(57)【要約】      （修正有）【課題】平均的なトルクの最小限の低下でいわゆるトルクリップルを最小化する。【解決手段】埋込型永久磁石式電機は、複数の回転子のセクションを有する。各セクションは、複数の積層板３８を有する。永久磁石は、磁束の高調波成分に起因するトルク振動を弱めるために、積層板の開口４２内に非対称に配置される。【選択図】図１
2010119287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子の磁極となる電磁気的な巻線を有する固定子と、
上記固定子との間にエアギャップを有するように該固定子と同軸に配置される回転子と、
ロータートルクの振動が低減されるようにエアギャップの磁束の高調波成分を弱めるために、隣り合う磁極が非対称になるように上記回転子の外周側に配置される複数の永久磁石と、
を備えている永久磁石式回転電機。
【請求項２】
固定子の磁極となる電磁気的な巻線を有する固定子と、該固定子との間にエアギャップを有するように該固定子の軸線と共通の回転軸上に配置される回転子と、を備える永久磁石式回転電機であって、
外周側に複数の永久磁石を有する回転子と、
上記磁石による磁極は、ロータートルクを発生させるために電磁気的な固定子巻線の磁束通路に影響を及ぼす磁束のパターンを生じ、且つ、ロータートルクの振動を低減するためにエアギャップの磁束の高調波成分が弱められるように、上記回転子の外周側に非対称に形成されている
永久磁石式回転電機。
【請求項３】
上記磁石は、放射状に曲がるように上記回転子に設けられていて、
少なくとも１組の隣り合う磁石による磁極は、非対称となるように、上記回転子の外周側に位置する他の組の磁石による磁極同士よりも近い位置に形成されている
上記請求項２に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項４】
上記磁石の組は、他の近接する磁石の組によって規定される磁極軸に対して回転子の外周側に非一様に設けられる回転子の磁極軸により、回転子の磁極を規定する
上記請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
【請求項５】
上記回転子の磁極は、該回転子の外周側に一様に設けられている
上記請求項３に記載の永久磁石式回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向に積み重ねられる複数の積層板を有する回転子を備えた埋込型永久磁石式回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
埋込型永久磁石式回転電機は、一般的に、固定子コイルが巻線された固定子と、回転子の外周側に円周状に配置され、正しく調整されたエアギャップとなるように回転子の外周側から離間して円周状に配置される固定子の磁極と協働する永久磁石を有する回転子と、を備えている。上記埋込型永久磁石式回転電機がモーターとして機能する場合、コイルには、回転子を効率良く回転させるために電流が通電される。その電流は、電動のロータートルクを生じる交流波形（一般的には正弦波状）を有している。固定子巻線によって形成される電磁気的な磁束通路と永久磁石によって形成される磁束通路との干渉は、一般的に、モータートルクの変動を引き起こす高調波成分によって付随的に発生する。これは、振動や騒音によって付随的に発生するモーターのトルクリップルやトルク振動によって出現する。また、モーターの効率の良い運転は、反対方向に作用する。
【０００３】
モーターのトルクリップルを低減する従来の方法は、回転子の一つのセクションを他のセクションに対して軸方向にスキューさせている。上記回転子は、一般的に、キー溝及びスロットを用いて駆動連結されるローターシャフトに駆動可能に連結されている。隣りのセクションに対して回転子のセクションをオフセットまたはスキューさせるために、セクションは、通常、固定子のスロットピッチの半分の距離で相対的に回転される。回転子が軸方向のセクションの所定の数（ｋ）に分けられると仮定すると、セクションは、隣りのセクションに対して以下の角度で回転される。
スキュー角度（ｋ）＝３６０／（ｋ×Ｎs）（機械的な角度）
ここで、Ｎsは、スロット数である。
回転子の軸方向の２つのセクション間の最大回転角度は、
最大相対スキュー角度（ｋ）＝（ｋ−１）×３６０／（ｋ×Ｎs）（機械的な角度）
である。例えば、２つのセクションの場合、４８スロットの固定子であれば、スキュー角度の一般的な値は、３．７５°である。このような回転子のスキューにより、ストレートの回転子を用いて実現する場合よりも均等化された機械的なトルクを生じるはずである。これは、エアギャップの磁束及びパーミアンスに存在する高調波に起因する、或る好ましくない振動やトルクのリップルを解消することになる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、平均的なトルクの最小限の低下でいわゆるトルクリップルを最小化することにある。これは、２００７年８月１６日に出願された、”永久磁石式回転電機”という名称の出願番号１１／８３９，９２８の同時継続出願の発明とは異なる。この同時継続出願は、本発明の譲受人に譲渡されたものであり、その発明の目的は、発電モードで動作している間の回生エネルギーの回収の許容可能な減少を受け入れつつ、モーターの回転子の特性設計に非対称を用いることによって、モーター・モードで動作している間のモーターの効率を改善することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、或る瞬間でトルクリップルが低減されるように複数のセクションのトルク寄与を変更するように、回転子の積層用薄板の対称性を崩している。
【０００６】
本発明の第１実施形態では、トルクリップルは、径方向へのスキューを用いることによって弱められる。これは、回転子の磁極の磁極軸を隣りの磁極の磁極軸に対してオフセットすることによって行われる。
【０００７】
本発明の第２実施形態では、回転子の磁石は、”Ｖ”形状に配置される。トルクリップルの形状は、この”Ｖ”形状と相関関係にある。積層体内に正確に設計された少なくとも２つの異なる”Ｖ”形状を用いることによって、機械全体のリップルを振幅において低減することができる。
【０００８】
本発明の第３実施形態では、複数のセクションを有する回転子の積層体は、一つのセクションが他のセクションに対して少ない増分で相対的に回転している少なくとも３つの回転子セクションになるように配置される。これは、少なくとも２組のキー溝の位置を用いることによって行われうる。このようにして、一つのセクションの磁極の軸は、隣りのセクションの磁極の軸に対して角度を有する位置に配置される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）は、回転子の積層構造を示す平面図であり、（ｂ）は、回転子の積層構造を示す側面図である。
【図２】（ａ）は、磁束線が単に永久磁石によって生じている状態の複数の積層用薄板を有する回転子を備えたモーターの概略図であり、（ｂ）は、固定子に電流の通電する巻線が含まれているが磁石が含まれておらず、磁束線が単に固定子巻線によって生じている状態の上記（ａ）相当図である。
【図３】図３は、公知のスキューの技術によって一つのセクションが他のセクションに対してスキューされた従来技術の２つのセクションを有する回転子の概略構成を示す図である。
【図４】図４は、上記図３に示す電気モーターの回転子に用いられる従来の８極の回転子における対称な積層用薄板を示す図である。
【図５】図５は、本発明の第１実施形態において、径方向にスキューされた回転子の積層用薄板を示す図である。
【図６】図６は、上記図５の磁石の配置を用いた場合のモーターの瞬時トルクの効果を示すために回転子の回転角度（機械的な角度）とモータートルク（Ｎ・ｍ）との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、上記図５に示すスキューの配置ではなく連続的にスキューされる配置を示す図である。
【図８】図８は、上記図７に示す間隔に比べて回転子の磁極間をより均一に離間させた磁石の分布を示す図である。
【図９】図９は、上記図８に示す回転子におけるモータートルクと回転角度（機械的な角度）との関係を示すグラフである。
【図１０】図１０は、モータートルクの高調波成分を処理するために用いられるいくつかの変数とともに、永久磁石式モーターの従来の回転子の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、隣り合うセクションで磁石の２つの角度位置を有する積層回転子の一部を示す図である。
【図１２】図１２は、回転子の交互の領域で隣り合う磁石が異なる角度thetaで配置された積層回転子を示す図である。
【図１３】図１３は、４極構造での磁極の軸方向のアライメントを３次元形状で概略的に表した図である。
【図１４】図１４は、上記図３に示すタイプの永久磁石式回転子においてスキューされた従来の積層用薄板を示す図である。
【図１５】図１５は、回転子の第１セクションに対して第２セクションを左右反転させた結果を示す図である。
【図１６】図１６は、回転子の隣りのセクションを上記図１４及び図１５に示すセクションのキー溝に沿って位置合わせすることで、最終的にスキューが行われる従来技術を示す図である。
【図１７】図１７は、４つのセクションを有する回転子の構造を許容するために２つのキー溝が互いに概略９０°の位置に配置されている本発明の実施形態を示す図である。
【図１８】図１８は、４つのセクションを有する回転子の初めの２つのセクションを示す上記図１７相当図である。
【図１９】図１９は、上記図１７及び図１８の回転子のセクションを組み合わせた図である。
【図２０】図２０は、上記図１７から図１９の４つのセクションを最終的に組み合わせた状態を示す図である。
【図２１】図２１は、上記図２０に示す４つのセクションの最終的な組み合わせを部分的に拡大した図である。
【図２２】図２２は、バランスを改善するためのキー溝を有する図１８から図２１相当図である。
【図２３】図２３は、上記図２２に示す回転子の積層用薄板を最終的に組み合わせた状態を示す図である。
【図２４】図２４は、キー溝の代わりにキーが予め設けられた、上記図２３相当の回転子を示す図である。
【図２５】図２５は、従来方法によりスキューされた場合、本発明の場合、及びスキューされていない回転子の場合のトルクリップルの減少を示すグラフである。
【図２６】図２６は、本発明のモーターを適用可能なハイブリッド電気自動車のパワートレインの構造の一例を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明のモーターを適用可能なハイブリッド電気自動車のパワートレインの構造の一例を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明のモーターを適用可能なハイブリッド電気自動車のパワートレインの構造の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の永久磁石式回転電機の一般的な動作環境を説明するために、まず、図２６、図２７及び図２８を参照する。これらの図は、それぞれ、パワースプリット・ハイブリッド電気自動車のパワートレイン、図２６のパワートレインに対応するパワースプリット・ハイブリッド電気自動車のパワートレインの詳細、及び、シリース・ハイブリッド電気自動車のパワートレインを示している。図２８に概略的に図示されるパワートレインの場合、エンジン１０は、発電機１２に機械的に接続されている。この発電機１２は、電気モーター１４に電気的に接続されている。一般的に、電気的な接続は、ＡＣ／ＤＣインバーター１６及びＤＣ／ＡＣインバーター１６’を備えたＤＣリンクを含む。高電圧メインバッテリー１８は、ＤＣ／ＤＣコンバーター２０を介して上記ＤＣリンクに接続されている。上記電気モーター１４は、歯車変速機構２２に機械的に接続されている。この歯車変速機構２２は、複数段の変速ギアや単数段の変速ギアを有していてもよい。
【００１１】
駆動輪２４は、上記歯車変速機構２２のトルク出力要素によって駆動される。上記エンジン１０の機械的なエネルギーは、動力損失を除いて、上記発電機１２に移送される。この発電機１２では、上記電気モーター１４を駆動させるために、機械的なエネルギーを電気的なエネルギーに変換する。上記電気モーター１４を駆動させるために必要としない電気的なエネルギーは、上記高電圧メインバッテリー１８を充電するために用いられる。上記自動車が減速している場合、上記歯車変速機構２２から電気モーター１４へ移送される機械的な運動エネルギーの全て若しくは一部が、損失分を除いて、上記電気モーター１４が発電機として機能するときに上記高電圧メインバッテリー１８の充電に用いられる。
【００１２】
図２８のシリースの配置とは対照的に、図２６のシリース・パラレルの配置は、符号２６で示すように、エンジンと変速機構との間の直接且つ機械的な接続を有する。図２６のハイブリッドパワートレインのシリース・パラレル伝動装置を、図２７に、より詳細に示す。図２６及び図２７中では、数字にプライム符号を付しているが、図２８のシリースの配置の要素に対応する要素には、共通の参照番号を付している。
【００１３】
変速機構２２’とエンジン１０’との間の機械的な接続は、遊星歯車機構２６を含む。図２７に示すように、この遊星歯車機構２６は、変速機構２２’の動力入力要素を駆動するための動力出力部材として機能するリングギア２８を含む。サンギア３０は、発電機１２’に機械的に接続されている。上記遊星歯車機構２６のキャリア３２は、上記エンジン１０’の動力出力軸またはクランクシャフトに接続されている。このエンジン１０’は、上記遊星歯車機構２６を介して上記変速機構２２’にトルクを与える。上記サンギア３０は、上記発電機１２’に機械的に接続されていることから、反作用要素として機能する。これにより、上記発電機１２’に作用する負荷が上記エンジン１０’のエンジン速度を決定する。前進駆動している間、モーター１４’のトルクは、エンジントルクを補完するとともに、上記変速機構に対して第２の動力入力を供給する。後退駆動している間、上記モーター１４’のトルクの方向は逆方向に作用するように変わる。上記エンジン１０’は、このときには停止している。
【００１４】
上記自動車が減速モードである場合、回生エネルギーは、車輪から変速機構を介して上記モーターへ与えられる。このとき、上記モーターは、上記バッテリーを充電するための発電機として機能する。上記回生エネルギーの一部は、上記変速機構を介して図２６の符号２６’で示す機械的なトルク流路で上記エンジンへ分配される。この点で、図２６のパワートレインの回生エネルギーの流路は、回生制動の間に機械的なエネルギーがエンジンに分配されない図２８のパワートレインのエネルギーの流路とは異なる。
【００１５】
本発明の開示された実施形態における回転子及び固定子は、鉄合金の積層用薄板を有している。このタイプの回転子及び固定子の構成は、図１（ｂ）に部分的な径方向の断面図で示されている。固定子の積層用薄板は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に符号３６で示されていて、回転子の積層用薄板は、符号３８で示されている。狭いエアギャップ４０は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、固定子の積層用薄板３６の内周部と回転子の積層用薄板３８の外周部と間に位置している。径方向に拡がる開口３７が固定子の積層用薄板に形成されていて、各回転子の積層用薄板３８の外周側近傍に、対称に位置付けられた磁石用の開口４２が形成されている。各磁石用開口４２には、磁石４４が収容される。使用される積層用薄板の数は、適宜、設計される。積層板は積み重ねられるように配置される。複数の積層体（例えば、１つ、２つまたは３つ）が用いられうる。
【００１６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、複数の積層用薄板が積み重ねられるように配置された回転子の断面構造を示す。上記磁石用開口４２を図１（ａ）に示すが、この図では磁石の図示を省略している。
【００１７】
回転子の積層体の中央には、駆動キー６２を支えるキー溝を備えた駆動軸に対応する円形状の中央開口６０が設けられている。
【００１８】
上記磁石用開口４２は、図１（ａ）に示される対称軸の一つを挟んで、隣り合う一対の磁石用開口４２に対して対称に配置されている。
【００１９】
図２（ａ）は、回転子の積層用薄板３８の一部を示す図である。上記固定子３６は、上記開口３７内に固定子巻線を有しているが、図２（ａ）の場合には固定子巻線に電流が流れないと仮定しているため、この図２（ａ）には固定子巻線は図示されていない。電流が流れている上記固定子巻線は、図２（ｂ）に示されている。
【００２０】
磁気を帯びた回転子の磁束通路は、図２（ａ）に符号６５で示されている。磁気を帯びた固定子の磁束通路は、図２（ｂ）に符号６５、６６で示されている。回転子の磁束及び固定子の磁束は、符号６８で部分的に示すとおり、公知の方法でロータートルクを生じるように干渉している。
【００２１】
モーターのトルクリップルを低減するための公知の方法は、回転子の積層体の半分を他方の半分に対してオフセットすることにより、回転子のあるセクションを他のセクションに対してスキューすることである。図３に、回転子のセクション９２のＸ軸９０が隣りのセクション９６のＹ軸９０に対してスキューされている状態を示す。他のセクションに対するあるセクションの回転量は、通常、固定子のキーやスロットピッチの半分である。これは、以下のとおり表される。
スキュー角度＝１８０°／Ｎs（機械的な角度）
ここで、Ｎsはスロット数である。
【００２２】
回転子のセクション９２の磁石用開口は、符号９８で示されている。この磁石用開口は、図３の回転子の場合には均等に設けられている。上記磁石用開口９８と同様の磁石用開口が、回転子のセクション９６に設けられている。図３におけるＺ軸１０２周辺の回転子の空間は、同一である。スキューされた回転子のセクションを有するモーター回転子の図として米国特許第７，１７０，２０９号明細書が参考となる。
【００２３】
本発明に開示されている実施形態の回転子の磁石用開口は、図面の図に示されているような形状でなくてもよい。その磁石用開口の形状は、適宜、設計される。
【００２４】
図４は、図５に図示されるセクションの一般的な積層用薄板の平面図である。図２の場合には、図４に示されるタイプの積層用薄板を有する回転子のセクションが、回転子の駆動軸に接続されるキー及びスロット（図４には図示されていない）を含んでもよい。
【００２５】
図４に図示されるように、セクションを有する回転子は、各セクションを隣りのセクションに対して以下の角度で回転させるために、軸方向のセクションの総称数ｋに分けられる。
スキュー角度（ｋ）＝３６０／（ｋ*Ｎs）（機械的な角度）
ここで、Ｎsはスロット数である。
回転子のいずれか２つの軸方向のセクション間の最大回転角度は、以下のとおりである。
最大相対スキュー角度（ｋ）＝（ｋ−１）*３６０／（ｋ*Ｎs）（機械的な角度）
磁極（以下、極ともいう）が図４に示すように形成される。隣り合う極の磁極軸（以下、磁軸ともいう）間の角度は、極数８で設計した場合、４５°である。磁極軸と極間の軸との間の角度は、極数８で設計した場合、隣り合う極の磁極軸間の角度の半分である。
【００２６】
本発明の開示された実施形態は、８つの磁極を有しているが、本発明の範囲は、８つの磁極を用いたものに限定されない。用いられる極の数は、適宜、設計される。
【００２７】
本発明の第１実施形態を図５に示す。ここでは、回転子の積層用薄板は、径方向にスキューされた極を有する。隣り合う極に対してモーターの極の磁極軸をオフセットすることにより、各積層用薄板内でスキューが実現される。
【００２８】
回転子のセクションを複数、軸方向に積み重ねるのに通常、必要となるいくつかのステップをなくすことにより、回転子の製造が単純化される。統合されたスターター発電機タイプのモーターは、セクションの積み重ねられた長さが通常、短く、図３に参考として記載された公知のスキュー方法では実現できそうもないが、上述の製造方法は、特に、このようなタイプのモーターの場合に有用である。本発明の実施形態は、いかなる永久磁石式回転電機にも適用されうるだけでなく、積み重ねの長さが短いモーター及び発電機にも限定されない。本発明の実施形態に係る回転電機は、知られた方法でスキューされた電気機械の性能を超えることができるとともに、より単純な製造工程を用いて製造することもできる。この性能改善は、既述したトルクリップルをさらに低減するはずである。また、図５に示す本発明の実施形態は、回転子の設計において、軸方向のセグメントの数によって制限されない。回転子の極の数と同程度の多くの極空間を有する可能性がある。
【００２９】
図５の設計において、２つの隣り合う磁石の対称軸間の間隔は一定ではない。その角度は、次の２つの値のうちのいずれか一つである。
すなわち、Alpha1＝３６０／（極数）＋（スキュー角度）
または、Alpha2＝３６０／（極数）−（スキュー角度）
極数が８で、４８スロット、スキュー角度が３．７５°のモーターの場合、Alpha1及びAlpha2は、それぞれ、機械的な角度で４８．７５°、４１．２５°となる。他の値のスキュー角度は、設計に応じて適宜、選択される。一般的な埋込型永久磁石式回転電機のモータートルクにおいて、上述のような磁石の配置にした場合の効果を図６に示す。図６中に、スキューされていない一般的な回転子のトルクリップルのプロットが１１０で示されていて、本発明によってスキューされた回転子の対応するトルクリップルのプロットが１１２で示されている。プロット１１２のリップル量は、プロット１１０の場合の量よりもかなり小さい。
【００３０】
この回転子の設計は、図７に示されるように、回転子の極の他の配置にも対応している。この図７では、極１〜８は、角度alpha＝４５°＋（スキュー角度）／７で離間されていて、極８と極１とは、角度beta＝４５°−（スキュー角度）で離間されている。これに対し、図５に示される設計では、alpha＝４５．５°及びbeta＝４１．５°、スキュー角度が３．５°に等しくなるように任意に設定される。
【００３１】
図５に示す設計のトルクリップルにおける効果と同様に、図８に示される磁石の分布パターンによってトルクリップルの効果が得られる。図８では、極３が極８に置き換わっていて、極４は極３の位置に移動するなどしているが、いかなる極であっても、元々の磁極軸に対するオフセットは、図７に示されるオフセットと同じままである（すなわち、極２は一つの極間の軸から２２．００°で且つ隣りの極間の軸から２３°離れている磁極軸を有する）。この分布は、図７の設計の場合よりも極間の間隔をより均一にすることができる。
【００３２】
図９に、図８の設計におけるモータートルクと回転角度との関係を表すグラフを示す。この図９では、トルクリップルが符号１０６によって示される。比較のために、スキューされていない従来の設計によるセクションを有する回転子のトルクリップルを、１０８で示す。
【００３３】
上述のとおり、図５の設計におけるモータートルクと回転角度との関係を示すグラフは、図６に示されている。この図６では、スキューされていない従来の設計の場合が１１０でプロットされていて、図５の設計に対応するプロットが１１２で示されている。図９に１０６で示されるリップルの振幅は、図５の設計における図６の１１２で示される振幅よりも小さい振幅になっている。
【００３４】
図７〜図１０の実施形態は、平らな磁石に限定されない。磁石は、”Ｖ”形状の磁石や他の形状であってもよい。
【００３５】
図１０は、１１４及び１１６で示される回転子の磁石が”Ｖ”形状に配置されている磁石構造を示す。図１０の設計の場合、トルクリップルの形状及び振幅は、磁石１１４、１１６の間の角度thetaの形状及び振幅と相関関係にある。この形状及び大きさに影響を及ぼすパラメータは、図１０に示されている。この図１０には、各磁石の幅が１９．２５ｍｍになり且つ磁石１１４、１１６の接触点とエアギャップとの距離が１０．７５ｍｍである点が示されている。もちろん、個別のパラメータは、図１０に図示された値と異なっていてもよい。
【００３６】
図１１には、どのようにして角度thetaがより平滑なトルクを生じるように調整されるのかが示されている。トルクの平均値は、あまり影響を受けにくいが、トルクの高周波成分は、違った”Ｖ”形状を適切に設計することによって操作されうる。或るセクションの積層体における磁石１１８、１２０が、隣りのセクションの積層体の磁石に対して重なって図示されている。或るセクションの磁石１１８、１２０は、角度theta1で離れているのに対し、隣りのセクションの角度はtheta2である。
【００３７】
図１１に示される本発明の実施に加えて、回転子で複数の磁極が、少なくとも２つの異なる配置で設計されうる。例えば、図１２の８極の回転子は、角度がtheta1である図１１の設計によって配置される或るセクションの積層体の極１、３、５、７を有していてもよいし、他の４つの極では、角度がtheta2である設計を有していてもよい。また、低周波数のトルク振動を避けるために、回転子は、図１１に示される設計の２つの軸方向のセグメントに分割されうる。ここでは、回転子の或るセクションの極１、３、５、７が隣りのセクションの極２、４、６と位置合わせされるように互いに回転している。この配置は、図１３に示される。この図１３では、或るセクションの一組の極Ａの磁極軸が、隣りのセクションの一組の磁極Ｂの軸と一直線に並ぶように配置されている。
【００３８】
図１３に図示された概念は、図１１及び図１２に示される”Ｖ”形状構造とは異なる回転子構造を含むように拡張されうる。例えば、図１３の極タイプＡは、”Ｖ”形状の磁石を含むことができるし、極タイプＢは、図５、図７及び図８の場合のように、平らな或いは表面が埋め込まれた磁石であってもよい。トルクの高調波は、全体のトルクリップルを弱めるためにこの方法によりコントロールされる。また、磁石構造の２つ以上のタイプが用いられ、トルクの高調波を操作するために磁石からエアギャップの近くに変化が作られうる。
【００３９】
本発明の第３実施形態は、同一の回転子で複数の積層用薄板に合わせた型を用いるのを避けるために、単一の回転子積層用薄板の押し型を用いた製造過程で複数の軸方向のセクションの積層用薄板を形成することができる。
【００４０】
図１４に、単一の種類の積層用薄板を用いた永久磁石式モーターの配置を公知の方法でスキューしたものを示す。回転子の第１セクションは、回転子積層用薄板を半分積み重ねることによって組み立てられて磁石用開口内に磁石が挿入されてなる。積層用薄板には、キースロットの軸１３０が最も近い極軸１２６に対して或る角度で回転している、キースロット１２４が設けられている。回転子の第２セクションを作製するために、残りの積層用薄板は、図１４及び図１５に示すように、軸１３０に対して反転される。この反転のため、図１４中に１２６で示される極軸は、図１５中の極軸１２８になり且つ軸１３０に対してGammaの角度で反時計方向に回転される。その最適な角度は、エアギャップの磁束及びパーミアンスの高調波成分に基づいて決定される。一般的な位置合わせ機構としてのキースロットを用いて２つの回転子のセクションの位置合わせを行う場合、その２つの回転子のセクションの極軸が互いに対して２×Gammaずれる。
【００４１】
図１６に示される回転子の性能は、回転子のセクションの数を増やすこと及びより小さい漸進的なステップでセクションを回転させることにより、連続スキューを有効にすることで改善される。本発明は、単一の積層用薄板の押し型を用いてこの課題を成し遂げることを目的としている。これは、図１７に図示されている。この図１７には、第１のキースロット１３２及び第２のキースロット１３４を有する積層用薄板が示されている。スロット１３２のキー軸は１３６で示されていて、スロット１３４のキー軸は１３８で示されている。
【００４２】
回転子の第１セクションは、積層用薄板を軸方向に１／４積み重ねた後、第１キースロットに沿ってそれらを位置合わせすることにより得られる。第２セクションは、図１４〜図１６に示すように、積層用薄板を反転して積み重ねることにより同様に得られる。図１８に図示されている、４つのセクションを有する回転子のうち最初の２つの段階は、該図１８に示されるように部分的に組み立てることにより、得られる。１３６及び最も近い極軸１４２によって形成された角度（Gamma1）は、１３８及び最も近い極軸１４４の角度（Gamma2）とは異なる。本発明の一例である図１８に１４０及び１４２で示される磁極軸は、２×Gamma1離れている。スロット１３２のキースロット軸は１３６で示されている。
【００４３】
キースロット１３２、１３４の軸１３６、１３８の交差によって生じる角度は、それぞれ、以下によって表される角度Deltaと呼ばれる。
Delta＝Ｎ*３６０／Ｐ＋２Gamma1
ここで、Ｐは極数であり、Ｎは１、２、３、…Ｐ−１の数字の組のいずれかの数字である。
【００４４】
図１９では、第２キースロット１３４を用いて最初の２つのセクションと位置合わせされるように角度Deltaを時計回りに回転させるが、本発明の第３実施形態で組み立てられた回転子の第３セクションが、上記第１セクションの場合のように、反転しない積層用薄板によって形成されている。図１９において、符号１５４がキースロット軸を示す。図１９の第３セクションは、第１セクションからtheta2−theta1でオフセットされている。図２０は、４つ全てのセクションを最終的に組み立てた状態を示す。
【００４５】
図２１は、図２０に図示される４つのセクションの部分拡大図である。この図には、キースロット軸に関して別のセクションの磁極の軸が示されている。
【００４６】
図２０及び図２１の第４セクションは、反転された積層用薄板で形成される。この積層用薄板は、角度Deltaで反時計回りに回転されて且つ第２キースロットに位置合わせされている。その結果得られる図２０及び図２１に図示される構造は、シャフトキーに対して以下のように回転される４つのセクションを有する。１５８で示される第１セクションは、反時計方向にtheta1回転される。１６０で示される第２セクションは、時計方向にtheta1回転される。１６２で示される第３セクションは、反時計方向にtheta2回転される。そして、１６４で示される第４セクションは、時計方向にtheta2回転される。キースロット軸は１６６で示される。
【００４７】
第２キースロットが磁軸と位置合わせされるように積層用薄板を配置することは、本発明のこの実施形態で可能である。この場合、第３及び第４のセクションは回転することなく、バランスのとれた対称な３つのセクションを有する回転子を実現することができる。
【００４８】
図２２に図示されるように、他の２つから１８０°の位置のキースロットの第２の組を採用することで、第３実施形態において回転子のバランスは改善されうる。キースロット１６８、１７０は、それぞれ、キースロット１７２、１７４から１８０°の間隔を空けている。図２１に関して既述した方法によって得られた設計を図２３に図示する。この図２３では、２つのキーが回転子のバランスの改善を実現するために回転子をローターシャフトにしっかりはめるように用いられる。これは、図２３に１７６、１７８で示されている。
【００４９】
本発明の第３実施形態による構成の場合には、極数８以外の極数を用いることができる。４極の回転子も、８極の極数を有する回転子として同様に扱われる。また、組み立て技術は、止め具のようなタブや他の位置合わせ機構どころか、キースロットを使用しない回転子に適用される。また、予め設けられたキーは、図２４に図示されるように使用される。図２４の場合、ローターシャフトは、キーと同程度の幅である２つのキースロット１８０、１８２と、１８８、１９０で示されるキーのミスアライメントをそれぞれ調整する２つのより大きなキースロット１８０、１８２と、を有している。
【００５０】
図２５は、本発明の実施形態において有限要素解析技術を用いて得られるトルクリップルのグラフである。スキューの従来方法の場合は、１９２で示されるようなリップルのプロットとなる。本発明における３つの積層セクションを用いた場合のプロットは、１９４で示される。比較のために、スキューされていない回転子の場合のプロットが１９６で示される。
【００５１】
本発明の実施形態が開示されているが、本発明の範囲から逸脱することなく変更をなしうるのは、その分野の当業者には明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
３６  固定子の積層用薄板
３８  回転子の積層用薄板
４０  エアギャップ
４２、９８  磁石用開口
４４、１１８、１２０  磁石（永久磁石）
６５、６６、６８  磁束通路
１２６、１２８、１４２、１４４  磁極軸
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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