(57)【要約】      （修正有）【課題】突極を有する多極同期電気機械のロータを提供する。【解決手段】突極１０を有する多極同期電気機械のロータ１００は、複数の突極１０と、突極１０の各々に分布されるとともにステータの電機子を取り巻くのに適した磁束を発生させるのに適した起磁力源とを含み、漏れ磁束と称される起磁力源により発生した前記磁束の一部は、ロータ１００の突極１０間で分散される。ロータは、突極１０間で分散された磁束漏れを補償するのに適した磁気補償源４００を含み、補償源４００は、漏れ磁束の少なくとも一部を補償するように寸法決定されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の突極（１０）と、前記突極の各々に分布されるとともにステータの電機子を取り巻くのに適した磁束（Φ）を発生させるのに適した起磁力源（３）とを含む多極同期電気機械のロータであって、漏れ磁束と称される前記起磁力源により発生した前記磁束（Φ）の一部（Фf）は、前記ロータ（１００）の前記突極（１０）間で分散されている、多極同期電気機械のロータであって、
前記ロータは、前記突極（１０）間で分散された前記磁束漏れ（Фf）を補償するのに適した磁気補償源（４００）を含み、前記補償源は、前記漏れ磁束の少なくとも一部を補償するように寸法決定されていることを特徴とする、多極同期電気機械のロータ。
【請求項２】
前記磁気補償源（４００）は永久磁石（２６）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項３】
前記複数の突極（１０）の各々は、前記突極（１０）のいずれの側にも配置された一対の極先端（２）を含み、前記磁気補償源（４００）は、極間空間（１１）のレベルにおいて２つの極先端（２）の間に取り外し可能に装着されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項４】
前記極先端（２）は溝（３１）を含み、かかる溝（３１）の形状は、前記補償源（４００）をスライドにより受容するように適合されていることを特徴とする、請求項３に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項５】
前記溝（３１）は、前記極先端（２）に沿って連続していることを特徴とする、請求項４に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項６】
前記溝（３１）の前記形状および前記補償源（４００）の前記相補形状は、前記補償源（４００）を径方向に遠心力の影響下に維持するように適合されていることを特徴とする、請求項５または６に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項７】
前記磁気補償源（４００）は、少なくとも１つの永久磁石を含む補償ブロックにより形成され、前記補償ブロック（２０）は、２つの突極（１０）の間に位置決めされていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項８】
前記補償ブロックは、前記少なくとも１つの永久磁石（２６）のいずれの側にも編成された２つの非磁性板により形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項９】
前記補償ブロックは、前記少なくとも１つの磁石（２６）に境する軟鋼の２つのシム（２３、２４）を含み、前記シム（２３、２４）の形状は、前記極先端（２）の前記溝（３１）と協働するのに適していることを特徴とする、請求項７または８に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１０】
前記磁気補償源は電磁石を含むことを特徴とする、請求項１に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１１】
前記磁気補償源は誘導コイルを含むことを特徴とする、請求項１に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１２】
前記磁気補償源（４００）は、冷却流体の循環を可能にするのに適した少なくとも１つのダクトを含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１３】
前記起磁力源は、各突極（１０）を取り囲む誘導コイルにより実現されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１４】
前記起磁力源は永久磁石により実現されることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１５】
誘導コイルにより実現された第１の起磁力源と、永久磁石により実現された第２の起磁力源とを含むことを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の多極同期電気機械のロータ（１００）。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の突極（１０）を有するロータ（１００）を含む同期電気機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータアセンブリと、ステータアセンブリに対して回転軸心周りに枢動するロータアセンブリとを備える、高い電気的性能を有する同期電気回転機械の分野に関する。
【０００２】
より具体的には、本発明は、複数の突極および磁極片を備える異極型の多極同期電気機械のロータに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、突極ロータは、磁気回路のリングの周縁上に配置された界磁極を有する。
【０００４】
これらのロータは、一般に、積層極の場合で１２００回転／分まで、中実極の場合で１８００回転／分までの低速アプリケーションにおいて用いられる。
【０００５】
既知の技術において、突極を有する同期電気機械のロータは：
−磁気回路のリングと中心軸とにより形成された中心部（小径ロータについては、中心軸と磁気回路のリングとが単一片を形成する）と；
−極本体（pole bodyまたはpolar body）と称される中心部と磁極片と称される周縁部とにより形成された突極または極（各極の中心部を一定の磁束が通過し、他方、磁極片のレベルにおける極の表面において、ステータのスロットの前で回転することにより誘導がパルス状に発生する）と；
−巻線スタックにより形成された、各極本体を取り囲む誘導コイルと；を含む。
【０００６】
同期機械とは、出力軸の回転速度が磁界の回転速度に等しい電気機械である。突極を有する回転機械の磁化は、極本体を取り囲む誘導コイルにより形成されたインダクタにより得られる。
【０００７】
回転機械の総磁束Фtは、従来、電機子（すなわち、ステータ）によりもたらされる有効成分（有効磁束Фu）と、漏れ磁束Фfと称される分散成分とで構成されている。回転機械において存在するこれらの磁気漏れは、機械のジオメトリ、特にロータの極間空間および極数に大きく依存する。
【０００８】
ロータの磁極間のこれらの漏れ磁束を低減するため、以下のいずれかを行うことが既知である：
−２極間の空間を大きくする（この場合、電気回転機械の容積および重量が増加し、特定の使用分野、例えば海事分野または風力エネルギー分野などにおいて全体寸法の問題が生じる）；または
−ロータのレベルにおける漏れが比例するアンペア回数を低減する（これは、機械の休止、すなわちかなりのコスト増加を意味する）。
【０００９】
ロータのレベルにおける磁極間の磁気漏れを制限することを目標とする既存の解決策は、全体寸法に関する要求、コスト削減、および回転電機機械の出力増加など、現状の要求のすべてを満足させる実行可能な解決策ではない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このような文脈において、本発明は、コンパクト性および出力についての現状の要求を
満たしつつ、ロータの突極間の漏れ磁束の影響を低減することにより回転電機機械の性能を向上させるのに適した、突極を有する回転電機機械用のロータを提供することを目標とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的のため、本発明は、複数の突極と、前記突極の各々に分布されるとともにステータの電機子を取り巻くのに適した磁束Φを発生させるのに適した起磁力源とを含む多極同期電気機械のロータであって、漏れ磁束と称される前記起磁力源により発生した前記磁束の一部Фfは、前記ロータの前記突極間で分散されている、多極同期電気機械のロータであって、前記ロータは、前記突出極間で分散された前記磁束漏れФfを補償するのに適した磁気補償源を含み、前記補償源は、前記漏れ磁束の少なくとも一部を補償するように寸法決定されていることを特徴とする、多極同期電気機械のロータを提案する。
【００１２】
「磁束漏れを補償するのに適した」とは、磁束漏れの方向に反する相補磁束を発生させることより全体的であろうと部分的であろうと磁気平衡を確立することを意味するものと理解され、補償のためとされる相補磁束は、回転機械の磁気漏れの少なくとも一部分を補うことを目標とするものである。
【００１３】
磁気補償源を用いることにより、所与の動作条件において、有利には、極本体のベースのレベルにおけるロータの飽和に主たる磁束とともに加担する漏れ磁束の少なくとも一部分が抑制されることにより、極本体のベースにおける磁気飽和現象が制限される。従って、本発明による補償源を用いることにより、主たる磁束を許容可能な磁気飽和まで増加させることにより、ロータの寸法を修正することなくパワーを最適化することが可能になる。
【００１４】
本発明は、このように、回転機械において本質的に存在する磁束漏れを全体的または部分的に補償することにより、回転機械により提供されるパワーである出力を最適化することを可能にする。
【００１５】
本発明により、全体寸法を増加させることなくより高性能な回転機械を生産することが可能になり、このことはコンパクト性および出力増加を求める現在の傾向に合う。
【００１６】
本発明は、単極または擬似単極同期機械とは区別されるべきものであり、かかる同期機械のアーキテクチャおよびそれらの使用に対する需要は、突極を有する同期機械とは非常に異なる。実際、かかる機械は、外周縁に亘る歯およびスロットの連続体を含む２つの円盤の一体軸心コアの周囲に単一の励起コイルを含むものである。
【００１７】
また、本発明による突極を有する多極同期電気機械のロータは、以下の特徴の１つ以上を、個々にまたはすべての技術的に可能な組み合わせで呈することが可能である。
−前記磁気補償源は永久磁石を含む；
−前記複数の突極の各々は、前記突極のいずれの側にも配置された一対の極先端を含み、前記磁気補償源は、極間空間のレベルにおいて２つの極先端の間に取り外し可能に装着されている；
−前記極先端は溝を含み、かかる溝の形状は、補償源をスライドにより受容するように適合されている；
−前記溝は、前記極先端に沿って連続している；
−溝の前記形状および前記補償源の前記相補形状は、前記補償源を径方向に遠心力の影響下に保つように適合されている；
−前記磁気補償源は、少なくとも１つの永久磁石を含む補償ブロックにより形成され、前記補償ブロックは、２つの突極の間に位置決めされている；
−前記補償ブロックは、前記少なくとも１つの永久磁石のいずれの側にも編成された２つの非磁性板により形成されている；
−前記補償ブロックは、少なくとも１つの磁石に境する軟鋼の２つのシムを含み、前記シムの形状は、前記極先端の溝と協働するのに適している；
−前記磁気補償源は電磁石を含む；
−前記磁気補償源は誘導コイルを含む；
−前記磁気補償源は、冷却流体の循環を可能にするのに適した少なくとも１つのダクトを含む；
−前記起磁力源は、各突極を取り囲む誘導コイルにより実現される；
−前記起磁力源は永久磁石により実現される；
−前記ロータは、誘導コイルにより実現された第１の起磁力源と、永久磁石により実現された第２の起磁力源とを含む。
【００１８】
また、本発明は、本発明による突極を有するロータを含む同期電気機械を目的に有する。
【００１９】
本発明の他の特徴および利点は、下記の添付図面を参照して以下に与えられる、例示的であり限定的でない説明からより明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明による同期電気機械の突極を有するロータの部分斜視図である。
【図２】本発明による突極を有するロータの、ロータの回転軸心に対して垂直な平面に沿う部分断面図である。
【図３】図１に示す同期電気機械の突極を有するロータの磁気補償源の一例の斜視図である。
【図４】図３に示す磁気補償源の上面図である。
【図５】図４に示す断面ＡＡに沿う図３および図４に示す磁気補償源の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
すべての図面において、そうでないと明記しない限り、共通の要素には同じ参照番号を付す。
【００２２】
図１は、同期電気機械の突極を有するロータ１００の部分斜視図である。
【００２３】
図１は、２つの突極１０の間に配置された、極間空間と称される空間１１を示すロータ１００の一部分をより詳細に示す。図１は、一部の突極１０のみを示す。
【００２４】
ロータ１００の各突極１０は、誘導コイル３（図２）により取り囲まれた極本体（pole
body、polar bodyとも称される）１により形成されている。図１をより見易くするため、各極本体１を取り囲む誘導コイル３は、図１に示していない。
【００２５】
図示の実施形態によれば、極本体１は、同期電気機械の磁気回路の極輪を構成するリム４の一体部を形成する片である。リム４は、好ましくは、軸またはハブ（図示せず）上に熱間装着された電磁鋼板スタックにより実現される。別の実施形態によれば、極本体１は、軸の一体部を形成する中実モノブロック片である。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、極本体は、ネジ留め手段、キー、またはダブテールジョイントなどの従来の固定手段によりリム４上または軸上に追加および一体化された、中実片または積層片である。
【００２７】
誘導コイル３は、特定数の巻線で極本体１を取り囲む円形または矩形断面の銅導体により実現されている。ロータ１００の誘導コイル３は、ロータのインダクタを形成し、磁束Φを発生させるのに適した起磁力源を構成する。
【００２８】
極先端２は、極本体１のいずれの側にも対をなして配置され、極本体１の全長に亘り延在する。前記対のうちの単一の磁極端２を各極本体１上に示す。
【００２９】
対をなす極先端２により、極本体のいずれの側においても誘導コイル３が定位置に保たれる。
【００３０】
また、極先端は、磁極片の一体部であり、これにより、鉄間空間のレベルにおける磁束の拡散が可能になる。極先端のプロファイルは、空間高調波を最小化するように正弦波に近い鉄間空間誘導波が得られるように設計されている。
【００３１】
また、極間空間１１に位置決めされる楔３２を打ち込むため、従来、ロータの回転に際して誘導コイル３を接線状に保つことが行われている。
【００３２】
本発明の第１の有利な実施形態によれば、極先端２は、極本体１のいずれの側にも編成されるとともに極本体１の長さに亘り延在するスロット６ａと協働するのに適した締結具６ｂを備え、これにより、極本体１のいずれの側にもダクトが形成される。
【００３３】
締結具６ｂにより、他の固定手段を用いることなく極先端２を極本体１のスロット６ａに嵌合および／またはスライドさせることにより配置することが可能になる。嵌合は、極本体１の各端から行われ、スライドは、前記極本体１の長手方向に従って行われる。締結具６ｂは、例えばフック形状を有する。
【００３４】
従って、締結具６ｂの特定の形状により、極先端２を径方向に保持し、ロータ、特に径方向コンポーネントの回転に際して誘導コイル３の遠心力により生じる応力を封じ込むことが可能になる。
【００３５】
本発明の別の実施形態によれば、極先端は、ネジ留め手段などの従来の一体化手段により極本体上に追加および一体化された磁極片の一体部を形成する。磁極片は、誘導コイルが極本体の周囲に配置されると、極本体上に位置決めされる。
【００３６】
本発明の別の実施形態によれば、極先端は、磁極片に一体化され、かかる磁極片自体は、極本体に一体化され、誘導コイルは、極本体の周囲に配置されるとともに、極先端の内面と極本体の内面の周縁上に形成されたハウジング内にネジ留めされたクランプとの間で径方向にクランプ固定される。コイルが巻かれた極アセンブリは、ネジ留めまたはキー留めによりリム上に装着される。
【００３７】
本発明によるロータ１００は、さらに、誘導コイル３による磁束Φの発生に際して回転機械において本質的に発生する漏れ磁束Фfを少なくとも部分的に補償することを目的とする相補起磁力（ｆｍｍ）を発生させるのに適した磁気補償源４００を備える。
【００３８】
本発明の第１の実施形態によれば、この磁気補償源は、少なくとも１つの電磁石を含む。
【００３９】
本発明の第２の実施形態によれば、この磁気補償源は、少なくとも１つの相補界磁巻線を含み、相補界磁巻線は、極本体を取り囲む誘導コイルにより形成される界磁巻線と異な
る。
【００４０】
本発明の第３の特に有利な実施形態によれば、この磁気補償源は、少なくとも１つの永久磁石２６を含む。
【００４１】
図面に示すこの第３の実施形態によれば、この補償源４００は、複数の永久磁石２６を一体化する複数の補償ブロック２０により形成され、補償ブロックは、ロータ１００の極間空間１１のレベルにおいて位置決めされている。
【００４２】
この目的のため、極先端２は、極間空間１１に面するそれらの端部のレベルにおいて、補償ブロック２０と協働するのに適した溝３１を備える。溝３１の形状は、補償ブロック２０の形状に応じて決定される。例えば、溝３１の形状は、ロータが既に組み立てられているときに補償ブロック２０を２つの極先端２の間にスライドにより受容することができるように決定することが可能である。
【００４３】
また、溝３１の形状は、ロータ１００の回転中、補償ブロック２０の維持が保証されるように決定される。
【００４４】
図２の詳細図は、特にかかる溝３１を含む２つの極先端２の間の補償ブロック２０のアセンブリを示す。
【００４５】
図１に示す実施形態によれば、補償源４００は、３つの補償ブロック２０により形成され、かかるブロック２０は、特に図３、図４、および図５において詳細に示す。
【００４６】
本発明の別の実施形態によれば、補償源４００は、ロータの全長に亘り延在する単一の補償ブロックにより形成される。しかし、いくつかの補償ブロック２０を用いることにより、補償源の取り扱いおよび装着／解体が容易になる。
【００４７】
極先端間に配設されるとともにロータの軸方向に従って導入されるブロックは、径方向の通気を実現するように密接してまたは見通しがきくように位置決めすることが可能である。
【００４８】
また、いくつかの補償ブロックを用いることにより、電気機械が既に装着されているとき（すなわち、ロータがステータに組み込まれているとき）に補償源４００の装着／解体が容易になる。
【００４９】
図３、図４、および図５に示すように、補償ブロック２０は：
−下部非磁性板２２と；
−上部非磁性板２１と；
−軟鋼の２つの側方向シム２３および２４と；
−２つの非磁性板２１および２２の間に挟まれて位置決めされた永久磁石２６と；により形成される。
【００５０】
非磁性板２１および２２ならびに側方向シム２３、２４は、ネジ留め手段２５により一体化されている。別の実施形態によれば、非磁性板２１および２２ならびに側方向シム２３、２４は、リベット留めまたは糊付けにより一体化される。
【００５１】
永久磁石２６は、現状の寸法の標準化された基本ブロックであると有利である。かかる基本ブロックを用いることにより、補償源４００の生産コストを削減することができる。
【００５２】
永久磁石２６は、ロータの極性を考慮して２つの非磁性板２１および２２の間に位置決めされる。ロータの極性の関数として永久磁石２６を位置決めする一例を、図２の詳細図に示す。
【００５３】
磁石２６は、非磁性板２１、２２上に糊付けされると有利である。
【００５４】
永久磁石２６の寸法、より具体的には磁石２６の厚さは、所望される磁束の漏れの補償の度合に応じて適合されている。従って、希望および必要性に応じて、ロータのレベルにおける磁束の漏れを完全にまたは部分的にのみ補償することが可能である。
【００５５】
側方において補償ブロック２０に境する軟鋼のシム２３、２４は、それぞれ外面２３ｅ、２４ｅを呈し、かかる外面のジオメトリは、極先端２の周縁部に編成された溝３１にスライドにより嵌合するように適合されている。外面２３ｅ、２４ｅは、ロータ１００の径方向軸心に対して斜めのプロファイルを呈し、これにより、開き角度αを形成している。
【００５６】
２つのシムの外面により形成された開き角度αは、ロータ１００の回転に際して極先端２間の補償ブロック２０の位置が維持されることを保証するように決定されると有利である。また、開き角度αは、ロータ上の突極１０の数に依存する。
【００５７】
一例として、１２個の突極を備えるロータについての図面に示す開き角度αは、約３０°である。
【００５８】
軟鋼のシム２３、２４を用いることにより、さらに、極先端２を延在させることが可能になり、シム２３、２４は、次いで、誘導調和比を最小化するように、磁極片の一体部である極先端の機能、すなわち、鉄間空間における誘導波形の改善に加担する。
【００５９】
直前に説明した実施形態は、極間空間１１のレベルにおいて極先端２間でスライドさせることにより補償源４００の速やかな装着および／または解体を可能にすると有利である。このため、補償源４００の装着および解体作業を、装着されたロータ上または装着された電気機械上で（すなわち、ロータがステータに導入された状態で）行うことが可能である。この後者の可能性により、さらに、永久磁石が装備されたロータのステータ内への装着についての問題が克服される。
【００６０】
本発明の別の簡略化された実施形態（図示せず）によれば、補償源は、非磁性支持板上に一体化された永久磁石２６により形成される。このように構成されたアセンブリは、先に説明したように極先端にこの目的のために設けられた溝にスライドにより挿入することが可能である。
【００６１】
また、補償源４００をスライドにより装着する方法は、現場におけるメンテナンスを向上させるという利点を有する。実際、メンテナンスのためにロータを解体する必要がある場合、ロータの除去および当然のことだが再装着を容易にするように、補償源がまず解体されるであろう。
【００６２】
補償源４００は、この補償源がロータ上に配置されていなくても、回転機械が多少低下した性能で依然として機能することが可能であるように寸法決定されている。
【００６３】
本発明の別の実施形態によれば、補償源４００は、冷却流体の循環を可能にするのに適したオリフィスまたはダクトを備えることが可能である。従って、ロータ１００の回転に際して、周囲空気または取り囲む冷却流体が極間空間１１に進入し、補償源のレベルにおいて編成されたオリフィスまたはダクトのレベルにおいて排出される。また、冷却流体の
循環流を生じさせるか、またはロータ１００の回転により生じた自然の循環流を増加させるように、この空間１１の入口にファンを編成することが可能である。
【００６４】
第１の例の実施形態によれば、補償ブロックは、ロータの長さに亘り分布されていると有利な、トラバースオリフィスを含むことが可能である。これらのオリフィスにより、極間空間１１からロータ１００の外部に向かう（すなわち、鉄間空間および回転機械のステータに向かう）径方向の冷却流体の循環が可能になり、誘導コイルおよびステータ巻線の冷却が改善される。
【００６５】
第２の例の実施形態によれば、ダクトまたはオリフィスは、例えば２つの補償ブロックの間に空間を形成することにより、または補償ブロックの長手方向端のレベルにおいてスロットを実現することにより、異なる補償ブロックの接合部のレベルにおいて編成することが可能である。
【００６６】
従って、本発明は、例えば回転機械の容積を修正することなくその出力を向上させる、または従来の回転機械（同じロータの電流密度および磁束密度を有する）に対して供給されるパワーを向上させることを可能にする、同期電気機械の突極を有する多極ロータを実現することを目的とする。
【００６７】
最後に、本発明による突極を有するロータにより、特別な工具を用いることなく、相補補償源を簡単かつ速やかに装着することが可能になる。極先端および補償源の独創的な形態により、速やかかつ容易な装着と、同時にロータの停止中および回転中における誘導コイルの維持との両方が可能になる。
【００６８】
加えて、本発明による突極を有するロータは、補償源がない場合も、低下した性能で機能することが可能である。
【００６９】
起磁力源として誘導コイルを備える、同期電気機械の突極を有する多極ロータについて本質的に説明した。しかし、本発明は、永久磁石により形成された起磁力源を含む同期電気機械の突極を有する多極ロータ、または永久磁石および誘導コイルにより形成された２つの磁気励起源を備える同期電気機械にも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【外国語明細書】
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