(57)【要約】【課題】電気機械の回転子（１２）用の磁化装置（１０）を提供する。【解決手段】磁化装置は、磁化ヨーク（１６）と、その磁化ヨークの周りに巻かれたコイル（１８、２０、２２、２４）とを備えている。磁化ヨークは、そこから延びる多数の磁極片（３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８）を備えており、それらの磁極片の少なくともいくつかは、コバルト合金を含んでいる。別の実施形態では、電気機械の回転子を磁化する方法が提供される。この方法は、回転子スピンドルの周りで複数の磁石を組み立てるステップと、複数の磁石の周りで周方向に磁化装置を位置決めするステップとを含んでいる。磁化装置は、少なくとも１つのコバルト合金磁極片を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械の回転子（１２）用の磁化装置（１０）であって、
そこから延びる複数の磁極片（３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８）を備えた磁化ヨーク（１６）であって、前記複数の磁極片の少なくともいくつかがコバルト合金を含んでいる磁化ヨークと、
前記磁極片の周りに巻かれた複数のコイル（１８、２０、２２、２４）とを備えた磁化装置。
【請求項２】
前記コバルト合金は、前記コバルト合金の合計重量に対して、４９％のコバルト、４９％の鉄、および２％のバナジウムを含む、請求項１記載の磁化装置。
【請求項３】
前記コバルト合金は、前記コバルト合金の合計重量に対して、４０重量％から６０重量％の範囲のコバルト、および前記コバルト合金の合計重量に対して、約４０重量％から約６０重量％の範囲の鉄を含んでいる、請求項１記載の磁化装置。
【請求項４】
前記コバルト合金は、前記コバルト合金の合計重量に対して、４８重量％から５０重量％の範囲のコバルト、前記コバルト合金重量に対して１重量％から２重量％の範囲のバナジウム、および残りは鉄を含んでいる、請求項１記載の磁化装置。
【請求項５】
前記コバルト合金を含む前記磁極片はそれぞれ、
固定磁極片部（３４、３８、４２、４６）と、
前記固定磁極片に物理的に結合されている交換可能な磁極片部（３６、４０、４４、４８）とを備え、少なくとも前記交換可能な磁極片部が前記コバルト合金を含む、請求項１記載の磁化装置。
【請求項６】
前記磁化ヨーク（１６）は、前記磁極片（３４、３６、３８、４０、４２、４４、４６、４８）の材料とは異なる材料を含んでいる、請求項１記載の磁化装置。
【請求項７】
前記ヨーク材料はスチールを含んでいる、請求項６記載の磁化装置。
【請求項８】
前記複数のコイルは、そこからの冷媒の流れを可能にするように構成された中空管コイル（６８）を備えている、請求項１記載の磁化装置。
【請求項９】
前記中空管コイルは銅コイルを備えている、請求項８記載の磁化装置。
【請求項１０】
前記中空管コイル内に配置された液体窒素をさらに含んでいる、請求項８記載の磁化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示する主題は概して、電気機械に関し、より詳細には永久磁石タイプの回転子を有する電気機械に関する。特定の実施形態は、このような回転子内の永久磁石部分の磁化アセンブリおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気機械は一般に、固定子内に配置された回転子を備えており、電力を機械力に変換するモータ、または機械力を電力に変換する発生器のいずれかとして使用される。特定の電気機械は、寸法を小さくし、機械の全体的効率を良くする永久磁石タイプの回転子を使用する。永久磁石回転子は一般に、回転子スピンドルの上に配置された環状永久磁石を備えている。特定の実施形態では、永久磁石はモノリシック中空円筒部材である。より大きな機械では、永久磁石は一般に、回転子スピンドルの周りで複数の永久磁石を組み立てることによって形成される。高速電気機械はまた、遠心力による永久磁石アセンブリの破砕および散乱を防ぐように、永久磁石アセンブリの周りに保持リングまたは止め輪を備えることができる。
【０００３】
永久磁石部分はしばしば、回転子スピンドル上での組立て前に磁化される。一技術では、永久磁石部分は、より大きい未仕上げの磁石ブロックから切断および成形され、その後、その部分は個別にソレノイドコイル内で磁化される。いくつかの応用例では、特により大きな機械では、永久磁石部分の磁化がＫ．Ｈａｌｂａｃｈによって提案された磁化ベクトル（Ｈａｌｂａｃｈ磁化としても知られる）により達成され、永久磁石の表面に加えられると、電気機械内のより多くの正弦曲線形の磁束分配につながり、それによってＡＣ高調波損失が少なくなり、トルクリップル、振動および音響雑音が小さくなる。永久磁石部分はその後、回転子スピンドルに結合される。
【０００４】
予め磁化した永久磁石部分からの回転子の組立てはしばしば、特により大きな電気機械において面倒な過程である。というのは、付勢した永久磁石部分を位置決めおよび抑制するのに、かなりの推進および位置合わせが必要である可能性があるからである。
【０００５】
１ステップ磁化技術が、本願の譲受人に譲渡されたＳｔｅｐｈｅｎｓの米国特許出願公開第２００６０２２０４８４号に開示されている。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００６０２２０４８４号公報
【特許文献２】特開２００４−７２８２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、電気機械回転子の磁化のためのより簡単でより効率的な技術を有するならば、やはり望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
要するに、一実施形態によると、電気機械の回転子の磁化装置が提供される。磁化装置は、そこから延びる多数の磁極片を備えた磁化ヨークを備えている。磁極片の少なくともいくつかは、コバルト合金を含んでいる。磁化装置はまた、磁極片の周りに巻かれた複数のコイルを備えている。
【０００８】
別の実施形態では、電気機械の回転子を磁化する方法が提供される。この方法は、回転子スピンドルの周りで複数の磁石を組み立てるステップと、複数の磁石の周りで周方向に磁化装置を位置決めするステップとを含んでいる。磁化装置は、少なくとも１つのコバルト合金磁極片を備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のこれらおよびその他の特性、態様、および利点は、以下の詳細な説明を添付の図面を参照して読めばより良く理解されるだろう。図面全体を通して、同様の文字は同様の部品を示している。
【００１０】
本明細書に開示する実施形態は、電気機械回転子を磁化するアセンブリおよび方法を提供する。簡単な磁化方法が、多極磁化装置内の組み立てられた回転子全体に対して提供される。図１は、電気機械の回転子１２用の磁化固定具１０（これ以下、「磁化装置」と呼ぶ）を示している。磁化装置１０は、そこから延びる複数の磁極片３４、３８、４２および４６を備えた磁化ヨーク１６（または、「コア」）と、その磁化ヨークの磁極片の周りに巻かれた複数の磁化（または、「励起」）コイル１８、２０、２２および２４とを備えている。第１の実施形態では、複数の磁極片の少なくともいくつかはコバルト合金を含んでいる。第２の実施形態では、複数のコイルは、そこを通る冷媒の流れを可能にするように構成された、中空管コイル（図４を参照してより詳細に記載する）を備えている。第３の実施形態では、磁極片はそれぞれ、固定磁極片部３４と、固定磁極片部に物理的に結合された交換可能な磁極片部３６とを備えている。交換可能な磁極片部は、異なる寸法の回転子に適応するように異なる寸法をしている。第１、第２および第３の実施形態を、個別に使用することができる、またはあらゆる所望の方法で組み合わせることができる。
【００１１】
磁化装置１０は、例えば、高速電気モータの永久磁石回転子を磁化するのに使用される。磁化装置１０が交換可能な構成部品を組み込む場合、磁化装置１０を異なる回転子直径で使用することができる。図１は、磁化装置１０によって回転子の永久磁石部分１５の磁化のために、回転子スピンドル１４の周りにしっかりと位置決めされた回転子１２を示している。一実施例では、永久磁石部分１５は、Ｈａｌｂａｃｈ配置にされており、回転子の各磁極は、いくつかの磁石片で形成され、これらの磁石片は、磁極の側部での径方向接線の向きから磁極の中心での径方向垂直の向きへと次第に広がっている。
【００１２】
磁化ヨーク１６は、回転子を磁化するのに使用することが可能なあらゆる構造的に適切な材料を含むことができる。一実施例では、ヨーク１６はスチール積層を含んでいる。ヨークおよび磁極片の両方をコバルト合金から製造することにより予期されるいくつかの利点があるが、このような実施形態は費用がかかる。コバルト合金磁極片と組み合わせたスチールヨークにより、全コバルト合金構造より少ない費用で、全スチール構造より効率的な磁化を行うことが予測される構造が得られる。
【００１３】
磁化コイル１８、２０、２２および２４は、あらゆる適当な導電性材料、例えば銅を含むことができ、より具体的な例が、以下の図４の議論で提供される。磁化コイルの数は一般に、回転子の磁極の数と等しくなるように選択される。４本の磁極および４つのコイルが図示されているが、あらゆる適切な数を使用することができる。コイル１８、２０、２２および２４は電源装置（図示せず）によって付勢される。付勢されると、磁化コイル１８、２０、２２および２４は、回転子１２を磁化する磁極を通して磁束を作り出す。
【００１４】
上に記載したように、磁極はヨークに一体化することができるが、より一般的には別個の磁極片から製造される。より詳細な実施形態では、磁極はそれぞれ、磁化ヨーク１６に結合された固定磁極片３４、３８、４２または４６と、それぞれの固定磁極片３４、３８、４２および４６に結合された交換可能な磁極片３６、４０、４４または４８とを備えている。これらの実施形態は、単に例としてのものである。他の実施形態では、交換可能な磁極片はヨークに直接結合することができる、または例えばヨークから延びる一体固定磁極片（図示せず）に結合することができる。結合は、任意の適当な方法で行うことができ、図示した一実施形態では、全体を参照番号３５で示したキーおよびスロットが含まれる。例示的な一実施形態では、これらの固定磁極片および交換可能な磁極片はコバルト合金を含んでいる。磁極片はまた、回転子内でＨａｌｂａｃｈ磁石配置を磁化するように成形することができる。
【００１５】
図２および図３は、異なる寸法の回転子に使用される磁化装置１０の例示的な部分の部分断面図を示す、２つの例示的な実施形態を示している。異なる寸法の交換可能な磁極片が、適当な回転子直径に提供される。図２は、ヨーク部１６および小径回転子５２を示す断面図５０を示している。交換可能なまたは置換可能な磁極片は、参照番号５４によって示され、固定磁極片は、参照番号５６によって示されている。コイルは、参照番号５８によって示されている。
【００１６】
図３は同様に、大径回転子６２に使用される磁化装置１０の別の例示的な実施形態の断面図６０を示している。図２の交換可能な磁極片５４は、大きな寸法の回転子に対応するように、磁極片６４と交換される。固定磁極片５６およびコイル５８は、図２に示されているものと同じである。（交換可能な磁極片による）磁化装置の多寸法特性が、製造資本投資を少なくする。というのは、固定具の多くは一般に、あらゆる電気機械製品ラインの異なる寸法の回転子上で使用することができるからである。図２および図３は、トラック型コイル５８を示すが、図１に示すように、これに限らないがサドルコイルなどの他の適切な形状なコイルを使用することもできる。
【００１７】
一実施形態では、図１〜３に記載されているような固定および交換可能な磁極片が、コバルト合金積層から製造される。例示的な一実施形態では、コバルト合金は、従来のスチール積層より大きな磁束密度能力を有し、それによって回転子の永久磁石への磁化効果を大きくするコバルト−鉄合金である。特定の一実施例のコバルト合金は、コバルト合金の合計重量に対して、４９％のコバルト、４９％の鉄、および２％のバナジウムを含んでいる。別の実施例では、コバルト合金は、４８重量％から５０重量％の範囲のコバルト、１重量％から２重量％の範囲のバナジウム、および残りは鉄を含んでいる。別の実施例では、コバルト合金は、コバルト合金の合計重量に対して約４５重量％から約５５重量％の範囲のコバルトを含んでいる。別の実施例では、コバルト合金はさらに、コバルト合金の合計重量に対して約４５重量％から約５５重量％の範囲の鉄を含んでいる。別の実施例では、コバルト合金は、コバルト合金の合計重量に対して、約１重量％から約４重量％の範囲のバナジウムを含んでいる。
【００１８】
別の実施形態では、中空管コイルを使用して、図４に示すように、冷媒の流れを可能にする。より詳細な実施例では、中空管コイル６６は、水、油、あるいは液体窒素や液体ネオン７０などの低温流体などの液体冷媒を冷媒として運ぶ銅導体６８を備えている。導体は、各導体６８およびコイル側絶縁体７２の周りに薄いターン絶縁層（図示せず）を有する。冷却により、コイル抵抗が小さくなり、電源装置要求が最小限に抑えられる。
【００１９】
本明細書に記載するような磁化装置のさまざまな実施形態は、電気機械回転子の磁化を向上させる。本明細書に記載の磁化装置は、モータを含む、より詳細には、特にガスラインコンプレッサ、航空宇宙用モータ、航空宇宙用発生器、航海用推進モータ、航海用電力発生器用の大型高速同期機を含む、幅広い範囲の電気機械に使用することができる。
【００２０】
本発明の特定の特徴のみが本明細書に図示および記載されているが、当業者なら、多くの修正形態および変形形態を思い付くであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の範囲内に含まれるような全ての修正形態および変形形態を含むことを意図していることを理解されたい。また、図面の符号に対応する特許請求の範囲中の符号は、単に本願発明の理解をより容易にするために用いられているものであり、本願発明の範囲を狭める意図で用いられたものではない。そして、本願の特許請求の範囲に記載した事項は、明細書に組み込まれ、明細書の記載事項の一部となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】固定子を磁化する磁化装置の例示的な一実施形態を示す図である。
【図２】小さな寸法の回転子に適応された磁化装置の断面図を示す、例示的な一実施形態を示す図である。
【図３】大きな寸法の回転子に適応された磁化装置の断面図を示す、別の例示的な実施形態を示す図である。
【図４】磁化装置用の例示的な磁化コイルの断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  磁化装置
１２  回転子
１４  回転子スピンドル
１５  磁化部分
１６  ヨーク部
１８  磁化コイル
２０  磁化コイル
２２  磁化コイル
２４  磁化コイル
３４  固定磁極片部
３５  スロットおよびキー
３６  交換可能な磁極片部
３８  固定磁極片部
４０  交換可能な磁極片部
４２  固定磁極片部
４４  交換可能な磁極片部
４６  固定磁極片部
４８  交換可能な磁極片部
５０  断面図
５２  小径回転子
５４  交換可能な磁極片部
５６  固定磁極片
５８  磁化コイル
６０  断面図
６２  大径回転子
６４  交換可能な磁極片
６６  磁化コイル
６８  中空銅導体
７０  液体窒素
７２  コイル側絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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