(57)【要約】  本発明は、薄片（１）を有する少なくとも１つの成層鉄心（６）を有する磁気帰路（５）を備えた電気機械に用いられるロータ（１３）であって、薄片（１）が、基体（２）と、該基体（２）にワンピースに一体に組み込まれた少なくとも２つの位置固定エレメント（４）とを有している形式のものに関する。当該ロータ（１３）には、少なくとも１つの永久磁石（７）が設けられており、該永久磁石（７）が、当該ロータ（１３）の１つまたは複数の薄片（１）に設けられた２つの位置固定エレメント（４）の間に位置固定されている。該位置固定エレメント（４）は薄片（１）の基体（２）よりも小さな透磁率を有している。さらに本発明は、このようなロータ（１３）を製造するための方法にも関する。本発明による方法では、第１のステップにおいて位置固定エレメント（４）が約１の透磁率を有するようになるまで前記位置固定エレメント（４）のうちの少なくとも１つの位置固定エレメントが熱処理される。ただしこの場合、薄片（１）の基体（２）の透磁率は変えられない。第２のステップにおいて、薄片（１）が冷却される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄片（１）を有する少なくとも１つの成層鉄心（６）を有する磁気帰路を備えた電気機械に用いられるロータにおいて、薄片（１）が、基体（２）と、該基体（２）にワンピースに一体に組み込まれた少なくとも２つの位置固定エレメント（４）とを有しており、少なくとも１つの永久磁石（７）が設けられており、該永久磁石（７）が、当該ロータ（１３）の１つまたは複数の薄片（１）に設けられた２つの位置固定エレメント（４）の間に位置固定されており、該位置固定エレメント（４）が、薄片（１）の基体（２）よりも小さな透磁率を有していることを特徴とする、電気機械に用いられるロータ。
【請求項２】
薄片（１）が、２状態材料、有利にはＹＥＰ−ＦＡ１材料から成っている、請求項１記載のロータ。
【請求項３】
薄片（１）の材料が、鉄、クロムおよび炭素、特にクロム１７．５容量％および炭素０．５容量％を有している、請求項２記載のロータ。
【請求項４】
薄片（１）が、５００よりも大きな透磁率を有しており、有利には透磁率が９００の範囲にある、請求項１から３までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項５】
薄片（１）に設けられた位置固定エレメント（４）が、該位置固定エレメント（４）の透磁率を減少させるために熱処理されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項６】
位置固定エレメント（４）の透磁率が、１．０１よりも小さいか、または１．０１に等しい、請求項１から５までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項７】
位置固定エレメント（４）の透磁率が、空気の透磁率に相当している、請求項１から６までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項８】
当該ロータ（１３）の周面に永久磁石が配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載のロータ（１３）を備えた電気機械。
【請求項１０】
基体（２）と、該基体（２）に一体に組み込まれた複数の位置固定エレメント（４）とを備えた複数の薄片（１）を有していて、該薄片（１）が２状態材料から成っているロータを製造するための方法において、以下のステップ：
位置固定エレメント（４）が約１の透磁率を有するようになるまで、ただし薄片（１）の基体（２）の透磁率は変わらないままとなるように前記位置固定エレメント（４）のうちの少なくとも１つの位置固定エレメントを熱処理し、
薄片（１）を冷却する
を実施することを特徴とする、ロータを製造するための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景技術
本発明は、電気機械、特にモータに用いられるロータであって、磁気帰路が設けられており、該磁気帰路が、複数の薄片を有する少なくとも１つの成層鉄心を有している形式のものに関する。さらに本発明は、ロータを製造するための方法に関する。
【０００２】
磁気帰路を備えたロータは公知先行技術においてブラシレスの直流モータにおいて使用される。ブラシレスの直流モータは、しばしば別個の表面磁石を有しており、これらの表面磁石は導磁性の磁気帰路に被着されている。直流モータの大部分では、磁石が磁気帰路の外面に接着されている。この場合、種々異なる磁石形状、たとえばシェル、直方体または「ブレッドローフ（パン塊；Brotlaibe）」とも呼ばれるＤ字形の磁石形状が使用される。
【０００３】
直流モータの磁気帰路は鋼からワンピースに一体形成されているか、または重なり合って位置する複数の積層金属薄板を有する成層鉄心から成っている。
【０００４】
磁気帰路において磁石を位置調整するためには、たとえばプラスチックから成る補助アダプタが装着され、これによって接着剤の硬化中に磁石が位置決めされる。硬化過程の終了後に、この補助アダプタは取り除かれる。別の実施態様では、ロータの磁気帰路に複数の位置固定エレメントが組み込まれ、これらの位置固定エレメントの間に磁石が嵌め込まれるか、または締付け固定される。これによって、磁石の改善された位置決めが得られる。しかし、これらの位置固定エレメントはその場合同じく導電性の鋼から成っているので、ロータには永久磁石の磁束を短絡させる磁束が形成される。これにより、全磁束が減じられ、電気機械のトルク、特に直流モータのトルクが減じられる。
【０００５】
発明の利点
請求項１の特徴部に記載の特徴を有する、磁気帰路を備えた電気機械に用いられる本発明によるロータ、すなわち薄片が、本体もしくは基体と、該本体もしくは基体にワンピースに一体に組み込まれた少なくとも２つの位置固定エレメントとを有しており、少なくとも１つの永久磁石が設けられており、該永久磁石が、当該ロータの１つまたは複数の薄片に設けられた２つの位置固定エレメントの間に位置固定されており、該位置固定エレメントが、薄片の本体もしくは基体よりも小さな透磁率を有していることを特徴とする、電気機械に用いられるロータには、次のような利点がある。すなわち、磁気帰路の薄板の基体に一体に組み込まれた位置固定エレメントが極めて小さな透磁率を有している。２つの隣接した位置固定エレメントの間には、それぞれ１つの永久磁石が設けられており、この永久磁石は１つまたは複数の薄片に設けられた位置固定エレメントによって保持されている。位置固定エレメントは薄片の本体もしくは基体よりも小さな透磁率を有している。これにより、位置固定エレメントにおいて２つの隣接した永久磁石の間の短絡・漂遊磁束流路（Kurzschluss-Streuflusspfad）が形成されることが阻止される。位置固定エレメントには、磁束が形成され得ない。これにより、ロータにおける利用可能な全磁束が増大され、電気機械のトルクが高められる。
【０００６】
請求項２以下には、本発明の有利な改良形が記載されている。
【０００７】
薄片が、磁性状態（強磁性状態）と非磁性状態（弱磁性状態）との２つの状態を実現することのできる「２状態材料（Zwei-Zustaende-Material）」から形成されていると有利である。この場合、ＹＥＰ−ＦＡ１材料が使用されると有利である。この材料は、互いに異なる透磁率を有する範囲を実現することを可能にする。このことは、薄片が基体と、該基体にワンピースに一体に組み込まれた位置固定エレメントとから成っているという理由で必要となる。すなわち、薄片は単一の材料を有している。したがって、この材料は互いに異なる状態をとることができなければならない。
【０００８】
薄片の材料が、成分として鉄、クロムおよび炭素を有していると特に有利である。特に、クロム１７．５容量％および炭素０．５容量％が鉄と組み合わされて使用される。このような材料は特に適当である。なぜならば、このような材料は磁性状態において高い相対透磁率をとるからである。薄片が、５００よりも大きな透磁率、有利には約９００の透磁率を有していると有利である。
【０００９】
薄片の有利な材料は磁性状態において以下の磁気特性を有している。磁束密度が、５ｋＡ／ｍの磁界強さにおいて１．２８テスラ（Ｔ）である。保磁力は約５００Ａ／ｍである。この２状態材料の磁気特性には、磁性状態（強磁性状態）において７７０ＭＰａの引張強さ、６４０ＭＰａの延伸応力（耐力）および２００Ｈｖの硬度が所属している。伸びは１５％である。非磁性状態（弱磁性状態）では、機械的な特性が約９３０ＭＰａの引張強さ、３５０ＭＰａの延伸応力（耐力）に変化する。硬度は２２０Ｈｖのままとなる。伸びは４０％にまで増大する。
【００１０】
特に有利な実施態様では、薄片に設けられた位置固定エレメントが熱処理されている。これにより、該位置固定エレメントの透磁率は減じられる。材料もしくは薄片の局所的な熱処理により、加熱された個所において薄片の高い透磁率が著しく減少することがもたらされる。薄片の位置固定エレメントの熱処理は、各薄片に対して順次に行われ得る。この場合、一方の薄片に設けられた位置固定エレメントは他方の薄片の後で加熱される。また、１つの薄片に設けられた全てまたは複数の位置固定エレメントを同時に加熱することも可能である。もちろん、製作技術的には複数の薄片を同時に加熱することもできるので、位置固定エレメントの「消磁」のプロセスを促進することができる。次いで、１つの薄片の全ての位置固定エレメントが熱処理された後に薄片の冷却が行われ得るか、または個々の位置固定エレメントの熱処理の直後に該位置固定エレメントの冷却が行われる。
【００１１】
位置固定エレメントが、１．０１よりも小さいか、または１．０１に等しい透磁率を有していると有利である。これによって、位置固定エレメントの透磁率が、空気の透磁率に相当していると有利である。すなわち、熱処理によって、２状態材料に、透磁率が１．０１よりも小さいか、または１．０１に等しい範囲を提供することが可能となり、この場合、別の範囲は９００の範囲の相対透磁率を有している。
【００１２】
さらに別の有利な実施態様では、当該ロータの周面に複数の永久磁石が配置されるようにロータが形成される。永久磁石は２つの隣接した位置固定エレメントの間に保持される。この場合、薄片は、ほぼ方形の横断面または正方形の横断面を有していると有利である。外面には磁石が配置されている。コーナ部（角隅部）には位置固定エレメントが一体に組み込まれている。こうして永久磁石の適当な選択、たとえばＤ字形の永久磁石の選択により、横断面がほぼ円形であるロータを形成することができる。
【００１３】
本発明の別の有利な実施態様では、薄片を有する少なくとも１つの成層鉄心を有する磁気帰路を備えた本発明によるロータを備えた電気機械が形成される。このような電気機械、特にモータには、磁気帰路の周面に配置された永久磁石が、薄片の一体に組み込まれた位置固定エレメントの間に締付け固定されかつ固持されているという利点がある。２つの隣接した永久磁石の間では薄片の、永久磁石によって取り囲まれた位置固定エレメントを通って磁束が流れないので、電気機械のロータの利用可能な全磁束は大きくなり、これにより電気機械のトルクは改善されている。その理由は、非磁性の位置固定エレメントであり、これらの非磁性の位置固定エレメントの間に永久磁石が配置されている。
【００１４】
本発明によれば、請求項１０の特徴部に記載の特徴を有する、基体と、該基体に一体に組み込まれた複数の位置固定エレメントとを備えた複数の薄片を有するロータを製造するための方法には、位置固定エレメントの透磁率が空気の透磁率に相当するようになるまで位置固定エレメントの透磁率が熱処理によって減じられるという利点がある。これによって、位置固定エレメントは非磁性となる。これによって位置固定エレメントは、隣接し合う永久磁石の間に形成されている磁束に対して影響を与えなくなる。このためには、本発明による方法によれば、２状態材料が使用され、この２状態材料から薄片が成っている。
【００１５】
第１のステップにおいて、薄片の複数の位置固定エレメントのうちの少なくとも１つの位置固定エレメントが熱処理される。この熱処理は空間的に制限されて行われる。薄片の基体は熱処理されない。位置固定エレメントの熱処理のためには、公知の方法を使用することができる。すなわち、位置固定エレメントを炉内に持ち込み、外部の熱放射線によって負荷するか、またはその他の公知の手段で加熱することができる。加熱は局所的にしか行われないので、位置固定エレメントの透磁率だけが変化する。位置固定エレメントは、該位置固定エレメントが約１の透磁率を有するようになるまで加熱される。この場合、透磁率が１．０１よりも小さいか、または１．０１に等しくなることが確保されなければならない。これにより、位置固定エレメントの透磁率は空気の透磁率に相当する。基体の透磁率は局所的な熱処理時に変化されない。これによって基体自体は高い透磁率を有している。引き続き、薄片もしくは位置固定エレメントは冷却される。
【００１６】
図面
以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１７】
図１は、電気機械に用いられるロータの薄片を示す概略図であり；
図２は、複数の薄片を有する成層鉄心から成るロータを示す斜視図であり；
図３は、位置固定された永久磁石を備えた、図２に示したロータを示す斜視図であり；
図４は、図３に示したロータを備えたモータの断面図であり；
図５は、磁束線を有する、図４に示したロータの一部を示す図である。
【００１８】
実施例の説明
以下に、図１につき、本発明によるロータを備えたモータの構造について説明する。図１には、ほぼ正方形の基体２を備えた薄片１が図示されている。基体２の中央には、孔３が設けられており、この孔３を貫いてモータシャフト（図示しない）が延びている。薄片１は各コーナ部（角隅部）に位置固定エレメント４を有しており、この位置固定エレメント４は薄片１の基体２とワンピースに、つまり一体に結合されている。
【００１９】
位置固定エレメント４は、ばね舌片として形成されている。薄片１は打抜き加工によって１回の作業工程で製作される。薄片１は組み込まれた位置固定エレメント４と共にレーザ切断加工またはその他の公知の製作方法によっても製造され得る。互いに隣接し合うそれぞれ２つの位置固定エレメント４は互いに向かい合わされていて、１つのペアを形成している。図１では、上側の両位置固定エレメント４および下側の両位置固定エレメント４がそれぞれ互いに向かい合わされている。薄片１は、磁性状態（強磁性状態）と非磁性状態（弱磁性状態）との２つの状態を実現することのできる「２状態材料（Zwei-Zustaende-Material）」から成っている。基体２は磁性であって、９００の範囲の透磁率を有している。位置固定エレメント４は熱処理後に非磁性となっている。位置固定エレメント４の透磁率は１の範囲にある。
【００２０】
図２には、２つの成層鉄心６から成るロータ１３の磁気帰路５が示されている。磁気帰路５の成層鉄心６はそれぞれ互いに積層された複数の薄片１から構成されている。この場合、それぞれ６枚の薄片１が１つの部分鉄心１６を形成している。成層鉄心６は複数の部分鉄心１６から組み立てられており、この場合、それぞれ２つの部分鉄心１６が互いに９０゜だけずらされている。９０゜の回転角度により、図２に示した本発明によるロータ１３の形状が形成される。成層鉄心６がそれぞれ互いに９０゜だけ回転させられた複数の部分鉄心１６から形成されていることに基づき、薄片１の、製作に起因したシステマティックな厚さおよび形状公差が補償される。
【００２１】
図３には、磁気帰路５と、薄片１の外面に配置された永久磁石７とを備えた本発明によるロータ１３が図示されている。永久磁石７はＤ字形の横断面を有している。すなわち、永久磁石７は「ブレッドローフ（パン塊）」の形を有している。永久磁石７の基面８は成層鉄心６の外面に接触している。永久磁石７は隣接し合う位置固定エレメント４の間に位置固定されていて、その位置から離脱運動不可能である。付加的に、永久磁石７を接着剤によって成層鉄心６に保持することができる。しかし一般には、ばね舌片として形成された位置固定エレメント４による位置固定で十分となる。
【００２２】
図４には、本発明によるロータ１３を備えたモータ９の横断面図が図示されている。モータ９は６つの磁極片１１を備えたステータ１０を有している。こうして、４極３相のブラシレスモータ９を製造することができる。ロータ１３はステータ１０の中央に配置されている。図４に示した横断面図には、ロータ１３の１枚の薄片１が示されている。この薄片１の中央には、モータ軸１２が導入されている。薄片１の外面には４つの永久磁石７が配置されている。各永久磁石７はそれぞれ２つの位置固定エレメント４によって保持されている。
【００２３】
図５には、図４に示したモータ９の一部が図示されている。この場合、ステータ１０に所属する２つの磁極片１１が示されている。モータ９のロータ１３は、両磁極片１１の間に位置固定エレメント４が位置するように回転させられている。図５に示した平面図には、最上位の薄片１の位置固定エレメント４の他に、その下に位置する部分鉄心１６の最上位の薄片１の位置固定エレメント４の自由端部１４も見えている。部分的に図示されている両永久磁石７は、薄片１の外面に接触している。永久磁石７はそれぞれ２つの位置固定エレメント４の間に保持されている。
【００２４】
図５には、複数の線によってモータ９における磁束が図示されている。位置固定エレメント４は熱処理後に約１の透磁率を有していて、非磁性になっているので、位置固定エレメント４には磁界の磁束線は形成されない。磁束線は第１の磁極片１１から、ロータ１３とステータ１０との間に形成されたロータエアギャップ１５を介して永久磁石７を通って延びている。次いで磁束線はさらに基体２を通って隣接した永久磁石７に延び、そしてロータエアギャップ１５を介して次の磁極片１１にまで延びている。位置固定エレメント４には短絡・漂遊磁束流路は形成されない。モータ９は慣用のモータに比べて高められたトルクを有している。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】電気機械に用いられるロータの薄片を示す概略図である。
【図２】複数の薄片を有する成層鉄心から成るロータを示す斜視図である。
【図３】位置固定された永久磁石を備えた、図２に示したロータを示す斜視図である。
【図４】図３に示したロータを備えたモータの断面図である。
【図５】磁束線を有する、図４に示したロータの一部を示す図である。
【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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【国際調査報告】
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