(57)【要約】本発明は、少なくとも１つのロータ（２）および少なくとも１つのステータ（３、８）を含む同期永久磁石モータまたは発電機に関する。モータは、２つのロータ（２）、４つのステータ（３、８）、および３つの冷却液回路（７、７ａ）からなる冷却システム（７、７ａ）で構成され、即ち、２つの外部冷却液回路（７）が端部ステータ（３、８）を冷却するため端部ステータ（３、８）に隣接してハウジング（８）の長手方向外壁にそれぞれ収容され、そして１つの中間冷却液回路（７ａ）がモータの最内側の２つのステータ（３、８）の間に配置されて最内側の２つのステータ（３、８）を同時に冷却し、中央シャフト（５）は、機械的手段によって中央シャフト（５）に接続される２つのロータ（２）に共通である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機において、少なくとも１つのロータ（２）と、ハウジング（８）を備えた少なくとも１つのステータ（３、８）を有し、
前記少なくとも１つのロータ（２）は磁極を形成する磁石構造体（１１）を有し、
前記磁石構造体（１１）は、搭載される中央シャフト（５）の周りを回転する前記少なくとも１つのロータ（２）の全周に亘って延在し、
そして前記少なくとも１つのステータ（３、８）は巻線（４）を有し、
前記モータは、２つのロータ（２）と、４つのステータ（３、８）と、そして冷却システム（７、７ａ）とを有し、前記冷却システムは３つの冷却液回路（７、７ａ）を有し、その内２つの外部冷却液回路（７）は、端部ステータ（３、８）を冷却するため前記端部ステータ（３、８）に隣接してハウジング（８）の長手方向の外壁にそれぞれ収容され、そして１つの中間冷却液回路（７ａ）はモータの最内側の２つのステータ（３、８）の間に配置されて前記最内側の２つのステータ（３、８）を同時に冷却し、
前記中央シャフト（５）は前記２つのロータ（２）に共通であり、前記２つのロータ（２）は機械的手段（５ａ、５ｂ、６）によって前記中央シャフト（５）に接続される、軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機において、
各磁石構造体（１１）は複数の単位磁石（１１ａ）を有し、前記磁石構造体（１１）のカバーディスク（１０）が各前記ロータ（２）の２つの対向する軸方向面のそれぞれに軸方向に配置され、前記カバーディスク（１０）は複合材で作られ、前記磁石構造体（１１）は、各前記ロータ（２）の外部輪郭を画定する複合材の外側コーティング層でコーティングされ、前記カバーディスク（１０）は、前記複合材の外側コーティング層にコーティングされるか、あるいは前記外側コーティング層のそれぞれの軸方向面上に配置される、
ことを特徴とする、軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機。
【請求項２】
前記中間冷却液回路（７ａ）が、共通の前記中央シャフト（５）まで半径方向に延在する前記ハウジング（８）の中間壁（８ａ、８ｂ）に収容される、ことを特徴とする請求項１に記載のモータ。
【請求項３】
前記中間壁（８ａ、８ｂ）が、共通の前記中央シャフト（５）まで半径方向に延在する２つの部分（８ａ、８ｂ）を含み、各前記部分（８ａ、８ｂ）が脱着可能固定手段（１６）により、前記モータの最も内部にある２つの前記ステータ（３、８）の１つにそれぞれ固定されている、ことを特徴とする請求項２に記載のモータ。
【請求項４】
前記２つのロータ（２）のうちの１つによって担持される前記磁石構造体（１１）が、他の前記ロータ（２）により担持される前記磁石構造体（１１）に対して所定の角度だけ径方向にオフセットされ、前記機械的手段（５ａ、５ｂ、６）は、前記中央シャフト（５）に前記ロータを取り付けるとき、前記１つのロータ（２）の前記磁石構造体（１１）の前記他のロータ（２）に対するオフセットを正確に調整できる、ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項５】
フレット（９）が、前記中央シャフト（５）から最も離れたその外縁上の前記外側コーティング層を囲む、ことを特徴とする請求項１−４のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項６】
前記単位磁石（１１ａ）が１つのメッシュ構造体を有する基本磁石ブロックからなり、前記単位磁石（１１ａ）は、それらを分離する樹脂によって連結されているか、または前記メッシュ構造体の１つのメッシュにより画定される、それぞれのハウジングにそれぞれ挿入される、ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項７】
前記メッシュ構造体がハニカムの形態である、ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のモータ。
【請求項８】
各前記ステータ（３、８）が同心の巻線（４）と前記巻線（４）が各前記歯の周りに巻かれている一連の歯（３）とを有し、前記歯（３）が互いに結合されている、ことを特徴とする請求項１−７のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項９】
各前記巻線（４）が、少なくとも部分的に巻線支持体（１４）を取り囲む前記歯（３）に載っており、各前記巻線支持体（１４）が、前記巻線支持体（１４）に関連する前記歯（３）の上の相補的スナップ係合手段（３´）と協働するスナップ係合手段（１５´）を有するか、または関連する、ことを特徴とする請求項１−８のいずれかに記載のモータ。
【請求項１０】
前記巻線支持体（１４）は、前記巻線（４）が巻かれる中間部位（２１）と、前記巻線支持体（１４）の前記歯（３）上の固定位置において、関連する前記歯（３）から最も遠くにあり、そして前記巻線（４）および前記中間部位（２１）によって前記歯（３）から分離されている、平坦なカバー部位（２０）とを有し、前記平坦なカバー部位（２０）は、前記巻線（４）に対向する少なくとも１つの外縁を離れて軸方向にカバーし、そして前記巻線の外縁に当接する外部輪郭を有し、ここで前記巻線支持体（１４）は一体であってもなくてもよい、ことを特徴とする請求項１−９のいずれかに記載のモータ。
【請求項１１】
前記ステータ（３、８）の前記巻線（４）が同心であり、直列または並列のいずれかでモータの外側の端子台内に接続されている、ことを特徴とする請求項８−１０のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１２】
前記中央シャフト（５）は、２つのロータ（２）の１つをそれぞれ受けるように設計された前記中央シャフト（５）のそれぞれの部分に局所的に、前記中央シャフト（５）の長手方向の一連の溝（５ａ、５ｂ）を有し、
各前記ロータ（２）は、前記中央シャフト（５）の前記中央凹部（２２）への導入に丁度十分なクリアランスを有して、前記中央シャフト（５）の外径に等しい内径を備える中央凹部（２２）を有し、前記中央凹部（２２）の内側は、前記中央シャフト（５）上の前記一連の溝（５ａ、５ｂ）と協働して、前記２つのロータ（２）を前記シャフトに接続する、前記機械的手段（５ａ、５ｂ、６）を形成する一連の相補的な溝（６）を有し、前記一連の相補的な溝（６）は、前記中央シャフト（５）上の前記一連の溝（５ａ、５ｂ）の２つの溝の間に挿入される、ことを特徴とする請求項１−１１のいずれか一項に記載のモータ。
【請求項１３】
前記ロータ（２）の中央凹部（２２）は、脱着可能な固定手段（２３）によって関連する前記ロータ（２）に固定された、リング（１９）によって担持され、前記中央凹部（２２）は溝付きスリーブ（１４）によって延伸され、または収納される、ことを特徴とする請求項１−１２のいずれかに記載のモータ。
【請求項１４】
前記ハウジング（８）の長手方向端部に電子制御および電力手段を組み込み、前記ハウジング（８）の長手方向外壁に収容された２つの外部冷却液回路（７）の１つは、前記電子制御および電源手段の冷却も提供する、ことを特徴とする請求項１−１３のいずれか一項に記載のモータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つのロータおよび４つのステータを有する電磁モータまたは発電機、ならびにモータまたは発電機の冷却を最適化するために分散された統合冷却システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ステータの特定の特性と相互作用する、本発明によるロータの特定の特性によって得られる、ロータの高速回転と共に高出力を供給する電磁モータに有利には使用されるが、それに限定されない。そのようなモータまたは発電機は、例えば、完全な電気自動車またはハイブリッド自動車の電磁モータとして使用できる。
【０００３】
高回転の用途では、最適な性能を得るために軸方向磁束モータの質量とサイズを小さくすることで可能になるコンパクトなシステムだけでなく、システムおよびステータの信頼性を向上させるために、回転部品の非常に優れた機械的強度も必要である。
【０００４】
径方向磁束電磁機械の場合、ロータは円筒形の本体を有し、その周囲全体に磁石が付いている。
【０００５】
そのステータまたは各ステータについて、それらはそれぞれ巻線を保持する歯を含む巻線要素を保持し、歯はその両側がノッチで囲まれ、良好な導電体の金属線を歯に巻くことにより巻線が形成される。
【０００６】
一連のまたは複数の一連の巻線に電力が供給されると、モータの出力シャフトに固定されたロータは、磁場に起因するトルクを受け、生成される磁束は、径方向磁束機械用の径方向磁束である。
【０００７】
軸方向磁束電磁機械の場合、ロータは、厚さによって接続された２つの円形面を有するディスクの形の本体を含み、ディスクは、回転シャフトのための凹部を画定する内側縁部と外側リングの間で画定される。
【０００８】
少なくとも２つの永久磁石が、支持面と呼ばれる、本体の２つの円形表面のうちの少なくとも１つに対して適用される。１つのステータに関連することが意図される単一エアギャップロータの場合、本体の単一の円形表面が磁石を担持し、一方、それぞれのステータとの２つのエアギャップを有するロータの場合、磁石を担持するのは両方の支持面である。
【０００９】
磁石は、保持手段によりその支持面またはそれぞれの支持面に保持され、１つの隙間が同一の支持面上の上記少なくとも２つの磁石の間に残される。
【００１０】
ステータまたは各ステータは巻線要素を有し、その巻線要素は巻線を担持する歯を有し、その歯の側面のそれぞれはノッチ（窪み）によって囲まれ、良好な導電性の金属ワイヤがその歯に巻かれて巻線を形成する。
【００１１】
例えば、最も近い先行技術を示す文書ＵＳ−Ａ−２０１０／０７１９７２（特許文献１）は、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとハウジングを備える、永久磁石と軸方向磁束を有する同期電磁モータまたは発電機を記載している。各ロータは、磁極を形成する磁石構造体を含み、磁石構造体は、中央シャフトの周りを回転可能に取り付けられた、少なくとも１つのロータの全周に延在し、各ステータは、巻線を含む。
【００１２】
モータは、２つのロータ、４つのステータ、および冷却液の３つの回路を含む冷却システムで構成され、即ち、２つの外部冷却液回路が、関連する端部ステータの冷却のため、端部ステータに隣接するハウジングの長手方向外壁にそれぞれ収容され、１つの中間冷却液回路が、モータの最も内部にある２つのステータ間に配置され、同時に２つの最も内部のステータを冷却する。中央シャフトは２つのロータに共通であり、２つのロータは機械的手段により中央シャフトに接続されている。
【００１３】
このモータの各ロータの中の磁石は大型の磁石である。ただし、大型の磁石は渦電流損失が大きくなるので避けるべきである。さらに、大型の磁石から放出される熱は大きく、かなりの冷却が必要である。そのため、高価でかさばる冷却システムを使用する必要がある。
【００１４】
２つのロータと４つのステータを備えたモータは比較的コンパクトで、かなりの量の熱を放出し、その熱はロータとステータを含むモータのハウジングの内側から取り除かなければならない。
【００１５】
さらに、この文献ではロータに使用されている大型の磁石に起因して、ロータは大量の熱を放散する。この放散は、複合材料カバーディスクの形の軸方向保持手段の使用を妨げ、熱の放散は、コーティングだけでなく磁石の経年劣化を伴い、コーティングの強度に影響を与える可能性がある。
【００１６】
同じ考慮事項が、ドライブシャフトを含む複数の巻線を備えた多相発電機を記載する文書ＵＳ−Ａ−２０１４／１６７７０８（特許文献２）にも適用される。発電機はドライブシャフトと、ドライブシャフトにしっかりと固定され、それによりドライブシャフトの回転と同時に同期して回転する少なくとも第１および第２のロータと、そして２つのロータの間に挟まれた少なくとも１つのステータとを有する。この文献で記載されている磁石は、前述と同じ欠点を持つ大型の磁石である。
【００１７】
本発明の根底にある課題は、モータまたは発電機の動作中に生成される熱を効率的に放散することができる、軸方向磁束または径方向磁束の電気モータまたは発電機を設計することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】ＵＳ−Ａ−２０１０／０７１９７２
【特許文献２】ＵＳ−Ａ−２０１４／１６７７０８
【発明の概要】
【００１９】
この目的を達成するために本発明は、軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機において、少なくとも１つのロータと、ハウジングを備えた少なくとも１つのステータを有し、少なくとも１つのロータは磁極を形成する磁石構造体を有し、磁石構造体は、搭載される中央シャフトの周りを回転する少なくとも１つのロータの全周に亘って延在し、そして少なくとも１つのステータは巻線を有し、モータは、２つのロータと、４つのステータと、そして冷却システムとを有し、冷却システムは３つの冷却液回路を有し、その内２つの外部冷却液回路は、端部ステータを冷却するため端部ステータに隣接してハウジングの長手方向の外壁にそれぞれ収容され、そして１つの中間冷却液回路はモータの最内側の２つのステータの間に配置されて最内側の２つのステータを同時に冷却し、中央シャフトは２つのロータに共通であり、２つのロータは機械的手段によって中央シャフトに接続される、軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機において、各磁石構造体は複数の単位磁石を有し、磁石構造体のカバーディスクが各ロータの２つの対向する軸方向面のそれぞれに軸方向に配置され、カバーディスクは複合材で作られ、磁石構造体は、各ロータの外部輪郭を画定する複合材の外側コーティング層でコーティングされ、カバーディスクは、複合材の外側コーティング層にコーティングされるか、あるいは外側コーティング層のそれぞれの軸方向面上に配置される、ことを特徴とする、軸方向磁束永久磁石同期電磁モータまたは発電機、に関する。
【００２０】
本発明によって与えられる技術的効果は、寸法を増大させずに、モータ内部の強化された冷却が得られることである。２つ目の効果は、２つのロータを中央シャフトに配置する場合に正確な調整が可能になることである。
【００２１】
中央シャフトのロータにコーティングを施すことは知られている。これは、ロータの回転中および磁石の過熱中にロータによって生成される熱の放出を妨げるため、満足のいくものではなかった。出願人は、機械的手段がモータハウジングから熱をよりよく排出できることを発見した。
【００２２】
本発明の別の利点は、シャフトに対する各ロータの位置を調整できることである。これは、中央シャフト上のコーティングされたロータの場合には不可能であった。しかしながら、そのような調整は、それが十分に正確である場合、コッギングトルクを低減することができる。これは、１つのロータを他のロータから径方向に角度的にオフセットすることで実行できる。一方のロータの磁石構造体のそれぞれは、もはや一方のロータのそれぞれの磁石構造体と軸方向に整列していない。これは、トルクを低減するという点で大きなメリットをもたらすことがわかった。
【００２３】
２つの中間ステータとそれに関連するロータに単一の冷却回路を提供すると、２つの別個の冷却システムを提供するよりもスペースとコストを節約できる。冷却管のサイズを大きくしたり、冷却液の流量を増やしたりして、モータ最奥部の冷却を効率的に行うことができる。
【００２４】
したがって、冷却システムとロータを中央シャフトに固定する機械的手段との間に相乗効果が生まれる。機械的手段により、モータ内部で発生する熱とコギングトルクの両方を低減でき、それにより中間冷却回路を１つだけ設けることで冷却システムを簡素化したり、冷却システムのサイズを縮小したりできる。
【００２５】
本発明によれば、１つまたは複数の大型の磁石を複数の小さな磁石で置き換えることが提案される。その結果多数の小さな磁石による磁束が生成され、磁極ごとの磁石の数は少なくとも２０で、１００を超えることさえある。従来技術のロータは、１から１０個の磁石を含むことができるが、本発明は、各磁石構造体内に多数の小さな磁石を提供することを可能にする。
【００２６】
磁石構造体、たとえば５〜１０個以上を担持できるロータを、はるかに多数の単位磁石、たとえば数百個を担持できるロータと混同してはならない。本発明による小さな単位磁石は、ロボットによってそれぞれのセルに挿入することができる。
【００２７】
これにより、他の利点の中でも特に、高速で回転でき、ロータの損失が制限される、鉄を含まないロータが得られる。
【００２８】
本発明によれば、複数の単位磁石は、ロータの全体的な曲げのレベルでより高い強度の磁石構造を与え、一方で、単位磁石によって放散される熱が対応する一体の大型磁石によって放散される熱よりも小さいため、発生する損失が少なく、熱の発生が非常に少ないことが発見された。
【００２９】
磁石構造体は、必要な場合はメッシュに配置された、単位磁石をコーティングする非導電性複合材料の層で構成される。加えて、その機械的強度は高く、コーティングは、特に、任意の手段によって互いに対して所定の位置に保持された単位磁石の配置に複合材料を注入することにより、容易に行うことができる。
【００３０】
このようなロータの場合、鉄の歯と同心巻線を有する２つのステータを組み合わせることが有利であり、それは簡単に実現できる。
【００３１】
たとえば、サマリウムコバルト（Ｓｍ−Ｃｏ）合金、アルミニウム、ニッケル、コバルト合金、ハードフェライト、ネオジム−鉄−ホウ素材料など、選択した個々の磁石に異なるタイプの材料を使用することができる。重要なことは、これらの材料が、長さに比べて幅または直径が小さいブロックに機械加工されうることである。
【００３２】
有利には中間冷却液回路が、共通中央シャフトまで径方向に延在するハウジングの中間壁に収容される。次に、中間冷却液回路は外部冷却液回路と同様にハウジングに統合される。
【００３３】
有利なことに、中間壁が、共通中央シャフトまで径方向に延在する２つの部分を含み、各部分が脱着可能固定手段により、モータの最も内部にある２つのステータの１つにそれぞれ固定されている。これにより、ハウジングの一部であり、そして一方の側が第１の中間ステータに取り付けられ、他方の側が第２の中間ステータに取り付けられるシャフト上の径方向要素によりモータ組立体の堅牢さを提供することが可能になる。
【００３４】
有利には、２つのロータのうちの１つによって担持される磁石構造体が、他のロータにより担持される磁石構造体に対して所定の角度だけ径方向にオフセットされ、機械的手段は、中央シャフトにロータを取り付けるとき、１つのロータの磁石構造体の他のロータに対するオフセットを正確に調整できる。
【００３５】
これは、コギングトルクの低減を可能にし、そして中央シャフトに対するロータの位置決めが正確であり、有利には修正可能である場合にのみ実行することができる。
【００３６】
有利にはフレットが、中央シャフトから最も離れたその外縁上の外側コーティング層を囲む。
【００３７】
有利には単位磁石が１つのメッシュ構造体を有する基本磁石ブロックからなり、単位磁石は、それらを分離する樹脂によって連結されているか、またはメッシュ構造体の１つのメッシュにより画定される、それぞれのハウジングにそれぞれ挿入される。
【００３８】
メッシュは、有利には複合材料で作られ、単位磁石を所定の位置に保持し、そのことはロータの強度に寄与する。本発明のセルに配置された磁石を有するロータは、磁石を保持し、そして軸方向または半径方向の力および非常に高速での遠心力の影響を緩和することを可能にする固定手段で、ロータの損失を低減するように設計される。
【００３９】
従来技術と比較して、本発明によるロータは、互いに直接取り付けられていない磁石に適しうるが、従来技術では、磁石は、支持構造を形成する成形部品を必要とする。したがって、本発明は、ロータ上の磁石の任意の形態の配置に適した解決策を提供する。
【００４０】
磁石の形状と、複合材料コーティングのみによって得られた磁石保持手段の組み合わせにより、ロータでの損失、従って過熱を減らすことができ、そして磁石の減磁のリスクを最小限に抑えることができる。
【００４１】
したがって、ロータの堅牢性に寄与する少なくとも２つの連続したコーティング、即ち、単位磁石も取り囲む磁石構造体のコーティング、および磁石構造体の組立体のコーティングがあり得る。
【００４２】
本発明は、従来技術のコンパクトな１つの磁石を代替する多数の単位磁石を使用するので、熱放散が少なく、カバーディスクを軸方向保持手段として使用することができ、これらのカバーディスクは、磁石とロータ本体との間の軸方向の保持手段を代替し、ロータに保持される固定手段と相補的な固定手段を実現するために、必要に応じて、磁石またはそれらのコーティングを変更する必要がある。結果的に冷却システムのサイズを小さくすることができる。
【００４３】
有利にはメッシュ構造体がハニカムの形態である。
【００４４】
有利には各ステータは、同心の巻線と巻線が各歯の周りに巻かれている一連の歯とを有し、歯は互いに結合されている。
【００４５】
本発明は、電磁モータおよび発電機の多くの製造業者が従うアプローチと反対のアプローチを実現する。従来技術では、巻線をますます複雑に設計し、実現するのが難しくなるように設計することにより、ステータに革新の努力が注がれてきた。
【００４６】
逆に、本発明の進歩性は主として、鉄を含まず、それぞれが複数の磁石で作られた磁石構造体を含む、複合材料によりコーティングされたロータに焦点を当てている。これにより、ステータに同心巻線を使用することが可能になったが、このような同心巻線は、最新の技術で使用されているような１つの永久磁石を使用してでは、完全に満足できるものではなかった。
【００４７】
複合材料のロータと、鉄の歯またはブロックを備える少なくとも１つの鉄ステータと、ステータの同心巻線とのこのような組み合わせを使用すると、使用されるモータまたは発電機の電力、ならびにモータまたは発電機の製造の容易さおよび機械的強度に関して相乗効果が得られることがわかっている。同じことが、その過熱の低減についても言える。
【００４８】
有利には、各巻線が、少なくとも部分的に巻線支持体を取り囲む歯に載っており、各巻線支持体が、巻線支持体に関連する歯の上の相補的スナップ係合手段と協働するスナップ係合手段を有するか、または関連する。
【００４９】
この好ましい実施形態によって得られる技術的効果は、電磁モータまたは発電機のための同心巻線の使用を利用する、巻線の取り付けの容易さであり、それによりその使用の拡大を可能になる。スナップ係合は簡単であり、歯への挿入部位からの巻線の脱落を防ぐことにより、歯への巻線の堅固な保持を可能にする。
【００５０】
有利には巻線支持体は、巻線が巻かれる中間部位と、巻線支持体の歯上の固定位置において、関連する歯から最も遠くにあり、そして巻線および中間部位によって歯から分離されている、平坦なカバー部位とを有し、平坦なカバー部位は、巻線に対向する少なくとも１つの外縁を離れて軸方向にカバーし、そして巻線の外縁に当接する外部輪郭を有し、ここで巻線支持体は一体であってもなくてもよい。
【００５１】
歯の周りの挿入部位からの巻線の脱落を防止するのは、その外形による平坦なカバー部位である。中間部は、巻線を容易に巻くために、巻線される電線の寸法に応じた溝を有していてもよい。
【００５２】
有利にはステータの巻線が同心であり、直列または並列のいずれかでモータの外側の端子台内に接続されている。
【００５３】
有利には、中央シャフトは、２つのロータの１つをそれぞれ受けるように設計された中央シャフトのそれぞれの部分に局所的に、中央シャフト（５）の長手方向の一連の溝を有し、各ロータは、中央シャフトの中央凹部への導入に丁度十分なクリアランスを有して、中央シャフトの外径に等しい内径を備える中央凹部を有し、中央凹部の内側は、中央シャフト上の一連の溝と協働して、２つのロータをシャフトに接続する、機械的手段を形成する一連の相補的な溝を有し、一連の相補的な溝は、中央シャフト上の一連の溝の２つの溝の間に挿入される。
【００５４】
くぼみが直接溝を担持することは可能であり、その場合、くぼみの内部輪郭はシャフトの外部輪郭と実質的に同じ寸法である。しかし、くぼみ内の中間部品が溝を担持することも可能であり、この場合、くぼみの内部輪郭はシャフトの外部輪郭よりも大きく、中間部品の内部輪郭がシャフトの外部輪郭と等しい。上記のことは、くぼみおよび中間部品が存在する場合、くぼみおよび中間部品からなる組立体の内部輪郭について理解されなければならない。
【００５５】
互いにフィットする中央シャフトとロータ上の一連の溝の協働により、ロータの正確な径方向の角度位置決めが可能になる。次に、中央シャフトに対して径方向の平面で２つのロータ間の角度オフセットをとることができる。これはコギングトルクの低減に貢献する。
【００５６】
有利には、ロータの中央凹部は、脱着可能な固定手段によって関連するロータに固定された、リングによって担持され、中央凹部は溝付きスリーブによって延伸され、または収納される。溝付きスリーブは、中央シャフト上の溝との接触面を大きくする。
【００５７】
有利には、ハウジングの長手方向端部に電子制御および電力手段を組み込み、ハウジングの長手方向外壁に収容された２つの外部冷却液回路の１つは、電子制御および電源手段の冷却も提供する。
【００５８】
この好ましい実施形態によって得られる技術的効果は、モータまたは発電機を冷却する手段と、電子制御および電力手段を冷却する手段とを組み合わせることであり、これは手段の節約、モータと電子手段の組立体のためのコストおよび必要な容積を低減する。電子制御と動力手段はモータの近くにあり、冷却液回路により冷却システムの恩恵を受けている。
【００５９】
カバーは、電子モータ制御および動力手段を囲んで保護することによりハウジングを軸方向に延長できる。ハウジングとカバーは、２つのロータ、４つのステータ、および電子制御と電力手段をその内部含む閉じた組立体を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
本発明の他の特徴、目的、および利点は、以下の詳細な説明を読み、非限定的な例として与えられる添付の図面に関して明らかになろう：
【図１】本発明の実施形態によるモータの長手方向断面概略図である。
【図２】本発明の実施形態によるモータまたは発電機の一部を形成する共通中央シャフト上に配置された２つのロータの斜視略図である。
【図３】歯と、それぞれの歯に取り付けられた巻線と、を含むステータの斜視概略図であり、ステータは、本発明の実施形態によるモータの一部を形成し、そして歯にスナップ係合される巻線支持体を備え、この図３には２つの巻線支持体が示されている。
【図４−４Ａ】本発明の実施形態によるモータまたは発電機の一部を形成する２つのロータを支持する共通中央シャフトの側面概略図であり、図４Ａではロータはシャフト上に配置されていない。
【図５−５Ａ】本発明の実施形態による、モータまたは発電機を支持する共通中央シャフトの斜視概略図である。それぞれのロータを固定するための機械的手段として機能するように意図された、２つの一連の溝の間のオフセットをより明確に示すために共通中央シャフトの一部が図５Ａで拡大されて示されている。
【図６】本発明の実施形態によるモータまたは発電機の一部を形成する共通中央シャフト上に配置された２つのロータの斜視概略図であり、この図は、特に共通中央シャフト上の、ロータの相補的機械的固定手段を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
図は、例として与えられており、本発明を限定するものではない。それらは、本発明の理解を容易にすることを意図した原理の概略図を構成し、必ずしも実際の用途での寸法ではない。特に、さまざまな部位の寸法は現実の寸法を表すものではない。
【００６２】
以下では、すべての図が軸方向磁束モータまたは発電機を示すが、本発明は径方向磁束モータまたは発電機にも適用される。
【００６３】
「長手方向」は、ロータ２を通過する中央シャフト５を基準に解釈される。
【００６４】
図３では、１つの歯のみが参照番号３を付されているが、この参照される歯３について記載されたことは、ステータ３、８の他のすべての歯３に適用される。図２では、１つの磁石構造体１１に対して単一の単位磁石が参照番号１１ａを付されているが、この単一の単位磁石１１ａについて述べたことは、ロータ２のすべての単位磁石に対して適用される。さらに、図２では、単一の磁石構造体１１が示されている。同じことが中央シャフトの溝５ａ、５ｂおよびロータの溝６にも当てはまる。
【００６５】
すべての図、特に図１を参照して、本発明は、ハウジング８を備えた少なくとも２つのロータ２と少なくとも４つのステータ３、８を含む、永久磁石同期電磁モータまたは発電機に関する。
【００６６】
２つのロータ２のそれぞれは、磁極を形成する磁石構造体１１を含む。磁石構造体１１は、中央シャフト５の周りを回転可能に取り付けられた少なくとも１つのロータ２の全周に延在する。４つのステータ３、８のそれぞれは、巻線４を備える。
【００６７】
モータまたは発電機は、有利には水または水ベースの、冷却液の３つの回路を含む冷却システム７、７ａを有するが、これに限定されない。
【００６８】
２つの外部冷却液回路７は、関連する端部ステータ３、８を冷却するために、端部ステータ３、８に隣接する、ハウジング８の長手方向外壁にそれぞれ収容される。
【００６９】
冷却システム７、７ａは、モータの最内部にある２つのステータ３、８の間に配置され、２つの最内部のステータ３、８を同時に冷却する中間冷却液回路７ａを含み、中央シャフト５は２つのロータ２に共通であり、２つのロータ２は機械的手段５ａ、５ｂ、６によって中央シャフト５に接続されている。参照番号５ａは、相補的機械的手段６を有する第１のロータに関連する共通中央シャフト５の機械的手段に適用され、そして参照番号５ｂは、第２のロータに関連する共通中央シャフト５の機械的手段に適用される。
【００７０】
図１に見られるように、中間冷却液回路７ａは、共通中央シャフト５まで半径方向に延在するハウジング８の中間壁８ａ、８ｂに収容することができる。この中間壁８ａ、８ｂは、ハウジング８の堅牢性、ならびに冷却システム７、７ａの中間冷却液回路７ａの収容に寄与し、これは、スペースおよび材料の節約を提供する二重機能である。
【００７１】
引き続き主に図１を参照して、中間壁８ａ、８ｂは、共通の中央シャフト５まで半径方向に延在する２つの部分８ａ、８ｂを備えることができる。各部分８ａ、８ｂは、脱着可能固定手段１６によって、モータの最も内側にある２つのステータ３、８の１つにそれぞれ固定することができる。これらの脱着可能固定手段１６は、図１では固定ねじの形態である。
【００７２】
参照番号１３は、ハウジング８の長手方向端部の外壁を中間壁８ａ、８ｂに接続するカラーを示し、カラーは、中間壁８ａ、８ｂの両側に設けられている。各ステータ３、８と各ロータ２の間には、エアギャップ１２が存在する。
【００７３】
単一の磁石構造体１１について図２に示すように、各磁石構造体１１は、単一の大型の磁石の代わりに複数の単位磁石１１ａから構成することができる。このようにして得られた磁石構造体１１は、四角形または三角形の断面のブロックの形とすることができる。
【００７４】
磁石構造体１１の軸方向偏位を防止するために、カバーディスク１０を各ロータ２の２つの対向する軸方向面のそれぞれに軸方向に配置して、磁石構造体１１を覆うことができる。これは、軸方向保持のための機械的手段５ａ、６に有利に置き換わり、そしてこれは、相当する大型の磁石によって放出される熱と比較して各磁石構造体１１により放出される熱を低減することによって可能になった。大型の磁石を使用すると、カバーディスク１０が燃焼してしまうのが一般的であるが、これは、本発明のこの好ましい実施形態で記載した単位磁石１１ａの場合には当てはまらない。
【００７５】
カバーディスク１０は複合材料で作ることができる。磁石構造体１１は、複合材料の外側コーティング層で被覆されて、各ロータ２の外側輪郭を画定することができる。２つの可能な代替案では、カバーディスク１０は、外側複合材コーティング層で被覆されるか、または外側コーティング層のそれぞれの軸方向面に配置されうる。
【００７６】
フレット９は、中央シャフト５から最も遠い外縁で外側コーティング層を囲むことができる。したがって、ロータ２は、端部を形成する縁部外側リングを持つことができる。縁部外側リングに配置されたフレット９は、遠心力に抗して単位磁石１１ａおよび磁石構造体１１を保持することを可能にする。
【００７７】
単位磁石１１ａは、有利には六角形で、メッシュを有する基本磁石ブロックから構成されることができ、単位磁石１１ａは、それらを分離する樹脂によって接着されるか、またはメッシュ構造体の１つのメッシュによって画定されるそれぞれのハウジングの中にそれぞれ挿入される。
【００７８】
各ブロック１１ａは、磁石構造体１１の厚さに沿って延びるその関連するハウジング内に、長手方向に延在する細長い形状である。限定するものではないが、細長いブロックは、円筒形、または少なくとも１つの平坦な長手方向面を備えた多面体の形態とすることができる。
【００７９】
メッシュ構造体はハニカムの形にすることができる。少なくとも１つのメッシュがハニカムの形態である場合、各ブロックは六角形の長手方向面を有することができる。
【００８０】
図２では、ロータ２は、隣接する磁石構造体１１を分離する枝部１８を含む。枝部１８は、ロータ２の中央部分を形成するハブ１８ａから出発して径方向に延在できる。これは限定的ではなく、磁石構造体間のスペーシングは、外側複合材料コーティング層によってのみ達成可能である。
【００８１】
特に図３を参照すると、各ステータ３、８は、同心巻線４を含み、同心巻線は、各歯の周りに巻かれた巻線４を備える一連の歯３を有し、歯３は互いに結合されている。
【００８２】
特にこの図３に示すように、各巻線４は、巻線支持体１４を少なくとも部分的に取り囲むことにより、歯３上に載ることができる。各巻線支持体１４は、巻線支持体１４に関連する歯３によって担持される相補的スナップ係合手段３´と協働する部位１５のスナップ係合手段１５´を含むか、またはそれに関連し、それにより巻線支持体１４が、関連する歯３に固定される。これには、巻線支持体１４の少なくとも一部が歯３の周りに挿入されることが必要である。
【００８３】
スナップ係合は、巻線支持体１４と歯３の間で直接行うことができ、その場合、各巻線支持体１４は、スナップ係合手段１５´を担持し、またはスナップ係合は、巻線支持体１４に固定された中間部位１５と歯３の間で行うことができ、その場合、各巻線支持体１４は、巻線支持体１４が担持しないスナップ係合手段１５´と関連付けられる。後者のケースを図３に示す。
【００８４】
特に図３に見られるように、巻線支持体１４は、巻線４が巻かれる中間部位２１と、平坦なカバー部位２０とを備えることができ、平坦なカバー部位２０は、巻線支持体１４が歯３上に固定されている位置において、関連する歯３から最も離れていて、そして巻線４および中間部位２１によって歯３から分離されている。
【００８５】
平坦なカバー部位２０は、巻線４に対向する少なくとも１つの外縁を離れてカバーし、そして巻線の外縁に当接する外部輪郭を有することができ、ここで巻線支持体１４は一体であってもなくてもよい。カバー部位２０は、歯３の周りおよび中間部位２１の周りの巻線４の出口に当接することができる。
【００８６】
「離れて」とは、平坦なカバー部位２０が巻線４に向いた歯３の面と接触していないことを意味し、「カバーする」とは、正面から見たとき、平坦なカバー部位２０が巻線４に面する歯３の面を隠すことを意味する。「少なくともカバーする」とは、平坦なカバー部位２０の領域が、巻線に面する歯３の領域よりも大きくてもよいことを意味する。
【００８７】
図３では、スナップ係合を実行するのは、巻線支持体１４に固定された中間部位１５である。この中間部位１５は、関連する歯３の対向する面の縁部上の相補的スナップ係合形状としてのそれぞれの溝３´と協働するスナップ係合形状１５´を有する。
【００８８】
ステータ３、８の巻線４は、有利には同心であることができ、直列または並列のいずれかで、モータの外側の端子台に接続することができる。
【００８９】
各ロータ２を中央シャフト５に固定するための機械的手段５ａ、５ｂ、６として図４、４ａ、５、５ａおよび６でより詳細に示されるように、中央シャフト５は、２つのロータ２のうちの１つをそれぞれ受けるように意図された中央シャフト５の各部分上に、局所的に一連の長手方向の溝５ａ、５ｂを持つことができる。
【００９０】
ロータ２の凹部２２の輪郭は一連の溝６を備え、これは直接備えるか、または一連の溝６を備えた部品を内部に収納する。これらの機械的手段５ａ、５ｂ、６は中央シャフトに固定されたロータ２の径方向平面内の角度位置づけに対し高い精度を可能にする。
【００９１】
したがって、図２と組み合わせて図５および５ａに示されるように、２つのロータ２のうちの１つによって担持される磁石構造体１１は、他のロータ２に担持される磁石構造体１１に対して所定の角度だけ径方向にオフセットされ得る。機械的手段５ａ、５ｂ、６は、ロータ２の磁石構造体１１の他のロータ２に対するオフセットを正確に調整することができる。
【００９２】
図６により詳細に示されるように、各ロータ２は、内径を有する中央凹部２２を有することができ、内径は直接測られるか、またはその内径を減少させる凹部２２に収容されるスペーサ１４と共に測られる。中央シャフト１４の外径は、スペーサ１４の有無にかかわらず、中央凹部２２への中央シャフト５の導入にちょうど十分なクリアランスを有する。
【００９３】
中央凹部２２または凹部２２に挿入されたスペーサ１４の端部は、その内縁に、機械的手段５ａ、５ｂ、６の第１の部分に相補的な第２の部分として、中央シャフト５によって担持される一連の溝５ａ、５ｂに相補的な、一連の溝６を備え、それは２つのロータ２をシャフトに接続する機械的手段５ａ、５ｂ、６を形成するために協働することができる。
【００９４】
ロータ２の取り付け位置では、相補的な一連の溝６を、中央シャフト５によって担持される一連の２つの溝の間に挿入することができ、その逆も可能である。
【００９５】
図５の拡大図である図５ａに示すように、第１のロータ２に関連する中央シャフト５の第１の一連の溝５ａは、第２のロータに関連付けられた中央シャフトの第２の一連の溝５ｂと整列していない。これは、図５ａに示すように、２つの溝５ａと５ｂを互いに向かって伸長させることで確認できる。
【００９６】
図６により詳細に示されるように、中央凹部２２は、脱着可能な固定手段２３によって関連するロータ２に固定された、リング１９の形態の部分によって取り囲まれるか、またはそれを含む。凹部２２は、リング１９に固定された溝付きスリーブ１４によって拡大可能であり、またはそれを収容することができ、溝付きスリーブはリング１９と一体であるか、またはリング１９に取り外し可能に固定される。
【００９７】
凹部２２の縁と中央シャフト５との間にこの溝付きスリーブ１４が存在することにより、凹部２２および溝付きスリーブ１４によって形成される組立体の内径は、減少し、そして中央シャフト５の直径と実質的に等しい。
【００９８】
図には示されていないが、図１に示され、この実施形態で取り上げられている要素について図１を参照すると、モータは、ハウジング８の長手方向端部に電子制御および電力手段を組み込むことができる。  
【００９９】
ハウジング８の長手方向の外壁に収納され、電子制御手段があるモータの側面に位置し、有利にはモータのハウジング８に接続し、またはハウジング８の延長部にある１つのボックスに収容される、２つの外部冷却液回路７の１つは、端部ステータ３、８の冷却に加えて、電子制御および電源手段の冷却も提供する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４−４Ａ】
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【図５−５Ａ】
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【図６】
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【国際調査報告】
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