(57)【要約】【課題】高い性能を維持しながら、永久磁石の使用に伴う制約を克服することができる電気機械を提案する。【解決手段】本発明は、少なくとも１つの励磁器ユニットが設けられた固定子と、ストリップが設けられた回転子と、を有する他励電気機械に関する。各励磁器ユニットは、２つの二次磁気回路及び１つの一次磁気回路を備えている。各二次磁気回路は、固定子励磁器巻線と、歯が設けられた２つの環状ヨークと、を備えている。一次磁気回路は、回転子励磁器巻線及び環状リングを備えている。一次磁気回路によって発生する第１の磁束は、各ストリップにおけるループを循環し、二次磁気回路によって発生する第２の磁束は、ストリップ、歯及びリングにおけるループを循環する。これによって各ストリップは第１のＮ極及び第１のＳ極を有し、歯は第２のＮ極及び第２のＳ極を交互に備えている。【選択図】図１
2016119837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
他励電気機械（１）であって、
回転軸（２）と、
構造部材（１１）及び前記回転軸（２）を中心とする環状の形状の複数の巻線（１４、１４’、２４）が設けられた固定子（１０）と、
前記回転軸（２）を中心として回転可能であり、構造（２１）及び複数のストリップ（３３）が設けられた回転子（２０）であって、前記ストリップ（３３）が前記回転軸（２）の周りで角度方向に規則的に分散し、各ストリップ（３３）が強磁性材料で作製されると共に他のストリップ（３３）から磁気的に絶縁されている、回転子（２０）と、
を備え、
前記固定子（１０）が少なくとも１つの励磁器ユニット（３）を有し、前記励磁器ユニット（３）に２つの二次磁気回路（１２、１２’）及び１つの一次磁気回路（２２）が設けられ、前記一次磁気回路（２２）が前記二次磁気回路（１２、１２’）と協働し、
各二次磁気回路（１２、１２’）がそれぞれの固定子励磁器巻線（１４、１４’）及び２つの環状ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）を有し、
各一次磁気回路（２２）が直流を流すための回転子励磁器巻線（２４）を備え、
各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）が、Ｃ字形の断面であり、２つの末端側面（１３１、１３２）及び１つの中央側面（１３３）を含む３つの側面（１３１、１３２、１３３）と、各々が基部及び先端部を有する複数の歯（１５）と、を備え、前記歯（１５）が少なくとも１つの末端側面（１３１、１３２）において前記回転軸（２）の周りで角度方向に規則的に分散し、前記基部が前記中央側面（１３３）に接続し、前記固定子励磁器巻線（１４、１４’）が前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の内側に位置付けられていると共に交流を流すようになっており、
二次磁気回路（１２、１２’）の前記２つのヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記歯（１５）が、それらの間に第１の距離（ｄ１）を維持しながら、前記ストリップ（３３）に対向する前記二次磁気回路（１２、１２’）の前記固定子励磁器巻線（１４、１４’）の少なくとも１つの面において相互に嵌合し、
更に、前記励磁器ユニット（３）の一方の二次磁気回路（１２，１２’）の歯（１５）が他方の二次磁気回路（１２、１２’）の歯（１５）と同一線上にあり、前記２つの同一線上にある歯（１５）の先端部が同一方向を指し示し、前記２つの歯の前記先端部及び基部が位置合わせされ、前記回転子励磁器巻線（２４）によって第１の磁束（Ｆ１）が発生して前記ストリップ（３３）を循環する結果として、各ストリップ（３３）が少なくとも１つの第１のＮ極及び少なくとも１つの第１のＳ極を有し、
前記固定子励磁器巻線（１４、１４’）によって第２の磁束（Ｆ２）が発生して前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）を循環する結果として、前記歯（１５）が第２のＮ極及び第２のＳ極を交互に含み、１つのヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記歯（１５）が同一の極性の前記第２の極を有し、２つのヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の２つの隣接する歯（１５）が逆の極性の前記第２の極を有し、
これにより、前記ストリップ（３３）の前記第１の極と前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記第２の極との間にエアギャップが形成され、
各ヨークが同じ数の歯（１５）を有し、二次磁気回路（１２、１２’）の歯（１５）の数が前記二次磁気回路（１２、１２’）と協働するストリップ（３３）の数と等しく、前記電気機械（１）の第１の極の合計数が前記電気機械（１）の第２の極の合計数と等しい、他励電気機械。
【請求項２】
各歯（１５）の先端部は前記固定子励磁器巻線（１４、１４’）から突出し、各中央側面（１３３）は前記固定子励磁器巻線（１４、１４’）から突出せず、１つの二次磁気回路（１２、１２’）のヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の歯（１５）の前記先端部の端部は、前記二次磁気回路（１２，１２’）の他方のヨーク（１３）の前記中央側面（１３３）の外側面と位置合わせされている、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項３】
各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記第１及び第２の末端側面（１３１、１３２）及び前記ストリップ（３３）が前記回転軸（２）に対して垂直に位置付けられて、前記電気機械（１）において各磁束（Ｆ１、Ｆ２）が各エアギャップを通ってアキシャル方向に循環するようになっている、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項４】
各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記第１及び第２の末端側面（１３１、１３２）及び前記ストリップ（３３）が前記回転軸（２）に対して平行に位置付けられて、前記電気機械（１）において各磁束（Ｆ１、Ｆ２）が各エアギャップを通ってラジアル方向に循環するようになっている、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項５】
各歯（１５）が「猫の舌」の形状である、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項６】
各歯（１５）が「階段」の形状である、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項７】
各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）が各歯（１５）の前記基部において面取り形状の接続部を含む、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項８】
前記回転子（２０）が、前記固定子（１０）の内側又は外側で回転可能である単一の内側又は外側部分（２１ａ又は２１ｂ）を有し、前記ストリップ（３３）が前記内側又は外側の単一部分（２１ａ又は２１ｂ）上にあり、前記歯（１５）が前記ストリップ（３３）に対向する前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の単一の末端側面（１３１）上に分散し、各一次磁気回路（２２）が、前記回転軸（２）を中心とする環状の形状の、前記ストリップ（３３）とは反対側の前記回転子励磁器巻線（２４）の面上に位置付けられたリング（２３）を備え、前記リング（２３）が前記励磁器ユニット（３）の前記二次磁気回路（１２、１２’）の各々の前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の１つを磁気的に接続する、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項９】
前記回転子（２０）が、前記固定子（１０）の内側で回転可能である内側部分（２１ａ）と、前記固定子（１０）の外側で回転可能である外側部分（２１ｂ）と、を有し、前記ストリップ（３３）が、各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記歯（１５）に対向する前記内側部分（２１ａ）及び前記外側部分（２１ｂ）上にそれぞれ分散し、前記歯（１５）が前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）の前記末端側面（１３１、１３２）の双方に分散し、各一次磁気回路（２２）が前記回転子励磁器巻線（２４）のみで構成されている、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１０】
各励磁器ユニット（３）内において、前記二次磁気回路（１２、１２’）の双方が横に並んで位置付けられ、前記一次磁気回路（２２）が、前記ストリップ（３３）から離れて対向する双方の二次磁気回路（１２、１２’）の各面上で前記二次磁気回路（１２、１２’）の双方に沿って位置付けられ、前記リング（２３）が少なくとも３つの側面（２３１、２３２、２３３）を有し、これによって前記回転子励磁器巻線（２４）を囲んでいる、請求項８に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１１】
前記励磁器ユニット（３）内において、前記一次磁気回路（２２）が２つの二次磁気回路（１２、１２’）間に位置付けられ、前記一次磁気回路（２２）が前記二次磁気回路（１２、１２’）の双方と協働する、請求項８に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１２】
前記電気機械が、磁気漏洩を回避するために相互に磁気的に絶縁された複数の励磁器ユニット（３ａ、３ｂ、３ｃ）を有し、前記回転子（２０）が１組のストリップ（３３）を有し、各ストリップ（３３）が各励磁器ユニット（３）と協働すると共に複数の第１のＮ極及び複数の第２のＳ極を有する、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１３】
前記電気機械（１）が、磁気漏洩を回避するために相互に磁気的に絶縁された複数の励磁器ユニット（３ａ、３ｂ、３ｃ）を有し、前記回転子（２０）が複数組（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）のストリップ（３３）を有し、前記組（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ）のストリップ（３３）が相互に磁気的に絶縁され、各ストリップ（３３）が単一の励磁器ユニット（３）と協働すると共に単一の第１のＮ極及び単一の第２のＳ極を有する、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１４】
前記電気機械（１）が、相互に磁気的に絶縁された複数の励磁器ユニット（３）を有し、前記回転子（２０）が複数組のストリップ（３３）を有し、前記組のストリップ（３３）が磁気漏洩を回避するために相互に磁気的に絶縁され、各ストリップ（３３）が単一の励磁器ユニット（３）と協働すると共に単一の第１のＮ極及び単一の第２のＳ極を有する、請求項１０に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１５】
２つの隣接する励磁器ユニット（３）が非磁性スペーサ（３１）によって磁気的に絶縁されている、請求項１２に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１６】
２つの隣接する励磁器ユニット（３）が共通のヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）を使用し、前記ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）が少なくとも１つの末端側面（１３１、１３２）において２列の歯（１５）を有し、第１及び第２の磁束（Ｆ１及びＦ２）が各ヨーク（１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’）で個別に循環する、請求項１４に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１７】
少なくとも３つの励磁器ユニット（３ａ、３ｂ、３ｃ）の前記２つの固定子励磁器巻線（１４、１４’）が平衡３相交流の３つの異なる相によって電力供給される、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【請求項１８】
各励磁器ユニット（３ａ、３ｂ、３ｃ）の前記２つの固定子励磁器巻線（１４、１４’）が同一の単相ＡＣによって電力供給される、請求項１に記載の他励電気機械（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
[0001]  本出願は、２０１４年１２月１８日に出願された仏国特許第１４０２９０８号の利益を主張する。この開示は引用により全体が本願にも含まれるものとする。
【０００２】
[0002]  本発明は電気機械の分野に関する。本発明は、１つの一次磁気回路及び２つの二次磁気回路により形成される少なくとも１つの励磁器ユニットを有する他励可逆電気機械に関する。このような電気機械は単相又は多相であり得る。
【背景技術】
【０００３】
[0003]  例えば車両を推進させる目的のために電気的エネルギを機械的エネルギに変換する電気機械は、「モータ」と称される。例えば電気を発生させるために機械的エネルギを電気的エネルギに変換する電気機械は、「発電機」と称される。発電機には、交流電流（ＡＣ）を供給するオルタネータ及び直流電流（ＤＣ）を供給するダイナモの双方が含まれる。
【０００４】
[0004]  電気モータは、ＤＣによって、又は単相ＡＣもしくは例えば３相ＡＣのような多相ＡＣによって電力供給されるように適合することができる。同様に、オルタネータは、単相又は多相であるＡＣを発生させるように適合することができる。
【０００５】
[0005]  しかしながら、電気機械の動揺なく円滑な動作を実行可能とするためには、多相ＡＣを平衡させることが好ましい。このような平衡多相ＡＣは少なくとも３相を有する平衡電気システムを形成し、これは特に、各相の複素電圧（又は電流）の和はゼロであるが、各相の電圧（又は電流）の振幅は同時にゼロとならないという事実によって特徴付けられる。更に、この交流電流の各相間には同一の位相シフトが存在する。
【０００６】
[0006]  電気機械は、モータ又は発電機のいずれかとして使用可能である場合に「可逆性（ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ）」と言われる。いかなる電気機械も可逆性である場合があり、モータ機能と発電機機能とは電気機械の目的及び用途に関してのみ区別される。また、電気機械において双方の機能が利用可能である場合、「モータ−発電機」という言葉も用いられる。
【０００７】
[0007]  現在利用されているモータは、回転式すなわち角度方向の運動及び／又はトルクを生成することができるか、又は線形すなわち線形の運動及び／又は力を生成することができる。
【０００８】
[0008]  これに対して、発電機は本質的に回転式である。
【０００９】
[0009]  回転式電気機械は、静止した少なくとも１つの固定子と、この固定子に対して回転し固定子の内側及び／又は外側に配置され得る少なくとも１つの回転子と、を有する電気機械式デバイスである。回転子は、固定子及び回転子にそれぞれ関連付けられた２つの磁界間の相互作用によって回転させられ、これによって回転子に磁気トルクが生成される。これらはそれぞれ「固定子磁界」及び「回転子磁界」と称される。
【００１０】
[0010]  以下において、本記載は回転式電気機械に限定されるので、より簡単に「電気機械」という言葉を用いて回転式電気機械を表す。同様に、「電気モータ」という言葉は回転式電気モータを表し、「発電機」という言葉は回転式発電機を表す。
【００１１】
[0011]  様々な電気機械技術は本質的に、これらの固定子磁界及び回転子磁界を発生させる方法が異なっている。
【００１２】
[0012]  例えばＤＣ電気モータでは、固定子は、永久磁石又は非永久磁石であり得る磁気要素を有し、これらは、より一般的には電磁石と称され、ＤＣによって電力供給される１つ以上の導体コイルで構成される。以下において、１つ以上の導体コイル１組を表すために「巻線」という言葉を用いる。永久磁石であっても非永久磁石であっても、各磁石はＮ極及びＳ極の２つの極を有し、これによって静止した固定子磁界が生成される。これに対して、回転子は、ＤＣが流れた場合に回転子磁界を生成する巻線によって構成された非永久磁石を有する。回転子の回転中、回転整流子は、少なくとも１回転に１回、回転子巻線を流れるＤＣの方向を反転させるように機能し、これによって回転子の非永久磁石の極を反転させて回転子磁界の方向を変化させる。
【００１３】
[0013]  このため、固定子磁界と回転子磁界との間のシフトにより、回転子に磁気トルクが与えられ、例えば固定子のＮ極が回転子のＮ極に反発する一方で回転子のＳ極を引き付ける。これによって回転子は固定子に対して回転する。
【００１４】
[0014]  このようなＤＣ電気モータの主な欠点は、回転子巻線と回転整流子との間に電気接点が必要なことである。これらの接点は例えばブラシによって得られるが、特に摩耗及び干渉を招く電気アークを生成するので、電気機械の頻繁な保守が必要となり得る。更に、このタイプの電気モータは高速回転に適しておらず、摩擦のためにエネルギを消費するので、効率が低下する。最後に、これは作製が複雑であり得る。
【００１５】
[0015]  これらの欠点は、いわゆる「ブラシレス」モータの技術によって解消される。
【００１６】
[0016]  そのような電気モータの回転子は１つ以上の永久磁石を有し、固定子は非永久磁石を構成する巻線を有する。このような機械は、例えばセンサを用いて回転子の位置を判定するための手段も有すると共に、電流をスイッチングするための電子制御システムも有する。これによって固定子巻線に交流電流を流す。この結果、電子制御システムは、回転子磁界に対する固定子磁界の向き及び方向を判定することができ、従って固定子に対して回転子を回転させることができ、回転している固定子磁界は回転子磁界を引っ張っていく（ｅｎｔｒａｉｎ）。
【００１７】
[0017]  更に、固定子巻線内で、固定子の異なる相を形成するために１つ以上のコイルをグループ化することができる。各相は他の相に対して同一の位相シフトを有する。モータモードでは、各相は多相ＡＣの相の１つによって電力供給され、各固定子磁界を発生させる。いずれか１つの相に関連付けられた各固定子磁界も同様に、他の相に関連付けられた他の固定子磁界に対してシフトしている。固定子磁界が平衡電気システムにおける同一の多相ＡＣから得られる場合、それらは共に固定子合成磁界と称される単一の固定子磁界を形成するように機能する。この固定子合成磁界は、回転子磁界との相互作用によってトルクを発生させることができ、従って固定子に対して回転子を回転させることができる。
【００１８】
[0018]  同様に、発電機モードでは、回転子の回転によって回転子磁界が回転し、回転固定子合成磁界が生じ、これは固定子の各相に１つの磁界に分解することができるので、多相ＡＣが生じる。
【００１９】
[0019]  ＡＣ電気機械は、同期電気機械及び非同期電気機械の双方を含む。
【００２０】
[0020]  ブラシレスモータを含む同期電気機械は、１つ以上の永久磁石から成る回転子と、１つ以上の相を形成することができる複数のコイルを備えた巻線を有する固定子と、を有する。固定子巻線のコイルに平衡多相電気システムの１つ以上の交流電流が流れると、回転し得る１つ以上の固定子磁界が生成され、機械の同期周波数で回転子磁界と相互作用する固定子合成磁界が生成され、これによって固定子に対して回転子を回転させるためのトルクが発生される。
【００２１】
[0021]  これに対して、外部の機械的な力によって回転子が回転すると、これは回転子磁界を回転させるので、１つ以上の交流電流が生じて固定子巻線に流れ、結果として１つ以上の磁界が生成される。
【００２２】
[0022]  回転子の永久磁石は、ＤＣにより電力供給される巻線で置き換えることができ、これによって非永久磁石を構成し、従って回転子磁界を生成する。ＤＣは、バッテリ又はコンデンサなどの電流源によって供給すればよい。
【００２３】
[0023]  同期電気機械の回転子の回転周波数は、固定子に印加されるＡＣの周波数に比例している。同様に、同期発電機において発生されるＡＣ周波数は、回転子の回転周波数に比例している。多くの場合、同期機械は発電機として、例えば発電所におけるオルタネータとして用いられる。
【００２４】
[0024]  非同期電気機械は、例えば短絡させ得るコイルを有する巻線を備えた回転子と、非永久磁石を構成する巻線を備えた固定子と、を有する。固定子巻線にＡＣが流れると、回転し得る１つ以上の固定子磁界が生成され、固定子合成磁界が与えられて回転子巻線に電流が生じるので、回転子に磁気トルクが発生され、結果として固定子に対して回転子が回転する。
【００２５】
[0025]  これに対して、外部の機械的な力によって回転子の回転を発生させた場合は、ＡＣが生じて固定子の巻線に流れる。この目的のため、例えば少なくとも１つのコンバータ及びバッテリを含む電力供給源に電気機械を接続して、発電機モードで動作するために必要な無効エネルギ（ｒｅａｃｔｉｖｅ  ｅｎｅｒｇｙ）を供給する必要がある。
【００２６】
[0026]  固定子磁界の回転周波数は固定子巻線を流れるＡＣの周波数に比例しているが、非同期電気機械の回転子の回転周波数は一般にＡＣのこの周波数に比例せず、回転子磁界と固定子磁界との間には滑り速度（ｓｌｉｐ  ｓｐｅｅｄ）が生じる。同様に、非同期発電機において発生されるＡＣの周波数は回転子の回転周波数に必ずしも比例していない。
【００２７】
[0027]  長年にわたって、非同期機械は、例えば輸送時に船舶及び電車を推進させるため、また工作機械の業界において、電気モータとしてのみ用いられてきた。しかしながら今日では、パワー電子機器を用いることで、そのような電気機械は例えば風力タービン等において発電機としても用いられている。
【００２８】
[0028]  更に、例えば自動車又は回転翼航空機のような搭乗車両において、熱エネルギ及び電気エネルギを含む２種類のエネルギを車両の推進に利用するハイブリッド動力装置を提供するため、そのような可逆電気機械を用いることはますます一般化している。しかしながら、こういった使用は現在、そのような電気機械と電気エネルギ格納手段との電力対重量比のようないくつかの制約によって制限されている。
【００２９】
[0029]  どの種類の可逆電気機械であろうと、回転子と固定子との間で、これら回転子及び固定子の様々な永久磁石又は非永久磁石を通って磁束が循環する。この磁束は磁石の磁極によって方向付けられる。具体的には、このような磁束は概ね、Ｎ極からＳ極へ、固定子及び回転子の各極間に位置するエアギャップを介して、また、固定子及び回転子のＳ極とＮ極との間で循環する。
【００３０】
[0030]  更に、回転子の磁石は、永久磁石であろうと非永久磁石であろうと、２つの異なる向きにすることができ、これによって少なくとも３つのタイプの電気機械が得られる。
【００３１】
[0031]  第１に、磁石を電気機械の回転軸に対して垂直に向けることができる。すなわち、各磁石の２つの極は回転軸に対して垂直な方向上にある。この場合、磁石はラジアル方向に配向されていると言われ、より簡単には、磁石はラジアル（ｒａｄｉａｌ）と言われる。この場合、アキシャル（軸）方向、すなわち回転軸に対して平行な磁束が、電気機械のエアギャップに生成される。この機械は、「アキシャル（ａｘｉａｌ）」電気機械と言われる。
【００３２】
[0032]  第２に、磁石を電気機械の回転軸に対して平行に向けることができる。すなわち、各磁石の２つの極は回転軸に対して平行な向きである。これらの磁石はアキシャル方向に配向されていると言われ、より簡単には、これらの磁石はアキシャルと言われる。この場合、ラジアル方向、すなわち回転軸に対して垂直な磁束が、エアギャップに生成される。このような機械は「ラジアル」電気機械と言われる。
【００３３】
[0033]  これらの様々な磁石の向きは、電気機械において循環する磁束を方向付けるように機能し、例えばディスク回転子を有する電気機械のような第１のタイプの電気機械ではアキシャルである場合があり、例えば円筒形回転子を有する電気機械のような第２のタイプの電気機械ではラジアルであり得る。第３のタイプの電気機械では、同一の電気機械内でラジアル磁石及びアキシャル磁石の双方を用いて、磁束がアキシャル方向及びラジアル方向の双方で生成されるようにすることができる。このような磁束は「多エアギャップ」磁束と言われる。
【００３４】
[0034]  更に、磁束が少なくとも局所的にアキシャル方向に進む電気機械を表すため、「単極機械」という言葉も用いられる。
【００３５】
[0035]  今日、電気機械は、性能及び寸法の双方の点で消費者の要望をいっそう満足させるため、磁束に関して多種多様な構成及び向きを用いている。例えば、アキシャル方向の磁束及び大きいトルクを有する永久磁石機械はアキシャル方向に短くラジアル方向に大きいが、ラジル方向磁束機械はラジアル方向に小さくアキシャル方向に長い。
【００３６】
[0036]  更に、このような電気機械の電力対重量比、すなわちそれらの電力を重量で除算した値、及びそれらの製造費は、使用する磁束構成によって様々である。
【００３７】
[0037]  永久磁石を備えた単極及び横磁束電気機械は、特に永久磁束を用いること、及び他の機械技術に比べて性能対コスト比が高いことから、磁気トルクが大きいので、現在好ましいものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３８】
[0038]  しかしながら、永久磁石の使用にはいくつかの欠点が伴う。特に、高温で永久磁石の減磁が生じるので、そのような電気機械を使用可能である用途の範囲が狭くなってしまう。更に、永久磁石は発電機機能において抵抗トルクを生成し、電気機械の効率を低下させる。更に、永久磁石を用いる際には、このような電気機械の永久磁石の脱励起（ｄｅ−ｅｘｃｉｔｅ）が不可能であることを考慮するため、高パワー電子機器を用いて発電機電気機械を調整しなければならない。このような電子機器は安全上の問題を招きかねない。しかしながら、巻線励起を用いる機械は極めて簡単に調整され、高パワー電子機器を必要としない。
【００３９】
[0039]  更に、永久磁石を備えたこのような電気機械の固定子相の１つにおいて短絡があると、高レベルの抵抗トルクが生じることがあり、これが重大な結果を引き起こし、機械の動作を妨害する可能性がある。他の主なリスクには、過剰な電圧がかかった場合のパワー電子機器の故障や短絡の場合の火災発生等がある。
【００４０】
[0040]  最後に、永久磁石は希土類を用いて製造されると高価であり、そう遠くない将来には入手不可能となる恐れがある。
【００４１】
仏国特許第２９６９４０９号に記載されたもの等、永久磁石を備えていない単極及び横磁束電気機械では、永久磁石に関連した上述の制約のいくつかが回避されるが、同等の性能を達成することはできない。このような電気機械の回転子は強磁性材料ストリップを含み、これらは、電気機械の固定子上に位置付けられた「一次磁気回路」とも称される回転子励磁器巻線によって磁化される。一次磁気回路はＤＣにより電力供給され、従って一定の回転子磁束を発生させる。このような電気機械は「他励電気機械」と称される。他励電気機械の固定子は、「二次磁気回路」と称される２つの回転子励磁器巻線と、各二次磁気回路を取り囲む歯を有する２つのヨークと、を有する。二次磁気回路はＡＣによって電力供給され、従って２つの二次磁気回路で反対方向に電気が流れる固定子磁束を発生させる。更に、これらの二次磁気回路は一次磁気回路の各側にある。すなわち、１つの二次磁気回路が一次磁気回路の各側に位置付けられている。この結果、回転子は回転子磁束と固定子磁束との相互作用によって回転させられ、各ストリップは一方の二次磁気回路のヨークの歯によって磁気的に引き付けられると同時に他方の二次磁気回路のヨークの別の歯によって磁気的に反発され、これら２つの二次磁気回路に流れる電流は反対方向に流れる。
【００４２】
[0041]  しかしながらこの機械は、動作するために２つの二次磁気回路が必要であり、更に、各二次磁気回路の歯の対と等しい数の回転子のストリップの極が必要である。このため、回転子のストリップ数は各二次磁気回路の歯の数の半分であるので、この電気機械によって供給されるトルクは、回転子に永久磁石を有する同じサイズの電気機械によって供給されるトルクの半分である。更に、３つの巻線すなわち２つの二次巻線及び１つの一次巻線を用いることで、このような電気機械の重量は増大する。一次磁気回路の巻線は概ね二次磁気回路の巻線よりも重い。従って、永久磁石の使用に伴う欠点はこのような他励電気機械を用いると解消され得るが、その電気機械の性能に不利になる。
【００４３】
[0042]  更に、本発明の技術的な背景は、米国特許第２４１７８８０号及び英国特許第９１７２６３号を含む。
【００４４】
[0043]  従って本発明の目的は、高い性能を維持しながら、永久磁石の使用に伴う制約を克服することができる電気機械を提案することである。
【００４５】
[0044]  本発明の別の目的は、コスト、寸法、及び重量を低減しながら、信頼性が高く安全かつ頑強な電気機械を提案することである。
【００４６】
[0045]  従って本発明の目的は、永久磁石電気機械と少なくとも同程度の性能及び同等の寸法を有することができるが永久磁石を使用しない他励電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００４７】
[0046]  本発明によれば、他励電気機械は、回転軸と、構造部材及び複数の巻線が設けられた固定子と、回転軸を中心として回転することに適した、構造及び複数のストリップが設けられた回転子と、を有する。ストリップは回転軸の周りで角度方向に規則的に分散している。各巻線は電気機械の回転軸を中心とする環状の形状を有する。
【００４８】
[0047]  回転子は固定子に対して内部及び／又は外部にあり得る。すなわち回転子は、固定子の内側又は外側で回転可能であるか、又は、回転子の内側部分は固定子の内側で回転可能であると共にこの回転子の外側部分は固定子の外側で回転可能であり得る。
【００４９】
[0048]  本発明の他励電気機械は、１つの一次磁気回路及び２つの二次磁気回路によって形成される少なくとも１つの励磁器ユニットを含み、双方の二次磁気回路が一次磁気回路と同時に協働するという点で注目に値する。
【００５０】
[0049]  一次磁気回路は、電気機械の回転軸を中心とする環状の回転子励磁器巻線を備えている。
【００５１】
[0050]  各二次磁気回路は、電気機械の回転軸を中心とする環状の固定子励磁器巻線と、同様に環状である２つのヨークと、を備えている。各ヨークはＣ字形の断面を有し、３つの側面すなわち２つの末端側面と１つの中央側面とを備えている。これにより各ヨークは、２つのヨークの内側に位置付けられた固定子励磁器を取り囲んでいる。更に、各ヨークは少なくとも１つの末端側面上の複数の歯を有し、各歯は基部及び先端部を有する。
【００５２】
[0051]  以下において、「一次巻線」及び「二次巻線」という言葉は、それぞれ回転子励磁器巻線及び固定子励磁器巻線を表すために用いられる。
【００５３】
[0052]  歯は回転軸の周りで角度方向に規則的に分散し、各歯の基部は中央側面に接続されている。二次磁気回路の２つのヨークの歯は、それらの間に第１の距離を維持しながら、この二次磁気回路の二次巻線の少なくとも１つの面上で相互に嵌合する（ｉｎｔｅｒｆｉｔ）。これらの歯はストリップに対向して位置付けられている。この第１の距離は、歯の間に磁気的な絶縁を維持して歯の磁気的な短絡を回避するのに充分なものである。この第１の距離は、歯を介した磁束漏洩を抑制するか又は排除するように機能する。第１の距離は、各二次磁気回路について一定かつ同一であると好ましい。
【００５４】
[0053]  励磁器ユニット内で、第１の二次磁気回路のヨークの歯は、この励磁器ユニットの第２の二次磁気回路のヨークの歯と「同一線上にある（ｃｏｌｉｎｅａｒ）」。歯は、基部及び先端部が同一方向に向いている場合に「同一線上にある」と言われる。従って、２つのそのような歯の先端部及び基部は位置合わせされている。更に、これらの２つの歯の先端部は同一方向を指し示している。すなわち、これら２つの歯の１つの基部は、これらの同一線上にある歯の先端部の間にある。従って、２つの歯は同時に回転子のストリップに対向して設けられている。更に、各ストリップは、２つの同一線上にある歯の全表面積に対向することができる寸法を有し得る。しかしながら、２つの同一線上にある歯の全面積を完全にカバーしない面積のストリップを用いることで、電気機械を循環する磁束を低減することができる。
【００５５】
[0054]  更に、各歯の先端部は二次磁気回路の巻線の面から突出しているが、各ヨークの中央側面は二次磁気回路の巻線から突出していない。従って、二次磁気回路のヨークの１つの歯の先端部の端部は、同じ二次磁気回路の他方のヨークの中央側面の外側面と位置合わせされている。このため、各歯の先端部は回転子のストリップと中央側面との間にあり、回転子と固定子との間を循環する磁束が好ましくはストリップと歯との間を循環するがストリップと中央側面との間を直接循環しないことを保証するように機能する。二次磁気回路の一方のヨークの歯の先端部は、同じ二次磁気回路の他方のヨークの中央側面から第２の距離にある。この第２の距離は、各二次磁気回路について一定かつ同一であると好ましい。
【００５６】
[0055]  更に、第１の距離及び第２の距離は等しいことが好ましい。しかしながら、第１の距離は第２の距離よりもわずかに大きくてもよい。
【００５７】
[0056]  励磁器ユニットのヨークは全て同じ数の歯を有する。更に、励磁器ユニットの二次磁気回路の歯の合計数は、この励磁器ユニットが協働するストリップの合計数に等しい。従って、励磁器ユニットの各歯は同時に１つのストリップと協働することができ、各ストリップは同時に励磁器の２つの歯と協働する。このため、電気機械のストリップの第１の極の数は、電気機械の歯の第２の極の数に等しい。
【００５８】
[0057]  ストリップと二次磁気回路の歯との間にエアギャップが形成される。これらのエアギャップの高さは第３の距離に等しい。
【００５９】
[0058]  第１及び第２の距離は概ね第３の距離よりも大きいので、磁束は歯とストリップとの間で循環する際に、二次磁気回路の２つのヨークの歯及び中央側面は通らず、またこれら２つのヨークの２つの歯も通らずに、エアギャップを通って循環する。
【００６０】
[0059]  更に、第１の距離を各ストリップの幅以上として、ストリップと２つの歯との間の磁気的な短絡を回避することが好ましい。具体的には、そのような状況では、歯とストリップとの間でエアギャップを通って循環する磁束の一部又は全てが、ストリップを経由せずに直接に別の歯へとジャンプすることができる。
【００６１】
[0060]  より正確には、第１の距離が各ストリップの幅に等しい場合、ストリップと歯との間に充分な距離を与えてそのような磁気的短絡を回避するため、各ストリップ及び／又は各歯の角を丸くする必要がある。同様に、ストリップ及び歯の角を丸くしない場合、第１の距離は各ストリップの幅より厳密に大きくしなければならない。
【００６２】
[0061]  ヨーク及び回転子のストリップは、磁束を伝達するのに適した強磁性材料で作製される。一定の符号の磁束を通し、このため小さい渦電流損失を生じ得るストリップは、積層物から、又は加圧及び焼成及び／又は機械加工された柔らかい鉄粉から作製される。これらの積層物は一般に「電気スチール」としても知られる材料で作製されているが、多くの場合は鉄及びシリコン、鉄及びニッケル、又は鉄及びコバルトの合金である。加圧及び焼成及び／又は機械加工される柔らかい鉄粉は、軟磁性化合物（ＳＭＣ）として知られている。
【００６３】
[0062]  更に、ヨークは二次巻線を取り囲み、このため様々な磁界が与えられる。具体的には、ヨークは渦電流損失を低減するように機能する材料から作成されることが好ましい。例えばヨークは、加圧及び焼成及び／又は機械加工された柔らかい鉄粉から作製することができる。また、ヨークは、積層スチール積層物から又はスチール部品のアセンブリから作成することも可能である。
【００６４】
[0063]  固定子の構造部材及び回転子の構造は、例えばアルミニウム、ガラス繊維もしくは炭素繊維、樹脂、プラスチック材料等の非磁性材料、又は例えばオーステナイト鋼のような非磁性スチールで作製される。このような材料は磁束を通さないので、磁束短絡が回避され、従って磁気漏洩が回避される。これによって各ストリップは他のストリップから磁気的に絶縁される。
【００６５】
[0064]  電気機械の回転軸に対して平行に位置付けられた回転子のストリップ及び各ヨークの末端側面は、ラジアル方向の磁束をエアギャップを通して循環させることができる。従って、本発明の電気機械は他励ラジアル電気機械である。
【００６６】
[0065]  しかしながら、ストリップ及び末端側面を回転軸に対して垂直に位置付け、エアギャップを通してアキシャル方向の磁束を循環させることも可能である。この場合、本発明の電気機械は他励アキシャル電気機械である。
【００６７】
[0066]  回転子が固定子に対して内部又は外部のみにある場合、歯は各ヨークの単一の末端側面において分散し、歯は回転子に対向する。ヨーク間の磁気的な連続性を保証するため、歯から遠い各ヨークの末端側面は、二次磁気回路の２つのヨークが歯から遠いこれらの末端側面を介して接触するようになっている。更に、励磁器ユニットの２つの二次磁気回路間の磁気的な連続性を保証するため、一次磁気回路はリングを有する。このリングは、回転子ストリップから離れて対向する一次巻線の面上に位置付けられた環の形態である。２つの二次磁気回路間の磁気的な連続性を保証するため、及び磁束がループで循環することを可能とするため、リングは励磁器ユニットの各二次磁気回路のヨークと接触している。この循環は、まず二次磁気回路の１つ及び一次磁気回路の周りを、次いで励磁器ユニットの双方の二次磁気回路の周りを回る。一次磁気回路は一次巻線及びリングによって構成されている。
【００６８】
[0067]  リングは、この磁気的な連続性を与えるために強磁性材料で作製されている。一例としてリングは、巻いた積層物、又は加圧及び焼成及び／又は機械加工された柔らかい鉄粉で作製される。
【００６９】
[0068]  内部又は外部のみにある回転子の場合、２つの二次磁気回路は励磁器ユニットにおいて一次磁気回路の各側に位置付けられ、一次及び二次磁気回路は回転子のストリップに対して平行に位置合わせされている。このため回転子の各ストリップは、励磁器ユニットの全て、すなわち二次磁気回路の双方及び一次磁気回路に対向している。一次巻線は、まず２つの平行な面では２つのヨークによって囲まれ、次いで回転子のストリップから遠い面ではリングによって囲まれる。このため、リングは単一の側面を備え、回転子のストリップ及び歯に対して平行である。
【００７０】
[0069]  励磁器ユニットのこのアーキテクチャにより、直径の小さいラジアル電気機械、又は幅の狭いアキシャル電気機械を有することが可能となる。
【００７１】
[0070]  本発明の変形においては、励磁器ユニットの２つの二次磁気回路を横に並べて位置付けることができ、この場合、それらが相互に磁気的に絶縁されることを保証するためそれらの間には第４の距離がある。２つの二次磁気回路は回転子のストリップに対して平行に位置合わせされている。一次磁気回路は、回転子のストリップから離れて対向する各二次磁気回路の面上で、双方の二次磁気回路に沿って位置付けられている。リングは一次巻線を囲み、磁気的な連続性を保証するため二次磁気回路の各々のヨークの１つと接触している。このためリングは少なくとも３つの側面を有する。一次巻線は、まずリングで囲まれ、次いで励磁器ユニットの２つの二次磁気回路の２つのヨークによって囲まれている。
【００７２】
[0071]  本発明のこの変形における励磁器ユニットのアーキテクチャでは、電気機械の寸法を変更することができる。より具体的には、電気機械の直径と幅との比を変えることができる。これによって、幅が狭いが直径が大きいアキシャル電気機械、又は直径が小さいが幅が広いラジアル電気機械を有することができる。
【００７３】
[0072]  これに対して、回転子が固定子に対して内側部分及び外側部分の双方を有する場合、歯は各ヨークの２つの第１の末端側面に分散し、２つの第１の末端側面は回転子の内側部分及び外側部分にそれぞれ対向している。このような状況において、磁束は、回転子の内側部分及び外側部分上に位置するストリップを経由して、各ストリップと各歯との間のエアギャップを通ることによって、まず二次磁気回路の１つ及び一次磁気回路の周りを、次いで励磁器ユニットの双方の二次磁気回路の周りをループで循環することができる。励磁器ユニットが回転子の内側部分及び外側部分と協働する場合、リングは必要ない。このため、一次磁気回路は一次巻線のみで構成される。
【００７４】
[0073]  内側及び外側回転子の場合、２つの二次磁気回路は励磁器ユニットにおいて一次磁気回路の各側に位置付けられ、これらの磁気回路は回転子のストリップに対して平行に位置合わせされている。このため、単一の一次巻線で構成された一次磁気回路は、２つの平行な面で２つのヨーク間に囲まれている。
【００７５】
[0074]  好ましくは、回転子の構成に関わらずヨークは同一である。この結果としてヨークの製造コストが削減される。本発明の電気機械の製造及び保守のコストも同様である。
【００７６】
[0075]  アキシャル電気機械かラジアル電気機械かの選択は機械の寸法に影響を及ぼすので、この選択は、いくつかの理由の中でも特に電気機械の寸法の判断基準に相関するように行うことができる。また、この選択は回転子の慣性に対して影響を与えるので、電気機械の回転速度に影響を及ぼし得る。
【００７７】
[0076]  更に、各一次巻線及び二次巻線は１つ以上の導体コイルで作製することができる。一次巻線又は二次巻線が、ＤＣであれＡＣであれ電流を通すと、磁束が生じる。
【００７８】
[0077]  具体的には、一次巻線はＤＣを通し、第１の磁束Ｆ１を発生させる。従って、各第１の磁束Ｆ１は一次巻線の周りのループを循環し、少なくとも１つのストリップ及び２つのヨークを通過する。このため、各一次磁束Ｆ１はストリップと歯との間のエアギャップを少なくとも２回通過する。この結果、各一次磁束Ｆ１は少なくとも１つのストリップを磁化し、通過する各ストリップに第１のＮ極及び第１のＳ極を生じさせることができる。
【００７９】
[0078]  更に、回転子の回転中、各ストリップは連続して２つの同一線上にある歯に対向して設けられ、これら２つの歯を通過する第１の磁束Ｆ１によって連続的に磁化される。更に、一次巻線は一定の、すなわち常に同一方向に流れる直流電流を通すので、ストリップの各極は一定であり、常に同一の極性を有する。
【００８０】
[0079]  二次巻線はＡＣを通し、この二次巻線の周りを循環する二次磁束Ｆ２を発生させる。単一の励磁器ユニットの双方の二次巻線は、同一のＡＣ、すなわち同一の振幅を有し同一方向に流れる電流を通す。
【００８１】
[0080]  従って、各二次磁束Ｆ２は二次巻線の周りのループを循環し、少なくとも１つのストリップ及び二次巻線を取り囲む２つのヨークの歯を通過する。このため、各二次磁束Ｆ２はストリップと歯との間のエアギャップを少なくとも２回通過する。
【００８２】
[0081]  結果として、各二次磁束Ｆ２は少なくとも２つの歯を磁化し、少なくとも２つの歯に第２のＮ極及び第２のＳ極をそれぞれ生じさせることができる。このため、所与のヨークの歯は同時に同一極性の第２の極を示し、二次巻線の各側にある２つのヨークの隣接する歯は逆極性の第２の極を有する。
【００８３】
[0082]  更に、二次巻線に流れる電流はＡＣであるので、各磁束Ｆ２の方向はＡＣの周波数で反転し、従って各第２の極の極性も同様に反転する。
【００８４】
[0083]  回転子が固定子に対して内部又は外部のみにある場合、第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２はストリップと歯との間の２つのエアギャップを横断し、ストリップには２つの第１の極が生じると共に、歯には２つの第２の極がそれぞれ生じる。
【００８５】
[0084]  回転子が固定子に対して内部及び外部の双方にある場合、第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２はストリップと歯との間の４つのエアギャップを横断し、ストリップには４つの第１の極が生じると共に、歯には４つの第２の極が生じる。
【００８６】
[0085]  更に、本発明の電気機械内には２つのトルクが生じる。
【００８７】
[0086]  第１には、電気機械の磁気回路のインダクタンスの変動に関連するリラクタンストルク（ｒｅｌｕｃｔａｎｔ  ｔｏｒｑｕｅ）である。このリラクタンストルクは、回転子の各ストリップに、２つの同一線上にある歯に対向した位置をとらせる。このリラクタントトルクの平均値はゼロであり、特にストリップが歯に対向している場合、このリラクタントトルクはゼロである。このリラクタントトルクは常に吸引性（ａｔｔｒａｃｔｉｖｅ）であり、特に、対称的な電流によって電力供給される機械ではこの値はゼロである。
【００８８】
[0087]  また、本発明の電気機械内には同期トルクも生じる。この同期トルクは、各励磁器ユニットの一次及び二次磁気回路によって発生する第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２間の相互作用に関連している。具体的には、これらの第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２は、ヨーク及びストリップで構成される同一の磁気経路を用いる。
【００８９】
[0088]  このため、これらの第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２は重畳され、それぞれの循環方向に応じて加算又は減算される。次いでリラクタントトルク及び同期トルクが加算又は減算される。
【００９０】
[0089]  従って、第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２が同一方向に循環する場合、リラクタントトルク及び同期トルクは加算されて吸引トルクを形成し、ストリップが歯によって引き付けられる。
【００９１】
[0090]  これに対して、第１及び第２の磁束Ｆ１、Ｆ２が２つの反対方向に循環する場合、リラクタントトルク及び同期トルクは減算によってトルクを形成するが、これは吸引性、又は反発性であるか、又はゼロの場合もある。次いでストリップは歯によって引き付けられるか又は反発されるか、又は歯によって何の作用も受けないこともあり得る。
【００９２】
[0091]  有利な点として、ストリップの数は二次磁気回路における歯の数と等しいので、本発明の電気機械は回転子を回転させるために各歯を利用し、各ストリップは同一線上にある２つの歯と同時に協働する。従って、この電気機械は、同等の寸法を有する従来技術の他励電気機械が供給するトルクよりも大きいトルクを回転子に供給することができる。電気機械によるトルク増大は例えば約２５％であり得る。更に、本発明の電気機械の回転子に対するこのトルクは、同等の寸法を有する従来の電気機械、すなわち永久磁石を有するか又は回転子に巻線が配置された機械によるトルクには達しないものの、これに近いトルクであり得る。
【００９３】
[0092]  結果として、本発明の電気機械は、ストリップの第１の極の全て及び歯の第２の極の全てを利用し、更に内側部分及び外側部分を有する回転子によってそれらを最適な方法で使用することで、一次及び二次巻線が発生する磁束Ｆ１、Ｆ２をいっそう有効に活用することができる。
【００９４】
[0093]  更に、回転子が固定子に対して内側部分及び外側部分を有する場合、歯はヨークの２つの末端側面上にそれぞれ異なる形態で分散し得る。
【００９５】
[0094]  第１のヨークの幾何学的形状では、ヨークの双方の末端側面の歯は回転軸の周りで角度方向に規則的に分散し、２つの末端側面上で向かい合って位置付けられている。このため、２つの末端側面は例えば２つの同相信号と同等の形状を有し得る。
【００９６】
[0095]  第２のヨークの幾何学的形状では、ヨークの２つの末端側面の歯は２つの末端側面上で交互に分散し、同一ヨークの一方の末端側面の各歯が他方の末端側面の２つの歯間に位置している。このため、２つの末端側面は逆相の２つの信号と同等の形状を示す。
【００９７】
[0096]  これら２つの特定のヨーク幾何学的形状に加えて、ヨークの末端側面の歯は、他方の末端側面の歯に対向する位置と他方の末端側面の２つの歯間の位置との間のいずれかの中間位置をとり得る。すなわち、同一ヨークの一方の末端側面の歯と他方の末端側面の歯との間に任意のずれがあり得る。しかしながら歯は、それぞれの末端側面上では常に同一のずれを有しなければならず、更には同一の形状及び同一の寸法を有しなければならない。
【００９８】
[0097]  従って、固定子における多数の磁極及び固定子に位置付けた一次巻線の使用は、従来の電気機械の寸法と同じ寸法を維持すると共にその回転質量を低減させながら本発明の電気機械の性能を向上させる効果を有する。このような電気機械の性能は、特にそのトルクにおいて、同様に電力対重量比において向上する。
【００９９】
[0098]  本発明の電気機械の性能を特にそのトルクにおいて更に向上させるため、各々が１つの一次磁気回路及び２つの二次磁気回路で構成された励磁器ユニットを複数用いることができる。この場合、回転子は、電気機械の回転軸の周りで角度方向に規則的に分散されてこれらの励磁器ユニットと協働する複数のストリップを有する。
【０１００】
[0099]  これらの励磁器ユニットを電気機械の回転軸に沿ってアキシャル方向に関連付けて、励磁器ユニットが回転軸に対して平行なラインを形成するようにすることができる。同様に、これらの励磁器ユニットを電気機械の回転軸に対してラジアル方向に関連付けて、励磁器ユニットが回転軸に対して垂直なラインを形成するようにすることも可能である。最後に、これら２つの励磁器ユニット関連付けを組み合わせてもよい。例えば、各々がアキシャル方向に関連付けられた１つの一次磁気回路及び２つの二次磁気回路で構成された励磁器ユニットを有し、このタイプの複数の関連付けをラジアル方向に組み合わせて、複数組のストリップがこれらの励磁器ユニットと協働するようにしてもよい。
【０１０１】
[0100]  しかしながら、磁気漏洩の発生が起こり得る。この磁気漏洩は、特にトルクについて電気機械の性能低下を引き起こす。
【０１０２】
[0101]  一次及び二次磁気回路で構成された励磁器ユニット間もしくはストリップでの磁気漏洩の発生を回避するため、又はそのような漏洩を抑制するため、励磁器ユニット及びこの励磁器ユニットと協働するストリップにより構成される各グループを磁気的に絶縁させる目的で、例えば空気のような非磁性材料を用いる必要がある。各励磁器ユニット又はこれが協働するストリップを分離させる非磁性材料の使用は、このようなグループ内を循環する磁束Ｆ１、Ｆ２を絶縁させるには充分である。
【０１０３】
[0102]  例えば、２つの異なる励磁器ユニットに属する２つの隣接した二次磁気回路の２つのヨーク間にスペーサを位置付けることができる。一例として、スペーサは炭素繊維、ガラス繊維、アルミニウム、又は他のいずれかの非磁性材料で作製すればよい。このような状況では、回転子の１つのストリップは複数の励磁器ユニットと協働することができ、この場合、複数の第１のＮ極及び複数の第１のＳ極を有する。
【０１０４】
[0103]  同様に、回転子のストリップは複数の組のストリップに分散させることができる。各ストリップ組は１つのみの第１のＮ極及び１つのみの第１のＳ極を有し、１つのみの励磁器ユニットと協働する。２つの隣接するストリップ組は、非磁性材料から成る分離部によって、例えば回転子の構造によって、相互に磁気的に絶縁されている。このような状況では、２つの励磁器ユニットを磁気的に絶縁させる必要はなく、例えば、２つの隣接する二次磁気回路の２つのヨークを接触させ、各ヨークは１組のストリップと個別に協働することができる。
【０１０５】
[0104]  更に、そのような電気機械の寸法を縮小し、従ってその構成要素の数を減らし、結果として軽量化を図るため、２つの隣接した二次磁気回路を関連付けることも可能である。これによって、本発明の電気機械の電力対重量比を最適化することができる。
【０１０６】
[0105]  例えば、２つの隣接した二次磁気回路が共通のヨークを使用し、回転子が相互に磁気的に絶縁された複数の組のストリップを有することができる。このヨークは、これら２つの隣接した二次磁気回路の２つの二次巻線を分離する。ヨークは単一の末端側面に分散した２列の歯を有し、各列の歯が単一の二次巻線及び単一のストリップ組と協働する。これら２つの隣接した二次磁気回路が協働する２つの一次磁気回路にそれぞれ関連する２つの第１の磁束Ｆ１、及びこれら２つの隣接した二次磁気回路にそれぞれ関連する２つの二次磁束Ｆ２は、回転子を回転させるため、ヨークで個別に循環する。
【０１０７】
[0106]  これら２列の歯は、同一の末端側面上に異なる形態で分散させることができる。これは、回転子が固定子に対して内側部分及び外側部分の双方を有する場合の２つの末端側面上での歯の分散と同様としてもよい。
【０１０８】
[0107]  従って、２列の２つの歯を同一の末端側面上で相互に対向するように位置付けて、２列を対称的な形状とするか、又は同一の末端側面上の一方の列の各歯を他方の列の２つの歯間に配置することができる。１つのヨークの１つの末端側面の歯は、これら２つの特定の位置間のいずれかの中間位置を占めることも可能である。しかしながらこれらの歯は、それぞれの末端側面上では常に同一のずれを有しなければならず、更には同一の形状及び同一の寸法を有しなければならない。
【０１０９】
[0108]  更に、複数の励磁器ユニットを有する本発明の電気機械では、二次巻線はモータ動作モードにおいて同一の単相ＡＣによって電力供給することができる。しかしながら、１つの励磁器ユニットの二次巻線は、別の励磁器ユニットの二次巻線に電力供給する単相ＡＣの方向とは反対方向の単相ＡＣによって電力供給することができる。
【０１１０】
[0109]  有利な点として、電気機械は、励磁器ユニットの各々について単一の電子パワー手段（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  ｐｏｗｅｒ  ｍｅａｎｓ）を用いることで、この電力供給段を共有することができる。
【０１１１】
[0110]  同様に、発電機動作モードにおいては、そのような電気機械は単相ＡＣを供給する。回転子のストリップに第１のＮ極及びＳ極を発生させるため、各励磁器ユニットの一次巻線はＤＣによって電力供給される。
【０１１２】
[0111]  また、各励磁器ユニットの二次巻線に平衡多相ＡＣの異なる相で電力供給することも可能である。そのような状況では、平衡多相ＡＣの各相を多相ＡＣの他の相に対してシフトさせる必要があり、本発明の電気機械内で励磁器ユニット間に位相シフトが存在する必要がある。既知のように、励磁器ユニット間のこの位相シフトは、平衡多相ＡＣの位相間の位相シフトと電気機械の磁極数との関数である。そのような状況では、固定子の各励磁器ユニットの二次磁気回路のみをシフトさせ、極めて長い共通のストリップで回転子を共有することができる。
【０１１３】
[0112]  同様に、発電機動作モードにおいて、そのような電気機械は平衡多相ＡＣを供給する。回転子のストリップに第１のＮ極及びＳ極を発生させるため、各励磁器ユニットの一次巻線はＤＣによって電力供給される。
【０１１４】
[0113]  本発明の電気機械の性能を最適化するため、各エアギャップを横断する際、並びに回転子及び固定子を循環する際の双方において、磁束の循環を円滑化することが重要である。
【０１１５】
[0114]  これらの磁束Ｆ１、Ｆ２の循環を円滑化するために、各ヨークの形状は重要である。
【０１１６】
[0115]  まず、歯は、三角形、台形、又は矩形等の様々な形状とすることができる。まず第２の磁極を形成するために歯の良好な磁化を達成するように、次にエアギャップを通って回転子のストリップの第１の磁極まで磁束の良好な移動を達成するように機能する最良の形状は、規則的な正弦波に相当する「ウェーブ」形状である。しかしながらこの形状は、特に鉄粉の圧縮等、電気機械向けにこのタイプの部品を製造するため広く利用されている方法では作製することが難しい。ウェーブの頂点が均一でなく、その効果が低下してしまう。
【０１１７】
[0116]  好ましくは、歯は「猫の舌」又は「階段」形状を有し、これによって、これらの形状の効果と、具体的には鉄粉の圧縮による製造との間で、良好に折り合いをつけることができる。
【０１１８】
[0117]  その後、各ヨークにおいて磁束Ｆ１、Ｆ２の良好な循環を達成するため、特に各歯の基部において磁束飽和ゾーンが存在しないことを保証することが重要である。この目的のため、各ヨークの各末端側面と中央側面との間の接合部において歯の基部に接続帯状部を追加することができ、又は、このゾーンにおけるヨークの断面を変更することができる。各歯の基部に面取り接続部を設けることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
[0118]  本発明及びその利点は、例示として添付図面を参照して与えられる以下の実施形態の記載の文脈から、より詳細に明らかとなる。
【０１２０】
【図１】本発明の電気機械の第１の実施形態の図を示す。
【図２】本発明の電気機械の第１の実施形態の図を示す。
【図３】本発明の電気機械の第１の実施形態の図を示す。
【図４】本発明の電気機械の第１の実施形態の図を示す。
【図５】歯の形状を示す。
【図６】ヨークの断面を示す。
【図７】本発明の電気機械の第２の実施形態を示す。
【図８】本発明の電気機械の第２の実施形態を示す。
【図９】第１の実施形態の変形を示す。
【図１０】本発明の電気機器回の第３の実施形態を示す。
【図１１】本発明の電気機器回の第３の実施形態を示す。
【図１２】本発明の電気機器回の第３の実施形態を示す。
【図１３】本発明の電気機器回の第３の実施形態を示す。
【図１４】この第３の実施形態のヨークを示す。
【図１５】この第３の実施形態のヨークを示す。
【図１６】この第３の実施形態のヨークを示す。
【図１７】本発明の電気機械の他の実施形態を示す。
【図１８】本発明の電気機械の他の実施形態を示す。
【図１９】本発明の電気機械の他の実施形態を示す。
【図２０】本発明の電気機械の他の実施形態を示す。
【図２１】本発明の電気機械の他の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０１２１】
[0119]  ２つ以上の図に現れる要素には、各図において同じ参照符号を付している。
【０１２２】
[0120]  図面のいくつかにおいて、３つの相互に直交する方向Ｘ、Ｙ、及びＺを示すことは認められよう。
【０１２３】
[0121]  方向Ｙはアキシャル方向と言われる。「アキシャル方向」という言葉は、方向Ｙに対して平行である任意の方向に関する。
【０１２４】
[0122]  方向Ｘ及びＺはラジアル方向と言われる。「ラジアル方向」という言葉は、軸方向Ｙに対して垂直である任意の方向に関する。
【０１２５】
[0123]  図１から図４は、本発明の電気機械１の第１の実施形態を示す。図１において、このような電気機械１は、回転軸２と、固定子１０と、この固定子１０の内側で回転軸２を中心として回転する回転子２０と、を有する。
【０１２６】
[0124]  回転子２０は、回転軸２に対して平行に位置付けられた複数のストリップ３３を有する構造２１を備えている。固定子１０は、構造部材１１と、２つの二次磁気回路１２、１２’及びこれら２つの二次磁気回路１２、１２’間に配置された１つの一次磁気回路２２を有する環状励磁器ユニット３と、を備えている。２つの二次磁気回路１２、１２’及び１つの一次磁気回路２２は、回転軸２に対して平行に、従ってストリップ３３に対しても平行に並べられている。このため励磁器ユニット３は回転軸２に対して平行である。
【０１２７】
[0125]  各二次磁気回路１２、１２’は、二次巻線１４、１４’と、同一の環状の２つのヨーク１３ａ及び１３ｂ、１３ａ’及び１３ｂ’を備えている。以下ではヨークを全体的に表すために参照番号１３を用いるが、励磁器ユニット３内の様々なヨーク間を区別する際には参照番号１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’を用いる。図６にヨーク１３の様々な断面を示す。各ヨーク１３は、２つの末端側面１３１、１３２及び中央側面１３３を含む３つの側面を有する。ヨーク１３と同様に、以下では末端側面及び中央側面を全体的に表すために参照番号１３１、１３２、及び１３３を用いるが、一例として励磁器ユニット３内のヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’の各々の末端側面を識別する際には、参照番号１３１ａ、１３１ｂ、１３１ａ’、１３１ｂ’を用いる。このように、各二次巻線１４、１４’は２つのヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’の内側に位置付けられて二次磁気回路１２、１２’を形成するようになっている。末端側面１３１は、回転軸２の周りで角度方向に規則的に分散した複数の歯１５を有する。これらの歯１５は回転子２０のストリップ３３に対向して位置付けられている。
【０１２８】
[0126]  ヨーク１３、並びに末端側面及び中央側面１３１、１３２、１３３と同様に、以下では歯を全体的に表すために参照番号１５を用い、励磁器ユニット３内のこれらのヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’にそれぞれ属する歯を識別する際には、参照番号１５ａ、１５ｂ、１５ａ’、１５ｂ’を用いる。
【０１２９】
[0127]  二次磁気回路１２の２つのヨーク１３ａ、１３ｂの歯１５ａ、１５ｂは、ストリップ３３に対向する二次巻線１４の面上で相互に係合する。図２及び図３に見られるように、二次磁気回路１２の２つのヨーク１３ａ、１３ｂの２つの隣接した歯１５ａ、１５ｂ間に第１の距離ｄ１が維持されている。この第１の距離ｄ１は、励磁器ユニット３の双方の二次磁気回路１２、１２’について一定かつ同一である。これら図２及び図３は、Ａ−Ａ及びＢ−Ｂの各断面図を示す。
【０１３０】
[0128]  各二次歯１５は基部及び先端部を有し、基部は歯１５をヨーク１３の中央側面１３３に接続する。励磁器ユニット３内で、２つの歯１５、１５’の先端部及び基部は回転軸に対して平行に並べられ、これらの２つの歯１５、１５’はそれぞれ励磁器ユニット３の各二次磁気回路１２、１２’のヨーク１３ａ、１３ａ’に属している。これらの２つの歯１５、１５’は同一線上にあり、回転子２０の同一のストリップ３３に対向している。
【０１３１】
[0129]  各歯１５とストリップ３３との間にエアギャップが存在し、このエアギャップの高さは第３の距離ｄ３に等しく、各ストリップ３３は同時に２つの歯１５、１５’と協働する。
【０１３２】
[0130]  この結果、この励磁器ユニット３のヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’は同じ数の歯１５ａ、１５ｂ、１５ａ’、１５ｂ’を有する。また、この励磁器ユニット３の二次磁気回路１２の歯１５の合計数は回転子２０のストリップ３３の合計数に等しい。
【０１３３】
[0131]  更に、各二次磁気回路１２について、ヨーク１３ａの各歯１５ａは、これが設けられた二次巻線１４の面を超えて突出している。すなわち、各歯１５ａの先端部の端部が二次磁気回路１２の他方のヨーク１３ｂの中央側面１３３ｂの外側面と位置合わせされるようになっている。このため、二次磁気回路１２のヨーク１３ａの歯１５ａの先端部は、二次磁気回路１２の他方のヨーク１３ｂの中央側面１３３ｂから第２の距離ｄ２にある。この第２の距離ｄ２は、各二次磁気回路１２について一定かつ同一であることが好ましい。
【０１３４】
[0132]  各一次磁気回路２２は、一次巻線２４及びリング２３を有する。リング２３は環状であり、側面２３１を１つだけ有する。回転子２０が内側回転子である場合、リング２３は、回転子２０のストリップ３３とは反対側の一次巻線２４の面上、すなわち一次巻線２４の外面上に位置付けられている。一次磁気回路２２は２つの二次磁気回路１２、１２’によって囲まれているので、一次巻線２４は一面がリング２３によって、他の２つの面がこれら２つの二次磁気回路１２、１２’のヨーク１３ｂ、１３ａ’の１つによって囲まれている。更に、一次磁気回路２２のリング２３は、一次磁気回路２２の各側でこれら２つの二次磁気回路１２、１２’のこれらのヨーク１３ｂ、１３ａ’と接触している。
【０１３５】
[0133]  固定子１０の構造部材１１及び回転子２０の構造２１は非磁性材料で作製されている。一例として、これらはアルミニウム、ガラス繊維もしくは炭素繊維、樹脂、又はプラスチック材料のものであり得る。ヨーク１３、リング２３、及びストリップ３３は強磁性材料で作製されている。ヨーク１３及びリング２３は、非金属かつ非磁性の材料によって、例えば炭素繊維の固体コーティングによって、二次巻線１４及び一次巻線２４の周りにそれぞれ保持することができる。ストリップ３３は、同じ材料によって構造２１に固定することができる。
【０１３６】
[0134]  一次巻線２４はＤＣによって電力供給され、このため一定の磁界を発生させる。第１の磁束Ｆ１は一次巻線２４の周りのループを循環し、ヨーク１３、リング２３、及びストリップ３３を通過し、これによって各ストリップ３３上に第１のＮ極及び第１のＳ極が生じる。
【０１３７】
[0135]  励磁器ユニット３の２つの二次巻線１４、１４’は同一のＡＣによって電力供給され、このため交番磁界を発生させる。第２の磁束Ｆ２は二次巻線１４の周りのループを循環し、ヨーク１３、リング２３、及びストリップ３３を通過し、これによって歯１５上に第２のＮ極及び第２のＳ極が生じる。
【０１３８】
[0136]  このため、各ストリップ３３は２つの第１の極を有し、各歯は１つの第２の極を有する。この結果、電気機械１の第１の極の数は第２の極の数に等しい。
【０１３９】
[0137]  更に正確には、第１の磁束Ｆ１は、まず第１の二次磁気回路１２の第１のヨーク１３ａの第１の歯１５ａから、第１の歯１５ａとストリップ３３との間の第１のエアギャップを通り、ストリップ３３内を移動した後、第１の磁束Ｆ１は同じストリップ３３と第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の歯１５ａ’との間の第２のエアギャップを横断する。第１及び第２の歯１５ａ及び１５ａ’は同一線上にある。
【０１４０】
[0138]  その後、第１の磁束Ｆ１は、第３の歯１５ａ’から第２の二次磁気回路１２’のこの第３のヨーク１３ａ’の第３の中央側面１３３ａ’を通り、次いで第３のヨーク１３ａ’の第３の末端側面１３２ａ’を通って循環する。この第３の末端側面１３２ａ’は第３の歯１５ａ’と向かい合っている。その後、この第１の磁束Ｆ１はリング２３を循環した後に第１の二次磁気回路１２の第２のヨーク１３ｂの第２の末端側面１３２ｂに到達して循環する。この第２の末端側面１３２ｂは第１の歯１５ａと向かい合っている。その後、第１の磁束Ｆ１は第１のヨーク１３ａの第１の末端側面１３２ａを循環する。この第１の末端側面１３２ａも第１の歯１５ａと向かい合っている。最後に、この第１の磁束Ｆ１はこの第１のヨーク１３ａの第１の中央側面１３３ａを通った後、第１の歯１５ａに戻り、これによって第１の磁束Ｆ１のこのループは閉じる。このように、各第１の磁束Ｆ１は、単一のストリップ３３を通ることで、そのストリップ３３上に第１のＮ極及び第１のＳ極を生じさせることができる。
【０１４１】
[0139]  更に、第１の磁束Ｆ１は、ストリップ３３及び同一線上にある歯１５ａ、１５ｂ、１５ａ’、１５ｂ’を有する２つのヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’の各々並びにリング２３を循環し、これによって各ストリップ３３上に第１のＮ極及び第１のＳ極を発生させる。
【０１４２】
[0140]  同様に、第２の磁束Ｆ２は、まず第１のストリップ３３から、この第１のストリップ３３と第１の二次磁気回路１２の第１のヨーク１３ａの第１の歯１５ａとの間の第１のエアギャップを通り、第１の歯１５ａから第１の中央側面１３３ａ内へ入り、次いで第１のヨーク１３ａの第１の末端側面１３２ａ内へと入る。この第１の末端側面１３２ａは第１の歯１５ａと向かい合っている。次いで第２の磁束Ｆ２は、第１の二次磁気回路１２の第２のヨーク１３ｂの、ストリップ３３と向かい合う第２の末端側面１３２ｂを循環した後、リング２３に到達してこれを通過する。
【０１４３】
[0141]  その後、第２の磁束Ｆ２は、第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の末端側面１３２ａ’を循環する。この第３の末端側面１３２ａ’はストリップ３３と向かい合っている。その後、第２の磁束Ｆ２は第３のヨーク１３ａ’の第３の中央側面１３３ａ’を通過した後、第３の歯１５ａ’に到達する。第２の磁束Ｆ２は次いで、この第１歯１５ａ’と第１のストリップ３３との間の第２のエアギャップを横断した後、第１のストリップ３３を循環して、第２の磁束Ｆ２のこの第２のループは閉じる。
【０１４４】
[0142]  このように、各第２の磁束Ｆ２は、２つの同一線上にある歯１５を通ることで、この２つの歯１５上に第２のＮ極及び第２のＳ極を生じさせることができる。
【０１４５】
[0143]  第２の磁束Ｆ２はこのように全体として電気機械１内でループし、歯１５及びストリップ３３の全てを通過することで、第２のＮ極及び第２のＳ極を歯１５上に生じさせる。更に、二次巻線１４、１４’はＡＣによって電力供給されるので、これらの二次磁束Ｆ２の流れ方向はこのＡＣの周波数で変化する。
【０１４６】
[0144]  従って、これらの第１の磁束Ｆ１及びこれらの第２の磁束Ｆ２は同一の経路をとり、方向に応じて加算又は減算のいずれかによって電気機械１内で重畳される。この結果、電気機械１内にリラクタンストルク及び同期トルクが生じる。これらのリラクタンストルク及び同期トルクも同様に加算又は減算され、これによってストリップ３３が歯１５に引き付けられるか又は歯１５に反発することで、回転子２０を固定子１０に対して回転させることができる。
【０１４７】
[0145]  本発明の電気機械１のこの第１の実施形態において、ストリップ３３は回転軸２に対して平行である。このため、ストリップ３３と歯１５との間のエアギャップは回転軸２に対して垂直であり、磁束Ｆ１、Ｆ２はこれらのエアギャップ内を回転軸２に対して垂直にすなわちラジアル方向に通過する。従って、図１から図４に示すこの第１の実施形態における電気機械１はラジアル電気機械である。
【０１４８】
[0146]  本発明の電気機械１は同様にアキシャル電気機械とすることも可能である。この場合、励磁器ユニット３のように、ストリップ３３及び歯１５を回転軸２に対して垂直に位置付ける。
【０１４９】
[0147]  更に、本発明の電気機械１のこの第１の実施形態の回転子は内部にある。すなわち、回転子２０は固定子１０の内側で回転する。歯１５は二次巻線１４、１４’の内面上に位置している。
【０１５０】
[0148]  図７及び図８に示すように、本発明の電気機械１の第２の実施形態においては、回転子２０は外部にある。すなわち回転子２０は固定子１０の外側で回転する。歯１５は二次巻線１４、１４’の外面上に位置し、リング２３は一次巻線２４の内面上に位置している。電気機械１のこの第２の実施形態の動作は第１の実施形態の動作と同様である。具体的には、磁束Ｆ１、Ｆ２はストリップ３３と歯１５との間を通過し、リラクタンストルク及び同期トルクを生じさせる。
【０１５１】
[0149]  図９に電気機械１の第１の実施形態の変形を示す。励磁器ユニット３の２つの二次磁気回路１２、１２’は横に並んで位置付けられ、一次磁気回路２２は回転子１０のストリップ３３から遠い各二次磁気回路１２、１２’の面上に双方の二次磁気回路１２、１２’に沿って位置付けられている。この変形の回転子は内部にあるが、外部にある回転子２０を用いて同様に実施することも可能である。
【０１５２】
[0150]  ２つの二次磁気回路１２、１２’が相互に磁気的に絶縁されることを保証するため、これらの回路１２、１２’間に第４の距離ｄ４が存在する。これらの二次磁気回路１２、１２’の双方は、回転子２０のストリップ３３に対して平行かつ回転軸２に対して平行に並んでいる。従ってこの変形はラジアル電気機械１を構成する。しかしながら、第１の実施形態の変形をアキシャル電気機械として、双方の二次磁気回路１２、１２’及びストリップ３３を回転軸２に対して垂直に位置合わせすることも可能である。
【０１５３】
[0151]  この変形において、リング２３は３つの側面２３１、２３２、２３３を有し、これによって一次巻線２４を取り囲む。このリング２３は、磁気的な連続性を保証するために各二次磁気回路１２、１２’のヨーク１３と接触している。そのため、このリング２３は少なくとも３つの側面を有する。
【０１５４】
[0152]  この変形の動作は本発明の電気機械１の第１の実施形態の動作と実質的に同様であり、磁束Ｆ１、Ｆ２がとる経路も同様である。
【０１５５】
[0153]  具体的には、第１の磁束Ｆ１は、まず第１の二次磁気回路１２の第１のヨーク１３ａの第１の歯１５ａから、第１の歯１５ａとストリップ３３との間の第１のエアギャップを通り、ストリップ３３内を循環した後、この第１の磁束Ｆ１は同じストリップ３３と第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の歯１５ａ’との間の第２のエアギャップを横断する。第１及び第３の歯１５ａ及び１５ａ’は同一線上にある。
【０１５６】
[0154]  その後、第１の磁束Ｆ１は第３の歯１５ａ’から第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の中央側面１３３ａ’を通り、次いで第３のヨーク１３ａ’の第３の末端側面１３２ａ’を通って循環する。リング２３を循環する前に、第１の実施形態とは異なり、この第１の磁束Ｆ１は第４のヨーク１３ｂ’の第４の末端側面１３２ｂ’内を循環する。その後、第１の磁束Ｆ１はリング２３を通過した後に第１のヨーク１３ａの第１の末端側面１３２ａに直接到達する。最後に、この第１の磁束Ｆ１は第１のヨーク１３ａの第１の中央側面１３３ａを循環した後、第１の歯１５ａに戻り、これによって第１の磁束Ｆ１のこのループは閉じる。
【０１５７】
[0155]  同様に、第２の磁束Ｆ２は、まず第１のストリップ３３から、この第１のストリップ３３と第１の二次磁気回路１２の第１のヨーク１３ａの第１の歯１５ａとの間の第１のエアギャップを通り、第１の歯１５ａから第１の中央側面１３３ａ内へ入り、次いで第１の末端側面１３２ａ内へと入る。次いでこの第２の磁束Ｆ２は、リング２３を直接通過してから、第２の二次磁気回路１２’の第４のヨーク１３ｂ’の第４の末端側面１３２ｂ’を循環する。その後、第２の磁束Ｆ２は、第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の末端側面１３２ａ’を通過した後、第３のヨーク１３ａの第３の中央側面１３３ａ’を通過し、第３の歯１５ａ’に到達する。最後に、第２の磁束Ｆ２は、第３の歯１５ａ’と第１のストリップ３３との間の第２のエアギャップを横断し、第１のストリップ３３を循環して、第２の磁束Ｆ２の第２のループは閉じる。
【０１５８】
[0156]  本発明の電気機械１の第１及び第２の実施形態が含む回転子２０は、内部又は外部のいずれかにあり得る。しかしながら電気機械１の第３の実施形態では、図１０から図１３に示すように、内側部分及び外側部分の双方を有する回転子２０を用いることができる。このような電気機械１の回転子２０の構造２１は内側部分２１ａ及び外側部分２１ｂを有し、これらにストリップ３３が位置付けられている。ヨーク１３は、回転子２０の構造２１の内側部分２１ａ及び外側部分２１ｂにそれぞれ位置付けられたストリップ３３に対向する各ヨーク１３の２つの末端側面１３１、１３２上に分散させた２組の歯１５を備えている。
【０１５９】
[0157]  この電気機械１の励磁器ユニット３は、各々に二次巻線１４、１４’及び２つのヨーク１３ａ、１３ｂ、１３ａ’、１３ｂ’が備えられた２つの二次磁気回路１２、１２’と、一次磁気回路２２と、を有する。これら２つの二次磁気回路１２、１２’は一次磁気回路２２の各側にある。一次磁気回路２２はリング２３を備えておらず、一次巻線２４のみで構成されている。それにもかかわらず第１及び第２の磁束Ｆ１及びＦ２をループさせることができる。これは第１に、ストリップ３３が励磁器ユニット３の各側に存在し回転子２０の内側部分２１ａ及び外側部分２１ｂ上に位置するからであり、第２に、歯１５がこれらのストリップ３３に対向しているからである。
【０１６０】
[0158]  より正確には、第１の磁束Ｆ１は、まず第１の二次磁気回路１２の第１のヨーク１３ａの第１の歯１５ａから、第１の歯１５ａと内側部分２１ａ上に位置する第１のストリップ３３との間の第１のエアギャップを通り、第１のストリップ３３内を循環した後、この第１の磁束Ｆ１は第１のストリップ３３と第２の二次磁気回路１２’の第３のヨーク１３ａ’の第３の歯１５ａ’との間の第２のエアギャップを横断する。第１の歯１５ａ及び第３の１５ａ’は同一線上にある。
【０１６１】
[0159]  その後、第１の磁束Ｆ１は、第３の歯１５ａ’から第３のヨーク１３ａ’の第３の中央側面１３３ａ’を通り、次いで第３のヨーク１３ａ’の別の第３の歯１５ａ’内を循環する。この別の第３の歯１５ａ’は、第３の歯１５ａ’と向かい合う第３の末端側面１３２ａ’上に位置している。
【０１６２】
[0160]  その後、この第１の磁束Ｆ１は、この別の第３の歯１５ａ’と外側部分２１ｂ上に位置する第２のストリップ３３との間の第３のエアギャップを横断する。この第２のストリップ３３を循環した後、この第１の磁束Ｆ１は、この第２のストリップ３３と第１のヨーク１３ａの別の第１の歯１５ａとの間の第４のエアギャップを横断する。この別の第１の歯１５ａは、第１の歯１５ａと向かい合う第１の末端側面１３２ａ上に位置し、別の第３の歯１５ａ’と同一線上にある。
【０１６３】
[0161]  最後に、この第１の磁束Ｆ１は第１のヨーク１３ａの第１の中央側面１３３ａに沿って進んだ後、第１の歯１５ａに戻り、これによって第１の磁束Ｆ１のこのループは閉じる。従って、各磁束Ｆ１は、回転子２０の構造２１の内側部分２１ａ及び外側部分２１ｂ上にそれぞれ位置する２つのストリップ３３を通ることで、回転子２０の構造２１の内側部分２１ａ及び外側部分２１ｂの双方のストリップ３３上に第１のＮ極及び第１のＳ極を生じさせることができる。
【０１６４】
[0162]  同様に、各第２の磁束Ｆ２は、各二次巻線１４、１４’の周囲をストリップ３３及びヨーク１３に沿って進み、各第１の磁束Ｆ１と同様にループ内を循環する。
【０１６５】
[0163]  本発明の電気機械１のこの第３の実施形態において、歯１５はヨーク１３の２つの末端側面１３１、１３２上に分散している。ヨーク１３の第１の形状において、ヨーク１３の末端側面１３１の各歯１５は、同じヨーク１３の他方の末端側面１３２の歯１５に対向して配置することができる。
【０１６６】
[0164]  ２つの末端側面１３１、１３２は、例えば図１４に示すような２つの同相信号と同等の形状を有することができる。このヨーク１３は直線状に図示しているが、実際の形状は環状である。
【０１６７】
[0165]  図１５に分解図で示す二次磁気回路１２の別の実施形態においては、この第１の形状を有する２つのヨーク１３ａ、１３ｂは、二次巻線１４を取り囲む２つの歯１５ａ、１５ｂを有する。これらの歯１５ａ、１５ｂの形状は矩形である。
【０１６８】
[0166]  これらの歯１５は、２つの末端側面１３１、１３２に他の何らかの形態で分散させることも可能であるが、各ヨーク１３の各末端側面１３１、１３２においては必ず回転子２０の回転軸２の周りで同一の角度分布、並びに同一の形状及び同一の寸法を有していなければならない。
【０１６９】
[0167]  一例として、ヨーク１３ａ、１３ｂの第２の形状において、ヨーク１３ａ、１３ｂの末端側面１３１ａ、１３１ｂの各歯１５ａ、１５ｂは、同じヨーク１３ａ、１３ｂの他方の末端側面１３２ａ、１３２ｂの２つの歯１５ａ、１５ｂの間に位置している。図１６に示すように、２つの末端側面１３１ａ、１３１ｂ、１３２ａ、１３２ｂは、逆相の２つの信号と同等の形状を有し得る。図１６は、図示しない二次巻線１４の面上で相互に嵌合する歯１５ａ、１５ｂを有する２つのヨーク１３ａ、１３ｂを示す。これらのヨーク１３ａ、１３ｂは同様に直線として図示しているが、実際の形状は環状である。
【０１７０】
[0168]  また、ヨーク１３の末端側面１３１の歯１５は、同じヨーク１３の他方の末端側面１３２の歯１５に対向する位置とこの他方の末端側面１３２の２つの歯１５間の位置との間のいずれかの中間位置をとることができる。
【０１７１】
[0169]  更に、特に磁束Ｆ１及びＦ２の良好な循環を与えるため、歯１５は様々な形状とすることができる。それらのいくつかの例を図５に示す。これらの様々な形状は鋭いエッジを含むか、さもなければ曲率半径を含み得る。これらの歯１５に最適な形状は、図５ａの規則的な正弦波に相当する「ウェーブ」であるが、この最適な形状は工業的に作製することが難しい。歯１５は好ましくは、図５ｂ及び図５ｃにそれぞれ示すような「猫の舌」形状又は「階段」形状を有し、これによって、これらの形状の効果と、具体的には鉄粉の圧縮による製造の容易さとの間で、良好に折り合いをつけることができる。
【０１７２】
[0170]  更に、磁束Ｆ１及びＦ２が固定子１０において、更に具体的には各ヨーク１３において良好に循環することを可能とするため、ヨーク１３の各末端側面１３１、１３２と中央側面１３３との接合部の断面を注意深く画定する必要がある。形状が不適切であると、磁束Ｆ１、Ｆ２がヨーク１３で飽和し、このため電気機械１の性能が損なわれる恐れがある。このようなヨーク１３の断面の例を図６に示す。ヨーク１３の好適な断面は、図６ａに示すような面取り部分を用いた接続部である。
【０１７３】
[0171]  本発明の電気機械１の性能を向上させるため、特にそのトルクを増大させるため、各々が２つの二次磁気回路１２、１２’及び１つの一次磁気回路２２から成る励磁器ユニット３を複数用いることができる。この場合、回転子２０は、電気機械１の回転軸２の周りで角度方向に規則的に分散されてこれらの励磁器ユニット３と協働する複数のストリップ３３を有する。
【０１７４】
[0172]  これらの励磁器ユニット３を電気機械１の回転軸２に対してアキシャル方向に関連付けて、励磁器ユニット３が回転軸２に対して平行なラインを形成するようにすることができる。これは図１７から図２１に示す電気機械１について当てはまる。同様に、これらの励磁器ユニット３を電気機械１の回転軸２に対してラジアル方向に関連付けることも可能であり、又は、双方の関連付けの選択肢を組み合わせて、例えばアキシャル方向に関連付けてからこのタイプの複数の関連付けをラジアル方向に組み合わせた励磁器ユニット３を得ることも可能である。
【０１７５】
[0173]  例えば３つの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃを有するこのような電気機械１内で、励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、非磁性材料で作製されたスペーサ３１によって相互に磁気的に絶縁されている。従ってこのスペーサ３１は、励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの各々で循環する磁束Ｆ１、Ｆ２を絶縁させると共に、これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃ間に生じる磁気漏洩を回避するように機能する。スペーサ３１は、２つの隣接する二次磁気回路１２、１２’の２つのヨーク１３ａ、１３ｂ’の間に位置付けられている。
【０１７６】
[0174]  励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃはスペーサ３１によって磁気的に絶縁されているので、図１７から図１９に示すように、回転子２０の各ストリップ３３は複数の励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと協働することができる。各ストリップ３３は複数の第１のＮ極及び複数の第１のＳ極を有し、第１のＮ極及びＳ極の１対が単一の励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃと協働する。
【０１７７】
[0175]  しかしながら、電気機械１は、図１８に示すような３つの組３５ａ、３５ｂ、３５ｃのストリップ３３を有することも可能である。各組３５ａ、３５ｂ、３５ｃは回転子２０の構造２１によって他の組３５ａ、３５ｂ、３５ｃから絶縁されている。このため、各組３５ａ、３５ｂ、３５ｃのストリップ３３は単一の第１のＮ極及び単一の第１のＳ極を有し、これによって単一の励磁器ユニット３ａ、３ｂ、又は３ｃと協働する。
【０１７８】
[0176]  更に、電気機械１が相互に絶縁された複数の組３５ａ、３５ｂ、３５ｃのストリップ３３を有する場合、隣接する励磁器ユニット３を磁気的に絶縁する必要はない。ストリップのいずれか１つの組３５及びその励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃによって形成されるアセンブリを循環する磁束Ｆ１、Ｆ２は、ストリップ３３のこれらの組３５ａ、３５ｂ、３５ｃ間の絶縁によって分離されている。
【０１７９】
[0177]  これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃは、２つの隣接する二次磁気回路１２、１２’のヨーク１３を介して相互に接触することができる。
【０１８０】
[0178]  更に、このような環境下で、図２０及び図２１に示すように、２つの隣接する二次磁気回路１２の２つのヨーク１３を一体化させて単一のヨーク１３を形成することも可能である。
【０１８１】
[0179]  従ってこのヨーク１３は、これら２つの隣接する二次磁気回路１２、１２’の２つの二次巻線１４、１４’を分離させる。このヨーク１３は、共通の末端側面１３１上に分散した２列の歯１５を有し、各列の歯１５は単一の二次巻線１４、１４’及びストリップ３３の単一の組３５ａ、３５ｂ、３５ｃと協働する。これら２つの隣接した二次磁気回路１２及び１２’が協働する２つの一次磁気回路２２にそれぞれ関連する２つの第１の磁束Ｆ１と、これらの２つの隣接した二次磁気回路１２、１２’にそれぞれ関連する２つの二次磁束Ｆ２とは、ヨーク１３において個別に循環して回転子２０の回転を発生させる。
【０１８２】
[0180]  更に、これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの一次巻線２４はＤＣによって電力供給され、二次巻線１４、１４’はＡＣによって電力供給される。
【０１８３】
[0181]  一次巻線２４は、好ましくは同一のＤＣを伝達する。
【０１８４】
[0182]  これに対して、二次巻線１４、１４’は同一のＡＣによって又は異なるＡＣによって電力供給することができる。しかしながら、単一の励磁器ユニット３の２つの二次巻線１４、１４’は常に同一のＡＣによって電力供給される。
【０１８５】
[0183]  まず、図１７に示すように、これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの二次巻線１４、１４’は同一の単相ＡＣφ１によって電力供給することができる。
【０１８６】
[0184]  この後、これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの二次巻線１４、１４’は単相ＡＣφ１によって電力供給され得るが、図１８及び図２０の中央の励磁器ユニット３ｂのように、励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃのいくつかの二次巻線１４、１４’は逆相−φ１の単相ＡＣによって電力供給することも可能である。
【０１８７】
[0185]  最後に、これらの励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの二次巻線１４、１４’は平衡３相ＡＣによって電力供給することも可能である。この場合、各励磁器ユニット３ａ、３ｂ、３ｃの二次巻線１４、１４’は、この３相ＡＣの各相φ１、φ２、φ３によって電力供給される。
【０１８８】
[0186]  当然、本発明はその実施に関して多数の変形を行い得る。いくつかの実施形態について説明したが、全ての可能な実施形態を網羅的に識別することを想定していないことは容易に理解されよう。当然、本発明の範囲を超えることなく均等手段によって記載される手段のいずれかを置換することが想定され得る。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【外国語明細書】
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