(57)【要約】  ロータが、永久磁石リターダ用に適用される。これは、円周上に配置された複数の磁石を具備している。これは、ハブと、スポークを介してこのハブに接続されたリング部材とから成る、回転するロータも含む。スポークは、その半径方向長さの少なくとも一部位において、断面形状輪郭部を備えて構成され、ロータの軸方向におけるその長さが、ロータの円周方向における長さに比べて相当小さい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円周上に分布する複数の磁石と、
ハブ（３）と、
スポーク（５）を介して前記ハブ（３）に接続されたリング部材（４）と、を備えてなる永久磁石リターダ（１）用ロータであって、
前記スポーク（５）が、少なくともその半径方向の或る断面において、該ロータ（２）の軸方向における断面長さが、該ロータ（２）の円周方向（Ｕ）における断面長さよりも、相当小さいものであることを特徴とするロータ。
【請求項２】
前記軸方向長さが、前記ロータ（２）の前記円周方向（Ｕ）長さの最大３分の２、好ましくは少なくとも３分の１であることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記スポーク（５）の断面形状が、少なくとも１つの端部において前記円周方向（Ｕ）に先細るように構成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。
【請求項４】
前記スポーク（５）の断面形状が、前記円周方向（Ｕ）の２つの端部間で連続的に伸びることを特徴とする、請求項１、２、又は３に記載のロータ。
【請求項５】
前記スポーク（５）の断面形状が、断面の面方向に対して２０°の角度範囲内において、前記円周方向（Ｕ）に対して直角に設けられた部位を有していないことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載のロータ。
【請求項６】
前記スポーク（５）の各々が、その半径方向長さの少なくとも半分にわたって断面形状輪郭部を有し、前記ロータの軸方向の断面長さが前記ロータ（２）の前記円周方向（Ｕ）の長さよりも相当小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載のロータ。
【請求項７】
前記スポーク（５）が、前記リング部材（４）又は前記ハブ（３）の領域において半径方向に移動可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載のロータ。
【請求項８】
前記スポーク（５）が、前記リング部材（４）上に溶接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】
前記スポーク（５）が、そのハブ側端部において、前記ハブ（３）に接続された部品（１０）を収容出来るように受け部（９）を有し、前記受け部（９）及びその対応部品（１０）が、互いに対して半径方向に移動可能に配置されていることを特徴とする、請求項７又は８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記受け部が、凹部（９）として前記スポーク（５）の領域内に配置され、前記部品が、ピン（１０）として前記ハブ（３）の領域内に配置されていることを特徴とする、請求項９に記載のロータ。
【請求項１１】
前記リング部材（４）の外周には、少なくとも部分的に冷却リブ（７）が設けられていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載のロータ。
【請求項１２】
前記冷却リブ（７）と前記円周方向（Ｕ）が成す角度が４５°未満、好ましくは４０°未満となるように、前記冷却リブ（７）が配置されていることを特徴とする、請求項１１に記載のロータ。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれかに記載のロータ（２）と、
領域内に永久磁石が配置されたステータ（６）と、を具備する永久磁石リターダ。
【請求項１４】
２０個を超え、好ましくは３０個を超える永久磁石が、前記ステータ（６）の円周まわりに分布するように配置されていることを特徴とする、請求項１３に記載の永久磁石リターダ。
【請求項１５】
前記ロータ（２）の前記リング部材（４）が、前記ステータ（６）をその外周上で囲繞することを特徴とする、請求項１３又は１４に記載の永久磁石リターダ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の導入部分でより仔細に定義されているタイプに従った永久磁石リターダ用ロータに関する。本発明は更に、このようなロータを備える永久磁石リターダに関する。
【背景技術】
【０００２】
永久磁石リターダは、一般に、最先端技術として知られている。ここで、例示目的にて、こうした永久磁石リターダについて原理的に記述した日本特開２００５−１７６４１８号の要約書を参照する。このような永久磁石リターダの構成は、ステータと、このステータの周りを回転するロータから成る。この２つのうちの一方、多くの場合にはステータが、複数の永久磁石を具備し、これら複数の永久磁石は、円周上に分布しており、適当なスイッチング部材によってステータ内で短絡させることが可能になっているか、或いは、スイッチング部材で別の位置に切り替えることでその磁場がステータ外部のロータに到達するようになっている。例えば上記のステータの周りを回転するリング部材等のようなロータ、又はロータの少なくとも１つの機能要素が、少なくとも部分的に、鉄材等の軟磁性材料又は磁性材料で作製され、ロータの領域を貫通する磁場がそれぞれ相反する磁場を誘起することによって、ステータに対してロータを制動するようになっている。
【０００３】
このような機能は周知であり、例えば上記の明細書に記載の永久磁石リターダによって実現される。ロータが永久磁石リターダの制動状態及び非制動状態の両方において回転するという点で、特殊な問題が１つある。この問題は、永久磁石リターダがしばしば配置される、ドライブシャフト又はユニバーサルシャフトが高速のとき、通常は１分あたり最大数千回転の比較的高速のときに発生する。ロータがこのように高速の場合、比較的高い空気抵抗が生じ、非制動状態では望ましくない動力損失に繋がる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１７６４１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、非制動状態の動力損失が最小限で済むような、永久磁石リターダ用ロータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
これは、請求項１の特徴部分で述べている構成の本発明により達成される。ロータの更に有益な実施形態は、他の従属請求項において提示される。本発明によるロータの有益な利用法は、請求項１３に従った永久磁石リターダにおいて記載される。その更なる有益な発展は、従属する下位の請求項にみられる。
【０００７】
本発明による解決法では、ロータのリング部材が、スポークを介してロータのハブに接続される。スポークは、少なくともその断面形状において、ロータの軸方向における長さが、ロータの円周方向における長さよりもかなり小さい。したがって、スポークは、半径方向の少なくとも一部に非常に平坦な断面部を備えて配置されており、この非常に平坦な断面部は、ロータの円周方向よりもロータの軸方向においてかなり小さくなるように、リング部材の保持に必要な断面を更に分割している。このことによって、スポーク又はスポークの部分断面が平坦な部材として構成されるので、四角形又は円形又は別の形状のスポークを備える場合よりも、ロータ回転時の空気抵抗がかなり小さくなる。
【０００８】
ロータの特に好適で有益な更なる発展において、軸方向の長さは、ロータの円周方向における長さの、最大で３分の２、好ましくは最大で３分の１である。したがって、当該スポーク又はスポークの部分断面を、かなり平坦化して配置することによって、空気抵抗の発生が可能な限り低減される。
【０００９】
特に好適な更なる発展において、スポークの断面形状は、断面の面の方向に対して２０°の角度範囲内において、円周方向に対して直角となる断面を有さないことにしてもよい。スポークの断面形状は、円周方向に対して直角、又は±１０°の角度で延伸する断面を全く有さない輪郭となる。このことは、全ての断面が円周方向に対して比較的小さい角度で配置されるので、それぞれのスポークの断面が「流線型」となることを意味している。
【００１０】
本発明によるロータの特に好適で有益な更なる発展において、スポークは、リング部材又はハブの半径方向に移動可能に取り付けられる。この接続形態では、互いに特定の経路上を半径方向に移動可能であることから、永久磁石リターダの制動中、リング部材とハブとの間に温度差が不可避的に生じることに対する一定の補整を、ロータのスポークが可能とするもので、その結果、熱膨張による応力を受けない、或いは、少なくとも絶対的に必要なだけの熱応力しか受けない構成が可能になる。
【００１１】
ロータの非常に好適で有益な更なる実施形態では更に、リング部材の外周に、少なくとも部分的に冷却リブを設ける。このような、冷却リブを備えたリング部材の構造によって、制動時に発生してリング部材に溜まる熱を、冷却リブによって周囲に放出できるので、例えば冷却回路等による更なる冷却が不要となる。
【００１２】
また、特に好適で有益な更なるこの実施形態では、冷却リブと円周方向が成す角度が４５°未満、好ましくは４０°未満となるように、冷却リブを配置する。冷却リブの主方向と円周方向との間の角度がこのように４５°未満、好ましくは４０°未満であるということは、冷却リブが、円周方向に対する角度が４５°以上の従来の場合と比較して、円周方向に傾斜していることを意味しており、このことによって、円周方向に延びる部材が大型であっても、ロータ回転時の空気抵抗は、最先端技術によるそれぞれの冷却リブの場合に比べて小さくなる。冷却リブの好適な形態は、冷却リブと円周方向との間の小さい方の角度が約３５°のときにみられる。この角度は、ロータの必要な冷却と、冷却リブが生じる空気抵抗との間の、理想的な両立を示す。永久磁石リターダの十分な冷却に際し、冷却リブのこのような構成と、リング部材がハブに連結された、上述のようなスポーク形状を組み合わせると、ロータに起因する空気抵抗を、従来構造に対して約５０％低減できる。このことから、動力損失が明らかに低減することがわかる。
【００１３】
上述の構成のうちの１つである本発明によるロータは、その領域内に永久磁石が配置されたステータを備える永久磁石リターダにおいて、好適な態様に組み合わせることができる。そして、ロータは、少なくともリング部材を鉄材料で作製することによって、比較的簡便な部品として構成することができ、ステータに配置された永久磁石と組み合わせてそれぞれの切替状態において確実に制動モーメントを発生させる。
【００１４】
本発明による永久磁石リターダの特に好適で有益な更なる発展として、ステータの円周上に、２０個を超え、好ましくは３０個を超える永久磁石を更に備える。多数の永久磁石、好ましくは例えば３２個の永久磁石を備えるこのような構成は、永久磁石の数が少ない構成と比較して、全体的なサイズは同じでも、制動開始時の制動モーメントが高くなるか、或いは、制動モーメントが同じでも全体的なサイズが小さくできる。ここで、例えば、全体的なサイズが同じで、制動開始時の制動モーメントが高い場合、或る時間、例えば約５から１０秒の間で、高温加熱されると、制動モーメントが、永久磁石の数が例えば半分の従来型の永久磁石リターダに近くなる。このとき、長時間の制動にわたって、具備する磁石が少ない永久磁石リターダの場合ほど、制動モーメントが小さくなる。しかし、逆に言えば、比較的大きい初期モーメント低下の後の低制動モーメントの結果として、永久磁石リターダにおいては低発熱となる。したがって、現状最先端技術による構成の場合よりも、熱放散量が少ない構成が可能になる。このように、冷却リブ用に特別に選択する角度を、上述のように小さくできる。永久磁石の数を増やすことにより、発生する熱の損失を低減できるので、熱放散に使用する冷却リブを、発生する熱がかろうじて放散される程度に、空気抵抗に対して最適化できる。このことは、動力損失の最小化にも寄与する。
【００１５】
小型の磁石を用いて磁石の数を増加させることにより、少ない数の大型磁石に匹敵する効果を得られるので、永久磁石の数を増やした結果、全体に使用する永久磁石の質量を減らすこともできる。全体に使用する永久磁性材料を減らすことで、このように、重量及びコストを削減できる。
【００１６】
本発明による構成の更に有益な実施形態は、その他の従属請求項に開示されているが、以下の図面を参照して後述する実施形態に基づいて、より詳細に説明されている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明による永久磁石リターダの三次元図を示す。
【図２】図２は、本発明による永久磁石リターダの上面図の部分図を示す。
【図３】図３は、図２のIII−III面における様々な断面形状を示す。
【図４】図４は、本発明によるロータの外周の部分図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１の図面は、永久磁石リターダ１と、特にそのロータ２の三次元図を示しており、ここでは、図面を簡略化するために、軸受と、制動状態から非制動状態に切り替えるための駆動部材の図を省略している。図１の図面では、永久磁石リターダ１又はロータ２がその周りを回転する軸Ａを示す。したがって、図１のこの三次元図面は実質的に、ハブ３及びリング部材４を具備する永久磁石リターダ１のロータ２を示す。ハブ３とリング部材４は、スポーク５によって接続されるが、図１の図面では、そのうちの幾つかのみに参照符号を付している。ロータ２のリング部材４は、ステータ６の外周を包囲しており、このステータ６は、スポーク５とスポーク５の間に見受けられる。永久磁石と、永久磁石リターダ１を制動動作と非制動動作の間で切り替えるための装置は、ステータ６の領域に、周知の態様で配置されている。ロータ２とそのリング部材４は、より詳細には後述するが、外周上に冷却リブ７を更に具備している。
【００１９】
図２に示す部分図では、ハブ３と、２つのスポーク５を備えたロータ２と、リング部材４の一部が見受けられる。ステータ６は、やはりスポーク５とスポーク５の間に示されている。冷却リブ７は、リング部材４の外周上に配置されている。スポーク５は、各々個別のスポーク５の間、ひいてはリング部材４とハブ３との間の半径方向の移動が可能となるように、ハブ３に接続されている。図１及び図２の場合に示すように、これは、スポークの各々がハブ３に対向する端部において、受け部を備えるフランジ部材８を具備し、この受け部は、特にこの場合には、凹部９の形状で、図３ａに更に詳細を示すように設けられている。この凹部は、例えば円形の穴として配置可能である。例えばピン１０等の部品１０は、ハブ３に接続されている。凹部９及びピン１０は、その形状が互いに対応している。制動動作において激しく温度上昇するリング部材４の熱膨張がある場合、フランジ部材８に配置された凹部９とハブ３に接続されたピン１０との組み合わせにより、ハブに対して個別のスポークが僅かに半径方向に移動可能になる。このことによって、半径方向に固定する場合と比較して、比較的低温のハブと比較的高温のリング部材４との間で制動中に熱的に誘発される張力が大幅に減少する。逆の構成も原則的には可能であり、スポーク５の半径方向可動接続部がリング部材４の領域内に、即ちスポークの他方の端部に配置される。スポーク５及びフランジ部材８の領域にピン１０を配置し、ハブ３の領域に凹部９を配置することも、可能である。ここで図示する構成による利点は、リング部材４とこれに接続されたスポーク５は通常、ハブ３の領域よりも大きく温度上昇するので、凹部９が熱負荷の結果として膨張しても、比較的低温のピン１０の上で半径方向移動が可能なことである。ピン１０をその高温の端部に接続しようとすると、比較的低温の凹部９内で、その高温のピン１０が詰まり易くなることもある。
【００２０】
スポーク５は、例えばリング部材４の材料に溶接可能である。ここでは、突起部材の特性として、高速回転時のロータの空気抵抗を増大させるネジ又はリベット等の締結部材を用いず、高い安定性と良好な伝熱性を兼ね備えた、簡便なタイプの取り付けを示している。
【００２１】
スポーク５の断面の構成についての種々の可能性が、図２の線III−IIIに沿った要部断面図の図３ａ〜３ｄに示されている。凹部９と、凹部９に設けられたピン１０とを備えるフランジ８は、図３ａにのみ示されている。以後の図３ｂ〜３ｄは、そのような断面を示すのみである。
【００２２】
図３ａ〜３ｄの図面が明確に示しているように、スポーク５の断面は、紙面上で垂直に立っているロータ２の軸方向Ａよりも、ここでは鎖線で示す円周Ｕの方向にかなり大きく伸びている。図３ａの図面は、第一の例として、略台形状に構成された断面を示している。最も伸長している円周方向において、ロータ２の軸方向Ａよりもはるかに大きい長さを有している。その比率は、ここに一例として、約１：８〜１：１０で示されている。特に、軸方向の長さは、円周方向の長さの、最大で３分の２、特に最大で３分の１とすべきである。
【００２３】
図３ｂの図面は類似の断面を示すが、円周方向の２つの端部に亘り連続的に伸展する断面形状を備える、台形状ではない断面を有している。このような形状も、ロータ２の回転時のスポーク５に起因する空気抵抗の低減にかなり寄与し得る。図３ａ及び３ｂの構成では、ステータ６に対して比較的接近して回転するので、各々その片側に直線状の側縁を備えている。その事例は、円周線Ｕに対して実質的に対称に配置された、図３ｃ及び３ｄの断面スポーク５の構造の２つの例とは異なっている。図３ｃの図面では、円周方向の両端部の方向に向かって次第に先細になっている長楕円を示しているので、非常に小さい渦、ひいては非常に小さい空気抵抗しか生じない。ロータの運動方向は、広範な動作領域にわたって同じであり、その方向は永久磁石リターダ１を備える車両の前方移動中の回転方向なので、例えば円周方向Ｕの好ましい回転方向に丸みを帯びた端部や非常に狭く先細った端部を有するように、形状を設計することもできる。図３ｄにこれを示しており、このようなスポーク５の断面の好ましい回転方向は、円周方向Ｕにおけるｘで示されている。
【００２４】
このとき、例として示す永久磁石リターダ１の構成は、円周上に交互に分布するようにステータ６に配置された永久磁石を備えるようにされるべきである。円周上には、２０個を超え、特に約３２個の永久磁石を分布させるのが好ましい。永久磁石の数を比較的多くすることによって、制動開始時の制動モーメントが比較的高くなる。制動モーメントは、熱的プロセスと導磁性の劣化の結果として、時間と共に相応に減少し、長時間の制動期間後にはかなり低い減速モーメントになる。例えば永久磁石の数が半分のとき等、備える磁石が少なく、全体的なサイズが同じ永久磁石リターダと比較すると、初期制動モーメントは大きくなるが、減速モーメントはそれぞれ小さくなる。永久磁石の数が多い実施形態におけるこの比較的低い減速モーメントが提供する有益な効果は、図４の上面図に再び詳細に示される冷却リブ７を最適な冷却能に設定する必要がなく、減速モーメントの印加中に発生する熱の十分な冷却と共に、空気抵抗を最小限に抑えるように、ロータ２に起因する空気抵抗に対して冷却リブ７を最適化できることである。
【００２５】
図４の図面は、それぞれの冷却リブ７の中心軸と円周方向Ｕが成す角度が４５°未満、特に４０°未満となるように、冷却リブ７が、やはりこの場合もＵで示される円周方向に対して角度ｗで配置されることを示している。選択図でのこの角度は約３０°であり、この場合には、冷却リブ７と円周方向Ｕが成す２つの角度規定のうちの小さい方に対応する。例において、左下から右上に延在する冷却リブ７は、左上から右下に向かって延在していてもよく、その場合は、上記と同様に、冷却リブ７と円周方向Ｕの間に同じ角度ｗを成すことになる。
【００２６】
スポーク５の平坦化された形状と併せて、円周方向Ｕと冷却リブ７の主配列との間の角度ｗが最先端技術に比べて小さいこの構成によって、同程度の全体的なサイズと十分な冷却力とが相俟って、回転中のロータ７に起因する空気抵抗が最大５０％減少する。非制動動作では、永久磁石リターダ１に起因する損失がこのように低減され、永久磁石リターダ１を備える駆動系がブレーキに関してより安全になるだけでなく、燃費も効率的になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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