら、１つの巻線に故障が起きれば、機械の１つの位相全体を隔絶しなければならないからである。
【００１３】
別法として、巻線をそれぞれの位相にグループ分けして接続する配線に１つ又は複数のスイッチを組み入れることが提案されている。これらのスイッチは、導電状態と非導電状態の間で単純にスイッチする（切り換える）ことができ、各巻線をそれぞれの位相に接続したり、それぞれの位相から隔絶したりすることができる。これらのスイッチは、平常作動のときには閉成されているが、故障が検出されると、その故障した１つ又は複数の巻線を隔絶するために必要に応じて開放される。スイッチは、巻線内を流れる電流の形状を変更することはなく、ただ電流を通流又は遮断するだけである。
【００１４】
発明の開示
本発明の目的は、ステータの長さの短縮を容易にするとともに、機械の作動を継続したままでステータ巻線の再構成と、その磁束創生特性の変更を可能にするために電力スイッチング技術と母線技術とを組み合わせることによって、より有用で、より使い勝手のよい構成の電気回転機械を提供することである。
【００１５】
この目的を達成するために、本発明によれば、電気機械であって、ロータと、複数の磁界創生導体を有するステータと、該磁界創生導体に電力を供給するための少くとも１つのリング型母線（以下、「母線リング」又は単に「リング」とも称する）と、前記ステータの周りに角度的に間隔を置いて配置され、該少くとも１つの母線と磁界創生導体との間に接続された複数のスイッチ手段と、前記磁界創生導体の電流を制御し、それによって該機械の作動を制御するために前記スイッチ手段の作動を選択的に制御するための制御手段とから成る電気機械が提供される。
【００１６】
換言すれば、この電気機械は、
回転軸線の周りに配置された複数の磁界創生導体を有するステータ組立体と、
該磁界創生導体に電流が通されるのに応答して前記回転軸線を中心として回転するようになされたロータと、
前記ステータ組立体の周りに角度的に離隔した位置に配置され、各々、前記磁界創生導体のうちの少くとも１つの磁界創生導体の一端に接続された複数のスイッチ手段と、
該スイッチ手段に電力を供給するための少くとも１つのリング型母線を含む電力供給リング組立体と、
から成り、前記スイッチ手段の各々は、前記磁界創生導体の少くとも１つへの電力の供給を制御する働きをすることを特徴とする。
【００１７】
もちろん、ここでいうリング型母線とは、ステータの周りに角度的に離隔した位置に配置されたスイッチ手段を電気的に互いに接続するようにステータの周りに連続的に（途切れることなく）延長する任意の導電性トラックを意味する。
【００１８】
磁界創生導体の電流を制御し、それによって機械の作動を制御するために各スイッチ手段を導電状態と非導電状態の間で選択的に作動させるために制御手段が設けられる。
【００１９】
スイッチ手段は、ソリッドステート半導体スイッチとすることが好ましい。これらのスイッチは、ステータ組立体と一体に組み込むことができ、スイッチを開閉することによって磁界創生導体内を流れる電流の波形を背後するように構成することができる。従って、電気機械（例えば、モータ）とそれを駆動するのに必要とされる変換器は、１つの複合組立体として好便に一体化することができるので、スペースを節約することができる。
【００２０】
上記スイッチ手段は、又、巻線に欠陥が生じた場合、磁界創生導体（巻線）の一端を電源から隔絶するのに用いることもできる。
【００２１】
リング型母線の少くとも１つをステータの一端又は両端に設ける。実際には、複数の母線を互いに同心関係をなしてステータの一端又は両端に配置することができる。詳述すれば、磁界創生導体に複数の電源位相を供給するためにそれに対応する複数の母線を設けることができ、各スイッチ手段を対応する複数のスイッチで構成し、それによって、磁界創生導体を該複数の電源位相のうちの任意の１つに選択的に接続することができるようにする。
【００２２】
磁界創生導体は、それ自体は周知のコイル巻線又は真直バーで構成することができる。
【００２３】
ＤＣ電源の２つの反対極性をスイッチ手段に接続するために２つの母線を用いることができる。ＤＣ電源は、ＡＣ電源から導出することができる。
【００２４】
好ましい実施形態では、ＡＣ電源の３つの位相をスイッチ手段へ搬送するために３つのリング型母線が使用される。中性点即ち又は接地点に接続するために第４の母線リングを用いることができる。
【００２５】
母線の各々は、スイッチ手段の各々に接続してもよく、あるいは、スイッチ手段のサブセット（部分集合）に接続してもよい。
【００２６】
リング型母線をスイッチ手段に一体的に結合する構成により、従来技術において必要とされるように別個のＰＷＭ（パルス幅変調）制御部とステータの端部巻線とを結ぶ嵩高のケーブル配線を設ける必要性を排除することができる。
【００２７】
ステータの磁界創生導体に電流を流すための回路を完成するために、該導体の両端の各々にスイッチ手段を設けることができ、第１スイッチ手段が導体の第１端を第１ＤＣ極性を有する母線に接続し、第２スイッチ手段が導体の第２端を第２ＤＣ極性（第１極性とは反対の極性）の母線に接続する構成とすることができる。
【００２８】
スイッチ手段を構成するスイッチの状態（開又は閉）を変えることによって、各ステータ巻線素子を通る電流の波形を制御することができる。先に述べたように、この目的に用いることができる１つの制御方法は、慣用のパルス幅変調（ＰＷＭ）法であるが、本発明はこの制御方式に限定されるものではない。
【００２９】
上記制御手段は、上記スイッチ手段の各々を個々に制御するようにしてもよく、あるいは、スイッチ手段をセットごとに制御するようにしてもよい。後者の場合、１つのセット中の各スイッチは同じ状態におかれる。
【００３０】
上記制御手段は、ステータ組立体の一体部分として構成してもよく、あるいは、ステータ組立体とは別個に設けてもよい。ステータ組立体がステータを少くとも部分的に囲うハウジングを備えている場合は、そのハウジング内に電源供給母線と、スイッチ手段と、制御手段をも収納するようにすることができる。
【００３１】
入力電源の各位相に対して１つの母線を設けることが特に好ましい。
【００３２】
多相電源の場合、機械の一端に複数の母線を互いに同心関係に入れ子式に嵌め合わせることが便利である。この配置は、機械の組立体の軸方向の長さを最小限にするので好ましい。あるいは別法として、複数のリング（母線）を軸方向に互いに近接させて積重ねてもよい。この配置は、機械の軸方向の長さを増大させるが、同一サイズのリングを用いることができるという利点がある。
【００３３】
ステータの両端の各々に少くとも１つの母線リングを設ける構成の１例として、入力電源の位相の総セットのうちのサブセットを、ステータの周りに配置し、磁界創生導体の端部に接続されたスイッチ手段に搬送するためにステータの第１端（一端）に１つ又は複数の母線を設けることができ、ステータの反対側の第２端（他端）に、入力電源の位相のうちの残りの位相を、磁界創生導体のうちの別の磁界創生導体に接続された別のスイッチ手段に搬送するためにに１つ又は複数の追加の母線を設けることができる。
【００３４】
変型例として、ステータの一端に設けられた母線リングの少くとも１つが、ステータの他端に設けられた１つの母線リングによって搬送される位相と同位相の電流を搬送するように構成してもよい。
【００３５】
各母線の最大円周は、ステータの最大円周より小さいか、それに等しい大きさとすることが必須ではないが、好ましい。
【００３６】
各磁界創生導体は、その第１端をスイッチ手段の１つに接続し、その第２端を恒久的に接続された戻り供給線に接続する構成としてもよく、あるいは、各導体をその両端に設けられたスイッチ手段に接続する構成としてもよい。
【００３７】
又、スイッチ手段の位置は、磁界創生導体の両端の位置に応じて決めることができる。コイル巻線のための非常に好ましい構成として、各巻線の両端をステータの同じ端部のところに終端させる。その場合、すべてのスイッチ手段をステータの該同じ端部のところに設けることができる。あるいは別法として、巻線の両端をステータの両端にそれぞれ終端させ、スイッチ手段をステータの一端又は両端に設けて巻線のそれぞれ対応する端部に接続する構成としてもよい。この場合、巻線のうちの幾つかをステータの全周を完全に１巻き（又は整数巻き）巻回させ、他の幾つかの巻線をステータの全周の２分の１巻き（又は整数巻き＋２分の１巻き）巻回させる必要がある。
【００３８】
有用な変型例として、コイル型巻線の使用を避け、それに代えてステータの一端から他端に通す１セット（１組）の真直ぐな単一導体を用いることができる。それらの単一導体は、その一端だけに設けられた、又は両端に設けられたスイッチ組立体に接続することができる。この構成の利点は、機械の両端にオーバーハング（張り出し部分）が設けられるのを回避し、機会を一層コンパクトにすることである。各スイッチ手段は、並列に接続された導体のうちの１つ又は複数の導体に救援する少くとも１つのスイッチで構成することができる。
【００３９】
ステータ巻線又はバー（バー型即ち真直型導体）をスイッチに１対１の対応関係で接続する構成に代えて、１群のそのような磁界創生導体（ステータ巻線又はバー）を１つのスイッチ手段に接続することも可能である。
【００４０】
磁界創生導体は、周方向に離隔した位置に形成された複数の軸方向の溝又はスロットを有する巻型によって支持することができる。スロットは、導体を位置ぎめして支持し、巻型は、磁性材料で形成されている場合は、導体内の電流によって創生される磁束の経路を制御する。
【００４１】
ステータスロットの円周方向の離隔位置は、スイッチ手段の離隔位置に対応させることができる。あるいは別法として、スロットは、スイッチ手段から適当な距離だけ円周方向にずらせてもよい。
【００４２】
各スイッチ手段内のスイッチは、例えばヒートシンクから成る、又は、ヒートシンクを付設された電気絶縁性基板によって支持することができる。
【００４３】
好適な構成においては、各ヒートシンクは、ステータを、又はステータの外周に近接するスイッチ手段を囲繞する、それぞれ対応するドーナツ型のマニホールドから冷却剤を受け取り、それをマニホールドへ戻すように構成される。そのようなマニホールドは、又、スイッチ手段と磁界巻線又はバーを共に冷却するためにステータに形成されたチャンネルへ冷却剤を搬送するようにすることもできる。
【００４４】
冷却剤は、例えば、専用供給源から、あるいは、機械の他の部分から供給される冷却空気であってよい。
【００４５】
又、上述したマニホールドはスイッチ手段を支持する役割をも果たすことに留意されたい。
【００４６】
スイッチ手段の各スイッチは、ＩＧＢＴ、ＭＯＳＦＥＴ等の１つ又は複数の半導体スイッチングデバイスで構成することができる。
【００４７】
発明の実施形態の説明
以下に、本発明の幾つかの実施形態を例として説明する。
図１に示された電気機械は、ＡＣ誘導モータ組立体１００から成る。組立体１００は、周知のように回転軸線ＸＸ’の周りに回転するように軸方向の両端において中心軸（図示せず）上に軸受を介して支持された中心ロータ１０１と、ロータ１０１を囲繞するステータ１０２から成る。ステータ１０２は、磁界創生導体（ステータ巻線）１０３と、該導体を受容し保持するための巻型１０４から成る。巻型１０４は、総体的に細長い筒状構造体（筒体）であり、その筒体の内部にロータ１０１が収容される。ロータ１０１と巻型１０４の間に小さいギャップ１０５が設けられる。
【００４８】
巻型１０４は、その一端から他端にまで軸方向に周知の態様で延長した複数の溝又はスロットを備えている。図示の実施形態では、各スロットに磁界巻線の形とした１つの磁界創生導体１０３が収容される。図１の断面図では、それぞれのスロットに収容された、２つの直径方向に対向した磁界創生導体１０３だけが示されているが、多数の磁界創生導体が巻型１０４の周りに等間隔の位置に配設されたスロットに収容されている。
【００４９】
各スロットは、それに対応する、しかし円周方向でみて隣接していないスロットと協同して、１本の所定長の導体１０３の幾つかの巻きを収容する。該１本の導体は、その第１端を巻型１０４の第１端（図でみて左端）において第１のスロット内に配設されて該スロットの他端にまで軸方向に延設され、巻型の第２端を回って第１スロットに対して円周方向に隣接していない第２スロットへ延設され、第２スロットに沿って巻型の第１端に戻され、巻型の第１端において該導体の第２端が第２スロット内に配設される。それによって磁界創生導体のループが形成される。従って、導体１０３の両端が、いずれも、巻型１０４の一端（図でみて左端）に配置されるので、両端を後述するように接続することによって電気（磁界創生）回路を完成することができる。以上、１本の磁界巻線の１巻きだけについて説明したが、もちろん、必要ならば、導体をスロットの周りに多数回巻回することによってコイル巻線を形成することもできる。ただし、各スロット内に存在する導体の巻き数に関係なく、本発明のこの実施形態では、導体の両端を巻型１０４の同一端に位置させることを要件とする。
【００５０】
巻線導体の両端と同じ側の巻型１０４の端部に、複数の半導体スイッチ組立体１０６と電力供給母線リング組立体１０７が設けられる。この特徴は、図２により詳細に示されている。
【００５１】
電力供給母線リング組立体１０７は、同心関係に嵌め合わされた電力供給リング１０７ａ，１０７ｂ及び１０７ｃの形とした導電性材の３つのトラックから成る。これらのリング１０７ａ，１０７ｂ及び１０７ｃは、銅などの金属の扁平なストリップを例えばリングローリング法を用いて周知のように２つの金属ローラの間で圧延し、両端を合わせることによって形成される。金属ストリップの両端を突き合わせ溶接又はろう付けして結合しリングを完成させることができる。これらのリングは、モータ１００の回転軸線ＸＸ’を中心とする同心である。各リングは、３相供給源のそれぞれ異なる位相から電流をモータの周りのスイッチ組立体１０６へ搬送する。別の構成として、機械への電力供給源がＤＣ電源である場合、リングの数は２つだけでよい。
【００５２】
図１にも概略的に示されているように、スイッチ組立体１０６は、巻型１０４の左端において、リング組立体１０７からスイッチ組立体１０６へ延長した電気接続線１２０と、スイッチ組立体１０６から巻線導体１０３へ延長した電気接続線１２２を介してリング組立体１０７と巻線導体１０３の上述した両端との間に接続されている。
【００５３】
各スイッチ組立体１０６は、幾つかの半導体スイッチ１０８から成る。この実施例では、図２に示されるように、電力供給リング組立体１０７とステータ巻線１０３の間に接続された合計９０個のスイッチ１０８が設けられている。各スイッチ組立体１０６に６個のスイッチ１０８が設けられているから、１５個のスイッチ組立体１０６が電力供給リング組立体１０７の周りに等間隔に配置されている。それらのスイッチ組立体１０６の間隔を等間隔にすることは、通常、巻線導体１０３の端部に接続するのに好都合であるが、必要ならば、間隔を変えてもよい。各スイッチ組立体１０６内のスイッチ１０８は、各セットに３個づつ２つのセットとして配列されている。各スイッチ組立体１０６のスイッチ１０８の２つのセットは、電気絶縁性基板１０９の両側に１セットづつ配置されている。電気絶縁性基板１０９は、後述するように、スイッチから発生する熱を放散させるのを助成するヒートシンク（放熱手段）として機能する。各スイッチ組立体１０６において、基板１０９の一方の側のセットのスイッチ１０８と基板の他方の側のセットのスイッチ１０８とが電気接続線１２４を介して１対１の対応関係で対にされており、それらの各対のスイッチが３つの電力供給リング１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃのそれぞれ対応する１つにそれぞれの電気接続線１２０（図１参照）によって接続されていることに留意されたい。これらのスイッチ組立体１０６の位置は、各ステータ巻線１０３の端部の円周方向の位置に対応するように選定される。
【００５４】
巻線とスイッチの電気接続関係は、図３ａに示されている。ただし、図３ａでは、限られた数の巻線１０３だけが示されている。もちろん、これらの巻線は図の紙面に展開された形で示されており、実際の形態と配置は、図を外側にして紙面を巻線１０３の２つの側辺部分１２６，１２６に平行な軸線を中心として丸めることによってよりよく理解することができる。又、図３ａの例では、各巻線１０３は、２つの隣接する巻線１０３とのみオーバーラップしているが、実際の実用においては、これらの巻線はより多くの巻線とオーバーラップさせることができる。図３ａにおいても、後述する図３ｂ、５ａ及び５ｂにおいても、ステータの周面の残りの部分にも同様の態様で巻線が順次巻回されていることが、各図の底部に鎖線で示されている。
【００５５】
図２及び３ａを合わせて参照してスイッチ組立体１０６の１つだけを考察すると、基板１０９の一方の側のスイッチ１０８のセットは、電力供給リング１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃのうちの任意の１つをステータ巻線１０３の両端のうちの一方に選択的に接続するために作動させることができる。即ち、このセット中の各スイッチ１０８に信号を送る（又は送らない）ことによって電力供給リング１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの対応する１つをステータ巻線１０３の対応する端部に接続することができる。同様にして、基板１０９の他方の側のセットの各スイッチ１０８は、同じステータ巻線１０３の他方の端部を電力供給リング１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃの対応する１つに選択的に接続するために作動させることができる。
【００５６】
上述した配置の利点は、各セット中の３つのスイッチが各巻線の各端部を所定の時点で入力位相（電源の位相）Ａ，Ｂ，Ｃの任意の１つに接続することを可能にすることである。それによって、巻線導体１０３を流れる電流の完全な制御を可能にし、必要に応じて、巻線の端部を電源から隔絶することもできる。
【００５７】
これらのスイッチ１０８は、多相回転電気機械において巻線群の端部をまとめて対応する位相に接続するために通常必要とされる複雑な配線に効果的に取って代わることができる。これらのスイッチは、必要ならば、巻線と電源の位相Ａ，Ｂ，Ｃとの間の接続を変更するため設定し直すことができるので、機械の融通性を相当に高めることができる。
【００５８】
大型機械では半導体スイッチ１０８は巻線の端部間で電流をスイッチするのに相当大きな電力を取り扱わなければならないので、各基板１０９には、冷却流体を通すことができる中空のチャンネル（図示せず）のマトリックス（配列体）を設ける。それらのチャンネルは、両端に入口ポートと出口ポートを有している。図２に示されるように、チャンネルの入口ポートと出口ポートからそれぞれ入口パイプ１１０と出口パイプ１１１が延長している。入口パイプ１１０は、スイッチ組立体の外側を囲繞するリングの形に配置されたドーナツ型入口マニホールドパイプ１１２に接続されており、同様にして、出口パイプ１１１は、入口マニホールドパイプ１１２と同心的に、かつ、それから軸方向に離隔して配置された出口マニホールドパイプ１１３に接続されている。冷却流体は、入口パイプを通して供給され、暖められた流体は出口パイプから排出される。
【００５９】
制御回路機構１２８が、各スイッチ１０８を変調する制御信号１３０を発する。制御回路機構１２８は、モータ組立体１００の一体の一部分として構成してもよく、あるいは、別個に設けてもよい。制御回路機構１２８は、周知の態様で、好ましくは、１組のパルス幅変調信号を発生し、それを半導体スイッチ１０８の各々に印加してそれらの作動を制御する。このような制御回路機構は、当該機械の電気的パラメータのフィードバックを用いてパルス特性を自動的に調節することができるように例えばプログラム制御によって作動させることができ、オプションとして手動オーバーライド制御機能を付加することができる。
【００６０】
これらのスイッチは、又、各ステータ巻線を保護する役割をも果たし、故障した巻線（例えば、それ自体内で、おあ他の素子との間で短絡を起こした巻線）を、モータ自体の作動を継続したままで、電気的に隔絶することを可能にする。
【００６１】
図３ｂに示される変型例では、各巻線の一端を中性点に接続する第４の母線が、他のリング１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃに同心的に嵌め合わされた追加のリング１０７ｄ（図２には示されていない）として設けられている。（図３ｂには、リング１０７ｄが中性リングであることを示す符号Ｎが付されている。）この構成では、スイッチの所要数を半分に減らすことができ（即ち、各スイッチ組立体のスイッチを３個のスイッチからなる１セットだけとすることができ）、スイッチ組立体の構造の複雑さと発熱を減少させることができるが、モータ作動の融通性もそれだけ低くなる。
【００６２】
図４及び５ａには、電気的に均等の回路を示す別の実施形態が示されている。図４及び５ａでは、図１及び３ａに示された構成要素に対応する要素は、同じ参照番号に１００を付加して示されている。
【００６３】
この実施形態では、モータ１００の一端に１つのリング組立体１０７を設ける図１及び３ａの第１実施形態とは異なり、モータ２００の両端に１つづつ２つのリング組立体２０７’，２０７”が設けられ、合計６つの導電性トラック又は母線が設けられる。３つの追加のリング導体２０７”ａ，ｂ，ｃも、やはり電源の３つの位相Ａ，Ｂ，Ｃの各々から電流を搬送する。
【００６４】
追加のリング導体２０７”ａ，ｂ，ｃとステータ巻線２０３”の間に、追加のスイッチ組立体２０６”が設けられている。各スイッチ組立体２０６”には、第１実施形態の場合と同様に、個々のスイッチ２０８が、基板２０９の両側に各々３つのスイッチから成るセットとして１セットづつ配置されている。これらの追加のスイッチ組立体２０６”のスイッチ２０８は、ステータ巻線２０３”、即ちスイッチ組立体２０６’のスイッチ２０８が接続されていない巻線の端部に接続されている。図に示されるように、ステータ巻線２０３”は、スイッチ組立体２０６”を介して電力供給リング組立体２０７”に接続されており、スイッチ組立体２０６’を介して電力供給リング組立体２０７’に接続されている巻線２０３’又は巻線２０３’の群と円周方向に交互に配置されている。
【００６５】
図５ａの構成の変型例が図５ｂに示されている。この変型例では、スイッチの所要数を半分にすることができるように、中性点に接続された単一の導電性リング２０７’ｄ，２０７”ｄが、ステータの両端の各々に設けられている。（図５ｂには、２０７’ｄ，２０７”ｄが中性リングであることを示す符号Ｎが付されている。）各巻線の一端は、中性リング２０７’ｄ，２０７”ｄに接続され、他端は図３ｂの構成におけるのと同様にスイッチ組立体を介して給電される。
【００６６】
ステータの両端にスイッチを設けることの１つの利点は、ステータ巻線の保護、隔絶及び駆動の面でオプションを増やす（選択の幅を大きくする）ことによって機械の融通性という点で更なる改善を提供することである。更に、この変型例では、巻線をループの形に形成する必要性をも排除することが可能である。即ち、図５ａ及び５ｂの巻回コイル構成にそれぞれ対応する図６ａ及び６ｂに示されるように、導体を、ループ状に巻回せずに、巻型の一端から他端にまで軸方向に延長する細長いバー３００として構成することもできる。
【００６７】
上述した各実施形態は、本発明の範囲を限定するものではなく、他のいろいろな変型実施形態が可能であることは、当業者には明らかであろう。それらの変型実施形態の少くとも幾つかが図８に示されてい。図８に示されるように、電力供給母線リングは、ＤＣ電源をスイッチ組立体に搬送するようにすることもでき（２つのリング）、あるいは、ＡＣ電源を３相スイッチ組立体に搬送するようにすることもできる（３つのリング）。ＤＣ電源の場合、当業者には明らかなように、各スイッチ組立体を必ずしも１個のスイッチより多い複数個のスイッチで構成する必要はない。スイッチを簡略化するために、オプションとして、中立点に接続するための追加の導体を設けることができる。
【００６８】
又、上述した各実施形態において、巻線の両端にスイッチを設けてもよく、あるいは、巻線の一端だけにスイッチを設けてもよい。巻線の両端（入力端子と出力端子）にスイッチを設けた場合、制御回路は、巻線の電気波形を制御するために一方のスイッチだけを変調するように構成してもよく、あるいは、必要なときは、巻線を隔絶するために両方のスイッチを制御するように構成することもできる。
【００６９】
あるいは別法として、巻線の電気波形を制御するために巻線の両端のスイッチを変調させるようにしてもよい。
【００７０】
スイッチ手段及び導電性リングは、ステータの一端だけに設けてもよく、あるいは、又は両端に設けてもよい。
【００７１】
巻線は、ループの一部分からステータの周りに複数回コイル巻きされた個々の導体によって構成してもよく、あるいは、ステータの一端から他端にまで軸方向に延長させた単一の導電性バーによって構成してもよい。
【００７２】
上述した各実施形態においては、複数個のスイッチから成る各スイッチ組立体は、巻線又はその他の磁界創生導体の１つだけに接続されているが、別法として、スイッチ組立体内のスイッチがオーバーヒートすることなくより大きな電流を取り扱うことができる限り、１つのスイッチ組立体を２つ以上の巻線又は巻線の１つの群に接続することもできる。そのような構成は、制御の融通性が低下し、当該回転機械の磁界巻線の破損や故障に対する防護が弱くなるというデメリットはあるが、それに見合うだけスイッチの所要数を減らすことができるという経済性が得られる。
【００７３】
上述した各実施形態のスイッチ組立体は電気機械のステータの周りに等角間隔に配置されるものとして説明されたが、当業者には明らかなように、本発明の目的及び利点を著しく損なうことなくスイッチ組立体間の間隔を等間隔からある程度ずらせることも可能である。
【００７４】
上記各実施形態の説明は３位相を有するＡＣ電源の使用に主眼を置いてなされているが、もちろん、何らかの理由で望ましいと考えられる場合は、２相電源又は３位相以上の位相を有する電源を使用することも可能である。もちろん、当業者には明らかなように、電力供給リング及びそれに関連するスイッチの数は、供給される位相の数に整合するように適正に調節する必要がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明による誘導モータの第１実施形態の一部断面による平面図である。
【図２】
図２は、図１のモータの電力供給リング又は母線組立体とそれに関連するスイッチ組立体のより詳細な透視図である。
【図３ａ】
図３ａは、図１のモータのスイッチと磁界巻線との接続態様を示す回路図である。
【図３ｂ】
図３ｂは、図１のモータのスイッチと磁界巻線との変型接続態様を示す回路図である。
【図４】
図４は、本発明による誘導モータ装置の別の実施形態の一部断面による平面図である。
【図５ａ】
図５ａは、図４のモータのスイッチと磁界巻線との接続態様を示す回路図である。
【図５ｂ】
図５ｂは、図４のモータのスイッチと磁界巻線との変型接続態様を示す回路図である。
【図６ａ】
図６ａは、本発明の別の実施形態のモータのスイッチと磁界巻線との接続態様を示す回路図である。
【図６ｂ】
図６ｂは、図６ａの実施形態の変型例を示す回路図である。
【図７】
図７は、回転機械のための慣用の菱型パターンの磁界創生導体を示す図である。
【図８】
図８は、本発明の範囲内で可能な巻線、スイッチ組立体及び電力供給リングの幾つかの構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１００  モータ組立体、モータ、
１０１  中心ロータ、ロータ
１０２  ステータ
１０３  磁界創生導体、巻線導体、巻線
１０４  巻型
１０６  半導体スイッチ組立体、スイッチ組立体
１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ  電力供給リング、リング
１０７ｄ  リング
１０７  電力供給母線リング組立体、電力供給リング組立体、リング組立体
１０８  半導体スイッチ、スイッチ
１０９  電気絶縁性基板、基板
１１０  入口パイプ
１１１  出口パイプ
１１２  入口マニホールドパイプ
１１３  出口マニホールドパイプ
１２０  電気接続線
１２２  電気接続線
１２４  電気接続線
１２６，１２６  側辺部分
１２８  制御回路機構
１３０  制御信号
２００  モータ
２０３’  巻線
２０３”  巻線
２０６’  スイッチ組立体
２０６”  スイッチ組立体
２０７’  電力供給リング組立体
２０７’ａ，ｂ，ｃ  リング導体、導電性リング
２０７’ｄ  中性リング
２０７”  電力供給リング組立体
２０７”ａ，ｂ，ｃ  リング導体、導電性リング
２０７”ｄ  中性リング
２０８  スイッチ
２０９  基板
３００  導電性バー、バー
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４】
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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７】
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【図８】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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