(57)【要約】  本発明は、回転軸（２１）を中心に回転可能に支承されたロータ（２８）とステータ（２２）とを有する電気機器に関し、該ロータ（２８）は少なくとも１つの永久磁石（２９）を有する。前記ロータ（２８）はロータ本体（１１）に、前記回転軸（２１）に対して平行に交番的に、磁界集束領域（３２）と無磁界領域（３１）とを有する。
2009516997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸（２１）を中心に回転可能に支承されたロータ（２８）とステータ（２２）とを有する電気機器において、
該ロータ（２８）はロータ本体（１１）と少なくとも１つの永久磁石（２９）とを有する電気機器において、
該ロータ本体（１１）は、該回転軸（２１）に対して平行に交番的に、磁界集束領域（３２）と無磁界領域（３１）とを有することを特徴とする、電気機器。
【請求項２】
前記磁界集束領域（３２）は、前記少なくとも１つの永久磁石（２９）とステータ側のロータ周縁部（１５）との間に半径方向に配置されている、請求項１記載の電気機器。
【請求項３】
前記無磁界領域（３１）はエアギャップによって形成されている、請求項１または２記載の電気機器。
【請求項４】
前記磁界集束領域（３２）は薄片板材料によって形成されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項５】
前記ロータ本体（１１）は少なくとも２種類の薄片板（１４，１９）によって構成されており、
該薄片板（１４，１９）は前記回転軸（２１）の方向に相互に積層されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項６】
前記少なくとも２種類の薄片板（１４，１９）は前記回転軸（２１）の方向に交互に、相互に積層されている、請求項５記載の電気機器。
【請求項７】
前記少なくとも２種類のうち１つの種類である第２種類の薄片板（１９）は、第１種類の薄片板（１４）内にあるサイズで設けられている、請求項５または６記載の電気機器。
【請求項８】
永久磁石（２９）が挿入される場合、比較的小さい方の薄片板（１９）は外周縁（２０）で、前記少なくとも１つの永久磁石（２９）に隣接する、請求項１から７までのいずれか１項記載の電気機器。
【請求項９】
電気機器（１０）用のロータにおいて、
回転軸（２１）を中心に回転可能に支承された該ロータのロータ本体（１１）内に、少なくとも１つの永久磁石（２９）が配置されているロータにおいて、
該ロータ本体（１１）内に、該回転軸（２１）に対して平行に交番的に、磁界集束領域（３２）と無磁界領域（３１）とが設けられていることを特徴とする、ロータ。
【請求項１０】
請求項９に記載のロータ（２８）を、ブラシレス同期機またはブラシレス直流機器において使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された電気機器と、請求項７の上位概念に記載されたロータとに関する。
【０００２】
ＷＯ０３／００５５３１Ａ１から、ロータに永久磁石が挿入された電気機器が公知である。ロータ内のこのようないわゆる埋め込み永久磁石は、電気機器の動作に際し、実に数多くの利点を有するが、これらの利点は次のような欠点によって、すなわち、永久磁石間のロータ薄片板のブリッジにおいて磁束が短絡されることによって使用できなくなるという欠点によって狭められてしまう。このような短絡された磁束は、ロータとステータとの間のエアギャップを乗り越えることができず、ステータ巻線に入力結合されないので、トルクの生成に寄与できない。このことは、極あたりのエアギャップ磁束の低減に繋がり、電気機器の実現可能なトルクの低減にも繋がる。
【０００３】
発明の利点
ここでは、回転軸を中心として回転可能に支承されたロータとステータとを備えた次のような電気機器、すなわち、該ロータは少なくとも１つの永久磁石を有し、ロータ本体において、該回転軸に沿って交番的に磁界を集束する磁束集束領域と、磁界を有さない無磁界領域とを有する電気機器を提案する。このような構成により、ロータの磁界集束領域において磁束密度が格段に上昇し、短絡によってブリッジで損失される磁束が低減される。このような電気機器の構成において一般的には、磁気回路を次のように構成することが適用される。すなわち、常に開回路において可能である場合、すなわちステータの相巻線の反作用磁界が存在しない場合には約１．６Ｔの磁束密度が実現されることにより、ロータを構成する積層薄片は付加的な反作用磁界によって磁気的に最大限に活用できるように構成しなければならないことが適用される。通常は薄片のために使用される典型的な鋼は、たとえば２．１Ｔの飽和磁束密度を有する。ロータを通常のように構成する場合、本発明では軸方向に交互に配置された磁界集束領域と無磁界領域とを有するロータ領域において、磁界集束領域における交番的な構成によって実現される磁束密度よりも格段に小さい磁束密度が得られる。このことは、通常の構成では薄片板は、磁気的特性の観点から見ると最大限に活用されないことを意味する。このような区域がロータの縁部に存在する場合、この磁気的に利用されない材料は、ロータの質量体に不都合に寄与するだけでなく、ロータ半径の４乗に比例するロータの慣性モーメントの非常に大きな成分を成す。
【０００４】
有利な実施形態では、磁界集束領域および無磁界領域は、少なくとも１つの永久磁石とステータ側のロータ周縁部との間に半径方向に配置される。ロータ本体の磁束集束領域とは、少なくとも１つの埋め込み永久磁石を有する従来のロータ本体に対して著しく高い磁束密度、たとえば７０〜１００％高い磁束密度を有する領域を指す。無磁界領域とは、無磁界またはほぼ無磁界の領域を指す。無磁界領域は有利にはエアギャップによって形成される。このエアギャップでは、たとえば薄片から材料が除去されて、ロータ本体の外側領域に設けられ通常は磁極片を形成する質量体が低減される。それに対し、磁界集束領域は有利には、透磁性材料によって形成され、たとえば薄片板材料から形成される。
【０００５】
ロータ本体は、たとえば薄板片から構成される。有利な実施形態ではロータ本体は、回転軸の方向に相互に積層された少なくとも２種類の交番する薄片板によって形成される。このようにして、それ自体で通常の薄片構造を有利に使用して、磁界集束領域と無磁界領域との交番的な配置を形成することにより、有利なロータを簡単に製造することができる。
【０００６】
有利な実施形態では、１つの種類の薄片板（これ以降は第２種類の薄片板とも称する）の半径方向の寸法が少なくとも部分的に薄片板の他の種類（これ以降は第１種類の薄片板とも称する）より小さいことにより、第２種類の薄片板がサイズで少なくとも部分的に半径方向に、第１種類の薄片板内にある。このことにより、磁界集束領域と無磁界領域とを非常に簡単に変換することができる。有利には、磁界集束領域は薄片板材料によって形成される。無磁界領域は、２つの薄片板間の軸方向に連続するエアギャップによって形成することができる。目的に適った薄片厚さは、最大１ｍｍまでの領域にあり、有利には０．３５ｍｍ〜０．６５ｍｍの領域内にあり、たとえば０．５ｍｍ前後の領域内にある。より厚い薄片は一般的には、ロータに埋め込まれた永久磁石を有するこのような電気機器では、比較的あまり適さない。無磁界領域の軸方向の寸法は、有利には最大１．３ｍｍであり、特に有利には最大１ｍｍである。軸方向のより大きな寸法は、エアギャップが過度に大きくなるために有利ではない。磁界集束領域の軸方向の寸法も、有利には最大１．３ｍｍであり、特に有利には最大１ｍｍである。原則的に、磁界集束領域の軸方向の寸法は任意に選択することができるが、軸方向の寸法が大きくなると、本発明には有利でない。というのも、ロータ質量の低減ひいてはロータ慣性の低減が過度に小さくなってしまうからだ。このような有利な構成により、磁界集束領域における薄片板の磁気的特性は格段に良好に活用されると同時に、ロータの慣性は、薄片材料を設けないことによって、この場所がエアギャップとして無磁界領域を成すことにより、回避される。
【０００７】
有利な実施形態では、比較的小さい薄片板すなわち第２種類の薄片板は外周縁で、永久磁石が挿入されている場合には少なくとも１つの永久磁石に隣接する。このことは、永久磁石が複数の場合には第２種類の薄片板は半径方向に延びて少なくとも１つの永久磁石に隣接することを意味する。永久磁石が複数である場合、第２種類の薄板片を複数の永久磁石に隣接させることができ、有利にはすべての永久磁石に隣接されることができる。このようにして、第２種類の薄片板は少なくとも１つの領域または複数の領域において、第１種類の薄片板より小さい半径方向の寸法を有する。第２種類の薄片板はここでは、規則的な形状、有利には回転対称的な形状を有するか、または不規則な形状を有する。このような幾何的形状により、ロータの質量は低減され、ロータの磁気的特性が最適化される。
【０００８】
ロータ本体は、２種類以上の薄片板から形成することもできる。こうするためには、第２種類の薄片板を異なる薄片板によって形成する。この第２種類の薄片板は有利には、半径方向の寸法が少なくとも部分的に第１種類の薄片板より小さいことを特徴とする。第２種類の薄片板の異なる薄片板は、たとえば異なる半径方向寸法を有するか、または該薄片板の異なる領域で異なる半径方向寸法を有することができる。
【０００９】
有利には、永久磁石はネオジム‐鉄‐ホウ素含有材料（ＮｄＦｅＢ）またはサマリウムコバルト含有材料（ＳｍＣｏ）から形成される。
【００１０】
ここでは電気機器用の次のようなロータ、すなわち、回転軸を中心に回転可能に支承されたロータ本体内に少なくとも１つの永久磁石が配置されており、該ロータ本体内で該回転軸に沿って交番的に磁界集束領域と無磁界領域とが設けられたロータを提案する。
【００１１】
さらに、上記のようなロータをブラシレス同期機またはブラシレス直流機器において使用する方法も提案する。
【００１２】
図面
以下で図面に基づいて示された本発明の実施例に、本発明の別の実施形態、側面および利点が記載されている。これは、請求項に記載の範囲とは無関係であり、一般性を制限することはない。
図面
図１ａ〜１ｃ  ａ：有利な電気機器の平面図と、ｂ：第１種類の薄片と、ｃ：第２種類の薄片とを示す。
【００１３】
図２ａ〜２ｂ  ａ：有利な電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：有利なロータの一部分の斜視図とを示す。
【００１４】
図３ａ〜３ｂ  ａ：第１の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第１の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【００１５】
図４ａ〜４ｂ  ａ：第２の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第２の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【００１６】
図５ａ〜５ｂ  ａ：第３の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第３の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【００１７】
図６ａ〜６ｂ  ａ：第４の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第４の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【００１８】
図７ａ〜７ｄ  ａ：３相および４極を有する磁極列型電気機器（Folgepol-Elektromaschine）の第１種類の薄片の平面図と、ｂ：第２種類の薄片の第１の実施形態と、ｃ：第２種類の薄片の択一的な実施形態と、ｄ：第２種類の薄片の択一的な第２の実施形態とを示す。
【００１９】
図８  ３次元有限要素モデルから得られた、極数に依存するロータ質量、ロータ慣性モーメントおよびエアギャップ磁束の振舞いを示す。
【００２０】
実施例の説明
図１ａ〜１ｃは本発明を、一例としてブラシレス同期機として構成された電気機器１０に基づいて図解する。この電気機器１０は３相および８極と、ステータ２２にここでは示されていないコイル巻線を収容するための１２個のスロット２３とを有し、これに相応してロータ２８には、ロータ本体１１内に、回転軸２１に対して平行な軸方向に延在する永久磁石を収容するための８つの開口１２が設けられている。電気機器１０はインナロータとして構成されており、ロータ２８はステータ２２内部に、回転軸２１を中心として回転可能に支承されている。
【００２１】
図１ａは電気機器１０の平面図である。回転軸２１に対して平行に延在するスロット２３は、通常のステータ歯２４によって分離され、該ステータ歯の歯先は通常のように、スロット２３の中間部でそれぞれ小さなエアギャップ２５によって離隔される。ステータ２２とロータ２８との間に、エアギャップ２６が半径方向に形成されている。
【００２２】
ロータ２８は、ここには示されていないシャフトを収容するための内部開口２７から出発して、内部領域１６において共通の半径上に対称的に分布されて８個の材料切欠部１３を有する。この材料切欠部１３によって、ロータ２８の質量および慣性モーメントが低減される。外壁１５に対して半径方向に離隔されて、台形の断面を有する８つの磁石収容部が配置されており、これらの磁石収容部は、個々の薄片の開口１２によって形成される。ロータ２８のコアは内部領域１６によって形成され、開口１２も含めて半径方向に外側に、ロータ２８の外側領域３０が配置されている。
【００２３】
図１ｂおよび１ｃは、異なる２つの種類の有利な薄片１４，１９を示す。これらは有利には、相互に交番的に積層されて（薄片１４‐薄片１９‐薄片１４‐薄片１９‐薄片１４‐薄片１９‐以下同様）ロータ２８のロータ本体１１を構成する。図１ｂでは、開口１２と外壁１５との間に半径方向に、それぞれ１つの磁極片１７が外部領域３０にある。開口１２の相互間に、ブリッジ１８ａおよびウェブ１８ｂが配置されている。電気機器１０の従来の構成の場合、この領域に磁界線の不所望の短絡が観察され、この短絡は、それぞれ２つの隣接する開口１２、ブリッジ１８ａの直接の縁部領域とその間にある細いウェブ１８ｂとを包含する。典型的には、この短絡は数ｍｍを包囲する。外周縁１５に弧形に形成された磁極片１７と、ブリッジ１８ａとウェブ１８ｂは、有利には可能な限り細くされ、たとえば最も細い場所では、薄片１４の厚さにほぼ相応すると同時に、これらの高さは、磁極片１７の中間部では格段に大きくされる。この高さは幾何的条件によって、たとえば電気機器１０の磁極数に依存する。
【００２４】
このような短絡の作用は有利には、ロータ本体１１の所望の軸方向長さに達するまで、図１ｂの第１種類の薄片１４と図１ｃの第２種類の薄片１９とをそれぞれ１つずつ相互に交番的に積層することで、低減される。第２種類の薄片１９は、第１種類の薄片板１４内に半径方向にサイズを有して設けられ、薄片１９外周縁２０で、開口１２の半径方向に内側のエッジまで突出している。薄片１９は内側領域１６では薄片１４と同様に形成されているが、外部領域３０が欠落している。
【００２５】
図２ａは、図１の電気機器１０の一部分をロータ２８およびステータ２２の縦断面図として示す。同図では、本願で提案されている薄片１４，１９の有利な交番的な構成の効果が明らかに理解できる。これらの図において、同一の要素に対する参照符号は同じにされている。図中の部分では、磁界線３４は回転軸２１に対して垂直に延在し、永久磁石２９とロータ２８とステータ２２とを通る。磁極線３４は水平方向に、ステータ２２の歯先２４を通って、ステータ２２とロータ２８との間のエアギャップ２６を介して、該ロータ２８の外部領域３０まで延在する。この外部領域３０では、異なる種類の薄片１４と１９とが回転軸２１に対して平行に、相互に交番的に積層されている。磁界集束領域３２は磁界線３４を集束し、無磁界領域３１には事実上は、磁界線は通らない。無磁界領域３１はエアギャップとして形成され、薄片１４と対照的に薄片１９の薄片材料が欠けることにより、ロータ２８の外部領域３０に形成される。無磁界領域３１の高さは薄片１９の厚さに相応する。領域３１，３２と、軸方向に相互に重なる開口１２によって形成され永久磁石２９が挿入された磁石収容部との間に、半径方向に小さいエアギャップ３３が形成されている。これはたとえば、開口１２ないしは永久磁石２９の製造公差によって形成される。永久磁石２９には磁界線３４が均質に通り、薄片１９および１４の内部領域１６に侵入する。
【００２６】
図２ｂは、ロータ本体１１に開口１２によって形成された磁石収容部を有するロータ２８の斜視図を示す。ここでは、ロータ２８の外部領域３０に、薄片１４および１９の有利な交番的構成が明瞭に見て取れる。ここでは、薄片１４の磁極片１７は磁界集束領域３２を成し、薄片１９によって離隔されたそれぞれ２つの薄片１４間のエアギャップは、図２ａに相応する無磁界領域３１を形成する。
【００２７】
図３ａ〜３ｂは、薄片１４および１９の択一的な組み合わせを示す。ここでは、第１種類１４の２つの薄片と第２種類１９の２つの薄片とが交番的に配置されている。このような構成はたとえば、最大０．５ｍｍの厚さを有する薄片を使用する場合、たとえば０．３５ｍｍの厚さの薄片を使用する場合に使用される。このような比較的薄い薄片では、たとえば０．３５ｍｍの厚さの代わりに０．７ｍｍの厚さを有する機械的に安定した磁界集束領域３２を形成するために、２つの薄片１４を一緒に使用することができる。図２に示された実施形態のように、薄片（薄片１４＋薄片１９）の総数に対する薄片１９の割合は５０％である。このような組み合わせにより、たとえば０．７ｍｍの高さを有しなお十分な磁気回路を形成する無磁界領域３１が得られる。一般的に、無磁界領域３１の高さ（択一的に軸方向寸法とも称する）は可能な限り小さくすべきであり、有利には１．３ｍｍを上回るべきではなく、とりわけ１ｍｍを上回るべきではないことが適用される。この実施形態において、ロータ質量およびロータ慣性の低減と、極あたりのエアギャップ磁束の上昇とは、図２ａ〜２ｂの構成にほぼ等しい。電気機器１０の機械的時定数および動的特性も同様に、図２ａ〜２ｂの構成にほぼ等しい。
【００２８】
図４ａ〜４ｂは、薄片１４および１９から成るロータ本体１１の択一的に実施可能な第２の組み合わせを示す。ここでは、磁界集束領域３２の軸方向寸法は異なる。この構成は図３ａ〜３ｂの構成と同様であるが、磁界集束領域３２は交番的に１つまたは２つの薄片１４によって形成される点が異なる。図４ａは、このような組み合わせを有する電気機器１０の一部分における磁界線３４を示す。図４ａから、この構成が永久磁石２９のすべての磁極線３４を集束できるのが見て取れる。ここでは、薄片（薄片１４＋薄片１９）の総数に対する第２種類１９の薄片の割合は、５７％である。この割合が比較的高いことにより、ロータ質量、ロータ慣性および機械的時定数がさらに低減され、電気機器の動的特性がさらに改善される。
【００２９】
図５ａ〜５ｂは、薄片１４および１９から成るロータ本体１１の択一的に実施可能な第３の組み合わせを示す。ここでは、無磁界領域３１の高さないしは軸方向寸法は異なる。この構成は図４ａ〜４ｂの構成と同様であるが、無磁界領域３１は交番的に１つまたは２つの薄片１９によって形成される点が異なる。図５ａは、このような組み合わせを有する電気機器１０の一部分における磁界線３４を示す。この図から、この構成が永久磁石２９のすべての磁極線３４を集束できるのが見て取れる。薄片の総数（薄片１４＋薄片１９）に対する薄片１９の割合は５０％であり、図２ａ〜２ｂの有利な構成と等しい。この実施形態において、ロータ質量およびロータ慣性の低減と、極あたりのエアギャップ磁束の上昇とは、図２ａ〜２ｂの構成にほぼ等しくなる。電気機器１０の機械的時定数および動的特性も同様に、図２ａ〜２ｂの構成にほぼ等しい。
【００３０】
図６ａ〜６ｂは、薄片１４および１９の択一的な実施可能な第４の組み合わせを示す。この構成は、全体的に無磁界領域３１が薄片総数（薄片１４＋薄片１９）の４０％であり、磁界集束領域３２は６０％である組み合わせを有する。すなわち、この形態で設けられている第１種類の薄片１４は、第２種類の薄片１９より、上記の実施形態より多い。無磁界領域３１はそれぞれ１つの薄片１９によって形成され、磁界集束領域３２は１つまたは２つの薄片１４によって交番的に形成されている。この構成はたとえば、電気機器１０のステータ２２が、非常に大きなアーマチャ交差界磁と小さいエアギャップ２６とを有する場合に有利である。このような条件では、図２〜５に示された磁界集束領域３２は飽和状態に達してしまう。磁界集束領域３２の高飽和状態は回避しなければならない。というのもこのような状態により、ｑ軸リアクタンスとｄ軸リアクタンスとの間の差が低減され、また、電気機器１０のリラクタンストルクも低減されてしまうからである。このことは電気機器１０の全トルクの低減に繋がるので、回避しなければならない。図６に示された構成は、図２〜５に示された構成と比較して、ロータ質量およびロータ慣性の低減量が小さくなることに繋がる。
【００３１】
図２ａ〜２ｂの有利な構成と同様の特性を実現するために、第１種類の薄片および第２種類の薄片を有するロータ本体の別の構成も考えられる。無磁界領域３１の軸方向寸法は、有利には最大で１．３ｍｍとし、特に有利には最大１ｍｍとすべきである。ここでは、無磁界領域３１は有利にはそれぞれ、第２種類の１つまたは複数の薄片によって形成することができる（たとえば、０．５ｍｍまたは０．６５ｍｍの厚さの１つの薄片１９または０．３５ｍｍの厚さの２つの薄片１９）。磁界集束領域３２は、第１種類の１つまたは複数の薄片１４から形成することができる。使用される薄片１４の数は、ロータ質量とロータ慣性と電気機器１０の極あたりのエアギャップ磁束とに影響し、電気機器１０が所望の動的特性を有するように、使用される薄片１４の数を選択することができる。とりわけ、無磁界領域を有する薄片（第２種類の薄片）の数は、薄片の総数（すなわち無磁界領域を有する薄片と磁界集束領域を有する薄片との総数）に対し、該無磁界領域を有する薄片の割合が３０〜７０％になるように選択される。
【００３２】
図７ａ〜７ｄは、３相および４極を有する図中にない磁極列型電気機器に使用される第１種類の薄片１４の平面図と、第２種類の薄片１９の択一的な実施形態（図７ｂ，７ｃ，７ｄ）とを示す。
【００３３】
この電気機器はステータに、コイル巻線に対する６つのスロットと、６つのステータ歯とを有する。有利なロータ２８は、大体相互に対向する２つの細長い開口１２を外部領域３０に有する薄片１４を備えている。これらの開口１２は、薄片１４，１９のスタックに、永久磁石に対する磁石収容部を成す。外周縁１５を向いている双方の細い端部１２ａで、開口１２は先鋭化されている。外周縁には、開口１２に沿って磁極片１７が形成されており、開口１２間に磁極片１７ａが形成されている。
【００３４】
さらにロータ２８は、該ロータ２８の内部領域１６と同様に形成された薄片１９を有する。第１の有利な実施形態では、これらの薄片１９は矩形に形成されている（図７ｂ）。択一的に、この薄片１９を２つの端部で拡開部２０ａとともに形成し（図７ｃ）、該薄片１９の断面を図７ｂの実施例より大きくし、端部１２ａを有する両開口１２間の内部領域１６のプロフィールにさらに密接に整合し、端部１２ａを有する開口１２のプロフィールに対して補足的に形成することができる。また、薄片１９の断面を磁極片１７ａの領域で丸め、薄片１４の輪郭に整合することもできる（図７ｄ）。これらの択一的形態では、軟磁性の磁極片１７ａの一部は断面に包括することが、従来の構成（薄片１４のみを有する積層薄片）でこの領域に０．９Ｔを上回る磁束密度が存在する場合に飽和状態によるエアギャップ磁束損失を回避するために有利である。
【００３５】
薄片１４および１９のこのような有利な択一的構成により、たとえば図２ｂに示されているように、ロータ２８における磁極片１７，１７ａの５０％が省略される。このことにより、‐薄片の従来の構成で損失されていた‐短絡された漏れ磁束も、約５０％になる。漏れ磁束の低減により、エアギャップ２６中の磁束が上昇され（図１ａ、図２ａ）、このことによってトルクは電気機器１０の磁気的配向によって上昇される。さらに、薄片１９の面積が小さくなることにより、ロータ２８ないしは電気機器１０の質量および慣性モーメントが低減される。ロータ慣性モーメントの低減とエアギャップ磁束の上昇とによって、電気機器の機械的時定数（たとえば始動時の時定数）も格段に低減する。機械的時定数は公知のように、ロータ２８の慣性モーメントに比例し、電気機器１０の極あたりのエアギャップ磁束に反比例する。このことに相応して、電気機器１０の動的特性も改善される。
【００３６】
３次元有限要素分析によって電気機器１０をモデリングすることができる。この電気機器１０のモデリングを、８極インナロータとして構成された同期機を例に実施した。この同期機は、３相と１２個のステータ歯と、ロータ２８にＮｄＦｅＢ永久磁石に対する８つの磁石収容部とを有する。
【００３７】
同種類の薄片１４から成る積層薄片によってロータが構成された従来の機器と比較して、薄片１４と薄片１９とが交互に配置された有利な電気機器１０は、より良好なデータを示している。
【００３８】
従来の機器のロータ漏れ磁束が１００％であり、極あたりのエアギャップ磁束が１００％であり、ロータ質量が１００％であり、ロータ慣性モーメントが１００％であるとすると、この有利な電気機器１０の値は、ロータ漏れ磁束で５４％になり、極あたりのエアギャップ磁束で１０４．５％になり、ロータ質量で９３．８％になり、ロータ慣性モーメントで８７．７％になる。
【００３９】
これと同等である、４極または６極または８極を有する電気機器１０を考察すると、湾曲された磁極片１７（図１ｂ）の中間部の最大高さは磁極数に反比例し、たとえば該最大高さは、４極の場合には約５ｍｍとなり、６極の場合には約２．５ｍｍを超え、８極の場合には２ｍｍ弱となる。４極または６極の電気機器１０のためのロータ２８の場合、ロータ質量Ｍ、ロータ慣性モーメントＴおよび機械的時定数は、８極の電気機器１０の例よりもさらに格段に低減される。図８においてこのことが、極数２ｐに依存して、ロータ質量Ｍ（２ｐ）の特性経過と、ロータ慣性モーメントＴ（２ｐ）の特性経過と、極あたりのエアギャップ磁束Ｆ（２ｐ）が示されている。
【００４０】
有利である交番的な薄片配置を有する４極の電気機器は、ロータ質量Ｍが１２％より大きく低減されたことと、ロータ慣性モーメントＴが２３％より大きく低減されたことを示している。エアギャップ磁束Ｆは、ロータである従来の積層薄片より約０．２％小さくなり、本発明の目的に適った適用では、電気機器１０の４極構成が、目的に適った最少の極数であることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】ａ：有利な電気機器の平面図と、ｂ：第１種類の薄片と、ｃ：第２種類の薄片とを示す。
【図２】ａ：有利な電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：有利なロータの一部分の斜視図とを示す。
【図３】ａ：第１の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第１の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【図４】ａ：第２の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第２の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【図５】ａ：第３の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第３の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【図６】ａ：第４の択一的な実施形態の電気機器の縦断面の一部分と、ｂ：第４の択一的なロータの一部分の斜視図とを示す。
【図７】３相および４極を有する磁極列型電気機器（Folgepol-Elektromaschine）の第１種類の薄片の平面図と、ｂ：第２種類の薄片の第１の実施形態と、ｃ：第２種類の薄片の択一的な実施形態と、ｄ：第２種類の薄片の択一的な第２の実施形態とを示す。
【図８】３次元有限要素モデルから得られた、極数に依存するロータ質量、ロータ慣性モーメントおよびエアギャップ磁束の振舞いを示す。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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