JPH0132743B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複数の永久磁石磁極と、電流を流す
導体をそなえた複数の巻線極との間に相対回転が
生じる種類の永久磁石回転電機に関するものであ
る。この場合、永久磁石回転電機という言葉は、
直流および交流機械、電動機および発電機、永久
磁石磁極が巻線固定子内またはその周りを回転す
る回転子で支持されるようにした永久磁石磁極お
よび永久磁石磁極が固定子の一部を形成して巻線
電機子がその中で回転するようにしたより普通の
装置を含む。

このような永久磁石機械においては勿論回転子
と固定子の間に空隙があり、各永久磁石磁極の磁
界は、これと相対的に可動な巻線極の磁界と相互
作用をし、巻線極の磁界はその導体を流れる電流
によつてつくられる。電動機の場合にはこの電流
が固定子と回転子との相対運動を生じ、一方発電
機の場合には回転子と固定子との相対運動によつ
て電流が流れる。２つの磁界の相互作用は、電機
子反作用として知られている公知の現象を生じ
る。この電機子反作用の効果は、永久磁石磁極の
一方の端に向つて磁束密度を増加し、代りに反対
の端の磁束密度を減少することである。前記の永
久磁石磁極の端というのは、回転子と固定子の相
対回転の方向から云えば、磁極の反対側の両端の
部分で、普通は夫々磁極の前端および後端と云わ
れる。けれども、直流電動機の電機子反作用は前
端に向つて磁束密度を増し、発電機では磁束密度
は後端に向つて増加される。本発明は電動機およ
び発電機に関するものなので、便宜上、電機子反
作用が増加磁束を生じる永久磁石磁極の端部分を
強端、電機子反作用が減少磁束を生じる永久磁石
磁極の端部分を弱端と称することにする。

整流された直流または純粋の直流で駆動される
電動機の永久磁石は、通常の分巻電動機と同様な
動作特性を示すことは知られている。したがつて
永久磁石電動機は、同等の直巻電動機に比して、
低負荷状態での回転速度が低く、停動時のトルク
が小さい。

本発明の一つの目的は、低負荷速度および停動
トルクが増加された永久磁石電動機を得ることに
ある。

永久磁石直流発電機は低電流動作状態と高電流
動作状態との間の電圧の差が比較的小さいので、
本発明の別の目的は、この電圧差を増加し、機械
内における抵抗電圧降下の好ましくない影響を減
少するようにすることにある。

本発明の更に別の目的は、永久磁石交流発電機
の改良にある。本発明の更に別の目的は、永久磁
石磁極の減磁を抑えた永久磁石回転電機を得るこ
とにある。

本発明の永久磁石回転電機では、各永久磁石磁
極に、該磁極の強端部分の空隙面と係合し更にま
た前記の永久磁石磁極が支持された回転電機の鉄
回路の部分とも係合する高飽和磁束密度材料のシ
ールドの形の磁束分路を設け、関連した巻線の電
流が低い時には磁束を鉄回路に分路するが巻線の
電流の高い価では反対方向に流れる磁束によつて
飽和されるように配設された直接磁束通路を磁極
の強端部分における空隙と鉄回路の間に与える。

通常は、例えば永久磁石電動機では、永久磁石
は機械の静止部分である継鉄に支持され、巻線電
機子が設けられる。したがつて、低い電機子電流
では、磁束分路は電機子磁束に対して空隙から継
鉄に直接の通路を与える。この磁束分路の効果
は、磁極の強端に一様な高い磁束密度を与え、停
動トルクを増すことである。同様に、巻線回転子
を流れる電流が低い低負荷状態においては、継鉄
に磁束を分路する結果、低トルクで電機子速度を
増す。したがつて低い電機子電流においては、各
分路は、磁極の空隙面と係合する分路部分の下に
ある各磁極部分を“短絡”する。“短絡”される
磁極の円周方向の長さはしたがつて分路の被覆部
分の長さに依存し、この長さは、分路の“直接磁
束通路”の磁束導通能力と共に次のように選ばれ
る。即ち、望ましくは、低い電機子電流におい
て、分路の“直接磁束通路”部分がその飽和磁束
密度直前の“短絡”磁束密度を通すように選ばれ
る。このようにすれば、各磁極の“短絡”された
部分から電機子に与えられる磁束量は無視できる
程度のものであり、この結果電機子速度は増加さ
れ、対応してトルクが減少される。

けれども、分路の“直接磁束通路”部分の磁束
導通能力を決めるには、この“直接磁束通路”部
分は高い電機子電流値で飽和される必要があると
いうことも考慮に入れねばならない。したがつ
て、高い電機子電流値において、電機子反作用に
より分路が飽和され、このため分路と磁極を通つ
て起磁力を生じ、この場合この起磁力は、磁極空
隙間と係合する分路部分を経、空隙を通つて電機
子歯に有用な磁束を与えることが必要である。こ
のようにして、電機子歯の磁束密度は、磁束脈動
に関連するコギング（cogging）トルクと損失の
両方を制限する許容最大値に抑えられる。

巻線固定子／永久磁石回転子機械を考える場合
には、電機子電流についての説明は固定子につい
ての説明に読み代え、“巻線電流”という言葉を
用いる必要がある。以上の説明は電動機に関する
ものであるが、発電機の分路の材料および寸法に
ついても同様の基準を適用することができ、ま
た、すべての場合について、正確な基準は所望す
る機械特性に関して決定されるということは分か
るであろう。

磁束分路は、永久磁石磁極が支持される鉄回路
の部分に物理的に固定し、永久磁石磁極を前記の
鉄回路の部分に固定する手段の一部を形成するの
が望ましい。

各磁束分路が磁極固定クリツプの一部であり、
この磁極固定クリツプの数は磁極の数に等しく、
各磁極固定クリツプは、周方向に隣接する磁極間
の位置で、磁極が支持される鉄回路の部分に固定
され、また、各磁極固定クリツプは、隣接する磁
極の１つの強端部分と係合する磁束分路を形成す
る第１の部分と、次の周方向隣接磁極の弱端のシ
ールドを形成する第２の部分とを有するようにす
るのが好都合である。

弱端のシールドは本願人の同時係属出願である
英国特許出願第8135844号の主題であるので参照
され度い。

複数のクリツプを用いる代りに、各磁束通路
を、高飽和磁束密度材料の単一の環状部材の一部
とし、この環状部材は、少なくとも磁束分路によ
つて各磁極と係合し、磁極が支持されている鉄回
路に該磁極を固定する手段の少なくとも一部とし
て役立つようにする。

単一の環状部材は、適当な数の磁束分路を有す
る以外に、適当に位置された同数の弱端のシール
ドを有するようにすると好都合である。

磁束空隙面の、磁束分路が係合する空隙面を削
り、磁束分路の空隙面が、磁極の残りの空隙面と
同一面になるようにするのが望ましい。

各磁極の空隙面の、夫々の磁束分路と係合する
部分の長さは、磁極の周方向に測つた空隙面の長
さの50％より大きくなく、10％より小さくないよ
うにすると好都合である。

空隙面の被覆される範囲が、40％より大きくな
く、20％より小さくないようにすることが望まし
い。

永久磁石の周方向の拡がりの一部を、その強端
において、磁束分路と一緒の鋼の極部材で置き換
えると好都合である。

磁極分路は、各磁極の全軸長に亘つて延在する
が、周方向には、磁極の強端部分の縁に達しない
ようにするのが望ましい。

以下本発明を図面の実施例によつて説明する。

第１図は永久磁石磁界直流電動機を示し、固定
子１１は円筒形の軟鋼の継鉄１２を有し、この継
鉄の内面には、等角度間隔に４個の弧状の永久磁
石磁極１３が取付けられている。前記の継鉄１２
は、その両軸端に電動機の巻線形回転子１４の軸
１５の軸受を有する。巻線形回転子１４は通常形
式の積層鉄心を有し、磁極１３の部分的な円筒形
内面で形成された円筒空間内を回転し、回転子１
４の外表面と磁極１３の内側の弧面との間には空
隙が介在する。

通常のとおり、回転子１４は等角度間隔の軸方
向のスロツトを有し、このスロツトの中に回転子
の巻線１６が収納されている。スロツトの間の鉄
心は回転子の極１７を形成する。軸１５は通常の
とおり整流子を支持し、この整流子に、電流が巻
線１６に流れると回転子が回転されるように公知
のようにして回転子巻線１６が電気的に接続され
る。

磁極１３は、比較的高い保磁力と比較的低い残
留磁気を有する永久磁石材料、通常は「フエライ
ト」として一般に知られている材料で形成され
る。この材料は実際にはバリウムフエライトまた
はストロンチユームフエライトまたはこれ等の混
合物でよい。けれども、その他の永久磁石材料を
用いてもよいことは言う迄もない。各磁極１３は
円筒の一部の形をし、円筒軸に同心的に、継鉄１
２の軸および軸１５と同じ程度の長さを有する。
回転子１４の回転方向を（矢印１４で示すよう
に）反時計方向とすると、各磁極１３の時計方向
の周半分は磁極の前端、その反時計方向の周半分
は後端と見做すことができる。この電動機は直流
電動機なので、電流が巻線１６に流れると電機子
反作用が生じ、この電機子反作用により各磁極の
前端に磁束が集中され、その後端では磁束が減少
されることがわかるであろう。したがつて第１図
の例においては、各磁極の時計方向の端部分が強
端であり、その半時計方向の端部分が弱端であ
る。

各磁極１３の強端には、Ｓ字形の磁束分路１８
が設けられる。この磁束分路は夫々軟鋼で形成さ
れ、その第一の要件は、磁束分路材料が高い飽和
磁束密度を有する物質であるということである。
各磁束分路はその各極の全軸長に沿つて延び、各
磁極１３の強端の空隙面に挿入された第１の部分
１９を有する。第２の平行な部分２１は前記の部
分１９と反対方向に延び、継鉄１２の円筒内面と
係合する。径方向に延びる部分は前記の部分１９
と２１とを連結する。

低い電機子電流時の磁束分路１８の効果は、空
隙と継鉄の間に直接に磁束を導く直接路を与える
ことである。高い電機子電流の場合には、磁極の
強端における高い磁束密度（電機子反作用によ
る）は分路の存在によつて更に強められ、その径
方向のリムが飽和され、この結果電動機の停動ト
ルクを増す。低負荷の時、即ち回転巻線１６を流
れる電流が低い時は、分路は磁束のあるものを直
接に継鉄にそらせ、分路１８のない同等の電動機
に比して回転子速度を増加させる。したがつて、
分路１８の附加によつて、停動および低負荷状態
における永久磁石電動機の動作特性を分巻界磁電
動機の特性から変え、直巻界磁電動機の特性に近
づける。

各分路１８の径方向部分の磁束を運ぶ能力、云
い換えれば径方向部分の材料の性質と厚さを決め
る際には、電動機が高い巻線電流（巻線形回転子
の場合には電機子電流であり巻線形固定子の場合
には固定子電流）で作動されている時には、各分
路の径方向部分は、電機子反作用によつて磁束で
飽和されるべきであるということを認識せねばな
らない。分路の径方向部分が飽和されると、分路
と永久磁石極を横切つて発生される起磁力が、分
路の部分１９によつて電機子に有用な磁束を与え
る。この場合電機子の歯または極の磁束密度は、
磁束脈動と関連したコギング（cogging）トルク
と損失や許容し得る値に制限される最大値に抑え
られるということがわかるであろう。けれども、
低い巻線電流において、分路の径方向部分は各分
路の部分１９の下方にある各永久磁石の部分を短
絡（short out）できるように、飽和されるべき
でないということもまた留意せねばならない。分
路の径方向部分の磁束導通能力と各分路の部分１
９の円周方向の長さは、次のように選ばれるのが
好ましい。即ち、各分路の径方向部分が、該径方
向部分の飽和磁束密度直前の「短絡された」永久
磁石磁極磁束を有し、このため、分路の部分１９
に覆われた永久磁石磁極によつて与えられる磁束
は無視し得る程度となるように選ばれる。したが
つて、巻線形電機子を有する電動機の場合には、
その各分路の部分１９の下方の各永久磁石磁極の
部分は、電機子に多量の磁束を与えないで、低電
機子電流状態において、電機子速度が、分路を有
しない同等の電動機に比して増加され、速度が増
加されたのと略々同じ割合でトルクが減少され
る。

永久磁石磁極を該磁極を支持する鉄回路に取付
けるのに色々問題があるということは分つてい
る。第１図の場合、鉄回路の支持部分は勿論継鉄
である。けれども、固定子に巻線が巻かれ、回転
子が永久磁石を有する電動機では、鉄回路は回転
子鉄心となる。分路１８は、接合部の磁気抵抗が
高くならないように継鉄１１に取付けられる。こ
のように、分路１８は継鉄に固着され、各磁極１
３の強端を覆うので、分路１８を、磁極１３を固
着する手段の一部として用いると都合がよい。

第２図は第１図に示した基本的な分路１８の変
形である。この第２図では、各分路１８は、周方
向に隣接する磁極間で継鉄１２に鋲止めされた軟
鋼クリツプの一部である。各クリツプは、分路１
８を形成する以外に、円周方向に隣接する磁極１
３に対する弱端のシールド２２をも与える。弱端
のシールドの考え方は本願人の同時係属出願であ
る英国特許願第8135844号に詳細に記載されてい
る。この弱端のシールド２２は、磁極の弱端にお
ける空隙から継鉄に磁束を直接通してやる分路を
構成するものではないということが重要である。
したがつて、シールド２２に連結されたクリツプ
の径方向のリムはそこに大きな孔２３を有するこ
とがわかるであろう。それ故、実際上継鉄１２と
シールド２２の間のクリツプには無視し得る程度
の導磁性材料しか存しない。このリムには、シー
ルド２２を形成するクリツプ部分がやはり各磁極
１３を継鉄１２に固着する手段の一部を形成する
ように、構造上の一体性を保つだけに必要な材料
が残されているにすぎない。部分１９と同様に、
シールド２２も磁極１３の内面に挿入されるのが
望ましい。

第２図の破線は、各分路の部分１９と各シール
ド２２に、永久磁石磁極１３を定置するために、
磁極の軸方向の両端と係合するフランジ２４を設
けることもできることを示す。

多数（磁極と同数）のクリツプを用いる代り
に、各々の弱端のシールドと強端の磁束分路とを
軟鋼で別々につくり、個々に継鉄に鋲その他で取
付け、その固有の磁気作用を保ち、同時に磁極支
持機能を与えるようにすることもできる。

第３，４および５図は、第２図に示した種類の
クリツプを別々に用いるようにした変形実施例を
示す。第３，４および５図において、弱端のシー
ルド２２と強端の分路１８は、軟鋼のたがの一部
である。各分路の部分１９と、同じ磁極１３の弱
端のシールド２２とは、夫々磁極１３の軸方向の
両端と係合する成形フランジ２４ａにより互に連
結される。第４図には、たがの各磁極区域内に通
常は中央に配された隙間２５があり、この隙間か
ら磁極１３の弧状の内面が露出されるようにした
ものが示されている。第５図は、たがを形成する
ために曲げられる未加工素材を示す展開図であ
る。弱端２２と、使用時には継鉄の内面と係合す
る隣接の部分２１との間の素材区域にある孔２３
に特に留意すべきである。この孔２３を設けるこ
とにより、前述したように、導磁性材料が取り除
かれ、このためシールド２２は、各磁極１３の弱
端における磁束の分路を構成しない。すべての磁
極１３と共働するたがは、適当な長さの条片を打
抜き、第５図に示す破線に沿つて折り曲げ、次い
でその両端を連結させてたがを形成するようにし
てつくることができることがわかるであろう。永
久磁石磁極１３に対しこれ以外の取付け手段が無
い場合には、永久磁石磁極１３をたがの外部に形
成された適当な「ポケツト」に組立て、、次いで
これを永久磁石と共に継鉄１２内に滑らせるよう
にすることができる。次いでたがを適当な点で継
鉄に鋲留めする。

たがの両端を鋲留めする代りに、極間の空間に
打込まれた非磁性のテーパー楔によつて、隣接極
間に定位置に取付けることもできる。この楔は堅
固な固定手段を与え、たがを外向きに拡げて極片
と継鉄を強固に係合する。

第６図と第７図は別の構造を示す。第６図と第
７図に示した構造は、前記の第３，４および５図
の構造よりも著しく成形が少ない。軟鋼の平らな
条片を打抜き、孔２６を間に有する孔２５をつく
る。孔２６の横の縁を条片の面の一方に曲げ、極
めて低い突出壁２７と高い突出壁２８とを形成
し、突出壁２８の高さは、永久磁石磁極１３の径
方向のさと同じにする。更に条片は、多数の突出
したフランジを形成するように打抜かれる。条片
は次いで曲げられ、径方向に外向きに突出するフ
ランジ２４，２７，２８を有する円筒を形成す
る。第６図からわかるように、条片の孔２６の幅
は磁極１３の間隔に等しく、突出したフランジ２
８は、各磁極１３の強端の円周方向面を横ぎつて
延び、継鉄１２と係合する。このようにして、各
磁極１３の強端を覆う部分１９を有する各フラン
ジ２８は、各磁極の分路を形成する。極めて低い
突出フランジ２７は、磁極１３の弱端と係合する
が継鉄１２と係合する程高くはないように、前記
フランジ２８に対して位置される。したがつて、
磁極の弱端に分路ができる心配は全くない。フラ
ンジ２４は各磁極１３の軸方向の両端と係合し、
たがおよび継鉄に対して軸方向に定位する。孔２
５は、弱端のシールド部分２２と分路部分１９と
を隔離するもので、条片の比較的狭い頚部だけで
シールド部分２２と分路部分１９とをつないでい
ることがわかるであろう。したがつて、前記の狭
い頚部は磁束の流れを極度に制限するので、シー
ルド部分２２と分路部分１９とは事実上たがによ
つて磁気的に連結されることはない。

前記のフランジ２８の径方向の最外側端は、継
鉄１２の内側に設けられた軸方向の溝に入れられ
ているが、この溝の代りに、継鉄を半剪断変形し
て内側の突出とこれに対応した外側の凹部をつく
ることによつて形成される局部的な径方向の突出
を用いてもよい。たがと永久磁石１３の組立体を
継鉄１２内の適当な軸方向位置に定置するのに任
意の都合のよい、軸方向定置手段が用いられる。

第８図、９図および１０図はやはりたがの成形
を示すが、この実施例ではたがはプレス成形要素
である。たがを形成する軟鋼の円筒３１は、その
周囲の等角度間隔点でプレス成形作用を受け、た
がの内面に、夫々の永久磁石磁極１３が入るよう
に配設された等角度間隔のポケツトがつくられ
る。たがの材料は比較的薄く、したがつてポケツ
トはたがの内面に成形された突出部３２をつく
り、この突出部は、各ポケツトの周方向の一端に
は分路１８，１９がありまた反対の周方向端には
シールド２２があるように、成形される。特に第
１０図よりわかるように、夫々の弱端のシールド
２２は孔２３によつて残りの部分から磁気的に分
離されているが、この孔２３は、シールド２２が
たが３１に対し、該シールド２２との構造上の一
体性および継鉄１２に対する磁極の正確な位置を
確保するだけの材料のつながりを残す。シールド
２２とこれに対応する分路１９との間にも孔２５
が設けられ、磁極１３の円弧面がこの孔から露出
される。固定子は、永久磁石磁極をたが３１の
夫々のポケツトに入れ、次いでたがを継鉄１２内
に軸方にすべらせることによつて組立てることが
できる。この場合、ポケツトの間のたがを継鉄に
固定し、継鉄内の永久磁石磁極１３の適切な軸方
向および角位置が得られるようにするのに、任意
の都合のよい手段が用いられる。

第１２図は、たがの更に別の実施例を示す。電
動機の継鉄の内周に等しい長さの軟鋼の条片５１
は、継鉄の磁極位置に相当する位置で型抜きさ
れ、方形の孔５２がつくられる。この型抜きで、
条片から起こされたフラツプ５３，５４が形成さ
れ、これ等のフラツプは、各磁極の強端の分路と
弱端のシールドを夫々形成するように折り曲げら
れる。この場合、シールドを形成するフラツプ５
３には、弱端から継鉄に磁束を分路できない程度
の材料が径方向リム内に残るように、窓５５が設
けられる。この構造の考えられ得る欠点は、分路
とシールドとにより行われる磁極円弧面の被覆範
囲が、磁極の径方向の厚さと弧の長さとの関係に
よつて制限されるということである。条片５１は
図のように円筒状に曲げられ、磁極が孔５２を通
つて出ることはわかるであろ。条片の長さが継鉄
の内周に実際に等しければ、条片５１の両端は衝
合し、このような衝合すれば、たがを定位に保持
するのにその他の手段は必要ないであろう。けれ
ども、条片５１の両端が離れていたりまたは重な
つたりした場合には、例えば楔、ねじまたは鋲等
の固定手段が別に必要となる。

分路がたがの一部をなすようは前述の構造にお
いては、磁極の間にあるたが部分は、継鉄の極間
接続領域に磁性材料を附加するのに用いられるこ
とがわかるであろう。この結果、極間接続材料の
或る分はたがにより与えられるので、継鉄１２を
普通よりも薄い材料でつくることができる。

第１３図と第１４図の変形実施例では、軟鋼よ
り形成された分路１８とシールド２２がある。こ
の分路とシールドは、非磁性材の一対のリング３
０により交互に定置された別々の要素である。前
記のリング３０は鋳造金属またはモールドした合
成樹脂製でよく、リングに予じめ形成した溝２２
ｂ，１８ｂにシールドおよび分路の両端が嵌るよ
うにするか、またはリングをシールドおよび分路
の両端の周りに鋳造またはモールドするようにし
てもよい。このリングは、電動機の端キヤツプま
たはこの端キヤツプを保持する貫通ボルトに固定
することができる。この代りに、リングを端キヤ
ツプまたは電動機構造体の他の非磁性部分と一体
の部分としてもよい。リングの一例として、この
リングを電動機のモールドされた刷子ボツクス組
立体の一部とすることもできる。図ではシールド
２２は直立した舌片２２ｃを有している。これ等
の舌片は、継鉄と接触することのない高さに選ば
れ、分路１８の径方向リムと一緒にその間に永久
磁石を受けてこれを定置する。

電動機が永久磁石回転子よりも永久磁石固定子
を用いねばならない場合にも同様な構造原理を用
いることができるが、永久磁石が回転子に設けら
れる場合には、磁石が回転子として回転すること
により加えられる負荷を心に留めて磁石の固定に
無論十分な注意を払わねばならないことは分かる
であろう。

更に、分路をシールドと一緒でもシールドなし
でも用いることができるが、シールドが望まれる
場合には分路とシールドの両方を磁極の定置手段
の一部として用いるのが便利であることは分かる
であろう。

各分路１８の径方向リムの断面積は、使用時に
この径方向リムが確実に飽和するように選ばれ
る。このようにすることにより、分路は、電動機
が低い電機子電流状態で作動される時には磁束を
減少するように働き、電機子速度を増加させる
が、電機子反作用の影響によつて分路の磁束の方
向が逆になるような高い電流の状態では、空隙を
通る磁束が増加される。このため、高い電流状態
においては有用な磁束が増加されるが、この有用
な磁束の増加は、電機子歯およびコギングの著し
い飽和が起きないレベルに制限される。分路１８
の寸法、特に部分１９の（円周方向の）長さおよ
び分路の径方向部分の磁束導通能力は、回転電機
の意図する用途によつて決められる。けれども、
殆んどの用途において、各分路の部分１９の弧は
分路を設けるべき磁極の弧の10％から50％迄、望
ましくは20％から40％迄である。最適の弧は回転
電機の所望の性能特性によつて決まる。更に、分
路がシールドと一緒に用いられる場合には、分路
部分１９とシールドの両方に対する最適の磁極の
弧の被覆の割合は、或る程度両者の所要の効果の
折衷で決まるであろうが、やはり第一義的には回
転電機の所望の性能特性で決まる。

高いトルクを必要とするにつれて電機子電流は
増加し、電機子反作用の影響が増す。電機子反作
用が増してゆけば、全磁束が再び確立される点に
達する迄、分路される磁束の量が減少する。電機
子巻線を流れる電流が更に増加すると、電機子反
作用によつて分路の径方向リム内を通る磁束の反
転を実際に生じ、かくして理論的には50％以上に
もなる附加的な磁束が分路なしで得られる。けれ
ども、この附加的な磁束の程度は、磁気回路、特
に電機子歯の飽和に依存し、正しいバランスが10
％から30％の間で得られるとすれば、附加的な磁
束は高電流動作状態で実際に得ることができる。

磁気分路がシールドと一緒に用いられる装置に
おいては、分路とシールドの両方の弧は、磁極の
弧の45％をシールドが覆い、磁極の弧の45％を分
路が覆い、磁極の弧の10％を覆わないで残すよう
にした時に、恐らく最良であろう。これ等の数値
は勿論回転電機の所望の性能特性によつて変る。
前記の10％の磁極の弧は、磁束の脈動および電機
子の歯がシールドと分路の部分１９との間の10％
の弧部分を通る結果生ずるトルクの脈動を防ぐた
めに、電機子の歯の弧よりも大きなことが望まし
い。けれども、或る場合には10％が電機子歯の弧
よりも小さな寸法であることもあり、例えば、電
機子歯の形が有害な磁束脈動を防ぐようにした装
置の場合がそうである。

より大きな磁束導通容量を必要とする部分にお
いて、より厚い鉄の断面積を得るために分路１８
を２つまたはそれ以上の部分でつくるのが有利な
場合もある。第１１図では、分路１８の径方向リ
ムは３層の軟鋼条片より成り、これに対しその全
長に亘る部分は軟鋼の唯１つの層より成り、分路
部分１９の磁極の強端に隣接する部分では部分１
９は軟鋼の２つの層より成つている。

電動機が低い電機子電流状態で作動されている
時の磁束の減少量は、磁極面の分路によつて覆わ
れる割合に関係することが分かるであろう。けれ
ども、磁束分路の弧の増加は、分路をつくるのに
使用される鋼の厚さの増加を必要とし、したがつ
て分路部分の磁石の径方向の厚さを減らす必要が
ある。したがつて、分路の被覆する弧を増すには
製造上の問題が付随し、夫々の決められた用途に
対して、分路によつて被覆される磁極の最適な弧
があるであろう。

第１５図から１８図は、分路に関して云えば弧
の被覆をより小さく被覆する利点を保ちながら、
弧の被覆を大きくすることによる効果を生じるよ
うにした装置を示す。第１５図では、各磁極１３
の弧の長さは、例えば第８図に示した種類の他の
同等の電動機に比して略々20％減少されている。
磁極にはやはり弱端のシールド２２が設けられ、
強端では分路はやはり磁極弧を覆う部分１９を有
し、径方向リムおよび部分２１は継鉄１１と係合
する。けれどもこれに加えて、分路は鋼の磁極端
を有している。この場合、Ｌ字形断面を有する部
材６１は、分路の径方向リム１８に取り付けられ
るリム６２と、分路の部分１９と同一面でこれと
反対方向に延在するもう１つのリム６３とを有す
る。したがつて、前記のリム６３の面は、部分１
９の部分円筒面と連続した部分円筒面を形成す
る。

第１６図より分かるように、分路の部分１９、
部分２１および径方向リムは、これ等が取り付け
られる永久磁石磁極１３の軸方向の全長に亘つて
延在する。けれども磁極端部材６１はそれより短
かく、回転子の鉄心１４の軸方向長に等しい。第
１７図は第１５図の変形を示すもので、基本的な
相違は、部材６１がＬ字形ではなくてＵ字形の断
面を有し、Ｌ字形にくらべて、分路の部分２１と
係合する一体のリム６４を余計にもつているとい
うことである。

第１８図は、附加的な鋼の極片をＺ字形の断面
の鋼素子７４で形成した更に別の変形実施例を示
す。この素子７４は、分路の部分２１と係合する
リム７５と、分路１９の径方向リムに平行ではあ
るがこれとは周方向に離れて延びる径方向部分７
６と、分路部分１９の方に延びるがこれとは接触
しない周方向部分７７とを有する。したがつて、
分路部分１９と部材７４の部分７７で形成された
極面連続部分との間には空隙７８がある。この空
隙７８の使用は、磁極構造内の磁束の円周方向の
循還を最小にするという利点があり、部分７５が
十分な周方向の寸法を有するとすれば、第１８図
の装置は、継鉄１１の磁性材料の断面の厚さを増
すという利点がある。

図面第１５，１７図および１８図に示した各構
造において、磁極１３の弧は、他の同等の装置に
くらべて略々20％減少されている。前記の各実施
例においては、分路部分１９は磁極の弧の20％を
覆う様に配設され、部分１９による磁極の弧の20
％の被覆と磁極の弧自体の20％減とを合わせる
と、結局全体として磁極の弧の40％が有効に分路
されたと見做すことができる。このことは、分路
をそなえていない同等の電動機に見られる磁束の
略々50％の低い磁束を生じるものと見做すことが
できる。補助的な鋼の磁極の効果は、磁極の弧を
通常の値に迄延長し、しかも同時に40％の磁極弧
分路の利点を保つているということである。

以上の各実施例においても、分路部分１９は永
久磁石磁極１３の縁迄延在している。第１９図か
ら第２２図は、分路の極面の部分が磁極の最終縁
に達しないような別の実施例を示す。第１９図お
よび２０図において、永久磁石磁極１３には、そ
の強端に隣接して、磁極１３の空隙面から継鉄１
１に延在する孔が設けられる。この孔は、軸方向
に延在するスリツト１１３の形を有し、強端の分
路１１８の径方向のリム１２０が入るようにする
のが好ましい。分路１１８は通常Ｔ字形の断面を
有し、前記のリム１２０はこのＴの脚であり、Ｔ
の横棒は磁極１３の全軸長に亘つて延在し、磁極
の面に挿入される。第１９図より明らかなよう
に、部分１１９は磁極１３の強端の最外縁迄延び
ていない。リム１２０の径方向の寸法は、磁極１
３を分割することのないように、部分１１９の径
方向の寸法よりも小さいことは明らかである。前
記のリム１２０の自由端は、任意の都合のよい方
法で継鉄に固定することができ、このリム１２０
の継鉄への固定は、永久磁石磁極１３の継鉄への
固定の補助として利用することができる。

第２１図および２２図は前記の第１９図および
第２０図の実施例の変形で、永久磁石磁極１３を
貫通する径方向のリム１２０は無い。この実施例
では、分路は、中央部分２１９を有して径方向に
延在する帯材で、前記の中央部分２１９は、磁極
の強端の縁に隣接して磁極１３の面に挿入され、
その両端には、径方向に延びる部分２２０を有す
る。この部分２２０は、磁極の軸方向の両端面に
沿つて延び、端面の終りで外向きに曲げられ、継
鉄１１の内面と係合する部分２２１を形成する。
前述の実施例と同じように、部分２２１は任意の
都合のよい方法で固定することができ、磁極１３
を継続１１に定位するための固定手段として役立
つことができる。部分１１９，２１９を、磁極の
強端部分の最外縁から間隔をおくことによつて、
分路自体への電機子反作用の影響は、既に述べた
実施例に比して減少され、したがつて、磁極の強
端部分の最外縁に対する部分１１９の位置決め
を、電動機の特性を調整するのに利用することが
できる。

以上述べたすべての構造において、コギングを
減少しそして構造を簡単にするために、各分路部
分１９を、図に示した弧状よりも平板の形とする
ことが望ましいことがあるかも知れない。若し平
板を用いた場合には、この平板は、分路部分１９
と電機子との間の空隙は漸減し、磁極端で比較的
大きく、漸次減少し、磁石の中心線とは一致しな
いがその近傍で最小値となる空隙をつく。磁石は
無論平らな面をそなえ、そこに分路の部分１９の
平板が設けられる。更に、部分１９を永久磁石磁
極の間にはめ込むのを省略することが望ましいこ
とがあるかも知れない。これは特に分路が弱端の
シールドと一緒に用いられる場合がそうであろ
う。その理由は、弱端のシールドと分路１９との
間に露出された磁性材料の量は比例的小さく、磁
極の製造が簡単になるという改良は、さもなけれ
ばシールドと分路との間のすき間を填めるべき比
較的少量の磁性材料を失うという欠点を相殺す
る。

各永久磁石極と一緒の磁気分路は整流に有利な
効果を与えることは分かるであろう。この有利な
効果は、極間空間の磁束を、分路をそなえていな
い永久磁石回転電機におけるよりも低く且つより
変化の少ない値に減少する働きをする分路より生
じる。整流区域、即ち、整流子片によつて刷子に
電気的に接続される電機子導体とそろつた極間の
円弧部分は、刷子を通じて電圧が発生するのを防
ぐために、磁束密度の値が低くなければならな
い。刷子を通じて電圧が発生されると、短絡され
た電機巻線内を循還電流が流れることが分かるで
あろう。整流を受けている巻線内の電流の反転を
助けるために、理想的には、この磁束密度は、電
気子反作用で発生される磁束密度と反対向きで、
刷子により通される電流に比例すべきである。フ
エライトの永久磁石電動機では、フエライトの高
い磁気抵抗によつて、巻線界磁電機で普通得られ
るよりも大きな磁束密度変化が極間空間に生じ
る。これは、巻線界磁電機に比してフエライトの
永久磁石極電機のもつ欠点であり、したがつて、
磁気分路を使用することによつて得られるこの領
域での改良は著しく有利である。各フエライト磁
極にシールドと分路とを用いることにより、この
領域で更に大きな利点が得られる。磁気分路の存
在による別の利点は、電動機の場合では電源の接
続の極性が逆にされた時または発電機の場合では
その回転子が逆方向に回された時に分路が磁極の
強端の減磁を防ぐということである。

以上の実施例および利点は永久磁石直流電動機
について述べたものである。けれども、強端の磁
気分路の考え方は永久磁石直流発電機にも適用で
きるもので、この場合分路の使用は、直流電動機
について述べたと同様の利点を有する。したがつ
て、各永久磁石極の磁気分路は、低電流において
電圧を減らし、高電流において電圧を増す。これ
は、高電流動作と低電流動作間のより広範囲の電
圧が抵抗電圧降下の影響を減少するので、望まし
い特徴である。

同様に、永久磁石交流発電機に分路を用いるこ
とも可能で、電流の増加につれて分路が附加的な
励磁を与え、これに対し低電流では分路によつて
磁束が低下し、したがつて鉄損の減少があるの
で、有利であろう。自己電流制御自動車発電機に
おいては、分路はより急峻な電流／速度特性を与
え、最も重要な速度範囲、代表的には2000−4000
回転／分の範囲でより高い出力を出すであろう。
更に、高速および低負荷において、分路は発生電
圧を減少し、直流出力電圧制御用のより低い電圧
の、したがつてより安価な半導体装置を選ぶこと
ができる。

磁束分路の考え方は、同期電動機の特性を改良
することもできる。同期電動機では、脱出トルク
（直流電動機における拘束トルクと略々同じ）は、
固定子電流による増加磁束によつて増され、一方
低負荷状態では、より低い磁束がより低い鉄損を
生じる。

以上円筒形の機械について説明してきたが、磁
気分路は、薄形フアンモータや低慣性サーボモー
タのような軸方向空隙機械の磁極にも用いること
ができることも分るであろう。更に、純粋の直流
または交流電源の整流によつて得られた脈動直流
で動作する永久磁石電動機について述べてきた
が、この分路の使用は、交流電源を整流する代り
にトライアツク、SCRまたはトランジスタを介
して交流源から給電するようにした可変速度形態
で作動される永久磁石電動機にも適用できること
は分るであろう。

磁気分路を設けることは、電機子電流の減磁効
果が減少されるので、これを設ける永久磁石極に
対する保護効果を有することが分つた。この保護
効果は、分路が、この分路により覆われた磁極の
弧部分に亘つて磁束を平均する結果生じる。した
がつて実際に、電機子電流が有効な極の弧は、こ
の平均効果によつて理論的には分路の半弧長だけ
減少され、磁極を減磁させるアンペアターンの数
を減少する。

第１５図は理想的な磁極と分路の形を示し、一
方第１７図、１８図、１９図および２１図は製造
技術上より実際的な形を示したものであることに
留意すべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す永久磁石直流
電動機の断面図、第２図は別の実施例の一部の断
面図、第３図は更に別の実施例の同様断面図、第
４図は第３図の矢印から見た平面図、第５図は第
４図の展開図、第６図は更に別の実施例の第３図
と同様の断面図、第７図は第６図の展開平面図、
第８図は更に別の実施例の第３図と同様の断面
図、第９図は第８図の一部拡大端面図、第１０図
は第８図および第９図一部拡大透視図、第１１図
は更に別の実施例の第３図と同様の断面図、第１
２図は更に別の実施例の透視図、第１３図は更に
別の実施例の一部分解透視図、第１４図は第１３
図のリングの平面図、第１５図は更に別の実施例
の第２図と同様の断面図、第１６図は第１５図の
分路構造の透視図、第１７図は更に別の実施例の
第１５と同様の断面図、第１８図は更に別の実施
例の第１５図と同様の断面図、第１９図は更に別
の実施例の第１５図と同様の断面図、第２０図は
第１９図の２０−２０における断面図、第２１図
は更に別の実施例の第１５図と同様の断面図、第
２２図は第２１図の２２−２２における断面図で
ある。 １１……固定子、１２……継鉄、１３……永久
磁石磁極、１４……回転子、１８……磁束分路、
１９……分路部分、２２……シールド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 各永久磁石磁極に、該磁極の強端部分の空隙
   面と係合し更にまた前記の永久磁石磁極が支持さ
   れた回転電機の鉄回路の部分とも係合する高飽和
   磁束密度材料のシールドの形の磁束分路を設け、
   関連した巻線の電流が低い時には磁束を鉄回路に
   分路するが巻線の電流の高い価では反対方向に流
   れる磁束によつて飽和されるように配設された直
   接磁束通路を磁極の強端部分における空隙と鉄回
   路の間に与えたことを特徴とする永久磁石回転電
   機。 ２ 磁束分路は、磁極が支持される鉄回路の部分
   に物理的に固定される特許請求の範囲第１項記載
   の永久磁石回転電機。 ３ 磁束分路は、磁極を前記鉄回路の部分に固定
   する手段の一部を形成する特許請求の範囲第２項
   記載の永久磁石回転電機。 ４ 各磁束分路は磁極固定クリツプの一部であ
   り、この磁極固定クリツプの数は磁極の数に等し
   く、各磁極固定クリツプは、周方向に隣接する磁
   極間の位置で、磁極が支持される鉄回路の部分に
   固定され、また各磁極固定クリツプは、隣接する
   磁極の１つの強端部分と係合する磁束分路を形成
   する第１の部分と、次の周方向隣接磁極の弱端の
   シールドを形成する第２の部分とを有する特許請
   求の範囲第１項から第３項の何れか１項記載の永
   久磁石回転電機。 ５ 各磁束分路は、高飽和磁束密度材料の単一の
   環状部材の一部であり、この環状部材は、少なく
   とも磁束分路によつて各磁極と係合し、磁極が支
   持されている鉄回路に該磁極を固定する手段の少
   なくとも一部として役立つ特許請求の範囲第１項
   から第３項の何れか１項記載の永久磁石回転電
   機。 ６ 単一の環状部材は、適当な数の磁束分路を有
   する以外に、適当に位置された同数の弱端のシー
   ルドを有する特許請求の範囲第５項記載の永久磁
   石回転電機。 ７ 磁極空隙面の、磁束分路が係合する空隙面を
   削り、磁束分路の空隙面が、磁極の残りの空隙面
   と同一面になるようにしたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項から第６項の何れか１項記載の
   永久磁石回転電機。 ８ 各磁極の空隙面の、夫々の磁束分路と係合す
   る部分の長さは、磁極の周方向に測つた空隙面の
   長さの50％より大きくなく、10％より小さくない
   特許請求の範囲第１項から第７項の何れか１項記
   載の永久磁石回転電機。 ９ 空隙面の被覆される範囲が、40％より大きく
   なく、20％より小さくない特許請求の範囲第８項
   記載の永久磁石回転電機。 １０ 磁極の周方向の拡がりの一部が、その強端
   において、磁束分路と一緒の鋼の極部材で置き換
   えられた特許請求の範囲第１項から第３項の何れ
   か１項記載の永久磁石回転電機。 １１ 鋼の極部材は、各磁束分路の空隙面と係合
   する部分と周方向に同じ拡がりを有する特許請求
   の範囲第１０項記載の永久磁石回転電機。 １２ 鋼の極部材と、磁束分路の各磁極の空隙面
   と係合する部分との間に空隙が存する特許請求の
   範囲第１０項記載の永久磁石回転電機。 １３ 磁束分路は、各磁極の全軸長に亘つて延在
   するが、周方向には、磁極の強端部分の縁に達し
   ない特許請求の範囲第１項から第３項の何れか１
   項記載の永久磁石回転電機。 １４ 磁束分路は、磁極が支持される鉄回路の部
   分と係合されるために、磁極の孔を貫通する特許
   請求の範囲第１３項記載の永久磁石回転電機。