(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能な電気機械用ステータにおいて、ステータは、外側リングを形成する本体と、外側リングから半径方向内方に突出しかつ軸線のまわりにロータ空間を部分的に形成する複数のステータ極とを有し、外側リングは前記軸線に垂直な非円形外側輪郭を有し、輪郭は前記軸線を通る少なくとも１つの対称線を持ち、各ステータ極は角度的に配置されて外側リングの半径方向に最も厚い部分と最も薄い部分の中間に位置して、本体には対称線が存在しなくなるように前記輪郭の対称線から角度的にずらされた中心線を有し、ステータ極の中心線がステータの外側リングの振動の波腹と一致するのを回避することを特徴とするステータ。
【請求項２】
請求項１記載のステータにおいて、ステータ極は角度的にずらされた角度ピッチを形成し、対称線の隣接する各ステータ極の中心線のずらし量は角度ピッチの４分の１であることを特徴とするステータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のステータにおいて、各極の中心線がずらされている対称線は前記軸線に対して外側リングの半径方向に最も薄い部分と一致することを特徴とするステータ。
【請求項４】
請求項１、２または３記載のステータにおいて、外側輪郭が正方形であることを特徴とするステータ。
【請求項５】
請求項４記載のステータにおいて、４つの極を含むことを特徴とするステータ。
【請求項６】
請求項１、２または３記載のステータにおいて、外側輪郭が六角形であることを特徴とするステータ。
【請求項７】
請求項６記載のステータにおいて、６つの極を含むことを特徴とするステータ。
【請求項８】
請求項１、２または３記載のステータにおいて、外側輪郭は極と同一の数の辺を有することを特徴とするステータ。
【請求項９】
ロータおよびステータを有する電気機械において、ステータは、外側リングを形成する本体と、外側リングから半径方向内方に突出しかつ軸線のまわりにロータ空間を部分的に形成する複数のステータ極とを有し、外側リングは前記軸線に垂直な非円形外側輪郭を有し、輪郭は前記軸線を通る少なくとも１つの対称線を持ち、各ステータ極は角度的に配置されて外側リングの半径方向に最も厚い部分と最も薄い部分の間に位置して、本体には対称線が存在しなくなるように前記輪郭の対称線から角度的にずらされた中心線を有し、ステータ極の中心線がステータの外側リングの振動の波腹と一致するのを回避することを特徴とする電気機械。
【請求項１０】
請求項９記載の電気機械において、ステータ極は角度的にずらされた角度ピッチを形成し、対称線の隣接する各ステータ極の中心線のずらし量は角度ピッチの４分の１であることを特徴とする電気機械。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の電気機械において、各極の中心線がずらされている対称線は前記軸線に対して外側リングの半径方向に最も薄い部分と一致することを特徴とする電気機械。
【請求項１２】
請求項９記載の電気機械において、ｎ相を形成する相巻線を有し、外側輪郭は２ｎ辺およびステータは２ｎ極（ｎは整数）を有することを特徴とする電気機械。
【請求項１３】
請求項９、１０、１１または１２記載の電気機械において、相巻線を有し、機械はリラクタンス機械として運転できるように構成され配列されていることを特徴とする電気機械。
【請求項１４】
請求項１３記載の電気機械において、反対極性のステータ極が外側リングの最も薄い部分の両側に配置されていることを特徴とする電気機械。
【請求項１５】
回転可能な電気機械用のステータに用いる積層体において、積層体は外側リングを形成する強磁性本体と、外側リングから半径方向内方に突出しかつ軸線のまわりにロータ空間を部分的に形成する複数のステータ極とを有し、外側リングは前記軸線に垂直な非円形外側輪郭を有し、輪郭は前記軸線を通る少なくとも１つの対称線を持ち、各ステータ極は角度的に配置されて外側リングの半径方向に最も厚い部分と最も薄い部分の中間に位置して、本体には対称線が存在しなくなるように前記輪郭の対称線から角度的にずらされた中心線を有し、ステータ極の中心線がステータの外側リングの振動の波腹と一致するのを回避することを特徴とする積層体。
【請求項１６】
請求項１５記載の積層体において、ステータ極は角度的にずらされた角度ピッチを形成し、対称線の隣接する各ステータ極の中心線のずらし量は角度ピッチの４分の１であることを特徴とする積層体。
【請求項１７】
請求項１６記載の積層体において、各極の中心線がずらされている対称線は前記軸線に対して外側リングの半径方向に最も薄い部分と一致することを特徴とする積層体。
【請求項１８】
請求項１５、１６または１７記載の積層体において、ｎ極の輪郭を形成し、輪郭はｎ辺（ｎは整数）を有することを特徴とする積層体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回転する電気機械用ステータに関する。本発明は、特に、切り替え式リラクタンス（ＳＲ）機械に適用できるが、それに限定されるものではない。
【０００２】
【従来の技術】
回転する電気機械は発電機またはモータとして運転できるように構成されている。種々の形式のそのような機械は、一般には、電気シート鋼から作られかつ外側積層体輪郭（この積層体輪郭はまたステータの軸線に垂直な外側輪郭を構成する）を持つステータ積層体を有する。外側積層体輪郭は、製造及び／又は組み立てを容易にするために含まれる小さな溝や切り欠きを除いては、本質的には円形である。半径方向内側の輪郭はステータ内で回転するロータと相互作用するステータの歯を形成している。これらの円形積層体は軸線方向に延びるステータを形成するように互いに積み重ねられて、フレームに取付けられる。
【０００３】
全体的に方形の外側輪郭を有する積層体も知られている。これらはいわゆる「フレームレス」構造でよく用いられ、その構造では、ステータの支持鉄の比較的厚いコーナー（隅部）はボルトまたは他の締め付け具を保持して積層体を一緒に保持するのに用いられる。
【０００４】
例えば、切り替え式リラクタンス機械のようなある形式の電気機械では、比較的少ない数の歯が用いられ、通常ステータ極（磁極）と言われる。一般には、各ステータ極は、機械の相を構成するように１つのグループまたは複数のグループで接続されたある数のうちの１つであるコイルによって影響される。相を構成するための極の数と１つのグループ内のコイルの数に対する選択は機械設計のパラメータのうちの２つのパラメータである。例えば、４つのステータ極を持つＳＲ機械は、図１に示すように、各相が２つのコイルをもつような２つの相を構成するように接続でき、または１２のステータ極を持つＳＲ機械は、図２に示すように、各相が４つのコイルを持つような３相を構成するように接続できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本体は単発的なまたは周期的な力を加えることによって励磁されて機械的な共振にいたることがある。共振振動の振幅は、励磁力の振動数（周波数）と振幅並びに加えられる位置ばかりでなく、構造体の材料および均整に依存する。
【０００６】
幾何学的に規則的な形状を持つ本体は、通常ある範囲の振動数が共振点に現れる明確な共振パターンを有する。特定の振動数における振動が振動の振幅零を生じさせる本体上の箇所は節として知られている。振幅が最大である箇所は波腹として知られている。
【０００７】
音響的ノイズ減少の分野において、共振効果を最少にするために本体の形状を不規則することは知られているが、電気機械の共通の構造の積層体に関して、このことを行うことはほとんどなかった。
【０００８】
ＳＲモータの相巻線が励磁されるとき、（所望のトルク発生力に加えて）機械の中心に向かって付勢されたステータ極を引っ張るように作用する力が発生する。これはステータ極の端面が存在する仮想円を歪ませる効果を有する。相の連続的な付勢によって（どのようなシーケンスが特定の動作モードに望ましいか否かにかかわらず）、周期的な半径方向の力が積層体構造に加えられる。これは積層体を周期的に歪ませる効果を有し、このようにして生じた振動は音響的ノイズを発生させる原因である。
【０００９】
本発明の目的は、音響的ノイズを生じさせる振動の発生傾向を減少させるようなステータ輪郭およびステータ用の積層体の形状を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、回転可能な電気機械用ステータにおいて、ステータは、外側リングを形成する本体と、外側リングから半径方向内方に突出しかつ軸線のまわりにロータ空間を部分的に形成する複数のステータ極とを有し、外側リングは前記軸線に垂直な非円形外側輪郭を有し、輪郭は前記軸線を通る少なくとも１つの対称線を持ち、各ステータ極は角度的に配置されて外側リングの半径方向に最も厚い部分と最も薄い部分の中間に位置して、本体には対称線が存在しなくなるように前記輪郭の対称線から角度的にずらされた中心線を有し、ステータ極の中心線がステータの外側リングの振動の波腹と一致するのを回避することを特徴とするステータが提供される。
【００１１】
振動の節はリングの最も厚い部分付近に存在し、一方最も大きな振幅および広い振動数の範囲を持つ振動が発生する箇所の波腹はリングの最も薄い部分付近にある。極を波腹から離して配置することによって、音響ノイズを発生し易い力が減少される。
【００１２】
好ましくは、外側輪郭は軸線を通る対称線を持ち、ステータ極の１つが対称線から角度的にずらされていることである。ずらし量は、望ましくは、ステータ極の角度ピッチの約４分の１である。好ましくは、ステータ極がずらされている対称線は前記軸線に対してリングの半径方向に最も薄い部分と一致することである。
【００１３】
本発明は特に正方形輪郭で４または８極のような単純な形状に適用できるが、他の任意の数のステータ極および相に関連する。例えば、外側輪郭は正方形または六角形であってもよい。六角形外側輪郭は３相、６極の機械で使用され、正方形輪郭は２相、４極の機械に使用されてもよい。一般に、規則的な偶数の辺がある、４ｎの辺の形状（ｎは整数）が都合良くｎ相または２ｎ極の機械に使用できる。しかしながら、多角形の外側輪郭に対する辺が多くなるにしたがって、形状は一層円に近づくことになる。本発明は辺を規則的に配列したものに限定されるものではない。
【００１４】
ステータは、極を付勢するように配列された極に関連した巻線を持つ切り替え式リラクタンス機械用のものであってもよい。ステータ巻線は、反対極性のステータ極がリングの半径方向の最も薄い部分の両側に配置されるように、構成されてもよい。このことは４または８のステータ極の場合に利点がある。特に、この利点は２相機械で実現される。
【００１５】
好ましくは、ステータは複数の積層体から作られる。本発明は、外側輪郭を与えかつ前述のように構成されるようなステータ極を形成する積層体に対して適用を拡張できる。
【００１６】
さらに、本発明は前述のように構成されたステータを持つ電気機械、例えば、切り替え式リラクタンス機械にも適用を拡張できる。
【００１７】
少なくとも１つのステータ極をずらす目的は、リングおよびステータ極のそれぞれの対称性を不規則にして、共振における振動の振幅を減少させることである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
図３を参照すると、発電機またはモータのいずれとしても運転できるように構成された切り替え式リラクタンス機械は、ステータ１０とロータ１２から成る。ステータ１０は、電気シート鋼の複数の積層体から成る。ロータ１２の回転軸に垂直な面内における断面輪郭は４つの等間隔に離れたステータ極（磁極）１４を含み、ステータ極は半径方向外方の支持鉄リング１６から半径方向内方に突出している。ステータの外側輪郭は正方形であり、極１４の半径方向の内端面１８が位置する仮想円の軸線１７と一致する中心を持つ。ステータ極１４の基部はロータの回転軸とやはり一致する中心を持つ円２０を形成する支持鉄リング１６のセクション（部分）によってつながれている。
【００１９】
ロータは２つの等間隔に離れたロータ極２２を形成しており、ロータ極はステータ極の面の軸線１７を中心として回転する。長方形の外部形状を持つので、支持鉄（back iron ）リング１６には極１４が突出する円２０に対して比較的厚い部分と薄い部分がある。極がステータの外側輪郭に対して対称に配列されると（図１に示すように）、ステータ極を吸引する楕円変形力の位置は、もし構造体が楕円変形力に応答して振動するならば波腹が生じるであろう位置と一致する。先行技術の装置では、構造体は、比較的小さい楕円変形力が存在しても振動振幅が顕著になる実質的な共振に比較的容易に達する。
【００２０】
図３では、各ステータ極１４の角度軸線は極ピッチθの角度の４分の１だけ対称位置からずれている。このため、励磁力の位置はステータ輪郭に対して非対称であり、即ち、ステータ極の角度位置は、ステータの支持鉄の最も厚い箇所と最も薄い箇所の中間の箇所にずれており、低次高調波全ての波腹が避けられる。このため、ほぼ一定の励磁力の大きさに対して、共振における振動振幅が減少され、このことにより発生される音響ノイズの大きさを制限できる。
【００２１】
ステータの外側輪郭がほぼ正方形であるとき、任意の数の相で本発明を用いることが可能であり、各相の数は支持鉄の隣接する厚い部分と薄い部分の間のステータ極に対して最適な角度位置を持つ。
【００２２】
図４は正方形外側輪郭を持つ８極の機械のステータ２４を示す。ステータ極２６は支持鉄の最も薄い部分から角度的にθ／４だけずれており、それは中心１７を通る対称線に対応している。
【００２３】
同様に、相の数が２つより多く、外側輪郭が４辺より多くの辺を持つ場合、支持鉄の最も薄い部分からθ／４ずれた位置に各ステータ極を位置決めして本発明を用いてもよい。例えば、６角形輪郭のステータを持つ３相機械では、各ステータ極の位置は、支持鉄の比較的薄い部分と比較的厚い部分の間に、例えば、θ／４だけずらせて配置される。
【００２４】
極と相の数のある組み合わせがある外側輪郭と共に用いられるとき、例えば、４つまたは８つの極を持ちほぼ正方形の外側輪郭を持つ２相機械が用いられるとき、本発明の他の利点が得られる。図３、図４において、ステータの支持鉄のセクションは、効率的に、他の部分より狭められている。機械の１つの相が励磁されるとき、これによって他のセクションよりもこれらのセクションにより高い磁束密度が生じる。このことは通常は設計の制限的面と考えられる。しかし、特定の極性になるように相巻線を電源に接続することによってこの欠点を減少させることができる。
【００２５】
図３の極１４Ａに巻かれたコイル（図示せず）はＮ極を発生するように電源に接続され、極１４Ｂに巻かれたコイルはＳ極を発生させる。次に、極１４Ｃと極１４Ｄに関しては選択できる。極１４ＣはＮ極を発生するように接続され、そのとき、極１４ＤはＳ極となり、このため、同一極性が支持鉄の狭い部分の両側にくる。逆に、極１４ＣがＳ極を発生するように接続され、極１４ＤがＮ極となり、このため、反対極性が狭いセクションの両側にくる。もし機械が後者の仕方で接続され、磁束が両方の相に同時に存在する励磁パターンで作動されると、狭いセクションに低い磁束密度を持つ磁束波形が発生される。このことによってより低い励磁条件が導き出され、もし前者の仕方で接続された場合の鉄損より低い鉄損が導き出される。
【００２６】
本発明の種々の実施例が例として記載されてきた。当業者は本発明から逸脱することなく多数の変形がなされることを認めることができる。したがって、実施例の前述の記載は例示的であり、制限を意図したものではない。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限されうるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気機械用ステータにおいて、音響的ノイズを生じさせる振動の発生傾向を減少させるようなステータ輪郭およびステータ用の積層体の形状を得ることができ、共振における振動の振幅を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、２相切り替え式リラクタンス機械用の先行技術のステータの断面図である。
【図２】図２は、３相切り替え式リラクタンス機械用の先行技術のステータの断面図であり、図では１相の巻線だけを示す。
【図３】図３は本発明の切り替え式リラクタンス機械の断面図である。
【図４】図４は本発明のステータの他の実施例の断面図である。
【符号の説明】
１０    ステータ
１２    ロータ
１４    ステータ極
１６    支持鉄
１８    端面
【図１】
0003769315.tif 000002
【図２】
0003769315.tif 000003
【図３】
0003769315.tif 000004
【図４】
0003769315.tif 000005