(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同期式リラクタンス・マシンのためのロータ（３０）であって、
当該ロータ（３０）の断面は、
断面の中央開口（１４）の周りに対照的に配置された四つのポール・セクター（１５）を有し、各ポール・セクター（１５）は、複数の絶縁バリア（４）を有し、各絶縁バリアは、二つのピッチ・ポイント（５）の間を伸び、
複数のｑ軸（７）を有し、各ｑ軸（７）は、対応するポール・セクター（１５）の最大のリラクタンスの方向を規定し、
断面の外側の輪郭を規定する外周（２）を有し、
複数の基準ポイント（８）を有し、それらは、ｑ軸（７）に対して対称に、外周（２）上に配置され、これらの基準ポイント（８）の間の角度間隔は、隣接する二つのｑ軸（７）の間で等しい値  αｍ＝γ／（κ−１）  を有する基準角度（９，１０）を規定し、ここで、γは、隣接する二つのｑ軸（７）の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイント（５）の間の角度（１３）であり、κは、隣接する二つのｑ軸（７）の間のピッチ・ポイント（５）の数であり、
ｑ軸ピッチ角度（１２）を有し、それは、ｑ軸（７）の両側にある隣接する二つのピッチ・ポイント（５）の間の、角度間隔δにより規定され、このｑ軸ピッチ角度（１２）は、δ＝３＊αｍ  とは異なる値を有し、
各ピッチ・ポイント（５）と、このピッチ・ポイント（５）に最も近い基準ポイント（８）との間の角度は、２．５度より小さい値Δτを有する偏差（２０）を有している、
ロータにおいて、
上記ｑ軸ピッチ角度（１２）が、５０度以下の値δを有していること、
を特徴とするロータ。
【請求項２】
下記特徴を有する請求項１に記載のロータ（３０）、
前記ピッチ・ポイント（５）と、前記最も近い基準ポイント（８）との間の角度は、２度より小さい値Δτを有する偏差（２０）を有している。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項１または２に記載のロータ（３０）、
前記ｑ軸ピッチ角度（１２）は、δ＝３＊αｍ  から、少なくとも１度、異なっている。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項１から３の何れか１項に記載のロータ（３０）、
当該ロータは、前記ロータ（３０）の機械的強度を改善するための、絶縁バリア（４）を横切る径方向のリブ（１７）を有している。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項１から４の何れか１項に記載のロータ（３０）、
当該ロータは、ｑ軸（７）上のロータ外周（２）に、切除部（１１）を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同期式リラクタンス・マシンのためのロータに係り、特に、ロータの絶縁バリアの幾何学的形状、及びマシンのトルク・リップル挙動に対する幾何学的形状の影響に係る。本発明は、更に、同期式リラクタンス・マシンのためのロータをデザインするための方法に係る。
【背景技術】
【０００２】
これまで知られている同期式リラクタンス・マシンは、典型的に、多相巻線を備えたステータを有していて、このステータは、誘導モータのステータに類似するやり方で、複数のポールを形成する。同期式リラクタンス・マシンのロータ・アセンブリは、通常、電気的な巻線を含んでおらず、それに代えて、磁気的に透過性のセグメントの形態の、多数のポールを有している。ロータ・アセンブリは、異方性構造として形成され、ここで、リラクタンス・マシンの各ポールは、最小のリラクタンスの方向（いわゆるダイレクト軸即ちｄ軸）、及び、最大のリラクタンスの方向（いわゆる直交軸即ちｑ軸）を有している。正弦曲線の電流が、ステータの中の多相巻線に加えられたとき、ほぼ正弦曲線の磁束波形が、ステータ・ポールとロータ・アセンブリの外側の輪郭との間に形成されるエア・ギャップの中に作り出される。
【０００３】
ロータは、ステータ・ポール及びロータ・ポールの中で磁場のアライメントが得られるまで、最小のリラクタンスのそのｄ軸を移動させることにより、その最も磁気的に透過性の方向（ｄ軸）を、最大磁束の方向に揃えようとする。このアライメントのプロセスは、回転するステータ磁場と同一の速度での、即ち、同期速度での、ロータ・アセンブリの回転運動をもたらす。ロータの回転運動は、トルクを作り出し、そのトルクは、リラクタンス・マシンの外側に、例えば、ロータ・アセンブリに固定され且つその中央軸の中を通って伸びるロータ・シャフトにより、伝達されることが可能である。
【０００４】
図１によれば、ロータ３０に、磁気的に透過性のセグメント３と、磁気的に絶縁性のバリア４のレイヤとを交互に配置することにより、異方性構造が与えられる。ロータ・アセンブリは、横方向に方向付けられたロータ・ラミネイションまたは軸方向に方向付けられたロータ・ラミネイションの積重ねを有していても良い。図１に示されている、横方向に方向付けられたラミネイションの場合には、ロータ３０は、本質的に、薄いロータ・ディスク１の積重ねから構成され、ここで、絶縁バリア４は、材料を長手方向のスロットの形状に切断することにより作り出されている。
【０００５】
そのために、絶縁バリア４として機能するのは、切除部の内側の空気である。ディスク構造は、典型的に、機械的に自立性を有するようにデザインされ、磁気的に透過性のセグメント３は、ディスクの外周で、狭い接線方向のリブ１６により接続される。ディスクの機械的強度を改善するために、セグメントの中央に近い径方向のリブ１７が知られている。軸方向に方向付けられたラミネイションの場合には、絶縁バリア４は、何れかの固体の絶縁材料で作られていて、この絶縁バリア４が、ロータ３０とステータとの間のエア・ギャップに到達する。
【０００６】
ロータの重要なパラメータは、ロータ・スロット・ピッチであって、それは、ロータとステータとの間のエア・ギャップで測定された、隣接する二つの絶縁レイヤの間の距離として規定されることが可能である。ロータ・アセンブリは、従来から、等しいロータ・スロット・ピッチで（即ち、全てのロータ・スロット・ピッチが等しい距離で）、且つ等しいステータ・スロット・ピッチで、デザインされて来た。それは、トルク・リップルを最小化するためであり、且つ、妥当なトルクをもたらすためである。他の従来のプラクティスでは、ロータ・スロット・ピッチをステータ・スロット・ピッチと等しく設定していた。
【０００７】
US 5,818,140 は、同期式リラクタンス・モータのためのロータ・アセンブリを開示していて、横方向に積層されたロータ・アセンブリの構造は、そのトルク・リップルを最小化することを狙っている。開示されたロータ・デザイン及び添付されたデザインの式は、これらのコンポーネントのそれぞれの周囲の周りで、等しいロータ・スロット・ピッチ及び等しいステータ・スロット・ピッチを要求している。
【０００８】
US 6,239,526 は、同期式リラクタンス・モータのためのロータ・アセンブリを開示していて、ここでは，ロータの絶縁バリアが、ｑ軸の方向に向けて傾けられている。ロータ・スロット・ピッチは、それにより、ｑ軸及びｄ軸の両方を横切る方向で、等しくなく、その狙いは、絶縁バリアの寸法を、一方の端部がステータのスロットの中心に面し、もう一方に端部がステータの歯の中心に面するように定めることにより、トルク・リップルを最小化することにある。この開示は、各ポールのｑ軸とｄ軸との間のロータ・スロット・ピッチが、ステータ・スロット・ピッチに等しいと言うことを前提としている。
【０００９】
しかしながら、トルク・リップルを減少させるために採用された手立てにも拘わらず、従来のデザイン原理に基づいてデザインされたロータは、依然として高いトルク・リップルを呈している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第 US 5,818,140 号明細書
【特許文献２】米国特許第 US 6,239,526 号明細書
【発明の概要】
【００１１】
本発明の一つの目的は、同期式リラクタンス・マシンのためのロータを提供することにあり、このロータは、マシンに、低いトルク・リップルを呈させる。本発明の更なる目的は、低いトルク・リップルを呈するマシンが得られる、同期式リラクタンス・マシンのためのロータをデザインするための方法を提供することにある。
【００１２】
これらの目的、請求項１に基づくロータにより、及び請求項１に基づく方法により実現される。
【００１３】
本発明の第一のアスペクトによれば、同期式リラクタンス・マシンのためのロータがもたらされ、このロータの断面は：
複数のポール・セクターを有し、各ポール・セクターは、複数の絶縁バリアを有し、各絶縁バリアは、二つのピッチ・ポイントの間を伸び；
複数のｑ軸を有し、各ｑ軸は、ポール・セクターに対応する最大のリラクタンスの方向を規定し；
断面の外側の輪郭を規定する外周を有し；
複数の基準ポイントを有し、それらは、ｑ軸に対して対称に外周に配置され、これらの基準ポイントの間の角度間隔は、隣接する二つのｑ軸の間で、等しい値  αｍ＝γ／（κ−１）  を有する基準角度を規定し、ここで、γは、隣接する二つのｑ軸の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイントの間の角度であり、κは、隣接する二つのｑ軸の間のピッチ・ポイントの数であり；
ｑ軸ピッチ角度を有し、それらは、ｑ軸の両側にある隣接する二つのピッチ・ポイントの間の角度間隔δにより規定され、このｑ軸ピッチ角度は、δ＝３＊αｍ  とは異なる値を有し；
各ピッチ・ポイントとそのピッチ・ポイントに最も近い基準ポイントとの間の角度は、３度より小さい値Δτを有する偏差を有している。
【００１４】
ｑ軸を横切る方向のロータ・スロット・ピッチ（ｑ軸ピッチ角度）を、ロータ・スロット・ピッチの残りに等しく設定する代わりに、あるいは、その値をステータ・スロット・ピッチに結合する代わりに、その値を、設計変数として使用することにより、従来技術によるソリューションと比べて増大されたデザインの自由度が実現され、それが、マシンのトルク・リップル挙動の最適化を可能にする。本発明者等は、実験により及び有限要素法（ＦＥＭ）のよるシミュレイションにより、双方で、３＊αｍ  と異なるδ値を選択することが、ロータ・ディスクの重要な性能値に対して、特に、トルク・リップルに対して、重大な影響を有していることを示した。
【００１５】
最適のδ値を分析的に導出することは、容易ではないかもしれないが、シミュレイション・モデルの全ての設計変数が定められると直ちに、最適のｑ軸ピッチ角度１２が、少ない数の繰り返しのステップで、容易に見出されることが可能になる。
【００１６】
ピッチ・ポイントと最も近い基準ポイントの間の角度は、２．５度より小さい値Δτを有する偏差を有していても良く、その値は、例えば、２度より小さい値、例えば、１度より小さい値などである。これに対して、基準ポイントは、ピッチ・ポイントの最適の角度を示していて、満足できるトルク・リップル挙動が、たとえ、ピッチ・ポイントと対応する基準ポイントの間の角度が、小さな偏差を有している場合であっても、実現されることが可能である。
【００１７】
ｑ軸ピッチ角度は、少なくとも１度、δ＝３＊αｍ  と異なっていても良く、その相違は、例えば、少なくとも２，３，５または１０度などである。
【００１８】
ロータは、ロータの機械的強度を改善するために、絶縁バリアを横切る径方向のリブを有していても良い。
【００１９】
ロータは、ｑ軸上で、ロータ外周に、切除部を有していても良い。ロータ・ディスクに、ロータの外周で、切除部の形態の絶縁バリアを設けることにより、この最も外側の径方向の部分での磁束が、抑止される。
【００２０】
本発明の第二のアスペクトによれば、同期式リラクタンス・マシンのためのロータをデザインするための方法が提供され、この方法は、以下の工程を有している：
ａ）  ロータの基本的な幾何学的形状を準備する、この基本的な幾何学的形状は：
複数のポール・セクターを有し、各ポール・セクターは、複数の絶縁バリアを有し、各絶縁バリアは、二つのピッチ・ポイントの間を伸び；
複数のｑ軸を有し、各ｑ軸は、に対応するポール・セクターの最大のリラクタンスの方向を規定し；
ｑ軸に対して対称に外周に配置された複数の基準ポイントを有し、これらの基準ポイントの間の角度間隔は、隣接する二つのｑ軸の間で等しい値  αｍ＝γ／（κ−１）  を有する基準角度を規定し、ここでγは、隣接する二つのｑ軸の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイントの間の角度であり、κは、隣接する二つのｑ軸の間のピッチ・ポイントの数である；
ｂ）  ロータのシミュレイション・モデルを準備する、このシミュレイション・モデルは、複数のデザイン・パラメータを有していて、これらのデザイン・パラメータの内の一つは、ｑ軸の両側にある隣接する二つのピッチ・ポイントの間の角度間隔δにより規定されるｑ軸ピッチ角度である；
ｃ）  少なくとも二つの異なるδ値を用いて、シミュレイションを実行する；
ｄ）  シミュレイション結果に基づいて、ｑ軸ピッチ角度の値を決定する。
【００２１】
本発明を効果的に利用するために、シミュレイション・モデルが必要である。ｑ軸ピッチ角度のためのパラメータδを有するシミュレイション・モデルが、一旦、作り出された時には、最適値を見出すために、異なるδ値を用いてシミュレイションを実行することは容易である。
【００２２】
シミュレイション・モデルは、トルク・リップルに対応する値に戻るように構成されても良い。δは、トルク・リップルに対応する値の少なくとも一つの極小値が見出されるまで、増大されおよび／または減少され、トルク・リップルの極小値に対応するように、ｑ軸ピッチ角度の値が決定される。離散的なδ値を用いて、少数のシミュレイションによりトルク・リップル曲線の挙動を見出すことは、比較的容易であり、最小のトルク・リップルをもたらすｑ軸ピッチ角度の値δを与えることは、論理的である。
【００２３】
ｑ軸ピッチ角度の初期値は、δ＝３＊αｍ  であるように選択されても良い。ｑ軸ピッチ角度の初期値は、任意に選択されることが可能であるが、δ＝３＊αｍ  を選択することは、良好な開始ポイントであって、如何に、トルク・リップル挙動が従来技術のソリューションと比べて改善されるかについてのアイディアを与える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態に基づく、横方向に方向付けられたロータ・ディスクを備えたロータを示す。
【図２】図２は、切除部の無いロータ・ディスクを示す。
【図３】図３は、切除部を有するロータ・ディスクを示す。
【図４】図４は、ロータ・ディスクを示し、基準ポイント及び基準角度の定義が示されている。
【図５ａ】図５ａは、あるロータ・ディスクに対して、ｑ軸ピッチ角度の関数としてシミュレートされたトルク／トルク・リップル曲線、及び、ロータ・ディスクの幾何学的形状の対応する変化を示す。
【図５ｂ】図５ｂは、あるロータ・ディスクに対して、ｑ軸ピッチ角度の関数としてシミュレートされたトルク／トルク・リップル曲線、及び、ロータ・ディスクの幾何学的形状の対応する変化を示す。
【図５ｃ】図５ｃは、あるロータ・ディスクに対して、ｑ軸ピッチ角度の関数としてシミュレートされたトルク／トルク・リップル曲線、及び、ロータ・ディスクの幾何学的形状の対応する変化を示す。
【図６】図６は、図５の曲線に対応する相対的なトルク・リップル曲線を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明が、以下において、添付図面を参照しながら、より詳細に記載される。
【００２６】
図１は、本発明の一つの実施形態に基づく、ロータ３０を示していて、ロータ３０は、本質的に、薄いロータ・ディスク１の積重ねから構成されている。
【００２７】
図２は、本発明の一つの実施形態に基づく、ロータ３０のためのロータ・ディスク１を示している。ここに描かれたロータ・ディスク１は、四つのポール・セクター１５を有していて、各ポール・セクター１５は、高い比透磁率を有する材料で作られた五つのセグメント３を有している。五つの磁気的に透過性のセグメント３は、それぞれ、ディスク外周２上で、予め定められた二つの角度の間を伸びる腕形の形状を有している。四つの絶縁バリア４は、磁気的に透過性のセグメント３と絶縁バリア４が交互に配置されたパターンが、ロータ・ディスク１のｑ軸７に沿って、中央開口１４からディスク外周２の方へ形成されるように、透過性のセグメント３の間に間欠的に配置されている。絶縁バリア４は、接線方向のリブ１６により、ロータ３０とステータ１９との間のエア・ギャップ１８から分離されている。
【００２８】
もし、ロータ・ディスク１の機械的な構造が、他の手段により確保される場合には、オプションとして、この接線方向のリブ１６が省略されることも可能である。このロータ・ディスク１は、金属製のキャリアの押抜きまたは打抜きにより製造された単一の一体的な要素として形成される。この金属製のキャリアは、高い比透磁率を有する強磁性金属または合金を有している。中央開口１４は、ロータ・シャフトが装着されるように形作られている。
【００２９】
絶縁バリア４は、ロータ・ディスク１の外周２で、二つのピッチ・ポイント５の間を伸びている。ピッチ・ポイント５の位置は、正確に規定されなければならず、それは、それらが、結果として得られるトルク・リップルに対して大きな重要性を有しているからである。絶縁バリア４が、多くの異なる形状を有することがあり、且つ、切除部の端部が、しばしば、丸められた形状を有しているので、どのポイントが正確にピッチ・ポイント５とみなされるべきかについては、必ずしも明確ではない。
【００３０】
開示の目的のために、以下の定義がピッチ・ポイント５に対して行われる：
ピッチ・ポイント５は、ロータ・ディスク１の外周２の上のポイントである。絶縁バリア４が、ロータ・ディスク１と周囲を取り囲むステータ１９との間のエア・ギャップ１８に到達する場合には、ピッチ・ポイント５は、隣接する二つの磁気的に透過性のセグメント３を分割する開口の中央にあるとみなされるべきである。
【００３１】
絶縁バリア４が、接線方向のリブ１６によりエア・ギャップ１８から分離される場合には、ピッチ・ポイント５は、全ての絶縁バリア４の全体の形状を考慮に入れて、絶縁バリア４の中央軸仮想的な延長線上にあるとみなされるべきである。これは、しばしば、接線方向のリブ１６の最も狭いポイントであるが、しかし、必ずしも、そうでなければならない訳ではない。しかしながら、ピッチ・ポイント５は、この場合には、接線方向のリブ１６上のポイントであって、しばしば、これは、接線方向のリブ１６の最も狭いポイントと一致する。
【００３２】
ｑ軸７上の最も外側の径方向の部分として絶縁バリア４を備えた、切除部のタイプのロータ・ディスク１の場合、最も外側の絶縁バリア４が、ピッチ・ポイント５を有していないとみなされる。
【００３３】
ロータ・ディスク１は、ｑ軸７上の最も外側の径方向の部分が、磁気的に透過性のセグメント３であるか、あるいは絶縁バリア４であるかに依存して、二つの異なるデザインの間で識別される。切除部１１を備えたロータ・ディスク１は、図３に示されたロータ・タイプを指していて、ここでは、ロータ・ポール・セクター１５の最も外側の部分が、絶縁バリア４を有していて、それは、例えば、ロータ外周２の周縁部に設けられた浅いリセスの形態の空気である。ｑ軸７上の最も外側の径方向の部分で磁束を抑止するために、ロータ・ディスク１に、切除部１１が設けられる。
【００３４】
反対に、切除部１１の無いロータ・ディスク１は、図２に示されたロータ・タイプを指していて、ここでは、ロータ・ポール・セクター１５の最も外側の部分が、実質的に滑かな半円状の外周２を形成する磁気的に透過性のセグメント３からなる。
【００３５】
本発明は、絶縁バリアの幾何学的形状の変形に基づいていて、この変形は、何らかの計測を行うことなく、直ちに明白になることがないので、我々は、本発明を説明するために、且つ、容易に評価可能な変形を行うために有用な、ある補助的な基準ポイント８を規定する。
【００３６】
図４は、基準ポイント８、及び基準ポイント８に関係する基準角度９，１０の定義を示す概略図である。図面を見易くするために、絶縁バリア４の数は、少数（二つ）に選択されているが、適切な数のバリアが選択されることが可能である。基準ポイント８は、ｑ軸７に対して対称的に、ロータ・ディスク１の外周２に配置されている。基準ポイント８の間の角度間隔は、基準角度９，１０を規定し、それは、隣接する二つのｑ軸７の間で等しい値αｍを有している。
【００３７】
この値αｍは、隣接する二つのｑ軸７の間での、ピッチ・ポイント５の角度間隔の平均値を採ることにより規定される、即ち：
【数１】
0005726768.tif 000002
【００３８】
ここで、
γは、隣接する二つのｑ軸７の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイント５の間の角度１３の値、
κは、隣接する二つのｑ軸７の間のピッチ・ポイント５の数。
【００３９】
図４の中で、基準ポイント８は、円及び十字で示されていて、円は、真の基準ポイント８を示し、十字は、仮想の基準ポイント８を示している。真の基準ポイント８は、真のピッチ・ポイント５に関係している。仮想の基準ポイント８は、機械的なあるいは他の理由のために実現されていない絶縁バリア４のピッチ・ポイントに関係している。仮想の基準ポイント８の間に設けられた絶縁バリア４は、非常に小さくなり、且つマシンの性能に対してごく僅かな重要性しか有さないようなるであろう。仮想のピッチ・ポイントは、実際の絶縁バリア４が存在しないｑ軸を横切る方向７であっても、ピッチ角度が等しいことを示すために、慣習的に使用されている。
【００４０】
図４の中で、仮想の基準ポイント８は、反対に、ｑ軸７を横切る方向の基準角度１０が、隣接する二つのｑ軸７の間の基準角度９と異なることを示すために、使用されている。もし、そうでなければ、仮想の基準ポイント８は、本発明に対して、何ら重要ではない。
【００４１】
ｑ軸ピッチ角度１２は、ｑ軸７の両側にある、隣接する二つのピッチ・ポイント５の間の角度間隔により規定され、δで示されている。等しいロータ・スロット・ピッチを有する従来のロータ３０では、ｑ軸ピッチ角度１２は、  δ＝３＊αｍ  になるのに対して、この実施形態によれば、δは任意の値をとることが可能であり、その値は、３＊αｍ  よりも小さくてもあるいは大きくても良い。しかしながら、最適トルク・リップル挙動が実現されるｑ軸ピッチ角度１２が、たまたま、  δ＝３＊αｍ  の値になることもあり得る。しかし、これは、利害的な状況であって、それは、本発明の保護の狙いの範囲の外にある。
【００４２】
多数の実施されたテスト・ケースによれば、最適のδ値は、通常、３＊αｍ  からかなり異なっている。これらの実施されたテストのケースは、相対的な相違ηδ（下記の式）に対して、ηδ＝−４６％  から  ηδ＝＋１１７％  まで（δ≒１，６＊αｍ  及び  δ≒６，５＊αｍに、それぞれ対応している）の値を示している：
【数２】
0005726768.tif 000003
【００４３】
ｑ軸ピッチ角度１２は、値  δ＝０  度に到達しない。その理由は、この条件が、絶縁バリア４の一つを取り除くことに対応することになるからである。δの最大値は、理論的には、ポール・セクター１５の角度幅に限定されるが、プラクティスでは、絶縁バリア４が、妥当な幅を得るように、そしてマシンが許容可能なトルクを得るように、δは、かなり小さい値を有していなければならない。四つのポール・ロータ（９０度のポール・セクター１５）に対して実施されたテストのケースによれば、５０度を上回るδ値は稀である。
【００４４】
ｑ軸ピッチ角度１２の変更は、基準角度９，１０に影響を与える。その理由は、δと、隣接する二つのｑ軸７の間の二つの最も外側のピッチ・ポイント５の間の角度１３との合計（γにより示される）が、ロータ・ポールの数に依存する定数であるからである。これは、下記の式で表されることが可能である：
【数３】
0005726768.tif 000004
【００４５】
ここで、ｐはロータ・ディスク１ポールの数である。
【００４６】
図４から容易に観察されることが可能であるように、四つのポール・ロータに対して、δ＋γ＝π／２  ラジアン（９０度）となる。式（３）からγを解いて、式（１）の、先に定められた基準角度９の定義の中で置き換えることにより、我々は、αｍをδの関数として表すことが可能である：
【数４】
0005726768.tif 000005
【００４７】
δ値を選択した後に、全ての絶縁バリア４が変更され、従って、ピッチ・ポイント５の角度が、新たに規定されたαｍに対応するようにされる。本発明に基づくロータ・ディスク１の寸法決めは、数回の反復ステップを有していても良く、そこで、満足できるあるいは最適のトルク・リップル挙動に対応する値を見出すために、異なるδ値がテストされる。このテストは、ＦＥＭ及びコンピュータ・シミュレイションを使用することにより、行われても良い。
【００４８】
基準ポイント８は、ピッチ・ポイントの最適の角度５を示すが、ピッチ・ポイント５の角度と対応する基準ポイント８との間の小さな偏差２０は、図４の中でΔτで示されているように、許容される。隣接する二つのｑ軸７の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイントの間の角度のみが、対応する基準ポイント８の角度と一致する必要があり、この条件は、基準ポイント８の定義から導かれる。許容される強度Δτ偏差２０は、満足できるトルク・リップルの値がその中で実現される許容範囲を示している。
【００４９】
多数のロータ・デザインについて、様々な数のスロットを有するステータとの組み合わせで行われたシミュレイションによれば、Δτは、３度より小さい値を有するべきであって、好ましくは２，５度より小さい値を、より好ましくは２度より小さい値を、そして最も好ましくは１度より小さい値を有するべきである。図４の中で、偏差２０は、例示の目的のために誇張されている。
【００５０】
本発明は、好ましくは、適切なシミュレイション・モデルとの組み合わせで使用され、そのシミュレイション・モデルは、例えば、トルク・リップル、トルク、トルクとトルク・リップルの間の比、または力率などのような、予め定められたロータ・ディスク１の性能の評価尺度に戻るように構成されても良い。先行する記載から分かるように、シミュレイション・モデルの設計変数の内の一つがｑ軸ピッチ角度１２であることが、本発明にとって不可欠であるが、このシミュレイション・モデルは、その他に、所望の数の他の設計変数を有していても良い。シミュレイション・モデルは、ロータ断面の一般的な幾何学的形状及び絶縁バリア４の形状に依存して大きく異なっていても良い。
【００５１】
当業者は、本発明を効果的なやり方で適用するために、ＦＥＭのディスク・モデルの形態で、ロータ・ディスク１の磁気的表現などのような、シミュレイション・モデルを作り出すことが可能である。ＦＥＭのディスク・モデルは、ロータ・ディスクの幾何学的形状及び諸寸法及びロータ・ディスク材料の磁気的及び電気的な性質を規定する関係データを入力することにより、市販されている有限要素法のプログラムを用いて作り出されることが可能であり、それは、例えば、ＣＥＤＲＡＦＴグループの“Ｆｌｕｘ  ２Ｄ”、あるいは、Ａｎｓｏｆｔ社から提供される“Ｍａｘｗｅｌｌ  Ｒ”などである。
【００５２】
従って、ロータ・ディスク・モデルに新しい設計変数δを導入して、その値を変更することにより、ロータ・ディスク１の所望の性能の評価尺度に対して結果としてもたらされる影響が、決定されることが可能である。例えば、図５ｃの中に示されているように、四つのポール（ｐ＝４）及び四つのバリア（κ＝８）に対して、３０度と３８度の間で（δ＝３，５＊αｍ  及び  δ＝５，１＊αｍ  に、それぞれ対応している）δ値を選択することにより、ロータ・ディスク・デザインは、顕著な有害な影響を平均トルクに対して及ぼすことなく、トルク・リップルのかなりの改善をもたらす。この洞察が、本発明者等を、ロータ・ディスク・モデルの予め定められた性能の評価を最適化するためのツールとして、ここに開示された  δ  に基づくロータ・ディスクのモデル化方法に導いた。
【００５３】
図５ｃは、特定のロータ・ディスク・モデルに対して、平均ロータ・ディスク・トルク４０及びピーク・トゥー・ピーク・トルク・リップル４１を、絶対値で、設計変数δの関数として示すグラフである。ｙ軸上の単位は、Ｎｍ（ニュートン・メーター）であり、ｘ軸上の単位は、度である。変数δは、トルク・リップル曲線上の破線で示される値４２の離散的なセットにより刻まれている。図５ａ及び２ｂの中に描かれた二つのロータ・ディスク部分は、ロータ・ディスク１の幾何学的形状に対してδ値を変化させる影響を示している。図５ａは、等しいロータ・スロット・ピッチ  δ＝３＊αｍ  に対応する、約２７度のδ値を示していて、図５ｂは、約３１７度のδ値（δ＝３，８＊αｍ）を示している。
【００５４】
異なるδ値で図５ｃの中に描かれたトルク・リップルの変動は、本発明をロータ・ディスクのデザインに適用することにより得られる重要な優位性を明確に示している。上述の等しいロータ・スロット・ピッチ条件に対して、トルク・リップル４１は、約１２，６Ｎｍと計算され、これに対して、平均トルク４０は、約３３Ｎｍであった。約３１７度のδ値での、トルク・リップル４１の極小値で、関係するトルク・リップル４１は、約４，２Ｎｍまでかなり減少されるが、これに対して、平均トルク４０は、約３３Ｎｍの高い値で、本質的に一定に留まる。
【００５５】
図６のグラフ上のトルク・リップル曲線４３は、図５ｃのデータから、平均のロータ・ディスクのトルク４０のパーセンテージとしてピーク・トゥー・ピークのトルク・リップル４１を計算して表示することにより、そして、ｙ軸上のパーセンテージ単位で配置することにより、導き出される。この性能の評価尺度は、実用的な重要性を有していて、その理由は、それが、トルク・リップル４１が平均トルク４０のどのくらいの部分に相当しているかを表しているからである。ｘ軸は、図５ｃの場合と同様に、δ値を度で示している。ここでもまた、δ値を最適化することにより、トルク・リップル４１と平均トルク４０間の比に関して得られることが可能であるかなりの改善が示されている。
【００５６】
本発明は、上述された実施形態のみに限定されず、当然に、当業者は、請求項により規定される本発明の範囲の中で、様々なやり方でそれらを変形することが可能である。以上における開示及び言及が、大半、ロータ・ディスクに対してなされているが、同一のデザイン原理が、軸方向に方向付けられたラミネイションに適用されることが可能であると言うことは、当業者にとって明白である。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]同期式リラクタンス・マシンのためのロータ（３０）であって、
当該ロータ（３０）の断面は、
複数のポール・セクター（１５）を有し、各ポール・セクター（１５）は、複数の絶縁バリア（４）を有し、各絶縁バリアは、二つのピッチ・ポイント（５）の間を伸び、
複数のｑ軸（７）を有し、各ｑ軸（７）は、対応するポール・セクター（１５）の最大のリラクタンスの方向を規定し、
断面の外側の輪郭を規定する外周（２）を有し、
複数の基準ポイント（８）を有し、それらは、ｑ軸（７）に対して対称に、外周（２）上に配置され、これらの基準ポイント（８）の間の角度間隔は、隣接する二つのｑ軸（７）の間で等しい値  αｍ＝γ／（κ−１）  を有する基準角度（９，１０）を規定し、ここで、γは、隣接する二つのｑ軸（７）の間で最も遠く離れた二つのピッチ・ポイント（５）の間の角度（１３）であり、κは、隣接する二つのｑ軸（７）の間のピッチ・ポイント（５）の数であり、
ｑ軸ピッチ角度（１２）を有し、それは、ｑ軸（７）の両側にある隣接する二つのピッチ・ポイント（５）の間の、角度間隔δにより規定され、このｑ軸ピッチ角度（１２）は、δ＝３＊αｍ  とは異なる値を有する、
ロータにおいて、
各ピッチ・ポイント（５）と、このピッチ・ポイント（５）に最も近い基準ポイント（８）との間の角度が、３度より小さい値Δτを有する偏差（２０）を有していること、
を特徴とするロータ。
[２]下記特徴を有する前記[１]に記載のロータ（３０）、
前記ピッチ・ポイント（５）と、前記最も近い基準ポイント（８）との間の角度は、２．５度より小さい値Δτを有する偏差（２０）を有していて、その値は、例えば２度より小さく、例えば１度より小さい。
[３]下記特徴を有する前記[１]または[２]に記載のロータ（３０）、
前記ｑ軸ピッチ角度（１２）は、δ＝３＊αｍ  から、少なくとも１度、異なっていて、その相違は、例えば、少なくとも２，３，５または１０度などである。
[４]  下記特徴を有する前記[１]から[３]の何れか１つに記載のロータ（３０）、
当該ロータは、前記ロータ（３０）の機械的強度を改善するための、絶縁バリア（４）を横切る径方向のリブ（１７）を有している。
[５]下記特徴を有する前記[１]から[４]の何れか１つに記載のロータ（３０）、
当該ロータは、ｑ軸（７）上のロータ外周（２）に、切除部（１１）を有している。
[６]同期式リラクタンス・マシンのためのロータ（３０）をデザインする方法であって、下記工程を有し：
ロータ（３０）の基本的な幾何学的形状を準備し、
ここで、この基本的な幾何学的形状は、
複数のポール・セクター（１５）を有し、各ポール・セクター（１５）は、複数の絶縁バリア（４）を有し、各絶縁バリア（４）は、二つのピッチ・ポイント（５）の間を伸び、
複数のｑ軸（７）を有し、各ｑ軸（７）は、対応するポール・セクター（１５）の最大のリラクタンスの方向を規定し、
ｑ軸（７）に対して対称に外周（２）上に配置された複数の基準ポイント（８）を有し、これらの基準ポイント（８）の間の角度間隔は、隣接する二つのｑ軸（７）の間で等しい値  αｍ＝γ／（κ−１）  を有する基準角度（９，１０）を規定し、但し、γは、隣接する二つのｑ軸（７）の間で、最も遠く離れた二つのピッチ・ポイント（５）の間の角度（１３）であり、κは、隣接する二つのｑ軸（７）の間のピッチ・ポイント（５）の数である；
方法において、
ロータ（３０）のシミュレイション・モデルを準備し、ここで、このシミュレイション・モデルは、複数のデザイン・パラメータを有し、これらのデザイン・パラメータの一つは、ｑ軸（７）の両側にある隣接する二つのピッチ・ポイント（５）の間の角度間隔δにより規定されるｑ軸ピッチ角度（１２）であり；
少なくとも二つの異なるδ値を用いて、シミュレイションを実行し；
このシミュレイション結果に基づいてｑ軸ピッチ角度（１２）値を決定すること；
を特徴とする方法。
[７]下記特徴を有する前記[４]に基づく方法、
トルク・リップル（４１）に対応する値に戻るシミュレイション・モデルを形成し、
トルク・リップル（４１）に対応する値の少なくとも一つの極小値が見出されるまで、δを増大させおよび／または減少させ、
トルク・リップル（４１）の極小値に対応するｑ軸ピッチ角度（１２）値を決定する。
[８]下記特徴を有する前記[４]または[５]に基づく方法、
ｑ軸ピッチ角度（１２）の初期値を、δ＝３＊αｍ  と決定する。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６】
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