JPS60502133A - 電気機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電気機械 公知技術 本発明は特許請求の範囲第１項り上位概念に記載の、例えばプランレス直流モー タまたは速度計用発電機のような電気機械を前提としている。この種の、空隙に 設けら′ｎた巻線を有する電気機械は、ドイツ連邦共和国特許出願公開会報第２ ５１１５６７号に示さＡ、てｂる。この公報に記載されている３相の装置の場合 、巻線の各相は、固定子にわたり一様に配分されている、実質的に同様に形成さ 一へ次のように配置されている型巻コイルを有する。即ちとの型巻コイルは、コ イル端の交差個所に１周方向に続くコイルおよび相の端部が。

先行のコイルの上に位置するように、配置されている。

この種の重なりの巻線配置により、従来の装置に比較して即ち型巻コイルが周方 向に相続いて配列されている装置に比較して、巻線の個々の相に一様な電流分布 が得らｎるようになる。しかしそれでも誘起電圧の経過において不規則性が残り 、この不規則性が例えば高い回転数の場合首たは速度計用発電機による測定目的 に誘起電圧音用する場合に、欠点として目立つようになる。誘起電圧および電流 のこの変動は、個々のコイル半部がその磁極への異なる間隔のため異なる磁束に より貫ぬかれることにより、実質的に生せさせられる。

何故ならば磁極に近い方のコイル半部が、より高い誘起電圧を有するからである 。１つのコイル刀きら、８方向に続く次のコイルへの切り換への場合、発電機か ら取り出さｎ、る雪圧に、回避すべき変動および跳躍的変ｆＦ、が生ずる。

本発明の利点 本発明の、特許請求の範囲第１項の特徴部方に示されて６る構成？有する電気機 械は、従来の装置に比較して、簡単な回路技術および構成手段により誘起電圧の 変動全署１〜く低減できる利点を有する。巻線の個々の相におｈて一様な電流分 布が生ずる。その結果冒頭で述べた、モータの高い回転数の、場合または測定電 圧の発生の場合の欠点が、もばやほとんと発生しなくなる。

特許請求の範囲の従属請求項に、第１項記載の電気機械の実施態様が示さね、て いる。この場合有利に、谷コイルを少くとも２つの部分コイルに分割し７．該部 分コイル全巻線の中心線に対称に配置したのである。この場合コイルを次のよう に重ねている。即ちコイル端の交差領域において、一方の周方向におしｏて、後 続の部分コイルが先行の部分コイル全両側で外側力・らばさむようにし、他方の 周方向において後続の部分コイルが先行の部分コイルｂ内偶に設けられるのであ る。この種の配置により、異なるコイルに誘起さ才する電圧の高さに関して、最 適の対称性と最少の非均一性とか得られる。有利に、各コイルが、同じ巻線取を 有する２つの実質的に同じ部分コイルに分割さｎている。これにより周方向に全 コイル＋７）すべての個所において、中央に、同じ高さの電圧が誘起さ、ｔ″Ｌ る。」っの相′ｎ）ら次の相への、切９換えの際になめらかに移行させるために 。

部分コイルの始端および終端全巻線の周り向へわずかに相互にずらすことも考え らｎる。例えば磁極・っ形状に、ｒ、り条件づけらｎで、誘起電圧の場合の特別 な磁束経過を補償すべき時は、個々の場合て異なる巻線数にすると有利である。

すへて同じコイル幅および好適で同に巻線数全治ｒる例えば同じ部分コイルを用 いることＶＣＪ：す１機械の組み立てが著しく簡単になる。何故ならば、前もっ て製造さｆる同じ部分コイルを巻線全体の全部のコイルおよび相に、対（て使用 できる力・らである。有利に１回転子ケ・１極に構成した場合各相ことに、１つ のコイルケ設け、該４つのコイルが周方向に順に二番１５°（電気的にけ９０° ）の領域において投入接続さ才１．るようにしたのである。４極の機械は構成に おいておよび製造において問題になく、し力・も電子整流の場合、巻線の個々の 相において一様に誘起される電圧および一様な電流分布が得られる。

そのため４極の、４相の実施例の利点は、経済的に有利でかつ完全に動作が実現 さ才１．ることである。相の数を増加すると巻線費用か増加するであろう１−１ 相の数を減少すると誘起電圧の一様性に問題か生ずるであろう。さらに４相の実 施例の場合、そｒぞれ２つの相を２重巻てして、次に他の２相ヲ４５°たけ幾何 学的にずらす。２重巻構成の場合、２相の巻線の費用で４相。

の巻線が実現される。

本発明による電気機械の著しく好適な実施例において、はぼ台形状の経過の平ら な電圧曲線を形成するために、磁極に空隙幅の増加と共に磁極幅を磁極中央に向 って減少させるようにする。誘起電圧（台形状）のほとんど完全な一様性は、磁 極の周にわたり磁極幅減少が空隙幅増加全形成することにより、得られる。磁極 幅減少の相応の寸法選定により、正弦波の頂部の平らにされた正弦波の誘起電圧 ではなく、電圧最大の領域において一定の（台形状の）誘起型°圧が得らｆる。

図面 次に本発明の実施例につき図面を用いて説明する。

第１図は電気機械の断面図、第２図は巻線の実施例。

第３図ａ）およびｂ）は磁極およびコイルの斜め配置の実施例、第４図に磁極幅 減少部を有する回転子の部分図、第５図は本発明の構成により速度計用発電機に より誘起される電圧の波形図を示す。

実施例の説明 第１図に本発明の電気機械の実施例として、内部回転十形機械の固定子１０およ び回転子１１が示さｎている。磁気路部材として固定子１０は、固定子成層鉄心 １２を有する。この固定子成層鉄心の内壁にコイル巻型１３が設けられている。

このコイル巻型には、第１および第３巻線成形体の２重巻の部分コイル１４ａ。

ｂ、１５ａ、ｂ、１６ａ、ｂ　および１７ａ、ｂが装着されている。この実施例 の場合、４極の機械の実施例を対象とするため、第２および第４巻線成形体の相 応の４５゜だけ空間的にずれている部分コイル１８ａ＋ｂ、ｌ　９ａ、ｂ。

２Ｑａ、ｂおよび２１ａ、ｂが、さらに巻線全体を形成する。この巻線は４相に 構成されている。その結果、相ごとにまたは巻線成形体ごとに、全部で４つのコ イルが設けられている。各コイルはそれぞｆｌ、２つの部分コイルを有する。部 分コイルは周方向に順次、各４５゜（Ｎ気角でハタ０°ンの領域において、図示 されていない電気整流子装置により、投入接続さｎる。

第２図に部分コイルの結線列の一例が示されている。

１つの相の８つの部分コイルが、巻線方向を考慮して、直列に接続さｎる。第２ 図にさらに巻線の２重巻の実施例が示されている。Ａ１とＥｌとの間の相お工び Ａ３とＥ３との間の相は共通に巻回され、次に逆方向に接続さｆている。相Ａ２ 〜Ｅ２および相Ａ４〜Ｅ４についても同様である。

この電気機械の回転子１１に、図示されている実施例の場合、コア２３から形成 さ汎る。このコアは図示さｎてい々い軸と一体的に形成することができる。コア 上には直接相続いてまたはわずかな間隔をおいて、４つの磁石セグメントが貼付 さｎている。これらの磁石セグメントは半径方向に磁比されており、交互に２つ のＮ極と２つのＳ＠を形成している。磁石に第４図に示さｎているように、磁石 の中央に厚さの薄い１部分を有し、とｎにより磁極幅減少部が磁石中央に形成さ れる。円形でない磁石わん曲を有する弓形の幅減少部も、磁石の相応に増加さｆ Ｌり曲率半径ｔｚ両中心点をずらすことにより形成した幅減少部も可能である。

この種の装置は、高い回転数で駆動されるブラシレスの電子整流直流機に特に適 している。この装置に、打ち抜き薄板の磁極片を設けその磁極片の脚の上にない しその磁極片の脚の間に永久磐石を取り付けるように設計することもできる。永 久磁石による励磁の代りに、回転子に巻線を設けることもできる。

図示されている機械は、はとんど空隙２５全体を、巻線で充てんするように構成 さｎている。

この場合ごくわずかな空隙２４を固定子１０と回転子１１との間の自由空間とし て残Ｕ−１空隙の残りの部分が個々のコイルを有するスプール全収容する。部分 コイル１４ａ、ｂ〜２１ａ、ｂｉｊ中心線２２に対称にコイル巻型１３に、内側 の層が例えば部分コイル１４ａのいちばん内側の端部において始められるように 装着される。

反時計方向に各４５°ずつ進んで巻線１８ａ　、　１５ａ　、　１９ａ等が挿入 される。最後の部分コイル２１ａの装着のために１部分コイル１４ａの後部が高 く上げらｎる必要がある。即ち部分コイル２１ａの前半が部分コイル１４ａの後 半の下に位置するようにするためである。このようにして、−１−イル全体が対 称的に、上側−コーイル半部と下側のコイル半部が装着さｎる。続いて外側の部 分コイル１４ｂ〜２１ｂが１例えば巻線１４ｂの内側半部から始めて装着される 。このようにして時計方向に各４５°だけずらされて、部分コイル２１ｂ、１７ ｂ、２０ｂ等が取り付けらｎ、最後の部分コイルの端部が部分コイル１４ｂの始 端の下に挿入さｎる。部分コイル１４ａ、ｂ〜２１ａ。

ｂに、この実施例の場合、同様に構成されて同じコイル幅を有しかつ同じ巻線数 を有する。これらの部分コイルはコイル巻型１３に、同じ組の部分コイルが直列 に接続できるように、配置される。

巻線の担体とｔて用いられるコイル巻型１３は、プラスチックから形成さｆる。

コイル巻型は１部分コイル１．４　ａ　、　ｂ〜２１ａ、ｂの装着後に固定子１ ０と共に共通に成形樹脂の中に埋込まれる。その結果固定子１０は巻線と共に、 固定子１０には歯が設けられることなく機械的ユニットヲ構成する。他方部分コ イル１４ａ。

ｂ〜２１ａ、ｂ’ｉ固定子１０の溝の中に配置することももちろん可能である。

しかしこの場合、溝は磁束の磁気路としてではなく、単に型巻きコイルの収容の ためにだけ用いらｎる。何故ならば固定子の歯に、高い回転数のモータの場合、 大きい反磁性イヒないし鉄損のために著しく加熱されつるからである。また速度 計用発電機の場合、歯と溝との間の磁気回路におけるエネルギー差のために、誘 起電圧の歪みか発生することかあるからである。

第５図は、本発明による電気機械の構成の場合、部分コイル１４　ａ　ｌ　＋） 〜２１ａ、ｂ中に誘起される電圧の経過を示す。この場合電気機械は速度計用発 電機として構成さｎ、電子整流ブラシレス直流モータの制御のための、磁極にわ た９周方向に拡大される空隙２４．３１を有する。この機械に４相に構成さｒ、 各相は例えば誘導発信器才たは光電発信器寸たはホール発信器が４５°（電気的 ＶＣ灯９０ツ　の角度で投入接続さｎる。異なる部分−１イルの制御は次のよう に行なわｊる。即ち回転子と共に運動する発信器またはその一部が回転子の位置 を示し各部分コイルの投入接続を定めるように行なわｆる。この配置は磁石セグ メントの形状によりオフこは磁極片の相応の形状により、第４図の磁極幅減少部 と共に、各部分コイルにほぼ正確に台形の誘起電圧が生ずるように構成さ才］る 。中心線２２ＶＣ部分コイル全対称的に配置することに工り、磁極片へのコイル 導体の異なる間隔の補償のため、固定子の全部の扇形においてそれぞれ同じ大き さの誘起電圧か発生さｎる。

この場合同じ組の部分コイルはそｎそｎ、４５°（電気的にば９０°）の角度で 投入接続される。この領域は、巻線および磁石の幾何学的形状により定められる 、相応の部分コイルに誘起さ′、ｒＶ、る電圧（Ｉ　−Ｉ　Ｖ−）のほぼ同じ最 大値に相応する。行部分コイルの内側および外側での（ そｎそれ同様の重なりにより、誘起電圧の必要とされる一様性を保証する完全に 対称的な配置か得らｎる。

相■の投入接続の持続時間は、第１図において４５゜（電気的には９０°）と記 入されている。残りの３つの相はそｎぞれ同じ投入接続持続時間で続く。その結 果電子整流が常に、先行の相において電圧降下が始まる瞬間に行なわれる。第５ 図に理想的な場合であるが。

実質的には個々の電圧の経過を示す。

機械の形状に関連してさらに言及すると、し１示されている内部回転子型機械の 代シに、アウターローター機械またはディスクローター機械の構成も選択すると 電気機械の本発明による構成にＪ、す、例えば電子整流を有するブランレス構成 の場合、直流モ〜りとしての作動の場合、最高回転数寸で大きい静かな動作が得 られる。発電機として例えば速度計発電機としての作動の場合、カ１ｊ定電圧の 変動はほとんど完全に抑圧される。第１図に示されている対称的な巻線配置では 、一方の周方向におけるコイル端の交差領域において後続の部分コイルは、先行 の部分コイルケ両側で外力・ら囲み、他方の周方向において後続の部分コイルは 先行の部分コイルの内側に位置する。この対称的な巻線配置は、例えば空隙に取 り付けらｎ、る巻線に対して適している。何故ならばこの場合側々の巻線成形体 は異なる０透磁束に対して感度−／＋ニ一層工く彦るからである。この漂遊白束 に空隙における種々の個所に即ち相互に重ねらｎる種々のコイルに、変動ケ生ぜ させる異なる誘起電圧を発生させる。誘起電圧の不均一様を回避し異なる磁束鎖 交を除去するために１本発明によるコイルの分割が行なわ才１．る。この」場合 分割は１同寸Ｒは複数回行なうことかでき、部分コイル（は続いて直列に接続さ れる。右回ｆ）１１ζｉ４左回りの場合の差（はほぼ守全に除去さｎる。

誘起電圧の一様−性に対する要語がわずかな場８（弧。

コイル全型ねないで個々のコイル全並列に配置するようにし１こ巻線配置も考え られる。部分コイルへのコイルの分割により、この場合も５本究明による巻線の 作用が保証ざ１１．る。例えは部分コイル１４ａ、ｂ、１５ａ・ｂ　ｙ　１．６ Ｘ＋、　＋３　、お、［ひ１７ａ、ｂ’ｉ、中心線２２に対称に部分コイル１８ 　ａ　、　ｌ）　、　１．９　ａ　、　ｂ　＋　２０　ａ　ｌ　ｌ）お工び２１ ｄ。

１）の内外側に配置すれば、基本的には他の状態に全く牛じない。

同じく広範に一様の電圧経過を有する好適な巻線配置の別の実施例は、コイルの 部分重重なりの形成によｆ）得らハる。この場合部分コイルの数例は、１ずコイ ル巻型Ｊ３へ下側部分コイル］、　５　ａお、Ｊ：（Ｊ１７ａ全装着し、次に面 周方向へ、Ｆ側部分コイル１８ａお工び１９ａないし２０ａおよび２　］、　ａ 　全装着する。その上に、相応の配置において上側部分コイル］、　６　ｂお工 ひ１７１〕を設け、こｎらにさらに面周方向に、上ｆｌ］１１部分コイル１８ｂ および１９１］ないじ２０１）お工び２】１）を続ける。この部分重重なり配置 の場合１部分ＸＩイルは順にそ汎それ両コイル側がコイル巻型１１３の溝の中へ 装入さする。

巻線配置の別の実施例は、第３図のａ）お工びｌ））に示さ八ているように、長 手軸に対して斜めのコイルな１・）し、直角のコイルおよび長手軸に対して斜め の磁極ケ有する構成である。この場合も基本的には、誘起電圧に関しては別の状 態に生じない。しη・しこの機械は、斜めの巻線の公知の利点を有する。

ＦＩＧ３ Ｉ　Ｉｔ　ＩＩＩ　ＩＶ　Ｉ 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　例えば永久磁石を備えた回転子を有し、さらに回転子よ固。子よ。間。空ア に６゜イ、設ｐ先ｉｎ’＝、１−６制御さｆる多相巻線を有し、該多相巻線に例 えば非導電性の例えば反磁性材料から成る担体により支持され。 この場合巻線の各相は少くとも２つのコイルを有し。 該コイルは他の相のコイルに例えば重ねて配置さｆしている、電気機械たとえば ブラシレス直流モータまたは速度計用発電機において、各コイル（１４〜２１） カ少くとも２つの部分コイル（１４ａ、ｂ〜２１ａ、ｂ）に分割されており、こ の場合少くとも、１つの相の部分コイルが、他の相の１つまたは複数個の部分コ イルの中間挿入の一下で巻線構成において配置さｎていることを特徴とする電気 機械。 ２　各コイル（１４〜２１）が少くとも２つの部分コイル（１４ａ、ｂ〜２１ａ 、ｂ）に分割されており、該部分コイルが巻線の中心線（２２）に対称に配置さ れている特許請求の範囲第１項記載の電気機械。 ３　コイル端の交差領域において、一方の周方向において後続の部分コイルが先 行の部分コイルを両側で外側からはさむようにし、他方の周方向において後続の 部分コイルが先行の部分コイルの内側に設けられる特許請求の範囲第１項またに 第２項記載の電気機械。 ４　各コイル（１４〜２１）が、同じ巻線数を有する２つの実質的に同じ部分コ イル（１４ａ、ｂ〜２１ａ、ｂ）に分割されている先行の特許請求の範囲のうち いずれか１項に記載の電気機械。 ５　全部の部分コイル（１４ａ　、　ｂ〜２１　ａ　、　ｂ）が同じコイル幅を 有しかつ固定子（１０）において同じ扇形の領域に及んでいる先行の特許請求の 範囲のうちいずれか１項に記載の電気機械。 ６　回転子（１１）ｉ４極に構成しまた場合各相ごとに４つのコイル（１４〜１ ７；ないし１８〜２１）を設け、該４つのコイルが周方向に順に各４５°（電気 的にハ９０°）の領域において投入接続されるようにした先行の特許請求の範囲 のうちいずれか１項に記載の電気機械。 ７　内部回転子型機械として構成した先行の特許請求の範囲のうちいずれか１項 に記載の電気機械。 ８、固定子巻線（１４〜２１）　’ｅ、空隙において固定子成層体（１２）の内 壁に載置してプラスチックに埋込みした特許請求の範囲第７項記載の電気機械。 ９　部分コイル（１４ａ、ｂ〜２１ａ、ｂ）全プラスチックのコイル巻型（１３ 〕の上に載置した先行の特許請求の範囲のうちいずれか１項に記載の電気機械。 ｌＯ部分コイル（１４ａ、ｂ−２１ａ、ｂ）　ｆ−ｙイル巻型（１３）および固 定子（１０）と共にプラスチックで包囲した特許請求の範囲第８項記載の電気機 械。 １１　コイル（１４ａ、ｂ〜２１ａ、ｂ）が磁極に対して％または磁極がコイル に対して、軸方向に傾斜角を設けて斜めに取り付けた先行の特許請求の範囲のう ちいずれか１項に記載の電気機械。 Ｉ２　空隙（２４，３１）全周方向に磁極にわたり磁極中央へ拡大１、で、コイ ルの一定の磁束鎖交数にわたって台形状の誘起電圧が発生さｆるようにした先行 の特許請求の範囲のうち−ずれが１項に記載の電気機械。