(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）と少なくとも１つのロータ（３１、３２、２０２）とを有する横方向磁束モータ（１１、１２、１３、１４、１５）であって、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の磁気作動要素が環状であり、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）でＵ字状の内部プロファイル（２５）を有し、
前記Ｕ字状の内部プロファイル（２５）の垂直プロファイル側部（２６、２７）が、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の軸方向の向き（８）に平行に位置合わせされ、前記Ｕ字状の内部プロファイル（２５）の前記垂直プロファイル側部（２６、２７）の自由端（２８、２９）が、互いに離間したポール（３０）を有し、
前記ステータ（２０３、２０５）が、固定された支持部にまたは固定されたシャフト（２０４）に接続される横方向磁束モータ（１１、１２、１３、１４、１５）において、
ロータ（３１、３２、２０２）が、ディスク状であるかまたは環状であり、
ロータ（３１、３２、２０２）が、ロータ（３１、３２、２０２）の少なくとも一方の端面（３４、３５）において半径方向の向き（Ａ）にリング状に設けられる軟磁性材料からなる磁気作動ウェブ（３３）を有する
ことを特徴とする横方向磁束モータ（１１、１２、１３、１４、１５）
【請求項２】
前記Ｕ字状の内部プロファイル（２５）の前記垂直プロファイル側部（２６、２７）が、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の前記半径方向の向き（Ａ）において距離（ｂ）だけ離間し、前記距離（ｂ）が、前記ロータ（３１、３２、２０２）の前記ウェブ（３３）の半径方向延長部の長さ（Ｉ）にほぼ一致することを特徴とする請求項１に記載の横方向磁束モータ。
【請求項３】
前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）が３つ、４つまたはそれより多くの磁気作動要素を有し、前記磁気作動要素が、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）に均一に配置され、互いに均一に離間しており、そしてリングセグメント（４１、４２、４３、４４）の形態であることを特徴とする請求項１または２に記載の横方向磁束モータ。
【請求項４】
電流が、位相シフトを間に有する前記リングセグメント（４１、４２、４３、４４）を介して流れることができることを特徴とする請求項３に記載の横方向磁束モータ。
【請求項５】
前記ポール（３０）が歯状であり、リングセグメント（４１、４２、４３、４４）の一方の垂直プロファイル側部（２６）の各ポール（３０）が、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の前記半径方向の向き（Ａ）において、前記リングセグメント（４１、４２、４３、４４）の他方の垂直プロファイル側部（２７）の１つのポール（３０）の反対側にあることを特徴とする請求項３または４に記載の横方向磁束モータ。
【請求項６】
前記横方向磁束モータ（１２、１３、１４、１５）がサンドウィッチ状に構成され、前記ロータ（３１、３２）の前記端面（３４、３５）の各々が、ステータ端面（４０）からロータ（３１、３２）の方向に軸方向に突出するリングセグメント（４１、４２、４３、４４）を有する前記ステータ端面（４０）の反対側になるように、前記ロータ（３１、３２）が第１および第２のステータ（２１、２２；２１、２３；２３、２２）の間に配置されることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項７】
４つの同一のリングセグメント（４１、４２、４３、４４）の各々が前記第１のステータ（２１）におよび前記第２のステータ（２２）に設けられ、前記リングセグメント（４１、４２、４３、４４）の各々が反対側になるように、前記ステータ（２１、２２）が配置され、この場合、前記ステータ（２１、２２）の前記それぞれ反対側のリングセグメント（４１、４２、４３、４４）について、電流が別々に流れるように、電流が、１８０°の位相シフトを有する前記リングセグメント（４１、４２、４３、４４）を介して流れることができることを特徴とする請求項６に記載の横方向磁束モータ。
【請求項８】
前記横方向磁束モータ（１４）が、積層されたサンドウィッチ状の複数のステータ・ロータ・ステータ構造を有することを特徴とする請求項６または７に記載の横方向磁束モータ。
【請求項９】
前記ステータ（２４）が、非磁性材料からなる支持部（２０）を有し、前記リングセグメント（４１、４２、４３、４４）が軟磁性材料からなることを特徴とする請求項３〜８のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１０】
前記支持部（２０）がファイバ複合材料からなることを特徴とする請求項９に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１１】
前記リングセグメント（４１’、４２’、４３’、４４’）の少なくとも１つが複数の個々のセグメント（４５）からなることを特徴とする請求項３〜１０のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１２】
前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）が少なくとも１つの内部中空の巻回部（５０）を有することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１３】
前記内部中空の巻回部（５０）が銅管の形態であることを特徴とする請求項１２に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１４】
前記ステータ（２０３、２０５）が、Ｕ字状の支持部（２１５）に接続され、したがって、例えば、第２の回転軸線（２１４）を中心とする１８０°よりも大きなステアリング動作を可能にすることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１５】
前記ステータ支持部（２０５）、前記ステータリングセグメント（４１、４２、４３、４４）および導線巻回部（２０６）がステータブロックを形成するように組み合わされることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の横方向磁束モータ。
【請求項１６】
横方向の磁束原理に基づく駆動方法であって、少なくとも１つのステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）にリング状に設けられかつＵ字状の内部プロファイル（２５）を有する磁気作動要素に電流が流れ、ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の軸方向の向き（Ｂ）に平行に位置合わせされるリングセグメント（４１、４２、４３、４４）のＵ字上の内部プロファイル（２５）の垂直プロファイル側部（２６、２７）と、Ｕ字状の内部プロファイル（２５）の垂直プロファイル側部（２６、２７）の自由端（２８、２９）が、互いに離間したポール（３０）を有し、磁気作動要素が、少なくとも１つのロータ（３１、３２、２０２）と回転のために相互作用し、前記ロータ（３１、３２、２０２）が、ポール（３０）を中心に前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）に対して回転方向（Ｃ）に移動される駆動方法において、
ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）が、ディスク状であるかまたは環状であるロータ（３１、３２、３０２）の軟磁性材料の磁気作動ウェブ（３３）と相互作用し、ウェブ（３３）が、前記ロータ（３１、３２）の少なくとも一方の端面（３４、３５）において半径方向の向き（Ａ’）にリング状に配置される
ことを特徴とする駆動方法。
【請求項１７】
ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の磁気作動要素が、少なくとも３つのリングまたはリングセグメント（４１、４２、４３、４４）であり、これらのリングまたはリングセグメントを介して電流が別々に流れ、電流が流れるときに、ロータ（３１、３２、２０２）がポール（３０）を中心にステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）に対して回転方向（Ｃ）に移動する
ことを特徴とする請求項１６に記載の駆動方法。
【請求項１８】
前記ロータ（３１、３２）が、４つのリングセグメント（４１、４２、４３、４４）を有する第１のステータ（２１、２３、２０３）と、４つのリングセグメント（４１、４２、４３、４４）を有する第２のステータ（２２、２４、２０５）との間にサンドウィッチ状に配置され、電流が、１８０°の位相シフトを有する前記第１および第２のステータの前記リングセグメントを介して流れ、同様に、電流が、前記ステータ（２１、２２、２３、２４、２０３、２０５）の反対側にある前記リングセグメント（４１、４３、４２、４４）を介して流れることを特徴とする請求項１６または１７に記載の駆動方法。
【請求項１９】
サンドウィッチ状に形成される複数のステータ・ロータ・ステータ構造が積層構造（１４）として設けられ、電流が、互いに対して位相シフトを有する積層レベル（１４１、１４２、１４３、１４４）を介して連続的に流れることを特徴とする請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の駆動方法。
【請求項２０】
１つのみのステータ（２１）が前記ロータ（３１）の反対側に配置されて、それに関連する構造（１１）の場合、電流が、少なくとも、前記ステータ（２１）に均一に配置される３つのリングセグメント（４１、４２、４３、４４）の前記ステータ（２１）を介して連続的に流れることを特徴とする請求項１６に記載の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つのステータと少なくとも１つのロータとを有する外部ロータモータの形態の横方向磁束モータであって、ステータの磁気作動要素が環状であり、ステータにおいてＵ字状の内部プロファイルを有し、ロータがディスク状であるかまたは環状であり、ロータが、その少なくとも一方の端面において半径方向の向きにリング状に設けられる磁気作動ウェブを有する横方向磁束モータに関する。さらに、本発明は、横方向の磁束原理に基づく駆動方法であって、ディスク状であるかまたは環状である少なくとも１つのロータの磁気作動ウェブがロータを中心に回転させられ、これらのウェブがロータの少なくとも一方の端面において半径方向の向きにリング状に配置され、これらのウェブが、少なくとも１つのステータにおいてリング状に設けられかつＵ字状の内部プロファイルを有する磁気作動要素と相互作用する駆動方法に関する。
【０００２】
上記の一般的なタイプの駆動方法は欧州特許出願公開第１７２０２３６Ａ１号明細書から知られている。この文献は、磁気抵抗原理に基づく低ノイズのモジュールダイレクトドライブを開示している。ダイレクトドライブは、環状断面を有しかつ両方の端面に半径方向スロットを有するロータを有する。さらに、公知のダイレクトドライブは、Ｕ字状の板からなるステータリングを有する。いずれにしろ、Ｕ字状の板は、ステータリングのＵ字状の板のＵ字状の内部プロファイルが半径方向内側または半径方向外側に開くように組み立てられる。欧州特許出願公開第１７２０２３６Ａ１号明細書の一実施形態の変形例では、ロータリングは、ステータリング（内部ロータ）内で回転することができるように、ステータリングのＵ字状の板のＵ字状の内部プロファイル内に配置される。ステータリングのＵ字状の板が半径方向外側に開く他の一実施形態の変形例では、ロータリングは、ステータリング（外部ロータ）において外部で回転することができるように、Ｕ字状の内部プロファイルの間に嵌入される。両方の実施形態の変形例において、ステータリングおよびロータリングが９０°だけ互いに物理的にずらされる。
【０００３】
欧州特許出願公開第１７２０２３６Ａ１号明細書に記載されている磁気抵抗機では、ステータの半径方向に位置合わせされたＵ字状の板は、軟磁性材料からなり、ステータ歯として機能し、一方、軟磁性材料からなるロータの半径方向スロットはロータ歯として機能する。ステータ歯は、交互にオンおよびオフにされるコイルに巻かれる。ロータの歯が、それらを引き寄せるステータ歯の反対側にあるときにまたはその直前に、電流が流れる巻回部を有する歯の各々が、ロータの最も近接する歯を電磁的に引き寄せ、オフになる。この位置において、次の位相が他のステータ歯に印加され、これらのステータ歯が他のロータ歯を引き寄せる。このようにして、ロータが回転方向に移動される。
【０００４】
公知の実施形態では、比較的小さなポールピッチを設けることができるので、特定の高いトルクを得ることができる。さらに、公知の構造において、ステータとロータとの間におけるパルス化した誘引力のための出力磁束経路が短い経路で閉じられ、この結果、ステータとロータとの間で有利な対称状態が得られ、ステータおよびロータに対するこれらの力の効果ができるだけ補償される。それに応じて、ノイズの発生が比較的小さくなることを実現することができる。
【０００５】
さらに、全てのロータ位置でほぼ一定のトルクを得るために、欧州特許出願公開第１７２０２３６Ａ１号明細書は、最小数の３つの別々の巻回セクション、すなわち、３つの機械を軸方向に列をなして配置することによって実現することができる位相シフトが電気的に送られる３つのステータ巻回部を提案している。
【０００６】
公知の構造のステータとロータとの間において、常に一定のままであるできるだけ小さな空隙を実現しようとする場合、特に、ステータのＵ字状の板のＵ字状の内部プロファイルを高精度に製造しなければならない。ロータの中空シリンダをＵ字状の板のＵ字状の内部プロファイルの間の空間内に正確に嵌入しなければならない。これには、相当な技術的努力を伴う。さらに、公知の磁気抵抗機の使用過程中に、特に、磁気抵抗機が摩耗することにより、空隙のサイズが変化し、したがって、公知の磁気抵抗機の効率に変化が生じる可能性があることを想定することができる。その上、公知の磁気抵抗機では、ロータのために使用されるＵ字状の板および中空シリンダの両方が軟磁性材料からなるので、ダイレクトドライブが、比較的重くなり、多くの用途選択に対して、例えば直接的には車両のホイールに対して不適切になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明の目的は、横方向の磁束原理に基づくダイレクトドライブであって、このダイレクトドライブが、高いトルクを提供し、それと同時に、できるだけ重量を軽くし、高い信頼性を提供することを可能にし、ダイレクトドライブの効果ができるだけ一定であり、このダイレクトドライブが、磁気抵抗原理においてだけでなく、永久磁石励磁される同期機としても動作することができ、さらに高い出力密度を実現するダイレクトドライブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、上記の一般的なタイプの横方向磁束モータであって、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部がステータの軸方向の向きに平行に位置合わせされ、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部の自由端が、互いに離間したポールを有し、ロータが、回転可能なモータケージまたはモータケースに接続され、ステータが、固定された支持部にまたは固定されたシャフトに接続される横方向磁束モータによって実現される。この場合、モータケージは、外部回転要素または外部で回転する構成要素、例えばローラまたはリムであり、これによってロータが回転する。最終的に、これにより、内部が固定されかつモータの外部、すなわちモータケージが回転する外部ロータモータが得られる。
【０００９】
したがって、本発明による解決策では、少なくとも１つのステータが少なくとも１つのロータに平行に位置合わせされ、ステータの一方の端面がロータの一方の端面に直接対向する。これにより、ステータとロータとの間で、簡単な技術設備を使用して、非常に正確な空隙を設定することが可能になり、このようにして、高い効率と、連続的に一定である横方向磁束モータの効果とを得ることが可能になる。ステータとロータとの間でこのように実現することができる有利な対称性により、構造の重量を増やす必要なしに、ノイズの発生をほぼ最小にすることができる。さらに、磁気作動ウェブのステータにある磁気作動要素の環状構造によって、多数のポールをロータに形成することができ、このようにして、特定の高いトルクを得ることが可能になる。
【００１０】
あることを除いては構造が同一である本発明の好ましい一改良形態では、ロータの歯が軟磁性材料（磁気抵抗機）からまたは永久磁石（永久磁石励磁される同期機）からなる。したがって、外部ロータモータの形態である本発明によるモータは、内部ローラ駆動部またはホイール駆動部として使用するのに最適な前提条件を提供する。
【００１１】
ロータウェブが永久磁石材料からなり、したがって、本発明が、永久磁石励磁される同期機として動作されることを可能にすることが特に有利である。磁気抵抗モータの場合、回転運動は、電磁的に発生した引張力によってのみ生じるが、永久磁石励磁される同期機の場合には、引張力および押圧力が用いられ、この結果、より高い出力密度が得られる。さらに、本発明による永久磁石励磁される同期機の場合、連続的な回転運動を得るには、２つの位相で十分である。
【００１２】
本発明の有利な一実施形態では、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部は、ステータの半径方向の向きにある距離で離間し、この距離はロータのウェブの半径方向延長部の長さにほぼ一致する。したがって、適切な方法でステータおよびロータのポールを互いに一致するように形成して、ロータの有効な回転を可能にすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい一実施例では、ステータは、３つ、４つまたはそれより多くの磁気作動要素を有し、これらの磁気作動要素は、ステータに均一に配置され、互いに均一に離間しており、そしてリングまたはリングセグメントの形態である。多数の磁気作動ポールの各々は、リングセグメントで組み合わせることができ、１つ以上の巻回部を共に備えることができ、このようにして、電流が同時に複数のポールを介して流れ、異なる位相を生成することを可能にする。このことは、複数の位相をリング毎に配置するか、さもなければ１つのみの位相をリング毎に配置することが可能であることを意味する。
【００１４】
この場合、電流が、互いに対して位相シフトを有するリングまたはリングセグメントを介して流れることができると特に有利である。これにより、電流が３つ、４つまたはそれより多くのリングセグメントを介して連続的に、対をなして、またはある他の適切な順序または群で流れて、ロータを回転させることが可能になる。
【００１５】
本発明の特に有利な一実施形態の変形例では、ポールが歯状であり、リングセグメントの一方の垂直プロファイル側部の各ポールが、ステータの半径方向の向きにおいて、リングセグメントの他方の垂直プロファイル側部の１つのポールの反対側にある。したがって、別々のＵ字状のプロフィルは、反対側にそれぞれ配置されるポールによって形成され、このＵ字状のプロファイルは、ロータを適切な方法で駆動するために、ロータの一方のウェブの反対側に配置されて、それと一致するように形成することができる。
【００１６】
本発明の好ましい一実施例では、横方向磁束モータがサンドウィッチ状に構成され、ロータの端面の各々が、ステータ端面からロータの方向に軸方向に突出するリングセグメントを有するステータ端面の反対側になるように、ロータが第１のステータと第２のステータとの間に配置される。サンドウィッチ状の構造は、電流が２つのステータを介して同様に流れるとき、軸方向に対称なおよび半径方向に対称な負荷がこのような構造でバランスされるので、力の均等化が行われるという利点を提供する。したがって、これにより、本発明による横方向磁束モータがより滑らかに動作することが可能になる。
【００１７】
４つの同一のリングセグメントの各々が第１のステータにおよび第２のステータに設けられ、リングセグメントの各々が反対側になるように、ステータが配置され、この場合、電流がそれぞれ反対側のリングセグメントを介して流れるように、電流が、１８０°の位相シフトを有するリングセグメントを介して流れることができると特に有利である。これにより、本発明による横方向磁束モータのステータとロータとの間における、軸方向および半径方向に対称な力の適切な均等化が、接続の観点から簡単に可能になる。このような構造では、４つのリングセグメントが位相毎に１つのロータディスクまたは１つのロータリングに作用する。それに応じて、同じ数のポールが構造の両面に存在することにより、２倍の数のポールがロータに作用し、このようにして、より大きな磁束、したがって、より大きなトルクが得られる。
【００１８】
本発明のさらに好ましい実施形態の変形例では、横方向磁束モータは、積層されたサンドウィッチ状の複数のステータ・ロータ・ステータ構造を有する。この実施形態は、特に大きなトルクを得ることを可能にする。さらに、この実施形態の変形例は、電流が、積層されたサンドウィッチ構造の積層レベルを介して別々に流れることを可能にし、このようにして、電流が適切な連続形態で個々の積層レベルを介して流れる場合に、本発明による横方向磁束モータが、特に高い効率を得ることを可能にする。比例した性能が向上するにもかかわらず、複数の積層レベルまでの延長部により、トルクを正比例して増大させるだけでなく、位置決め能力を向上させ、より滑らかな動作を実現し、そして最大電流を低減することも可能になる。
【００１９】
本発明の有利な一発展形態では、ステータは、非磁性材料からなる支持部を有し、リングセグメントは軟磁性材料からなる。これにより、ステータの重量を大幅に低減することが可能になり、したがって、本発明による横方向磁束モータの使用に関する、特に車両分野の駆動構造に関する選択肢が著しく広がる。
【００２０】
本発明の好ましい一変形例によれば、支持部はファイバ複合材料からなる。実施例によれば、ガラスファイバで強化されたファイバ複合材料を使用することができる。これらのような支持材料は、重量が非常に軽く、したがって、本発明による横方向磁束モータのために、より優れた動的応答をもたらすという利点を有する。さらに、これらのような材料により、滑らかなディスクまたはリングを製造することが可能になり、この結果、ドラッグが低減され、本発明による横方向磁束モータがより静かに動作する。ＣＦＣまたはＡＦＣ等のファイバ複合材料は磁気シャントを回避するが、その理由は、運動エネルギーが、位置合わせされた状態と、位置合わせされていない状態との磁束の差の関数であり、これにより、トルクが増大するからである。さらに、ファイバ複合材料をステータ用の支持材料として使用することにより、ステータディスクまたはステータリングの特性、例えば、弾性および／または振動応答に意図的に影響を与えることが可能になる。
【００２１】
その上、リングセグメントの少なくとも１つが複数の個々のセグメントからなることが特に有利であることが見出された。個々のセグメントは、技術的に簡単に製造することができ、次に、ステータで適切に組み立てて、リングセグメントを形成することができる。このことは、本発明による横方向磁束モータの製造に関する技術コストを低減すること、およびリングセグメントを構成する精度を向上させることを可能にする。
【００２２】
本発明の別の好ましい実施形態によれば、ステータは少なくとも１つの内部中空の巻回部を有する。本発明による横方向磁束モータに関するそのコイル機能に加えて、内部中空の巻回部を使用して、横方向磁束モータをその動作中に冷却することができるが、その理由は、冷却液が内部中空の巻回部を通過することができるからである。
【００２３】
本発明の特に好ましい一変形例では、内部中空の巻回部は銅管の形態である。この内部中空の巻回部は、横方向磁束モータの所望の電磁特性を提供するのに、さらには、冷却液を内部中空の銅管に通過させることによって、冷却機構として使用するのに特に非常に適切である。
【００２４】
本発明の有利な例示的な一実施形態では、ステータをＵ字状の支持部に接続することにより、回転軸を中心とする自由な回転が可能になる。
【００２５】
本発明の有利な一発展形態では、ステータ支持部、ステータリングセグメントおよび導線巻回部は、例えば、電気的に非導電性の結合剤を使用する封入工程または積層工程によって、ステータブロックを形成するように組み合わされる。このことは、ステータの機械的堅牢性を向上させ、振動応答を改善し、導線巻回部の最適な固定および絶縁を実現する。その上、これにより、組み立ての労力が低減する。
【００２６】
さらに、本発明の目的は、上記の一般的なタイプの駆動方法であって、ステータの磁気作動要素が少なくとも３つのリングまたはリングセグメントであり、これらのリングまたはリングセグメントを介して電流が別々に流れ、リングセグメントのＵ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部がステータの軸方向の向きに平行に位置合わせされ、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部の自由端が、互いに離間したポールを有し、電流が流れるときに、ロータがポールを中心にステータに対して回転方向に移動される駆動方法によって達成される。
【００２７】
本発明による駆動方法では、ステータをロータの反対側に平坦に配置することができる。このことは、ステータとロータとの間の空隙を非常に小さく設定することができるという利点を有する。さらに、多数のポールをディスク状またはリング状のステータの表面に配置することができ、このようにして、本発明による駆動方法により、高い効率および高いトルクを得ることが可能になる。その上、電流は、ステータに設けられる少なくとも３つのリングまたはリングセグメントを介して簡単に別々に流れることができ、このようにして、本発明による駆動方法に基づく、電気的に接続することができかつ簡単に動作させることができる駆動部が提供される。
【００２８】
本発明の有利な一発展形態では、ロータは、４つのリングセグメントを有する第１のステータと、４つのリングセグメントを有する第２のステータとの間にサンドウィッチ状に配置され、電流は、１８０°の位相シフトを有する第１および第２のステータのリングセグメントを介して流れ、同様に、電流は、ステータの反対側にあるリングセグメントを介して流れる。これにより、適切な力の補償がステータとロータとの間で行われる対称なステータ・ロータ・ステータ構造を提供することが可能になる。このようにして、高い効率を有すると共に非常に滑らかに動作する横方向磁束モータを提供することが可能になる。
【００２９】
本発明の特に有利な一実施形態では、サンドウィッチ状に形成される複数のステータ・ロータ・ステータ構造は積層構造として設けられ、電流は、互いに対して位相シフトを有する積層レベルを介して連続的に流れる。その積層構造により、構造の回路について一連の組み合わせの選択肢が得られる。それに応じて、積層構造の積層レベルの任意のものをそれほど頻繁に切り換えないようにすることが可能であるが、それにもかかわらず、本発明による駆動方法を用いて、積層構造の位相、ポールおよびレベルを組み合わせることにより、高いトルクを実現することが可能である。
【００３０】
ステータがロータの反対側に配置されて、それと関連する構造の場合、電流が、ステータに均一に配置される少なくともリングセグメントの３つのリングのステータを介して連続的に通過すると特に有利である。少なくとも３つのリングまたはリングセグメント、すなわち３つの位相への電流の流れは、少なくとも、本発明による駆動方法を用いる場合における連続的な回転運動を実現するために必要である。
【００３１】
しかしながら、横方向磁束モータにおける半径方向に対称な負荷分布を実現するためには、ステータの位相の、したがって、リングまたはリングセグメントの最小数が３個＋１個であるとさらによい。この構造では、電流が複数の位相を介して同時に流れることも可能であり、このようにして、トルクおよび出力を増大させることが可能になる。
【００３２】
図面を参照して、本発明の有利な実施形態について以下により詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】１つのみのステータおよび１つのロータが設けられる本発明による横方向磁束モータの一実施形態によるステータの、ロータウェブの反対側に配置された磁気作動要素の概略側断面図を示している。
【図２】ロータが２つのステータの間にサンドイッチ状に設けられる本発明による横方向磁束モータの別の実施形態による、２つのステータの２つの磁気作動要素の間に配置されるロータウェブの概略側断面図を示している。
【図３】ステータの間にサンドイッチ状に設けられるロータの積層構造からなる本発明による横方向磁束モータの別の実施形態によるステータおよびロータの構造の概略側断面図を示している。
【図４】本発明による横方向磁束モータのステータの一実施形態の変形例の概略斜視図を示している。
【図５】本発明による横方向磁束モータのロータの一実施形態の変形例の概略斜視図を示している。
【図６】２つのサンドウィッチ積層レベルの積層構造を有する本発明による横方向磁束モータの別の実施形態の変形例の概略斜視図を示している。
【図７】ステータ・ロータ・ステータ・ロータ・ステータのサンドウィッチ構造を有する本発明による横方向磁束モータのさらに他の実施形態の概略側断面図を示している。
【図８】ステータが、個々のセグメントからなるリングセグメントを有する本発明による横方向磁束モータの一実施形態の変形例によるステータの概略斜視図を示している。
【図９】内部中空の巻回部を有する本発明による横方向磁束モータの別の実施形態によるステータの概略斜視図を示している。
【図１０】サンドウィッチ状の４つのステータ・ロータ・ステータ構造を有する横方向磁束モータの実施例を用いて、ステータ要素に対するロータ要素の位置が、４つの主な回転位置における各位相について示されている本発明による駆動方法の一実施形態を概略的に示している。
【図１１】外部ロータモータとしての本発明による横方向磁束モータの概略側断面図および概略断面図を示している。
【図１２】例えば１８０°のステアリング動作を可能にするサスペンションおよび軸受を有する外部ロータモータの一実施形態を概略的に示している。
【図１３】列をなしたロータ・ステータ構造のモジュール構造の選択肢を概略的に示している。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、ステータ２１の磁気作動要素とステータ３１の磁気作動ウェブ３３とによる、本発明による横方向磁束モータ１１の基本原理の概略側断面図を示している。
【００３５】
ステータ２１の磁気作動要素は、リング状にステータ２１に設けられ、Ｕ字状の断面を有する内部プロファイル２５を有する。Ｕ字状の内部プロファイル２５の垂直プロファイル側部２６、２７はステータ２１の軸方向の向きＢに平行に位置合わせされる。垂直プロファイル側部２６、２７を接続する横方向ウェブ６７は、ステータ２１の半径方向の向きＡに位置合わせされる。
【００３６】
図４の実施例で示したように、リングセグメント４１、４２、４３、４４を形成するようにそれぞれ組み合わされたステータ２１の多数の磁気作動要素は、ステータ２１の一方の端面４０に配置される。
【００３７】
さらに図４に示したように、図１のステータ２１のＵ字状の内部プロファイル２５の垂直プロファイル側部２６、２７の自由端２８、２９は、歯状でありかつ互いに離間したポール３０を形成する。
【００３８】
ロータ３１の磁気作動ウェブ３３は、ステータ２１の軸方向の向きＢにおいてステータ２１に対向して設けられる。ステータ２１に対するロータ３１の回転に応じて、ロータウェブ３３は、特定の状態においてのみ、図１に示したようにステータ２１の磁気作動要素に直接対向する。
【００３９】
図５に示したように、多数のウェブ３３は、ロータ３１の端面３４において半径方向の向きＡ’にリング状に配置される。ウェブ３３は、ロータ３１の半径方向延長部において長さＩを有し、この長さは、ステータ２１の半径方向の向きＡにおいて、ステータ２１の磁気作動要素のＵ字状の内部プロファイル２５の垂直プロファイル側部２６、２７の間の距離ｂにほぼ一致する。
【００４０】
ここで、ステータ２１のリングセグメント４１、４２、４３、４４の各々には、少なくとも１つの巻回部５０が設けられる。
【００４１】
ステータ２１の磁気作動要素、およびロータ３１の磁気作動ウェブ３３は軟磁性材料からなる。
【００４２】
ステータポール３０の数はロータウェブ３３の数よりも少ないので、回転することができるようにシャフト６０に取り付けられるロータ３１は、例えば図７に示したように、存在する磁場に応じて、そのウェブ３３の少なくとも１つをステータ２１のポール３０の１つに位置合わせしようとし、その結果、ステータポール３０は、ロータウェブ３３と一致し、したがって、最少の磁気抵抗の方向に位置合わせされる。
【００４３】
回転運動を発生させるために、電流が、ステータ２１の少なくとも３つの位相、すなわち、磁気作動要素からなる少なくとも３つのリングセグメント４１、４２、４３を別々に通過できるようにしなければならない。しかしながら、図４に示したように、４つ以上の位相またはリングセグメント４１、４２、４３、４４を提供することも可能である。
【００４４】
負荷に対して半径方向の対称性を実現することが目的である場合、電流が流れることができる最小数の４つの位相または異なるリングセグメント４１、４２、４３、４４をステータ２１、２２、２３、２４に設けることが推奨される。
【００４５】
図２は、第１のステータ２１の磁気作動要素とロータウェブ３３と第２のステータ２２の磁気作動要素とを示した、本発明による横方向磁束モータ１２の別の実施形態の変形例の基本原理の概略側断面図を示している。ロータウェブ３３は、第１のステータ２１の磁気作動要素と第２のステータ２２の磁気作動要素との間にサンドウィッチ状に設けられる。図４に示したように、ステータ２１、２２は環状であり、ロータ３１は、図５に示したようにリング状であり、２つのステータ２１、２２の間に配置される。この目的のために、ロータリングは、図５に示したように、その上部端面３４においてだけでなく、その下部端面３５においてもロータウェブ３３を有し、これらのロータウェブ３３は、均一な距離で離間し、それぞれの端面３４、３５で半径方向に位置合わせされて配置される。
【００４６】
ステータ２１、２２の磁気作動要素の各々はＵ字状の内部プロファイル２５を有し、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部２６、２７はステータ２１、２２の軸方向の向きＢに平行に位置合わせされ、Ｕ字状の内部プロファイル２５の垂直プロファイル側部２６、２７の自由端２８、２９は、歯状でありかつ互いに離間したポール３０を有する。ステータ２１、２２のリングセグメント４１、４２、４３、４４の各々には、少なくとも１つの巻回部５０が設けられる。典型的には、３つ〜５つの巻回部がステータ２１、２２のリングセグメント４１、４２、４３、４４毎に設けられる。
【００４７】
図２には、丸枠Ｍを用いて、ステータ２１、２２とロータ３１との間における磁場の形成が概略的に示されている。丸枠Ｍによれば、磁束の各々がそれぞれのステータ２１、２２から始まって、ロータ３１に流入し、それぞれのステータ２１、２２に流入して戻る。ロータ３１の両面にあるそれぞれ１つのステータ２１、２２の平行な構成により、ロータ３１に対して軸方向に対称な負荷が得られ、ロータ３１に導入された運動エネルギーが二重になる。
【００４８】
図３は、本発明による横方向磁束モータ１３の別の実施形態の変形例を示している。横方向磁束モータ１３は、図２に示したようなサンドウィッチ状の複数のステータ・ロータ・ステータ構造を備える積層構造を有する。したがって、２つのステータ２１、２２；２１’、２２’；２１”、２２”をそれぞれ備える構造が積層レベル毎に設けられ、それらのステータの間にはそれぞれのロータ３１、３１’、３１”が配置される。この場合、ステータ２１、２２；２１’、２２’；２１”、２２”の一方の端面４０の各々は、ロータ３１、３１’、３１”の一方の端面３４または３５の反対側にある。さらに、Ｕ字状の内部プロファイルの垂直プロファイル側部２６、２７が、ステータ２１、２２；２１’、２２’；２１”、２２”の軸方向の向きＢに平行に、およびロータ３１、３１’、３１”の方向に軸方向に位置合わせされるように、ステータ２１、２２；２１’、２２’；２１”、２２”の磁気作動要素がＵ字状の内部プロファイル２５を有する。ロータ３１、３１’、３１”の両面に配置されるステータ２１、２２；２１’、２２’；２１”、２２”は、Ｕ字状の内部プロファイル２５の自由端２８、２９にポール３０を有し、このポール３０は歯状であり、互いに離間している。
【００４９】
ステータディスクおよびロータディスクの積層されたサンドウィッチ構造のこの形態の構成により、電流が積層レベルを介して連続的に流れるように、電流が横方向磁束モータ１３を介して流れることが可能になる。このことは、比例した性能が向上するにもかかわらず、トルクの増大、位置決め能力の向上、より滑らかな動作および最大電流の低減を実現することを可能にする。電流が横方向磁束モータ１３を介して適切に流れる１つの可能な方法については、図１０でより詳細に説明する。
【００５０】
図４は、磁気作動要素が４つのリングセグメント４１、４２、４３、４４の形態で設けられるステータ２１を概略的に示している。リングセグメント４１、４２、４３、４４は、ポールが間に設けられない中間空間を有するステータ２１の一方の端面４０に配置され、図１〜図３に示したように、リングセグメントの各々は、それらの断面にＵ字状の内部プロファイル２５を有する。歯状のポール３０の各々は、Ｕ字状の内部プロファイル２５の垂直プロファイル側部２６、２７の自由端２８、２９に設けられる。
【００５１】
図４に示したように、４つのリングセグメントがステータ２１に配置される場合、電流は、原則として、これらのリングセグメントの各々を介して別々に流れることができる。しかしながら、電流が、１８０°の位相シフトを有するリングセグメント４１、４２、４３、４４を介して流れ、このようにして、２つの位相を形成し、同じ電流がそれぞれ反対側のリングセグメント４１、４３および４２、４４を介して流れることが特に有利である。これにより、ロータ３１に対して半径方向に対称な負荷を得ることが可能になる。
【００５２】
図５は、環状ロータ３１を概略的に示しており、その環状ロータの端面３４には、互いに同じ距離で離間してロータ３１の半径方向延長部Ａ’に延びる多数のロータウェブ３３が設けられる。図１に示したような構造が使用される場合、ロータウェブ３３はロータ３１の一方のみの端面３４に配置される。図２および図３に示したような横方向磁束モータ１２、１３の場合、ロータウェブ３３が、ロータ３１の上部端面および下部端面の両方に半径方向に対称に配置される。
【００５３】
図６は、図２および図３に断面形態で示したようなサンドウィッチ状の２つのステータ・ロータ・ステータ構造の積層構造を概略的に示している。図６に示したように、２つのステータ２１、２２；２１’、２２’および１つのロータ３１、３１’の各々が各サンドウィッチ構造に互いに平行に設けられる。
【００５４】
図７は、サンドウィッチ状のステータ・ロータ・ステータ・ロータ・ステータ構造の概略側断面図を示している。この場合、力をロータ３１、３２からシャフト６０に伝達し、このようにして駆動を保証することができる。
【００５５】
図８は、本発明による横方向磁束モータ１３の別の実施形態によるステータ２４を概略的に示しており、ステータ２４は、個々のセグメント４５からなるリングセグメント４１’、４２’、４３’、４４’を有する。個々のセグメント４５は、上記実施形態のリングセグメント４１、４２、４３、４４よりも技術的に容易に製造することができ、この場合、まさに、個々のセグメント４５を適切に組み立てて、それぞれのリングセグメント４１’、４２’、４３’、４４’を形成しなければならない。したがって、例えば、リングセグメント４１、４２、４３、４４、またはリングセグメント４１’、４２’、４３’、４４’の個々のセグメント４５を単に軟磁性材料から形成することが可能であり、一方、リングセグメント４１、４２、４３、４４および４１’、４２’、４３’、４４’が設けられる支持部２０は、異なる材料からなることが可能である。
【００５６】
実施例によれば、支持部２０は、軽くて丈夫であると特徴付けられるガラスファイバで強化されたファイバ複合材料から形成することが可能であり、さらにその一方で、平滑面を設けることもできる。したがって、これにより、ステータ２４は優れた耐久性を有しつつ重量が軽くなり、そして表面が滑らかであることにより、ステータ２４で生じるノイズはほとんどなくなる。
【００５７】
図９は、本発明による横方向磁束モータの別の実施形態によるステータ２１を概略的に示しており、ここで、少なくとも１つの内部中空の巻回部５０が、個々のリングセグメント４１、４２、４３、４４用の巻回部として、リングセグメント４１、４２、４３、４４毎に使用されている。実施例によれば、内部中空の巻回部５０は銅管によって形成され得る。
【００５８】
冷却液は、内部中空の巻回部５０を通過することができ、したがって、本発明による横方向磁束モータをその動作中に冷却することを可能にする。
【００５９】
図１０は、例えば図３に概略的に示したような横方向磁束モータ１３のための本発明による駆動方法の一実施形態を概略的に示している。
【００６０】
この目的のために、図１０は、４つの位相と２つの群とを有するモータの実施例を用いて、４つの主な回転位置の各々の各位相に関する、ステータ要素２１、２２、２３、２４に対するロータウェブ３３の位置を概略的に示している。
【００６１】
図１１は、外部ロータモータの形態の本発明による横方向磁束モータの構造を概略的に示している。この場合、ステータ要素２０３は、ステータ支持部２０５に配置され、適切な接続要素２０７によって支持部またはシャフト２０４にしっかりと接続される。この場合、導線巻回部２０６用の接続部はシャフト２０４を介して簡単に外部に通過することが可能である。ロータ２０２は、外部領域に、例えばフランジ接続部の孔２１２を介して、回転モータケージ２０１またはモータケース、またはある他の適切な外部で回転する構成要素、例えばローラまたはリムに接続される。この場合、軸受２１１は、その過程において回転軸線２１３を中心とする意図的な回転を妨げることなく、ロータ２０２およびステータ２０３、２０５の軸方向位置および半径方向位置を互いに対して定める。
【００６２】
図１２は、サスペンションおよび軸受用の装置を有する本発明による横方向磁束モータの一実施形態の変形例を示している。Ｕ字状の支持部２１５は、モータ全体が軸受２１６の回転軸線２１４を中心に移動することを可能にする。例えば、ホイールハブ駆動部として使用される場合、これにより、ステアリング角を１８０°変化させることが可能になる。
【００６３】
図１３は、複数の積層レベルからなる変形例の断面図の形態で、本発明による横方向磁束モータの実施形態を示している。
【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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