(57)【要約】【課題】材料を節約して低コストに製造することができる、電気機械のロータのロータ本体を提供する。【解決手段】本発明に係るロータ本体は、長辺（１１）に沿って一列の突起（１６）が設けられたベルト状の形態により構成され、ベルトの平面がリングをなすように曲げられた少なくとも一つのロータ薄板を備える、電気機械のロータのロータ本体において、ロータ薄板（１２，１４）が曲げられた後に突起（１６）は内方を向いており、ロータ薄板（１２，１４）は実質的に閉じた外側の辺（１３）を有していることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長辺（１１）に沿って一列の突起（１６）が設けられたベルト状の形態により構成され、前記ベルトの平面がリングをなすように曲げられた少なくとも一つのロータ薄板を備える、電気機械のロータのロータ本体において、前記ロータ薄板（１２，１４）が曲げられた後に前記突起（１６）は内方を向いており、前記ロータ薄板（１２，１４）は実質的に閉じた外側の辺（１３）を有していることを特徴とする電気機械のロータのロータ本体。
【請求項２】
前記突起（１６）は、曲げられた前記ロータ薄板（１２，１４）が磁石を収容するための切欠き（２０）を備えるリングを形成するように構成されており、前記切欠きは、前記突起（１６）の間に形成されて、半径方向において内方に向かって開き、外方に向かって閉じていることを特徴とする請求項１に記載のロータ本体。
【請求項３】
前記突起（１６）は、前記長辺（１１）に沿って相互に一定の間隔で配置されており、略三角形状に成形されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のロータ本体。
【請求項４】
前記ロータ薄板（１２，１４）は、継目部位（４２）において閉じられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のロータ本体。
【請求項５】
複数の前記ロータ薄板（１２，１４）が、ロータの軸方向に積層されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のロータ本体。
【請求項６】
異なる前記ロータ薄板（１２，１４）の前記継目部位（４８）が一直線上に並ぶように、複数の前記ロータ薄板（１２，１４）が積層されていることを特徴とする請求項４、又は、請求項４に従属する請求項５に記載のロータ本体。
【請求項７】
シャフト（３８；５２）と、請求項１乃至６のいずれか一項に記載のロータ本体（４０）とを備える電気機械のロータにおいて、前記ロータ本体（４０）は、前記シャフト（３８；５２）の周囲に巻回されており、前記シャフト（３８；５２）は、外周に噛み合い部（５４；５６）を有しており、前記ロータ本体（４０）の前記突起（１６）が前記シャフト（３８；５２）の前記噛み合い部（５４；５６）と係合していることを特徴とする電気機械のロータ。
【請求項８】
前記噛み合い部（５４；５６）は、前記シャフト（３８；５２）に組み込まれており、又は、前記シャフト（３８；５２）に装着された部材（５０）により構成されていることを特徴とする請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
長辺（１１）に沿って一列の突起（１６）が設けられたベルト（１２，１４）状の形態により構成された少なくとも一つのロータ薄板（１２，１４）を準備する工程と、
前記ロータ薄板（１２，１４）を前記ベルトの平面がリングをなすように曲げる工程と、を備え、
曲げられた後に前記突起（１６）は内方を向いており、前記リングは実質的に閉じた外側の辺を有していることを特徴とする電気機械のロータのロータ本体の製造方法。
【請求項１０】
リングをなすように曲げられた前記ロータ薄板（１２，１４）を継目部位（４２）において閉じることを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
複数の前記ロータ薄板（１２，１４）を、ロータの軸方向において一つの薄板積層をなすように積み重ねることを特徴とする請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
異なる前記ロータ薄板の前記継目部位（４８）が一直線上に並ぶように、複数の前記ロータ薄板（１２，１４）を積み重ねることを特徴とする請求項１０、又は、請求項１０に従属する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
一つの薄板ベルト（１０）からそれぞれ二つの前記ロータ薄板（１２，１４）を打ち抜き、前記ロータ薄板（１２，１４）は相互に対向し、前記突起（１６）は相互に噛み合っていることを特徴とする請求項９乃至１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記突起（１６）は、各々の前記ロータ薄板（１２，１４）を曲げることにより切欠き（２０）を備えるリングが形成されるように構成されており、前記切欠き（２０）は、前記突起（１６）の間に形成されて、半径方向において内方に向かって開き、外方に向かって閉じており、前記切欠き（２０）にロータ磁石を挿入することを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記ロータ薄板（１２，１４）を先ず積み重ね、次いで、ロータ本体をなすように曲げることを特徴とする請求項９乃至１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
シャフト（３８；５２）と、請求項９乃至１５のいずれか一項に記載の方法により製造されたロータ本体とを備える電気機械のロータの製造方法において、前記シャフト（３８；５２）の外側円周に噛み合い部（５４；５６）を形成し、前記ロータ本体を前記シャフト（３８；５２）の周囲に巻回したとき、前記ロータ本体の前記突起（１６）が前記シャフト（３８；５２）の前記噛み合い部（５４；５６）と係合することを特徴とする電気機械のロータの製造方法。
【請求項１７】
前記噛み合い部（５４；５６）を、前記シャフト（３８）に形成し、又は、前記シャフト（５２）に装着される部材（５０）に形成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械のロータのロータ本体に関するものであり、また、ロータ本体の製造方法に関するものである。本発明に係るロータ本体は、直流モータや発電機等、多くの種類の電気機械において用いることができる。
【背景技術】
【０００２】
本発明の好ましい利用分野は、ブラシレス直流モータ及びその他の永久磁石モータである。このようなモータでは、基本的に、永久磁石をロータ保磁子の円周に設けるか、又は、ロータ保磁子に埋設することが知られている。さらに、本発明は、インナーロータ型モータ又はアウターロータ型モータとして設計され得る電気モータや発電機に適用可能である。インナーロータ型の設計を有する電気モータは、シャフトに装着されたロータ保磁子と、ロータ保磁子に装着されるか又はそれに埋設された一つ又は複数の永久磁石とを有している。さらに、このようなモータは、磁極片が内方に向かって突出する環状のステータ保磁子を形成する、例えば積層された複数の金属板からなるステータ構造部を備えている。磁極片には位相巻線が装着されている。ロータ構造部は、ステータ構造部に同軸に挿入されている。アウターロータ型の設計では、ロータ構造部がステータを同軸に包囲する。
【０００３】
本発明は、特に、永久磁石が埋設されたロータ構造部を備えるインナーロータ型モータに適用可能である。
【０００４】
図８は、基本的なものとして、ステータ構造部１１２と、ロータ構造部１１４と、ロータ構造部を回転可能に軸支するための軸受１１６，１１８とが内部に収容されたハウジング１００を備える電気モータの構造を示している。ステータ構造部１１２は、積層された金属板１２０と巻線１２２とを備えており、ロータ構造部１１４が挿入された内部空間を区切っている。ロータ構造部１１４は、モータシャフト１２６と、継鉄１２８と、永久磁石１３０とを備えている。ロータ構造部を軸支するための軸受１１６，１１８は、モータハウジング１００のフランジ１３２に組み込まれ得る。図８は、電気モータの基本構造を説明するためのものである。冒頭で述べたように、本発明は、その好ましい実施の形態においては、このような電気モータのロータ保磁子に関するものであり、永久磁石はロータ保磁子に埋設されている。
【０００５】
磁石が埋設されたロータは、従来の技術から一般に公知である。半径方向に延在する埋設された磁石の多極かつスポーク状の構造を備えるロータ構成は、例えば欧州特許公開公報第ＥＰ０６９１７２７Ａ１号（特許文献１）に示されている。この特許文献は、磁石を外部からロータ本体へ押し込むためにロータ本体に形成されたスリットに挿入された、複数の永久磁石を開示している。
【０００６】
永久磁石を収容するためのロータ本体又はロータ保磁子は、従来の技術では、打抜き薄板の積重又は積層により構成されていることが多く、各々の保磁子薄板は環状であり、永久磁石を収容するためのスリット又は切欠きを有している。ロータ本体は、例えば、プレス嵌合によりモータシャフトに装着される。ロータ本体とシャフトとを嵌合させてプラスチックにより押出被覆することも知られている。
【０００７】
このようなロータ保磁子を製造する場合、個々の保磁子薄板を打ち抜くときに大量の裁断くずが出るという問題が生じる。そのうえ、薄板には磁化容易軸があるので、モータの動作に有害な作用を及ぼす虞のある磁気的な非対称性が生じてしまう。
【特許文献１】欧州特許公開公報第ＥＰ０６９１７２７Ａ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の課題は、材料を節約して低コストに製造することができる、電気機械のロータのロータ本体を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１の構成要件を備えるロータ本体によって解決され、また、請求項９に記載の方法によって解決される。
【００１０】
本発明は、長辺に沿って一列の突起が設けられたベルト状の形態により構成され、ベルトの平面がリングをなすように曲げられた少なくとも一つのロータ薄板を備える、電気機械のロータのロータ本体を意図しており、ロータ薄板が曲げられた後に突起は内方を向いており、ロータ薄板は実質的に閉じた外側の辺を有している。本発明に係る構造により、少ない裁断くずで薄板から打ち抜くことができる延長されたベルトの形態を当初は有している薄板により、ロータ本体を構成することが可能である。ロータ本体は、ロータ保磁子の機能も有しているのが好ましい。本発明では、ロータ保磁子が延長された薄板ベルトから製造されるので、ロータ保磁子は、半径方向に統一的な磁化容易軸を有している。ベルトが曲げられた後に永久磁石を挿入するためのスリットを備える円形のロータ本体を形成するようにするために、相互に間隔をおいた突起がベルトの長辺に沿って配置され、略三角形状に成形されている。この三角形を適宜寸法決めすることにより、隣接する二つの突起の側面が、薄板を曲げた後に相互に平行に位置するようになり、それにより、永久磁石を収容するためのスリットを区切るようにするのが好ましい。しかしながら、突起は、ロータ薄板を曲げた後にほぼ閉じたロータ本体が形成されるように配置及び構成されていてもよく、この場合には、永久磁石をロータ本体の外側円周に装着するのが好都合である。この変形例では、突起は間隔をおかずに相並んでベルトの長辺に沿って配置される。
【００１１】
ロータ薄板は、有利な実施の形態では、一つの薄板ベルトからそれぞれ二つのロータ薄板を打ち抜くことができるように構成されており、これらの薄板は、相互に向き合っており、突起は相互に噛み合っている。それにより、最善の材料活用をすることができる。
【００１２】
ロータ薄板を打ち抜いた後、通常、このロータ薄板を、先ず薄板積層をなすように結合し、次いでロータ本体をなすように曲げ、例えばレーザ溶接により継目部位において閉じる。それにより、閉じた外側円周と、永久磁石を挿入するために内側に向かって開いたスリットとを備える円形のロータ本体が得られる。個々のロータ薄板は、それぞれの継目部位が一直線上に並ぶように、若しくは、グループごとにそれぞれ一直線上に並ぶように、又は、総てのロータ薄板の継目部位が相互にオフセットされるように、互いに相対的に配置することができる。ロータ薄板は、磁気作用のある材料からできているのが好ましく、それにより、ロータ本体が保磁子としての役目も果たすことになる。しかしながら、磁気作用のないロータ本体を形成するために、薄板が非磁性材料からできていてもよく、これは、永久磁石の磁化がそれを可能にするような場合、例えばハルバッハ式の磁化を利用するような場合である。
【００１３】
本発明に係るロータ本体は、シャフトの周囲に直接巻回することによって、シャフトに装着されるのが好ましい。シャフトは、その外側円周に、ロータ本体の突起と係合する噛み合い部を有しているものとするとよい。シャフトへのロータ本体の装着を保証するために、例えば、粗面仕上げ、アウトサート技術、ナイフエッジ等、上記以外の方法によりシャフトを処理することも可能である。噛み合い部は、シャフトに刻設するか、又は、シャフトに装着された部材若しくはシャフトと一体的に構成された部材に構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、図面を参照しながら、有利な実施の形態を例にとって本発明について詳細に説明する。記載されている実施の形態では、本発明に係るロータ本体は、磁気的なロータ保磁子を形成しており、磁気作用のある金属薄板から構成されている。しかしながら、当業者であれば理解できるように、本発明の原理は、それ以外の材料からなる磁気的でないロータ本体にも適用可能である。
【００１５】
図１ａは、薄板ベルトから打ち抜かれた二つの保磁子薄板１２，１４を示している。図１ｂは、薄板ベルトから打ち抜かれた個々の保磁子薄板１２を示している。各々の保磁子薄板１２，１４は、ベルト１２又は１４の長辺１１に沿って一列の突起１６を備えるベルト状の形態により構成されている。突起１６は、図１ａ及び図１ｂに示すように、ベルトの長さに沿って均等な間隔ａで配置されており、略三角形状を有している。各々の突起１６の三角形は、その基部において、ウェブ１７を介して隣接する突起１６と連通している。突起１６と対向するベルト１２又は１４の長辺１３は、直線状の外側の辺を形成しているのが好ましい。しかしながら、例えばトルク変動に的確に影響を与えるために、直線とは若干異なる形状を意図することもできる。例えば、外側円周が凹面状及び／又は凸面状の領域を有する保磁子本体を得るために、ベルトの長辺１３を波形に構成したり、半径を有するように構成することが可能である。図１ａから分かるように、各々の保磁子薄板１２，１４は、薄板ベルト又は平坦な薄板から最低限の裁断くずで打ち抜くことができる。
【００１６】
本発明によれば、図２に示すように、保磁子薄板１２がベルトの平面によりリングをなすように曲げられ、このリングの断面形状は、実質的に、通常のロータ保磁子の薄板断面に相当している。但し、このリングは、例えば溶接によって、特にレーザ溶接によって閉じることができる間隙１８を有している。略三角形状の突起１６は、保磁子薄板１２をリングをなすように曲げた後に、永久磁石１３０を挿入することができる、実質的に平行な側面を有するスリット又は切欠き２０が形成されるように寸法決めされている。この保磁子をシャフトに装着するときは、突起１６の先端部２２を、シャフトの噛み合い部又は切欠きと係合させることができる。保磁子本体とシャフトとの間で嵌合による結合を成立させるか、又は、突起１６の先端部２２と協働する摩擦係数の高いコーティングをシャフトに設けることが可能である。ロータ保磁子との噛み合い部は、モータシャフトに直接統合することができ、例えば冷間成形技術や材料剥離によって製作することができる。個数が多いときには、冷間成形技術の方が経済的である。例えばアウトサート技術を利用することによって、ロータ保磁子との噛み合い部材をモータシャフトへ直接射出成形することも可能である。この場合には、先ずシャフト表面を例えばローレットやナイフエッジによって粗面化しておくか、又は、機械的な粗面化なしでも噛み合い部材の付着性を向上させるために、シャフトにポリエステルフィルムを下塗りしておくのが好都合である。
【００１７】
さらに図２には、薄板積層を形成するように他の保磁子薄板と結合させるための結合点としての役目を果たす、保磁子薄板１２の隆起部２４が図示されている。
【００１８】
図３は、ロータ保磁子が閉じたリングをなすように曲げられる前に、個々の保磁子薄板が広げられた状態で一つの薄板積層をなすように積み重ねられて相互に結合された、本発明に係るロータ保磁子２８の実施の形態を示している。別案の実施の形態においては、個々の保磁子薄板をリングをなすように曲げてから、次いで、一つの薄板スタックをなすように結合することもできる。個々の薄板又は薄板スタック全体を、リングを閉じた後にできる継目部位において溶接することが可能である。
【００１９】
図４は、図３に示したように、ロータ保磁子２８を先ず接合して薄板積層にしてから、次いで、符号４０で示すように、シャフト３８に巻回する実施の形態を示している。シャフトは、ロータ保磁子を嵌合によりシャフト３８と結合するために、ロータ保磁子４０の突起１６の先端部と係合する噛み合い部又はこれに類似する対応部を有している。ロータ保磁子４０は、継目部位４２において、例えば溶接によって閉じられる。別の実施の形態では、巻回されたロータ４０を、ロータ本体上に差し込んだパイプ、端部キャップ、クランプリング等によって、接合保持することができる。ロータ保磁子４０に形成されたスリット若しくは切欠き２０には、永久磁石を、シャフト３８にロータ保磁子を巻回する前に挿入するか、又は、その後で軸方向に押し込むことができる。突起１６の三角形を適宜選択することにより、ロータ保磁子を曲げた後に、スリット又は切欠き２０が、永久磁石を収容するために特に平行な側壁を有するようにすることができる。
【００２０】
図５は、第１のグループの保磁子薄板が第１の保磁子部分４４を形成し、第２のグループの保磁子薄板が第２の保磁子部分４６を形成する本発明の実施の形態を示している。保磁子部分４４，４６をシャフト３８に順次巻回することが可能であり、又は、別案として、先ず各々の保磁子部分４４，４６をリングをなすように閉じてから、これらを相互に結合し、次いでこのロータ保磁子全体をシャフトに装着することが可能である。この場合、それぞれの保磁子部分４４，４６の継目部位４８は、一直線上に並ばないように互いに相対的に配置することができる。二つの保磁子部分が設けられるときは、バランスのとれたロータの質量分布を実現するために、それぞれの継目部位を１８０°オフセットさせて配置するのが好適である。このような配置の場合、左右対称な磁場ジオメトリが追加的に得られる。溶接継目に代えて、パイプ、端部キャップ、クランプリング等によって保磁子薄板を継目部位において閉じることが意図され得る。
【００２１】
図５に示すロータ保磁子は、突起１６が係合する噛み合い部を備える部材５０を介して、シャフト３８上に保持される。この部材５０は、上に述べたように、例えばシャフト３８に直接射出成形することができ、又は、シャフトと一体的に構成することができる。
【００２２】
図６ａ及び図６ｂは、本発明に係るロータ保磁子を装着することができるシャフト５２の側面図及び断面図を示している。各図面に示すように、突起１６が係合する溝５４をシャフト５２に刻設することができる。本発明に係るロータ保磁子は、突起１６の先端部２２が溝５４と係合するように、図６ａ、図６ｂに示すような形態のシャフトに直接巻回することができるという利点がある。従って、シャフトの噛み合い底面の直径がシャフトの外径より小さい場合でも、ロータ保磁子を問題なく組み付けることができる。
【００２３】
図７に示す別案の実施の形態では、保磁子本体の突起１６との嵌合により結合させることができる噛み合い部５６を有する部材５０が、シャフト３８に装着されている。部材５０は、例えばプラスチックからできていてもよく、シャフト３８上に射出成形するか、又は、シャフト３８と一体的に構成することができる。
【００２４】
本発明に係るロータ本体は、同一の圧延方向を有するロータ薄板から、ほとんど裁断くずを出さずに製作することができるという大きな利点を有している。先ず、ロータ薄板をベルト状の形態に製作してから、ベルト平面がリングをなすように曲げる。それにより、各々のリング状のロータ薄板は同一の磁化容易軸を有しており、換言すれば、どのロータ薄板にもロータ材料の同一の磁化容易軸が生成される。それによって、等方性で均一なロータ本体の材料特性が得られ、従って、安定したモータ走行が得られる。これに加えて、本発明に係るロータ本体は、シャフト外径よりも直径の小さい噛み合い底面を有する、突起の先端部を収容する噛み合い部を有するシャフトと、問題なく嵌合により結合させることができるという利点がある。
【００２５】
以上の説明、請求項及び図面に開示されている構成要件は、単独でも任意の組み合せの形態でも、本発明を様々な実施の形態により具現化するために有意義であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１ａ】本発明に係るロータ保磁子を製造するための、薄板ベルトから打ち抜かれた二つの保磁子薄板である。
【図１ｂ】ベルトの形態の、打ち抜かれた個々の保磁子薄板である。
【図２】リングをなすように曲げられた後の図１ｂの保磁子薄板である。
【図３】複数の保磁子薄板からなる一つの薄板積層を広げた状態である。
【図４】本発明に係るロータ保磁子を、広げた状態とシャフトに巻回された状態とにより示す模式図である。
【図５】シャフトに装着された本発明に係るロータ保磁子である。
【図６ａ】本発明に係るロータ保磁子を収容するためのシャフトを示す側面図である。
【図６ｂ】図６ａのシャフトを示す断面図である。
【図７】ロータ保磁子を装着するためのシャフトの代替的な実施の形態を示す外観図である。
【図８】本発明に係るロータ保磁子を使用することができる電気モータを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２７】
１２，１４  保磁子薄板、ロータ薄板
１１，１３  長辺
１６  突起
１７  ウェブ
１８  間隙
２０  スリット又は切欠き
２２  先端部
２４  隆起部
２８  ロータ保磁子、ロータ本体
３８  シャフト
４０  ロータ保磁子、ロータ本体
４２  継目部位
４４，４６  保磁子部分
４８  継目部位
５０  部材
５２  シャフト
５４  溝
５６  噛み合い部
１００  ハウジング
１１２  ステータ構造部
１１４  ロータ構造部
１１６，１１８  軸受
１２０  金属板
１２２  巻線
１２６  モータシャフト
１２８  継鉄
１３０  永久磁石
１３２  フランジ
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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