(57)【要約】本発明は、電子整流式電気モータに関するものであり、多極に磁化された永久磁石と、少なくともそれぞれ一つの磁束コレクタ部分及び磁束集中部分を有する複数の磁束誘導ユニットとを備えており、各々の磁束誘導ユニットは、半径方向の磁束を永久磁石から集めて横方向の磁束に偏向させ、さらに上記電気モータは、それぞれ磁束誘導ユニットに付属する、永久磁石と軸平行に配置された複数のコイルを備えている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子整流式電気モータであって、多極の永久磁石（１８）と、少なくともそれぞれ一つの磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）及び磁束集中部分（３０、３２、３４）を有する複数の磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）とを備えており、各々の前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）は、半径方向の磁束を前記永久磁石（１８）から集めて横方向の磁束に偏向させ、さらに、前記電気モータは、それぞれ前記磁束誘導ユニットに付属する、前記永久磁石（１８）と軸平行に配置された複数のコイル（５２、５４、５６）を備えており、前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）は、１個の磁束誘導ユニット（２４）の前記磁束コレクタ部分（３６）が他の前記磁束誘導ユニット（２６、２８）の開口部（７２、７８）に挿通されるように、相互に交互配置されていることを特徴とする電気モータ。
【請求項２】
前記永久磁石は、環状又は弧状にロータ（１０）の上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電気モータ。
【請求項３】
前記ロータ（１０）は、バックヨーク本体（１６）を有しており、その上に前記永久磁石（１８）が配置されていることを特徴とする請求項２に記載の電気モータ。
【請求項４】
前記永久磁石（１８）と軸平行に延在し、付属の前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）の前記磁束集中部分（３０、３２、３４）と結合された巻心（４６、４８、５０）に、前記コイル（５２、５４、５６）が配置されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項５】
前記巻心が、前記磁束集中部分（３０、３２、３４）と対向する端部の部位において、バックヨーク（５８）と結合されていることを特徴とする請求項４に記載の電気モータ。
【請求項６】
外側に位置する前記磁束誘導ユニット（２４）の前記磁束コレクタ部分（３６）及び前記巻心（４６）は、内側に位置する方の前記磁束誘導ユニット（２６、２８）の開口部（７２、７８）に挿通されるように、前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）が同軸に相互に上下して配置されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の電気モータ。
【請求項７】
前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）の前記磁束集中部分（３０、３２、３４）は、前記永久磁石（１８）と実質的に同心のリング又はリング部分を形成していることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項８】
前記磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）は、付属の前記磁束集中部分（３０、３２、３４）の内側円周又は外側円周に配置されるとともに、前記永久磁石（１８）の回転軸と実質的に平行に、前記永久磁石（１８）の極の付近に延在していることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項９】
前記電気モータの各々の相について前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１０】
前記電気モータの各々の相について１個又は４個の前記コイル（５２、５４、５６）が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１１】
外側に位置する前記磁束誘導ユニット（２４）とバックヨーク（５８）とが、ロータシャフト（１４）を軸支する軸受（６０、６２）をそれぞれ収容していることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１２】
各々の前記磁束誘導ユニット（２４、２６、２８）が、前記永久磁石（１８）に対して同心状の円の上に規則的な間隔で位置する複数の、特に２個乃至１２個の前記磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）を有していることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１３】
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ていることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１４】
前記磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）がクローの形態において付属の前記磁束集中部分（３０、３２、３４）の内側円周に配置されていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１５】
前記磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）と前記磁束集中部分（３０、３２、３４）とが約９０°の角度をなしていることを特徴とする請求項１２に記載の電気モータ。
【請求項１６】
前記磁束コレクタ部分（３６、３８、４０）が、実質的に、前記永久磁石（１８）の極と前記コイル（５２、５４、５６）との間に位置していることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の電気モータ。
【請求項１７】
電子整流式直流モータであることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の電気モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射状磁束構造の利点と横方向磁束構造の利点とを兼ね備える、半径方向又は直径方向においてＮ極に磁化された永久磁石を備えている電子整流式電気モータに関するものである。そのために本発明は、電子整流式電気モータの新しい設計形態を提案する。
【背景技術】
【０００２】
比較的出力の高い電子整流式モータに関する従来の技術の説明は、ヘンダーショット（Hendershot）著の文献「ブラシレス永久磁石モータの設計（Design of brushless Permanent-Magnet Motors）」に記載されている。それによれば、電子整流式モータは、次のような特徴的な構成要素により構成されている。
【０００３】
１．放射状磁束構造の場合における定置のステータ及びロータ
ステータは、例えば積層されて構成された鉄心と、多くの場合に３相で構成される巻線とからできている。鉄心の積層断面は、歯、ハンマー、バックヨークという特徴的な各部分に区分される。歯、ハンマー、バックヨークによって包囲される領域に、巻線が挿入される。巻線を挿入することができる領域を「スロット」又は「溝」と呼ぶことができる。鉄心は、さまざまな溝配列向けに設計することができる。
【０００４】
ロータは、バックヨークと、磁束を生成する永久磁石とからできている。永久磁石は、複数の弧状部材が組み合わせられていてよいが、一体的に半径方向又は直径方向においてＮ極に磁化されるのが好ましい。極数（Ｐ）は、極性が変化するように磁化された極領域の数に対応している。ロータは、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ていてよい。アウターロータ型モータの場合、ステータは、内部に位置するバックヨークと、外方を向いた歯及びハンマーとを備えるように設計される。インナーロータ型モータの場合、ステータは、外側に位置するバックヨークと、内方を向いた歯及びハンマーとを備えるように設計される。アウターロータ型モータのロータには、内側に磁石、外側にバックヨークがそれぞれ位置する。インナーロータ型モータのロータには、外側に磁石、内側にバックヨークがそれぞれ位置する。
【０００５】
このようなモータ構造は、放射状磁束原理に基づいて動作する。即ち、磁束は、永久磁石及びその回転軸に関して実質的に半径方向にコイルを貫通する。モータの相の必要なオフセットは、溝数、極数及び相数に依存して決まり、位相巻線をステータの様々な領域へ挿入することによって調整される。
【０００６】
２．整流装置
モータは、最大のトルクを生成するコイルへの通電回路をロータの位置に依存して選択する整流装置を備えるように設計される。整流装置は、多くの場合、センサ磁石及びＭＯＳＦＥＴ最終段と組み合わせられたホール位置センサにより具現化される。この場合、ホール位置センサは、最新のロータ位置を検出し、ＭＯＳＦＥＴ最終段を所要の形で制御する。
【０００７】
以上に説明した設計形態の電子整流式モータについては、極数（２Ｐ）と溝数（ｎ）との多様な組み合せが知られている。極数及び溝数を選択することにより、台形のトルク波形、正弦波形のトルク波形、少ないディテントトルクといった様々な要求事項に合わせてモータを調節することができる。格別に少ないディテントトルクのために、それぞれの磁石の間の極移行部を２π／ｎだけ傾けることがしばしば提案されている。
【０００８】
電子整流式モータの標準モータ設計の主な欠点は、インナーロータ型モータの場合には、巻線を製作する製造方法に高いコストがかかることであり、アウターロータ型モータの場合には、定置のハウジングがなく、磁石の費用が高いことである。
【０００９】
３．横方向磁束構造の場合におけるステータ及びロータ
横方向磁束機械では、半径方向に磁化された交番する極を有する、永久磁石又は永久磁石部分を備えたロータ部分が、各々のモータ相について設けられる。ステータは、半径方向の磁束を横方向の磁束へ偏向させるためにクローを備えた磁束誘導ユニットを有しており、これらのクローは、永久磁石の回転軸と平行に、かつ、永久磁石の磁極面の付近に延在している。横方向磁束機械の一つの相に属する磁束誘導ユニットは、永久磁石に関して実質的に長手方向において磁束により取り囲まれる、同心状に巻かれた環状コイルをそれぞれ包囲している。多相の横方向磁束機械については、複数のこのようなロータ／ステータのユニットが一つの軸に相互に並んで配置され又は相互に上下して積み重ねられ、相の必要なオフセットは、相互にオフセットされた複数の永久磁石又は永久磁石部分を用いることによって実現され、又は、回転角が相応にオフセットされたステータユニットを積み重ねることによって実現される。従って、各々の相は、永久磁石を有するロータと、ステータと、付属の環状コイルとを備えている独自の極システム又は電機子システムを有している。磁束コレクタ部又はクローの数は、極の数に対応している。
【００１０】
従来の技術をさらに詳しく記載した公知の横方向磁束機械の一例を、ＤＥ１９８１８０３５Ａ１に見ることができる。
【００１１】
横方向磁束構造は、コイルの巻き付け技術が容易であるという利点を備えているが、放射状磁束機械に比べて、これに匹敵する磁束を生成するのに大きな磁石容積が必要である。しかも横方向磁束機械は、磁極の数が、磁束誘導ユニットの磁束コレクタ部又はクローの数に対応していなくてはならないという欠点があり、そのため、横方向磁束機械では、トルク波形に影響を与える手段が限定される。
【００１２】
米国特許５，８５４，５２６号は、多極の永久磁石と複数の磁束誘導ユニットとを備えている直流モータを記載している。各々の磁束誘導ユニットは、磁束コレクタ部分と磁束集中部分とを有しており、各々の磁束誘導ユニットは、永久磁石から放射状磁束を受容して横方向磁束へと偏向させる。さらに、このモータは、永久磁石と軸平行に配置された複数のコイルを有している。この特許に開示されているモータ設計形態の目的は、正確に製造することができる、大きなトルクと優れた能率とを有する低コストな直流モータを提供することにある。
【００１３】
ＤＥ１０１８１４２は、少なくともほぼ同数の円形に配置された歯を有する強磁性材料からなる歯付きの極プレートを端面に備えている、同軸に取り付けられた２個のコイルを有する自動回転式の同期モータを記載している。異なる２つのコイルにそれぞれ属する極プレートの歯が、それぞれ１つの歯に組み合わせられている。このような構成の目的は、単位長さあたりの極分割の数を増加させることにある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の課題は、コイルを簡単に巻くことができ、公知の放射状磁束機械に比べてもこれに匹敵する出力を実現することができ、永久磁石の極数とステータの溝数との任意の組み合わせを可能にし、それによって、必要に応じてトルク波形に影響を与えることができる、電子整流式電気モータの新しいモータ原理を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この課題は、請求項１の構成要件を備えている電子整流式電気モータによって解決される。本発明の有利な実施の形態は、従属請求項に記載されている。
【００１６】
本発明に係る電気モータは、磁石弧状部材を備えたロータ、又は、多極に磁化された一体的な永久磁石と、複数の磁束誘導ユニットとを有しており、これらの磁束誘導ユニットは、それぞれ少なくとも１つの磁束コレクタ部分と磁束集中部分、有利には複数の磁束コレクタ部分とを有しており、磁束誘導ユニットは、永久磁石から放射状の磁束を受容して横方向の磁束に偏向させる。さらに、この電気モータは、磁束誘導ユニットの一つにそれぞれ付属し、永久磁石及びその回転軸と軸平行に配置された複数のコイルとを含んでいる。
【００１７】
後にさらに詳細に説明するように、多相電気モータについて複数の磁束誘導ユニットを交互配置することによって、半径方向において磁化された単一の永久磁石により動作し、各々の相について一つ又は複数の軸平行な環状コイルを有しているが、これらのコイルは、通常の横方向磁束機械のように永久磁石に対して同心状ではなく、（インナーロータ型構造の場合には）その外側円周に永久磁石の回転軸と平行に配置された多相電気モータを具現化することが可能である。アウターロータ型構造の場合には、コイルは相応に永久磁石の内側円周に配置される。それにより、放射状磁束機械の場合よりも簡単なコイルの巻き付けと、通常の横方向磁束機械の場合よりもコンパクトな設計形態とが可能である。特に、本発明は、予め製作された簡素なコイル、いわゆる成形巻線コイルの使用をも可能にするものであり、このことは電気モータの製造の大幅な簡素化につながる。
【００１８】
本発明では、永久磁石は、一体的であるか又は弧状部材が組み合わせられ、バックヨークリングを備えているロータに配置されており、コイルは、磁束集中部及びバックヨークと結合された巻心に装着されている。本発明の有利な実施の形態では、磁束誘導ユニットの各々の磁束集中部分は、永久磁石と実質的に同心のリング又はリング部分を形成する。この関連において、リングとは必ずしも円形を意味するのではなく、磁束集中部は多角形、楕円形等として構成されていてもよい。磁束集中リングの内側円周（インナーロータ型構造の場合。アウターロータ型モータでは外側円周）には、永久磁石の回転軸と実質的に平行に、かつ、その極の付近に延在する磁束コレクタ部がそれぞれ配置されている。磁束コレクタ部分の機能は、放射状磁束機械のステータ薄板のハンマーに比肩することができるので、本発明に係る電気モータにより、極数と溝数とのほぼ任意の組み合わせを具現化することができる。
【００１９】
本発明に係るモータでは、例えば、集中巻線により動作する電子整流式の３相直流モータについて公知となっているあらゆる構成バリエーションを具現化可能である。これは、例えば、４個の極を有する６個の溝（磁束コレクタ部分に対応）のバリエーション、６個の極を有する９個の溝のバリエーション、８個の極を有する１２個の溝のバリエーション、及び、次式を満たすその他一切のバリエーションである。
溝数（磁束コレクタ部分の数）＝１．５×極数
さらに、例えば、１０個の極を有する１２個の溝、１４個の極を有する１２個の溝といった特殊形態をも具現化可能である。さらに、個々の磁束コレクタ部分の磁束を付属の磁束集中部分に集中させることにより、相ごとにコイルの数を変えることができる。
【００２０】
本発明では、電気モータの各々の相について複数のコイル、有利には１個又は２個のコイルを設けることができ、これらのコイルは、付属の磁束誘導ユニットのそれぞれの磁束集中部分と結合された巻心に配置される。巻心部分は、永久磁石の回転軸と実質的に平行に延在しており、磁束集中部分と対向する端部の部位において、共通の磁気的なバックヨークリングと結合されている。このような構造により、相ごとのコイルの数も変えることができる。
【００２１】
有利な実施の形態では、磁束コレクタ部分と、それぞれ永久磁石の軸と平行に延在する、外側に位置する磁束誘導ユニットの巻心とが、内側に位置する方の磁束誘導ユニットの対応する切欠きに挿通されるように、磁束誘導ユニットが同軸に相互に上下して配設され又は交互に配置されることによって、本発明に係る電気モータの格別にコンパクトな設計形態が実現される。個々の磁束誘導ユニットの磁束コレクタ部分は、永久磁石の周囲の同心円に規則的な間隔で位置するように、相互にオフセットされる。
【００２２】
本発明の格別に有利な実施の形態では、上記の意味において、外側に位置する磁束誘導ユニットとバックヨークとが、ロータシャフトを軸支するための軸受をそれぞれ収容するように構成されていてよい。ロータとステータとの磁気的な結合解消を実現するために、例えば、ロータシャフトは磁気伝導性でない材料により製作されていてよく、又は、その他の適当な磁気結合解消部が、例えば軸受に設けられる。シャフト軸受が磁気回路において収容されることにより、通常ならばそのために必要となるモータフランジが必要なくなる。
【００２３】
磁気回路の総ての部分、即ち、特に磁束誘導ユニットと磁気的なバックヨークリングとは、単純な薄板成形品として製作することができ、このことは、迅速かつ効率的なモータ製造を可能にする。選択的に、鉄心の各部分の積層を意図することもできる。
【００２４】
本発明に係る電気モータにより、放射状磁束機械では普通であるような極数と溝数との多彩な組み合せを、横方向磁束構造において具現化することが可能となり、この場合のコイルは、はるかに容易に巻くことができる環状コイルとして具現化することができる。軸平行コイルが永久磁石の円周に配置されることにより、総ての相についてただ一つの多極の永久磁石を使用することができるように、磁束誘導ユニットとコイルとを各々の相について交互に配置することが可能である。それによって、通常の横方向磁束機械の場合よりもコンパクトな設計形態が得られる。本発明は、ロータシャフトの軸受を磁気回路に収容することができるので、追加のモータフランジが必要ないという追加の利点も有している。
【００２５】
本発明の上記の利点及びその他の利点は、図面を参照した、以下の有利な実施の形態の説明から明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１及び図２には、本発明に係る電子整流式直流モータの有利な実施の形態が示されており、図１は、図２のＢ−Ｂ線に沿ったモータの横断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿ったモータの縦断面図である。
【００２７】
本発明に係る電気モータは、ロータ１０とステータ１２とを有しており、図示しているモータは、インナーロータ型モータの原理に基づいて構成されている。但し、本発明は、アウターロータ型モータにも同じように適用可能であり、当業者であれば、以下に説明するモータの構造を逆にして、これをアウターロータ型モータとして構成することができる。
【００２８】
ロータ１０は、ロータシャフト１４と、ロータシャフト１４の上に装着されたバックヨーク本体１６と、永久磁石リング又は弧状部材化された永久磁石として構成され得る多極に磁化された永久磁石１８とを含んでいる。図１は、８個の極２０、２２を有する永久磁石１８を示しているが、当然ながら、本発明は特定の極数に限定されるものではない。
【００２９】
図１及び図２に示す電気モータは、磁束誘導ユニット２４、２６、２８を有しており、これらの磁束誘導ユニットは、それぞれ一つの環状の磁束集中部分３０、３２、３４と、図示した実施の形態ではそれぞれ四つの磁束コレクタ部分３６、３８、４０とを有している。これらの磁束誘導ユニット２４、２６、２８は、例えばアルミニウム等の常磁性材料又は反磁性材料４２、４４からなる層によって、磁気結合が解消されている。
【００３０】
磁束誘導ユニット２４、２６、２８には、３個の巻心４６、４８、５０を支持する共通のバックヨーク５８が対向しており、これらの巻心は、ロータシャフト１４及び永久磁石１８と軸平行に延在する環状コイル５２、５４、５６をそれぞれ受容している。コイル５２、５４、５６は、図面に示すインナーロータ型構造では、図１に示すように、永久磁石１８の円周の回りに均等に配分された状態で配置されている。
【００３１】
巻心４６、４８、５０は、バックヨーク５８と対向する端部の部位において、磁束誘導ユニット２４、２６、２８の付属の磁束集中部分３０、３２、３４と結合されている。磁束コレクタ部分、磁束集中部分、巻心、及びバックヨークを介して磁気回路が閉じられ、環状コイル５２、５４、５６には動作時に磁界が横方向へ貫通する。
【００３２】
最後に図２には、ロータシャフト１４を軸支する役目を担う軸受６０、６２がさらに示されており、第１の軸受６０は外側の磁束誘導ユニット２４により保持されており、第２の軸受６２はバックヨーク５８により保持されている。
【００３３】
本発明に係る電気モータの図示した実施の形態では、電子整流式直流モータの三つの相について、当業者に周知の方法により整流装置を介して制御することができる３個の磁束誘導ユニット２４、２６、２８が、付属のコイル５２、５４、５６とともに設けられている。磁束誘導ユニット２４、２６、２８が相互に交互配置されており、外側に位置する磁束誘導ユニット２４及びバックヨーク５８がロータシャフト１４の軸受６０、６２を収容できることによって、格別にコンパクトな設計形態が得られる。
【００３４】
磁束誘導ユニット、バックヨーク及び巻心の有利な設計形態は、図３を参照するとより明確になる。総ての図面は本発明の模式的な図面であり、本発明に係る電気モータの個別構成要素は様々な方法により具現化できることに注意すべきである。各構成要素は、例えば、施削、フライス削りによって、又は、打ち抜き／曲げ工作によって製作することができる。
【００３５】
図３は、本発明に係る電気モータを、その個別構成要素とともに分解斜視図として模式的に示している。図３では、磁気伝導性の材料からなる平坦な環状円板により製作され、巻心４６、４８、５０を取り付けるための穴（図示せず）と、ロータシャフトの軸受を収容するために中央部にベアリングキャリヤ（図３には図示せず）とを有する、円板状のバックヨークが示されている。巻心４６、４８、５０は、穴を通して、例えば（図示しない）ネジやリベットによりバックヨーク５８に取り付けることができる。各々の巻心は、環状コイル５２、５４乃至５６を支持している。
【００３６】
さらに図３は、外側、中央及び内側の磁束誘導ユニット２４、２６乃至２８をさらに詳細に示している。
【００３７】
外側の磁束誘導ユニット２４は、環状の磁束集中部分３０を有するとともに、その内側円周に、これに対して垂直に延在する四つの磁束コレクタ部分３６を有している。磁束集中部分３０は、ロータシャフト１４を軸支する軸受６０を収容するためのベアリングキャリヤ６８を備えた中央の穴を有している。さらに磁束集中部分３０は、ネジ等によって巻心４６を取り付けるために円周に配分された穴７０を有している。
【００３８】
磁束誘導ユニット２４、２６、２８は、原則としてそれぞれ類似の構造を有しているが、相互に交互配置された状態で配設できるように適合化されている。
【００３９】
中央の磁束誘導ユニット２６は、環状の磁束集中部分３２を有するとともに、その内側円周に、これに対して垂直に延在する四つの磁束コレクタ部分３８を有している。磁束集中部分３２は、外側の磁束誘導ユニット２４の磁束コレクタ部分３６を挿通するための中央の開口部７２を有しており、組み付けられた状態のとき、同一の半径上に位置する磁束コレクタ部分３６と磁束コレクタ部分３８とは、図１に示すように互いに並んで位置するように、相互にオフセットされている。さらに磁束集中部分３２は、図２から明らかなように、外側の磁束誘導ユニット２４に属する巻心４６を挿通するための開口部７４を有している。最後に磁束集中部分３２は、ネジ等によって付属の巻心４８を取り付けるために円周に配分された穴７６を有している。
【００４０】
内側の磁束誘導ユニット２８は、中央の磁束誘導ユニット２６と基本的に同様に構成されており、磁束集中部分３４と、この磁束集中部分３４の内側円周にある、これに対して垂直に延在する四つの磁束コレクタ部分４０と、外側及び中央の磁束誘導ユニット２４、２６の磁束コレクタ部分３６、３８を挿通するための中央の開口部７８とを有しており、磁束コレクタ部分３０、３２、３４は、図１に示すごとく、連続して互いに並んで位置するように、回転位置が相互にオフセットされている。内側の磁束誘導ユニット２８の磁束集中部分３４には、外側の磁束誘導ユニット２４に付属する巻心４６と、中央の磁束誘導ユニット２６に付属する巻心４８とを挿通するための２つの開口部８０、８２が設けられている。最後に、内側の磁束誘導ユニット２８の磁束集中部分３４も、付属の巻心５０を取り付けるための穴８４を有している。
【００４１】
図３から解るように、外側の磁束誘導ユニット２４に付属する巻心４６は、外側の磁束誘導ユニット２４の磁束コレクタ部分３６と実質的に同じ長さであるか又はこれよりもわずかに長い。中央の磁束誘導ユニット２６に付属する巻心４８は、中央の磁束誘導ユニット２６の磁束コレクタ部分３８と同じ長さであるか又はこれよりもわずかに長く、内側の磁束誘導ユニット２８に付属する巻心５０は、内側の磁束誘導ユニット２８の磁束コレクタ部分４０と同じ長さであるか又はこれよりもわずかに長い。
【００４２】
磁束誘導ユニット２４、２６、２８と、バックヨーク５８及びこれに取り付けられた巻心４６、４８、５０とが、完成した電気モータに組み付けられたとき、磁束コレクタ部分３６、３８、４０は、磁束集中部分３０、３２、３４の内側円周に接して交互の順序で永久磁石の回転軸と平行にかつその極の付近に延在しており、外側に位置する方の磁束誘導ユニットの磁束コレクタ部分は、開口部７２、７８を通って案内される。
【００４３】
巻心４６、４８、５０及びこれに巻き付けられた環状コイル５２、５４、５６は、磁束コレクタ部分３６、３８、４０の範囲外において、永久磁石と軸平行に延在しており、巻心及びこれに巻かれたコイルは、永久磁石の円周の回りに均等に配分される。電気モータの相及び磁束誘導ユニットごとに１個のコイルに代えて、例えば２個又は３個のコイルを設けることができることに注意すべきである。外側に位置する方の磁束誘導ユニット２４、２６の巻心４６、４８は、そのために設けられた、内側に位置する方の磁束誘導ユニットの開口部７４、８０、８２に挿通されている。巻心４６、４８、５０の長さは、巻心の自由端が一つの平面に位置してバックヨーク５８と結合できるように設定されている。
【００４４】
本発明に係る電気モータでは、環状コイル５２、５４、５６について、予め製作された簡単なコイル、いわゆる成形巻線コイルを使用することができ、それにより、通常の放射状磁束機械の場合よりも巻き付けプロセスが大幅に簡素化される。磁気回路の総ての部品、特に磁束誘導ユニット２４、２６、２８及びバックヨーク５８は、薄板成形品として製作することができ、それによって製造がさらに簡素化される。通常の放射状磁束機械の場合のように、積層されたステータを使うこともできる。
【００４５】
交互配置された設計形態により、磁束誘導ユニット２４、２６、２８の磁束コレクタ部分３６、３８、４０が半径上で互いに交互に並んで位置することが可能であり、その結果、３相又は多相の電気モータについて単一の永久磁石で十分であり、格別にコンパクトな設計形態が得られる。相ごとに複数の磁束コレクタ部分において磁束を集中させることにより、本件出願の導入部において説明したように所望のトルク波形を設定するため、放射状磁束モータの溝に相当する磁束コレクタ部の数と、永久磁石の極の数との比率をほぼ任意に変更することができる。
【００４６】
さらに、個々の磁束コレクタ部分を介して磁束を磁束集中部分に集中させることで、各々の相について一つ又は複数のコイルを用いることが可能である。
【００４７】
図４は、本発明の第２の実施の形態に基づき、互いに交互配置されて予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールの下面図を示している。最も内側に位置する磁束誘導ユニットは符号８６が付されており、外側に位置する方の磁束誘導ユニットには符号８８及び９０が付されている。この第２の実施の形態では、各々の磁束誘導ユニットは、環状の磁束集中部分８６−１、８８−１、９０−１と、四つの磁束コレクタ部分８６−２、８８−２、９０−２と、８個の巻心８６−３、８８−３、９０−３とを有しており、磁束コレクタ部分及び巻心は、それぞれ付属の磁束集中部分と結合されている。磁束コレクタ部分８６−２、８８−２、９０−２は、組立が完成したモータでは、永久磁石及びその回転軸と軸平行に、永久磁石の極の付近に延在している。これらの磁束コレクタ部分は、半径方向の磁束を永久磁石から集めて、これを付属の磁束集中部分８６−１、８８−１、９０−１に向けて誘導する。磁束集中部分８６−１、８８−１、９０−１の外面には、同じく永久磁石の回転軸に対して軸平行に延在する８６−３、８８−３、９０−３が設けられている。外側に位置する方の磁束誘導ユニット８８、９０の巻心は、内側に位置する方の磁束集中部分８６−１、８８−１の内面に誘導される。本発明の第２の実施の形態に基づく磁束誘導ユニット８６、８８、９０は、後に図１１を参照して説明するように、打ち抜き曲げ部品として製作されるのが好ましい。但し、本発明は、特定の製造方法に限定されるものではなく、磁束誘導ユニットはフライス削り、施削又は注型することもでき、かつ、一体的に製造することも複数の構成部品から組み立てることもできる。
【００４８】
図５は、本発明の第３の実施の形態に基づき、互いに交互配置されて予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールの下面図を示している。最も内側に位置する磁束誘導ユニットは符号９２が付されており、外側に位置する方の磁束誘導ユニットには符号９４及び９６が付されている。この第３の実施の形態では、各々の磁束誘導ユニットは、環状の磁束集中部分９２−１、９４−１、９６−１と、三つの磁束コレクタ部分９２−２、９４−２、９６−２と、１個の巻心９２−３、９４−３、９６−３とを有している。その他の点では、上に第２の実施の形態に関して述べたことが第３の実施の形態についても当てはまる。
【００４９】
図６は、本発明の第４の実施の形態に基づき、互いに交互配置されて予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールの下面図を示している。最も内側に位置する磁束誘導ユニットは符号９８が付されており、外側に位置する方の磁束誘導ユニットには符号１００及び１０２が付されている。この第４の実施の形態では、各々の磁束誘導ユニットは、環状の磁束集中部分９８−１、１００−１、１０２−１と、四つの磁束コレクタ部分９８−２、１００−２、１０２−２と、２個の巻心９８−３、１００−３、１０２−３とを有している。その他の点では、上に第２の実施の形態に関して述べたことが第４の実施の形態についても当てはまる。
【００５０】
図７は、例えば図６に示されている本発明の第４の実施の形態の磁束誘導ユニット９８を製造するために用いることができる打ち抜き曲げ部品を示している。図７には、環状の磁束集中部分９８−１と、四つの磁束コレクタ部分９８−２と、２個の巻心９８−３とを備えている磁束誘導ユニット９８が、打ち抜き・曲げ工程後の状態で実線により示されており、曲げ工程前における打抜き曲げ部品の輪郭が破線により示されている。
【００５１】
図８は、本発明の第５の実施の形態に基づき、互いに交互配置されて予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールの下面図を示している。この実施の形態では、各々の磁束誘導ユニットが２個の磁束誘導片に分割されている。最も内側に位置する磁束誘導ユニットは、２個の磁束誘導片１０４−１及び１０４−２を含んでおり、外側に位置する方の磁束誘導ユニットも同じくそれぞれ２個の磁束誘導片１０６−１及び１０６−２並びに１０８−１及び１０８−２を含んでいる。磁束誘導ユニットの２個の磁束誘導片は、それぞれモータの一つの相に割り当てられており、その磁束集中部分はそれぞれ一つの平面に位置している。別案の実施の形態では、３個の磁束誘導ユニットからなる交互配置された構成の軸方向の所要スペースを最低限に抑制するために、磁束誘導片１０４−２を磁束誘導片１０６−１及び１０８−２とともに一つの平面に位置させ、磁束誘導片１０４−１を磁束誘導片１０６−２及び１０８−１とともに一つの平面に位置させることができる。その場合には、巻心及び磁束誘導片の軸方向の長さが相応に適合化されていなくてはならない。
【００５２】
この第５の実施の形態では、各々の磁束誘導片１０４−１、１０４−２、１０６−１、１０６−２、１０８−１、１０８−２は、特にほぼ円周の１／３にわたって延在する部分リングの形態の磁束集中部分１０４−１１、１０４−２１、１０６−１１、１０６−２１、１０８−１１、１０８−２１を有している。各々の磁束集中部分１０４−１１、１０４−２１、１０６−１１、１０６−２１、１０８−１１、１０８−２１とは、それぞれ二つの磁束コレクタ部分１０４−１２、１０４−２２、１０６−１２、１０６−２２、１０８−１２、１０８−２２及び巻心１０４−１３、１０４−２３、１０６−１３、１０６−２３、１０８−１３、１０８−２３が結合されており、その結果、全体として１個の磁束誘導ユニットごとに四つの磁束コレクタ部分と２個の巻心とを備えた構成が生じている。２個の磁束誘導片から組み合わせられた第５の実施の形態の磁束誘導ユニットの特別な構成は、個々の磁束誘導片をさらに容易に成形することができるので、製造時に利点を有することができる。第５の実施の形態のさらに別の利点は、それぞれ３個の磁束誘導片の磁束集中部分を一つの平面に配置することができ、従って、３個の磁束誘導ユニットについて二つの平面しか必要としないので、この３個の磁束誘導ユニットからなるモジュール全体の所要スペースが縮小される。
【００５３】
その他の点では、上に第２の実施の形態を参照して述べたことが第５の実施の形態についても当てはまる。
【００５４】
図９は、本発明の第６の実施の形態に基づいて予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールの下面図を示している。この実施の形態は図８の実施の形態に類似しているが、各磁束誘導ユニットの巻心の数が２倍になっている。最も内側に位置する磁束誘導ユニットは符号１１０が付されており、外側に位置する方の磁束誘導ユニットには符号１１２及び１１４が付されている。この第６の実施の形態では、各々の磁束誘導ユニットは、環状の磁束集中部分１１０−１、１１２−１、１１４−１と、四つの磁束コレクタ部分１１０−２、１１２−２、１１４−２と、４個の巻心１１０−３、１１２−３、１１４−３とを有している。長尺状の巻心１１０−３、１１２−３、１１４−３は、これまでの各実施の形態の場合とは異なり、長手方向の延在が円周方向ではなく、電気モータの永久磁石の回転軸に対して半径方向に配置されている。この実施の形態は、図９から明らかなように、同じく磁束誘導ユニットの製造時に利点を有することができる。その他の点では、上に第２の実施の形態を参照して述べたことが第４の実施の形態についても当てはまる。
【００５５】
図１０は、例えば図９に示す本発明の第６の実施の形態の磁束誘導ユニット１１０を製造するために用いることができる打ち抜き曲げ部品を示している。図１０では、磁束誘導ユニット１１０が環状の磁束集中部分１１０−１、四つの磁束コレクタ部分１１０−２、及び、４個の巻心１１０−３とともに、打ち抜き・曲げ工程前の状態で示されている。図１０から明らかなように、最善の材料利用性を以て磁束誘導ユニットを製造することができる。
【００５６】
図１１は、図２の図面と類似する本発明の第７の実施の形態に基づく電気モータの模式的な縦断面図を示しており、図１１には、ロータ及びロータ軸受は示されていない。図１１では、第１の磁束誘導ユニットに符号１１４が付されており、第２の磁束誘導ユニットには符号１１６が付されており、第３の磁束誘導ユニットには符号１１８が付されている。図１１の実施の形態は、例えば符号１２０の巻心がバックヨーク１２２と一体的に構成されているという点において、以上の各実施の形態と異なっている。即ち、この第７の実施の形態では、先ず、例えば、符号１２０の巻心がバックヨーク１２２と一体的に構成され、次いで、コイル１２４が巻心に取り付けられてから、バックヨーク１２２が、コイル１２４とともに磁束誘導ユニット１１４、１１６、１１８と組み合わせられる。その他の点においては、図２を参照しながら第１の実施の形態について述べたことが当てはまる。
【００５７】
ロータシャフト１４を磁気伝導性でない材料により設計すると、又は、ステータとロータとの間でその他の適当な磁気結合の解消をすることによって、ロータシャフト軸受６０、６２のベアリングキャリヤ６６、６８を磁気回路に組み込み、それによって追加のモータフランジを省略することが可能である。本発明の有利な実施の形態では、ベアリングキャリヤは、外側の磁束コレクタ部２４及びバックヨークリング５８に組み込まれる。
【００５８】
以上の説明、特許請求の範囲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でも、本発明を様々な実施の形態で具現化するのに有意義であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１の実施の形態に基づく電気モータを示す、図２のＢ−Ｂ線に沿った模式的な横断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に基づく電気モータを示す、図１のＡ−Ａ線に沿った模式的な縦断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に基づく電気モータを示す斜視分解図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に基づく予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールを示す下面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に基づく予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールを示す下面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に基づく予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールを示す下面図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態に基づく磁束誘導ユニットを製造するために利用することができる打ち抜き曲げ部品である。
【図８】本発明の第５の実施の形態に基づく予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールを示す下面図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態に基づく予め組み付けされた３個の磁束誘導ユニットを含むモジュールを示す下面図である。
【図１０】本発明の第６の実施の形態に基づく磁束誘導ユニットを製造するために利用することができる打ち抜き曲げ部品である。
【図１１】本発明の第７の実施の形態に基づく電気モータを示す模式的な縦断面図である。
【符号の説明】
【００６０】
１０  ロータ
１２  ステータ
１４  ロータシャフト
１６  バックヨーク本体
１８  永久磁石
２０、２２  磁極
２４、２６、２８  磁束誘導ユニット
３０、３２、３４  磁束集中部分
３６、３８、４０  磁束コレクタ部分
４２、４４  常磁性材料
４６、４８、５０  巻心
５２、５４、５６  環状コイル
５８  バックヨーク
６０、６２  軸受
６４  穴
６６、６８  ベアリングキャリヤ
７０  穴
７２、７４  開口部
７６  穴
７８、８０、８２  開口部
８４  穴
８６、８８、９０  磁束誘導ユニット
８６−１、８８−１、９０−１  磁束集中部分
８６−２、８８−２、９０−２  磁束コレクタ部分
８６−３、８８−３、９０−３  巻心
９２、９４、９６  磁束誘導ユニット
９２−１、９４−１、９６−１  磁束集中部分
９２−２、９４−２、９６−２  磁束コレクタ部分
９２−３、９４−３、９６−３  巻心
９８、１００、１０２  磁束誘導ユニット
９８−１、１００−１、１０２−１  磁束集中部分
９８−２、１００−２、１０２−２  磁束コレクタ部分
９８−３、１００−３、１０２−３  巻心
１０４−１、１０４−２、１０６−１、１０６−２、１０８−１、１０８−２  磁束誘導片
１０４−１１、１０４−２１、１０６−１１、１０６−２１、１０８−１１、１０８−２１  磁束集中部分
１０４−１２、１０４−２２、１０６−１２、１０６−２２、１０８−１２、１０８−２２  磁束コレクタ部分
１０４−１３、１０４−２３、１０６−１３、１０６−２３、１０８−１３、１０８−２３  巻心
１１０、１１２、１１４  磁束誘導ユニット
１１０−１、１１２−１、１１４−１  磁束集中部分
１１０−２、１１２−２、１１４−２  磁束コレクタ部分
１１０−３、１１２−３、１１４−３  巻心
１１４、１１６、１１８  磁束誘導ユニット
１２０  巻心
１２２  バックヨーク
１２４  コイル
【国際公開パンフレット】
2005503746.tif 000003
2005503746.tif 000004
2005503746.tif 000005
2005503746.tif 000006
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2005503746.tif 000008
2005503746.tif 000009
2005503746.tif 000010
2005503746.tif 000011
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2005503746.tif 000014
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2005503746.tif 000033
2005503746.tif 000034
【国際調査報告】
2005503746.tif 000035
2005503746.tif 000036
2005503746.tif 000037
2005503746.tif 000038