(57)【要約】【課題】電気機器内に表面実装される磁石を取り付けるための、より信頼性の高い手段を提供すること。【解決手段】磁束を発生する少なくとも１つの永久磁石を電気機器の表面に保持するための装置において、前記表面から凹状となっており、表面の一端から延びる少なくとも１つのスロットと、前記表面を越えて延び、少なくとも１つの磁石に係合する突起を有する、少なくとも１つの関連するスロット内に挿入された少なくとも１つのグリップバーとを備え、前記少なくとも１つのスロットおよび前記少なくとも１つのグリップバーは、前記関連する少なくとも１つのスロット内に前記少なくとも１つのグリップバーを係止し、前記少なくとも１つの係合磁石を前記表面に保持するような形状となっている装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁束を発生する少なくとも１つの永久磁石を電気機器の表面に保持するための装置において、
ａ）前記表面から凹状となっており、表面の一端から延びる少なくとも１つのスロットと、
ｂ）前記表面を越えて延び、少なくとも１つの磁石に係合する突起を有する、少なくとも１つの関連するスロット内に挿入された少なくとも１つのグリップバーとを備え、前記少なくとも１つのスロットおよび前記少なくとも１つのグリップバーは、前記関連する少なくとも１つのスロット内に前記少なくとも１つのグリップバーを係止し、前記少なくとも１つの係合磁石を前記表面に保持するような形状となっている装置。
【請求項２】
加熱され、膨張している間、前記少なくとも１つのグリップバーは、前記関連する少なくとも１つのスロット内に挿入され、冷却され、収縮している際に、前記少なくとも１つのグリップバーは、前記関連する少なくとも１つのスロット内に保持され、前記少なくとも１つの磁石に係合する、請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの磁石と前記表面との間に塗布され、更に前記少なくとも１つの磁石を前記表面に保持する接着剤を更に備える、請求項１記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つのグリップバーは、磁石の前記磁束と干渉しないように、非磁性材料から形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項５】
前記グリップバーの突起は、Ｉ字ビーム形状となっている、請求項１記載の装置。
【請求項６】
前記磁石は、前記グリップバーの突起と係合するような形状の段部を有する、請求項１記載の装置。
【請求項７】
前記グリップバー突起は、バチ形状となっている、請求項１記載の装置。
【請求項８】
前記磁石は、前記グリップバー突起と係合するような傾斜のついた側面を有する形状となっている、請求項７記載の装置。
【請求項９】
前記グリップバーを囲む容積部からの熱除去路を構成する、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
前記容積部は、冷却空気を伝えるよう通気されており、前記熱除去路では、回転グリップバーにより空気の移動が生じている、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
ａ）中心軸線を有するロータおよびこれを囲むステータと、
ｂ）磁束を発生する少なくとも１つの永久磁石と、
ｃ）前記軸線から最も遠いロータ表面と、前記軸線に最も近いステータ表面から成る群から選択された表面と、
ｄ）ｉ）前記表面から凹状となっており、一端から前記表面まで延びるスロットおよび、
ｉｉ）前記スロット内に挿入され、前記表面を越えて延び、前記少なくとも１つの磁石に係合するグリップバーとを備えた、前記少なくとも１つの磁石を前記表面に保持するための少なくとも１つのグリップ装置とを備え、
前記グリップバーおよびスロットは、前記グリップバーを前記ステータ内に係止すると共に、前記係合された少なくとも１つの磁石を前記表面内に保持するような形状とされている、電気機器。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの磁石と、前記表面との間に塗布され、更に前記少なくとも１つの磁石を前記表面に保持する接着剤を更に備えた、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのグリップバーは、磁石の前記磁束と干渉しないように、非磁性材料から形成されている、請求項１記載の装置。
【請求項１４】
前記グリップバーの突起は、Ｉ字ビーム形状となっている、請求項１１記載の装置。
【請求項１５】
前記磁石は、前記グリップバーの突起と係合するような形状の段部を有する、請求項１１記載の装置。
【請求項１６】
前記グリップバー突起は、バチ形状となっている、請求項１１記載の装置。
【請求項１７】
前記磁石は、前記グリップバー突起と係合するような傾斜のついた側面を有する形状となっている、請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
前記グリップバーを囲む容積部からの熱除去路を構成する、請求項１１記載の装置。
【請求項１９】
前記容積部は冷却空気を伝えるよう通気されており、前記熱除去路では、回転グリップバーにより空気の移動が生じている、請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
少なくとも１つの永久磁石を電気機器の表面に保持するための方法において、
ａ）前記表面から凹状となっており、前記表面の一端からスタートするスロットを形成するステップと、
ｂ）グリップバーが前記表面を越えて突出し、前記少なくとも１つの磁石に係合し、この磁石を前記表面に保持する間、前記グリップバーを前記スロット内に係止するように選択されたスロット内に、グリップバーの形状により嵌合するような形状とされたグリップバーを形成するステップと、
ｃ）前記少なくとも１つの磁石に係合する間、前記スロット内に前記グリップバーを挿入するステップとを備えた、少なくとも１つの永久磁石を保持する方法。
【請求項２１】
前記スロットが高温で膨張している間、前記グリップバーを前記スロット内に挿入し、前記スロットが冷却され、収縮されている間、前記スロットは前記表面に対して前記少なくとも１つの磁石を保持する、請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記表面が回転し、冷却空気を通過させるように中心部が通気されており、前記グリップバーは、前記空気を除き、冷却を高めるためのファンとして作動する、請求項２０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的には永久磁石式電気機器を組み立てるための装置および方法に関し、より詳細には、電気機器のロータ内に磁石を取り付けるための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石は、電磁石よりも、磁界発生のためにこれら永久磁石を使用する電気機器（本明細書ではモータおよび発電機として定義する）を製造するのに適している。一般に、永久磁石は内側ロータ内に取り付けられるが、外側ロータへ取り付けられることもある。発電機では、ロータに取り付けられた磁石の磁界が回転することにより、径方向外側のステータ内に電圧および電流を誘導するようになっている。モータでは、磁石はステータに加えられる電圧および電流に応答し、ロータを回転させる。
【０００３】
永久磁石式電気機器は、電磁石のための巻線を必要としないので、電磁式電気機器よりもコンパクトで、かつ簡単であり、メンテナンスが少なくてすむ。最近の希土類磁石は巻線が発生できるよりも密で強力な磁束源となっており、高磁束を発生し、妥当に高い温度に耐えることができる。この結果得られるコンパクトな電気機器は、サイズ、重量および効率が重要である構造体、例えば高いタワーの頂部に設置される風力発電機のナセル内の発電機、またはスペースが貴重であるモータのような構造体に用途がある。
【０００４】
極が径方向かつ軸方向に向いたロータの表面では、いわゆる表面実装構造となるよう永久磁石が取り付けられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
永久磁石式電気機器に関連する製造上の問題の１つは、ロータに対する磁石の取り付けにある。従来、表面実装磁石はロータ表面に実装磁石を取り付けることによって取り付けられていた。接着剤として、一般にエポキシが使用されるが、磁石から小さい空気ギャップしか分離されていないステータの強磁性材料に磁石が磁力により強力に引き寄せられていることを前提とすれば、このようなエポキシによる接着剤だけでは不適当である。ロータの回転に起因する遠心力が磁石にかかることを前提とすれば、ロータを取り付けることは更に困難であり、このことは正常な作動中でも当てはまり、特に過剰速度となる間ではなおさら深刻である。ロータに磁石を取り付ける場合、非磁性材料（例えばグラスファイバー、カーボンファイバーまたはケブラーテープ）によるバンド締結も使用され、この場合、接合された磁石の円周にテープをきつく巻き、次に熱硬化させる。
【０００６】
電気機器内に表面実装される磁石を取り付けるための、より信頼性の高い手段が求められており、このような手段が本発明の要旨となっている。
【０００７】
従って、本発明の目的は、電気機器のロータの表面に永久磁石をクランプし、ロックするための方法および装置を提供することにある。
【０００８】
電気機器を冷却することは常に過大であり、本発明の目的は、ロータを冷却するための手段を提供することにある。
【０００９】
本発明の原理を例として示す添付図面を参照し、好ましい実施形態の次の説明を読めば、本発明の上記以外の目的および利点がより明らかとなろう。
【００１０】
図を参照し、本発明の好ましい実施形態の次の詳細な説明から、これまでの、およびそれ以外の目的、特徴および利点について良好に理解できよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の次の説明では、詳細な説明の一部を成す添付図面を参照するが、図中、本発明の原理を示す実施形態が説明のために示されており、かつ本発明をどのように実施できるかが示されている。本発明を実施するのに他の実施形態も使用でき、本発明の範囲から逸脱することなく、構造および機能について変更できると理解すべきである。
【００１２】
一般的な磁石の取り付け
図１に示されるように、永久磁石１を取り付ける従来の方法は、接着剤４を使ってロータ３の表面２に磁石を接着するだけであった。ロータ３を回転させるシャフト５も示されている。図２には本発明の要旨である良好な方法が示されており、この方法ではロータのコア１７内にグリップバー１０をロックし、磁石１を係合している。グリップバー１０は、例えばＩビーム形状をした横断面を有し、ロータ３と同じ長さとなっており、下方のＩ部分は、ロータコア１７内に形成された同様な形状の内側スロット１１内にスリップ嵌合されており、このスロット１１からはロータコア１７およびグリップバー１０の他端が２つの隣接する磁石１にオーバーラップし、これら磁石をロータ表面２上に強固に保持している。
【００１３】
磁石１は端にグリップバー設置のために磁石を所定の場所に保持するための組み立てステップとして表面２に接着され、ロータをバンド締結することは不要となっている。
【００１４】
磁石１は、ロータ表面２の形状に一致した単純なカーブした形状となっており、グリップバー１０は単に磁石の外側ラジアル表面１６に重なっているだけである。グリップバー１０は、必ず磁石１よりもステータ１３に接近しており、かつロータ３とステータ１３の間の空気ギャップ１５内にある。
【００１５】
ロータコア１７内へのグリップバー１０の延長部は、周辺磁石１およびコア１７からの熱を外側に移動させるための冷却路１４となっている。
【００１６】
図３に示される別の実施形態では、磁石１の形状は、磁石１よりもステータ１３から離間しているグリップバー１０に重点を置くための段部２０を含む。
【００１７】
図４に示された別の実施形態では、グリップバー１０は、磁石１とスロット１１とが嵌合表面３１を有する二重バチ形状３０のような形状の横断面を有する。
【００１８】
別の実施形態では、グリップバー１０はＩとバチ形状との組み合わせのような形状の横断面を有する。
【００１９】
磁石１を所定場所に接着し、グリップバー１０を加熱し、よって膨張させ、まだ高温になっていないスロット１１に挿入することが好ましい。図５に示されるように、加熱されたグリップバー１０は膨張し、磁石１を保持しないが、冷却バー４１が収縮し、スロット１１の径方向外側表面４２と磁石の最も外側の径方向表面１６との間に密なグリップ部を形成する。
【００２０】
図６に示されるように、表面実装された磁石はラジアル極７１を有し、これら極７１から生じる望ましいラジアル方向の磁束７０を維持するために、通常の磁束路７０と干渉しないように、非磁性グリップバー７２を非磁性材料から製造しなければならない。これら材料として、アルミ、ステンレススチール、カーボンファイバー、ポルトルード（ｐｏｌｔｒｕｄｅｄ）されたグラスファイバーまたはその他の非磁性材料が適当である。
【００２１】
ロータ３は、鋳造された鉄金属であるか、または渦電流を低減する積層部分によって形成される。図７に示されるように、鋳造されたロータ５０に対し、鋳造成形体は、グリップバー１０を埋め込むための内側スロット１１を形成できるようにしている。これとは異なり、スロット１１を機械加工、またはフライス加工してもよい。
【００２２】
図８に示されるように、積層ロータ６０のためにスロット１１の横断面は各積層体６１にパンチング加工されており、積層体６１を共に一体に接着する際に、完全なスロット１１が形成される。
【００２３】
図９に示されるように、通気ギャップ７３を有する通気積層ロータ８０のために、スロット１１の横断面は各積層体６１にパンチング加工されており、積層体６１を一体に接着すると、完全なスロット１１が形成される。積層体内の所定のインターバルで通気ギャップ７３が存在し、このギャップによってシャフトプレナム７４からの空気流が径方向外側に移動できるようになっている。各通気ギャップ７３に隣接する積層体６１は、選択された積層体の間に径方向に取り付けられるセパレータロッド１８によって保持されている。
【００２４】
図１０に示されるように、ロータシャフト５に沿って冷却空気１４が流れ、更にセパレータロッド１８と平行に、シャフトプレナム７４からロータコアを通って径方向外側に流れ、更にグリップバー１０を通過するようになっている。
【００２５】
図１１に更に示されるように、このような構造では、回転グリップバー１０が、磁石を越えて空気ギャップ内まで突出し、ロータを囲む空気（空気ギャップ１５）内で空気１４を移動させ、ロータの冷却を促進するファンとして働く。円周方向に隔置されたグリップバー１０が、空気流全体をブロックするのを防止するために、長手方向に離間する磁石１の間のギャップ内には一般に通気ギャップ７３が位置する。
【００２６】
図１２に示されるように、ロータの内部は、通気ギャップ７３によって通気がなされており、これら通気ギャップ７３は、シャフトプレナム７４からの冷却空気１４をロータコア３を通し、空気ギャップ１５に径方向外側に流す。ステータ１３にも通気ギャップ７３が設けられており、このギャップによって空気流１４がステータ１３およびステータの巻線６から熱を除去するのを助けることができるようになっている。
【００２７】
別の実施形態
以上で、本発明の数個の実施形態について図示し、説明したが、当業者には多数の変形例および別の実施形態を想到できよう。例えばロータではなく、ステータの表面に磁石を取り付け、ステータにグリップバーおよびスロットを設け、ロータをアーマチュアを中心として回転する外側ロータとすることができ、グリップバーはＩ形状およびバチ形状以外の形状、例えばカーブした表面を有するバーベル状とすることができる。特許請求の範囲に記載した本発明の要旨から逸脱することなく、かかる変形例および別の実施形態も想到することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】外側表面に磁石が接着された電気機器のロータを示す。
【図２】ロータ構造体内の軸方向スロット内に取り付けられたＩビーム形状のグリップバーにより、磁石がロータ表面に接着され、所定場所にロックされている電気機器のロータおよびステータの横断面を示し、グリップバーによって得られる熱交換および冷却も示す。
【図３】ロータ構造体内の軸方向スロット内に取り付けられたＩビーム形状のグリップバーにより、磁石がロータ表面に接着され、所定場所にロックされている電気機器のロータおよびステータの部分横断面を示し、グリップバーによって得られる熱交換および冷却も示す。
【図４】ロータ構造体内の軸方向スロット内に取り付けられたＩビーム形状のグリップバーにより、磁石がロータ表面に接着され、所定場所にロックされている電気機器のロータの部分横断面を示し、グリップバーによって得られる熱交換および冷却も示す。
【図５】高温状態で設置され、膨張され、次に冷却され、隣接する磁石をロックするように収縮したときのＩ字形グリップバーと共に、電気機器のロータの部分横断面を示す。
【図６】非磁性グリップバーの使用を示す表面実装された磁石の応用を示す。
【図７】鋳造されたロータまたは機械加工されたロータ内の多数のスロットのうちの１つを示す。
【図８】積層されたロータの積層体にパンチング加工された多数のスロットのアウトラインのうちの１つを示す。
【図９】所定のインターバルで、選択された積層体の間の通気ギャップを有する、積層されたロータの積層体にパンチング加工された多数のスロットのアウトラインのうちの１つを示す。
【図１０】通気ギャップにおける通気されたロータの部分横断面を示す。
【図１１】中心プレナムから冷却空気を引き寄せる通気口を備え、永久磁石の円形列の間に通気ギャップを有するグリップバーにより保持された、永久磁石の２つの円形列と共に、通気されたロータを示す。
【図１２】所定インターバルにある通気ギャップを有する通気ロータおよびステータを示す。
【符号の説明】
【００２９】
１    永久磁石
２    表面
３    ロータ
４    接着剤
５    シャフト
１０    グリップバー
１１    スロット
１３    ステータ
１６    表面
１７    ロータコア
１８    分離ロッド
２０    ステップ部
３０    バチ形状
３１    嵌合表面
４０    加熱されたグリップバー
４１    冷却グリップバー
４２    外側ラジアル表面
５０    鋳造ロータ
６０    積層されたロータ
６１    積層体
７０    磁束
７１    極
７２    グリップバー
７３    通気ギャップ
７４    シャフトプレナム
８０    積層されたロータ
【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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【国際調査報告】
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