(57)【要約】本発明は、ロータ（１）の回転中心軸（７）に対して同心の内部ハブ（２）と；内部ハブ（２）から出発し、ロータ（１）の円形の外周を形成するフレット（８）に向かって、回転中心軸（７）に関して径方向に伸長する分岐（３）と；２つの隣接する分岐（３）の間に画定されるそれぞれの空間内に収容される、少なくとも１つの磁石と；を備えた本体を有し、それぞれの分岐（３）は、内部ハブ（２）から離れるにつれて幅（ｌ）が減少し、ロータ（１）を囲むフレット（８）に当接して終了する、電磁モータまたは発電機のロータ（１）に関する。それぞれの磁石は磁石構造体（１０）の形態であり、磁石構造体は繊維強化絶縁材料によって結合された複数の単位磁石（４）から構成され、それぞれの単位磁石（４）は細長い形状を有し、そしてロータ（１）の軸方向に伸長する。【選択図】図１
2021528941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１）の回転中心軸（７）に対して同心の内部ハブ（２）と；
前記内部ハブ（２）から出発し、前記ロータ（１）の円形の外周を形成するフレット（８）に向かって、前記回転中心軸（７）に関して径方向に伸長する分岐（３）と；
２つの隣接する前記分岐（３）の間に画定されるそれぞれの空間内に収容される、少なくとも１つの磁石と；
を備えた本体を有し、
それぞれの前記分岐（３）は、前記内部ハブ（２）から離れるにつれて幅（ｌ）が減少し、前記ロータ（１）を囲むフレット（８）に当接して終了する、
電磁モータまたは発電機のロータ（１）であって、
それぞれの前記磁石は磁石構造体（１０）の形態であり、前記磁石構造体は繊維強化絶縁材料によって結合された複数の単位磁石（４）から構成され、
それぞれの前記単位磁石（４）は細長い形状を有し、そして前記ロータ（１）の軸方向に伸長する、
ことを特徴とする電磁モータまたは発電機のロータ（１）。  
【請求項２】
それぞれの前記分岐（３）の先細りの先端部（３ｂ）が、前記内部ハブ（２）に接続する前記分岐（３）の基部（３ａ）に対して少なくとも２倍幅が狭い、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項３】
２つの隣接する前記分岐（３）の前記基部（３ａ）が、前記内部ハブ（２）の中間部分（９）によって分離され、前記中間部分（９）が前記ロータ（１）の前記回転中心軸の方向に丸みを帯びた凹面の形態であり、前記内部ハブ（２）は前記ロータ（１）の半径の少なくとも４分の１に等しい半径（ｒｉ）を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のロータ（１）。
【請求項４】
前記ハブ（２）および前記分岐（３）が、樹脂で鋳造されたガラス繊維でできている、ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項５】
前記ハブ（２）および前記分岐（３）が一体である、ことを特徴とする請求項１−４に記載のロータ（１）。
【請求項６】
複数の前記単位磁石（４）のそれぞれの前記単位磁石（４）が多角形の形状であるか、または、それぞれの前記単位磁石（４）が少なくとも部分的に卵形の輪郭を有し、そして前記単位磁石（４）の本体を形成する第１の部分（４ａ）を有し、前記第１の部分は、前記単位磁石（４）の関連する長手方端部を指し示す少なくとも１つの第２の長手方向末端部分（４ｂ）に比べて、より大きな断面を有しそして前記単位磁石（４）のより長い長さにわたって伸長し、前記第２の長手方向末端部分（４ｂ）の断面積は前記長手方向端部に近づくにつれて減少する、ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項７】
それぞれの前記磁石構造体（１０）は、それぞれの前記単位磁石（４）のハウジングを画定するメッシュセルを有する少なくとも１つのメッシュ構造体を含み、それぞれの前記ハウジングは、前記ハウジングと前記単位磁石（４）との間に繊維強化樹脂で満たされたスペースを残しながら、前記単位磁石（４）を内部に導入するのにちょうど十分な内部寸法を有し、前記メッシュセルは繊維強化絶縁材料で作られる、ことを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項８】
２つの隣接する前記分岐（３）間のそれぞれの前記磁石構造体（１０）が複合材料の層に埋め込まれ、前記ロータ（１）もまた複合材料の層にコーティングされる、ことを特徴とする請求項１−７のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項９】
カバーディスクが前記ロータ（１）のそれぞれの円形面の上に配置される、ことを特徴とする請求項１−８のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項１０】
請求項１−９のいずれか一項に記載のロータ（１）を製造する方法であって、
前記ハブ（２）の外周から前記フレット（８）の内周まで径方向に延びる前記分岐（３）の長さの上の１つの点における、それぞれの前記分岐（３）の幅（ｌ）が、前記ロータ（１）に加えられうる許容機械的応力、前記ロータ（１）の最大許容回転速度、および前記分岐（３）の材料の機械的強度の評価に基づいて決定され、
前記ハブ（２）から離れたそれぞれの前記分岐（３）の前記幅（ｌ）の減少は、それぞれの前記分岐（３）に対して、前記分岐（３）の長さの各点における前記幅（ｌ）を、前記分岐（３）内で等応力を取得することを可能にするように選択することによって得られる、
ことを特徴とする方法。
【請求項１１】
径方向に伸長する長さのある１点でのそれぞれの前記分岐（３）の幅（ｌ）は、次の式で与えられる、ことを特徴とする請求項１０に記載の方法：  
【数１】
2021528941.tif 000005
ここで  Ｋ  は前記フレット（８）の厚さによって変化する定数であり、前記分岐（３）の材料の機械的強度を表し、ρ  は前記磁石構造体（１０）の密度であり、σm  は前記ロータ（１）に、そして結果的に前記分岐（３）に加えられる可能性のある許容可能な機械的応力であり、θ  は各前記磁石構造体（１０）の開き角、Ｗ  は前記ロータ（１）の最大許容回転速度、ｒ  は長さにおける前記ロータ（１）の中心から前記１点までの距離である。  
【請求項１２】
請求項１−９のいずれか一項に記載のロータ（１）を少なくとも１つ有する軸方向磁束電磁モータまたは発電機であって、少なくとも１つの巻線を有する少なくとも１つのステータを有し、前記少なくとも１つのロータ（１）と前記少なくとも１つのステータとの間に１つまたは複数のエアギャップを備える、ことを特徴とする電磁モータまたは発電機。  
【請求項１３】
２つのステータに関連する少なくとも１つの前記ロータ（１）を有する、ことを特徴とする請求項１２に記載の電磁モータまたは発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸方向磁束電磁モータまたは発電機用のロータであって、有利には拡大されたハブを有し、そのハブから先細りの分岐が伸長し、そして２つの隣接する分岐の間に少なくとも１つの磁石構造を有するロータに関する。本発明はまた、そのようなロータを備えた電磁モータまたは発電機に関する。  
【背景技術】
【０００２】
本発明は、本発明によるロータの特定の特性によって得られる、ロータの高速回転で高出力を送達する電磁モータに有利で非限定的な用途を見出す。このようなモータは、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することができる。  
【０００３】
有利であるが、しかしそれに限定されないが、電磁モータまたは発電機は、２つのステータに取り囲まれた少なくとも１つのロータを含むことができ、これらの要素は、同じシャフト上で、少なくとも１つのエアギャップによって分離されながら、互いに対して重ね合わせることができる。  
【０００４】
高速の用途では、システムの信頼性を向上させるために、回転部品、つまりロータの機械的強度が非常に優れている必要がある。  
【０００５】
軸方向磁束電磁機械の場合、ロータは、厚さで接続された２つの円形面を有する、磁石のディスク状支持体の形状の本体を有し、そのディスクは、フレットによって形成される外側リングと、回転シャフト用のくぼみを画定する内周との間で画定される。  
【０００６】
磁石はそれぞれ、保持手段によってディスク状の支持体に保持され、磁石の間に隙間が残されている。  
【０００７】
軸方向磁束モータは、径方向磁束モータよりも質量トルクが高いモータとしてよく使用される。したがって、低速の用途によく使用される。
【０００８】
高速用途の場合、遠心効果による力によってロータに非常に大きな機械的応力が発生するため、軸方向磁束モータのロータの設計はより困難になる。さらに、渦電流損失は、回転部分が導電性材料で作られている場合、磁石と回転部分の両方で支配的になる。  
【０００９】
高速で回転しなければならないロータにとって、高回転速度モータの主な欠点は、１つまたは複数の磁石がロータから外れる可能性が高く、ロータが少なくとも部分的に故障することである。したがって、そのようなモータのロータは、高い回転速度に耐えることができなければならない。  
【００１０】
従来型技術は、遠心力に対抗するために、１つまたは複数の磁石のディスク状支持体を強化するように当技術分野の当業者に促している。これには、ディスク状支持体に特定の材料が必要であり、ディスク状支持体がより剛性になるように厚くすることによって、その寸法を増やす必要がある。  
【００１１】
このようにディスク状支持体を備えたモータまたは発電機は、重量が重く、製造コストが高くなるため、完全に満足のいくものではなかった。  
【００１２】
１つの解決策は、渦電流を低減するため、強化繊維および樹脂の構造の細長い単位磁石のメッシュを作成し、そしてロータに電気を通さない複合材料からなる本体を使用し、理想的にはグラスファイバからなるロータとし、遠心効果による力を維持するためにロータの周囲にフレットが配置される。  
【００１３】
ただし、速度が非常に高速になる用途では、機械的応力が大きくなり、これらの回転速度にアクセスするには、磁石の質量を減らす必要がある。ただし、電気機械が提供しなければならないトルクは、ステータによって生成された磁場と相互作用する磁石の面積に比例する。したがって、磁石の面積が減少すると、トルクが減少し、したがって機械の出力が減少する。
【００１４】
文書ＥＰ−Ａ−０３５３０４２（特許文献１）は、最も近い従来技術を表しており、ロータの回転の中心軸と同心の内部ハブと、内部ハブから出発してロータの円形の外周を形成するフレットに向かって回転の中心軸に対して径方向に伸びる分岐と、２つの隣接する分岐の間に画定されるそれぞれの空間に収容される少なくとも１つの磁石と、を備えた本体を有する電磁発電機のロータについて記載している。ここで各分岐は内部ハブからの距離が離れるに従って幅が狭まるハブを有し、フレットに当接する先細りの先端部で終わっている。それぞれの磁石は内部ハブから離れるにつれて増加する幅を有し、ロータを取り囲むフレットに当接して終わる。
【００１５】
文書ＥＰ−Ａ−２７７３０２３（特許文献２）は、上記の特性を備えたロータであって、先細りの分岐について言及しない、ロータについて記載している。  
【００１６】
これらの２つの文書の教えは、複数の永久磁石の支持体が、一方ではロータ上に支持される永久磁石を効果的に維持し、効率的に遠心力を補償しながら永久磁石がロータから外れるのを防ぎ、他方ではロータが非常に高速で回転できるような機械的強度を備える、ことを可能にしていない。
【００１７】
さらに、互いに独立した単位磁石の配置には、ステータの巻線によって生成される空間高調波または電流に敏感であるという大きな欠点がある。その結果、磁石構造体で発生する損失が非常に大きくなり、特に高速での効率が低下する。
【００１８】
文書ＦＲ−Ａ−１４７５５０１（特許文献３）はロータについては記載せず、複数の単位磁石を含む磁石構造のみを記載しており、そのような磁石構造のロータのための使用がこの文書で言及されていないことを考慮すると、前述の２つの文書の欠点が複数の単位磁石を備えたそのような磁石構造の使用により克服されることを示唆していない。  
【００１９】
本発明が解決しようとする課題は、複数の永久磁石を支持するための、フレットを備える軸方向磁束電磁機械用ロータの設計であって、それは一方ではロータが支持する永久磁石を効果的に維持し、効率的に遠心力を補償しながら永久磁石がロータから外れるのを防ぎ、他方ではロータが非常に高速で回転できるような機械的強度を有する、ロータを設計することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】ＥＰ−Ａ−０３５３０４２
【特許文献２】ＥＰ−Ａ−２７７３０２３
【特許文献３】ＦＲ−Ａ−１４７５５０１
【発明の概要】
【００２１】
この目的のために、本発明は、ロータの回転中心軸に対して同心の内部ハブと；内部ハブから出発し、ロータの円形の外周を形成するフレットに向かって、回転中心軸に関して径方向に伸長する分岐と；２つの隣接する分岐の間に画定されるそれぞれの空間内に収容される、少なくとも１つの磁石と；を備えた本体を有し、それぞれの分岐は、内部ハブから離れるにつれて幅が減少し、ロータを囲むフレットに当接して終了する、電磁モータまたは発電機のロータであって、それぞれの磁石は磁石構造体の形態であり、磁石構造体は繊維強化絶縁材料によって結合された複数の単位磁石から構成され、それぞれの単位磁石は細長い形状を有し、そしてロータの軸方向に伸長する、ことを特徴とする電磁モータまたは発電機のロータに関する。
【００２２】
本発明によるロータの構成は、非常に高速な回転においてロータに加えられる最大応力が、ロータの回転中心軸を取り囲むハブのレベルにあるという観察に基づいている。したがって、ロータのこの内側部分は強固にする必要がある。この強固化は、拡大されたハブと交換されなければならない、この領域に配置される磁石を犠牲にして行われる。またロータには、少なくともハブとの接続レベルにおいて、比較的太い分岐を取り付ける必要がある。ただし、分岐の形を太くすればするほど、配置される磁石は少なくなる。  
【００２３】
本発明の根底にある主要な考えは、ロータにかかる応力は、ロータの中心から離れるほど減少するため、本質的にハブとの接続部でのみ分岐を太くする必要がある、ということである。    
【００２４】
線形速度が非常に高くなる用途の場合、通常は毎秒１６０メートルまたは毎秒１８０メートル以上の場合、機械的応力が増大し、この回転速度を達成するためには磁石の質量を減らす必要がある。これには、電気機械が提供しなければならないトルクが、ステータによって生成された磁場と相互作用する、磁石の面積に比例するという大きな不利益がある。したがって、磁石の面積が減少すると、トルクが減少し、したがって機械の出力が減少する。したがって、特にハブの半径も増加される場合、ハブの外周のレベルで分岐の幅を増加させることには強い偏見がある。  
【００２５】
本願の出願人は、軸方向磁束機械の場合、トルクがロータの半径の３乗に比例することに気づいた。したがって、ロータの周辺部分の磁石の表面積を増やす方がロータの内側の磁石の表面積を増やすより効果的である。回転軸の近くに磁石がないことは、ロータの周辺部分に磁石を追加することで簡単に補償することができる。これは、幅がゼロに近い先細りの先端部に向かってロータの中心から離れるほど分岐の幅が狭くなる構成によって得られる。
【００２６】
したがって、高いモータトルクを維持するための磁石の表面積を増やすために、ハブとの接続部においてロータの分岐の断面積を増やし、この断面積を徐々に減らすことが望ましい。  
【００２７】
磁石のためのスペースを作るために一定幅の分岐と小さな半径のハブのみを使用する従来技術においては、このことは決して考慮されていなかった。したがって、ロータ上の磁石の分布を減らしてロータの機械的強度を増やす方が良いという強い偏見があり、従来技術は、分岐およびハブの軸方向の増加などの他の解決策に向かって進んでいた。これは、その機械的強度に大きな有益な影響を与えることなく、ロータの重量を増加させた。  
【００２８】
本発明によって得られる追加のシナジー効果は、ロータが、２つの分岐間の１つの磁石構造体にグループ化される単位磁石を有することである。それぞれの三次元磁石構造体は、複数の単位磁石で構成される。  
【００２９】
これにより、多数の単位磁石を備えた磁石構造体が可能になる。このような複数の単位磁石を備えた構造は、ステータの巻線によって生成される空間高調波または電流に対し高いレベルの非敏感性を有することが見出された。したがって、磁石構造体内で発生する損失は非常に低く、出力は特に高速で非常に大きい。このような磁石構造体は、磁極を形成することも、完全な磁石にすることもできる。  
【００３０】
本発明の手段の１つは、従来技術による磁石全体または磁極であり得る磁石構造を複数の小さな磁石またはマイクロ磁石に分解することである。大きな磁石は、小さな磁石やマイクロ磁石の同等物よりも大きな渦電流損失を受ける。したがって、小さな磁石またはマイクロ磁石を使用すると、電磁アクチュエータの動作に悪影響を与えるこれらの損失が減少する。
【００３１】
最適な強度の磁場を得るには、磁石の理想的な体積が、立方体または長さが直径に等しい円柱のそれに近づく必要があることが知られている。それを超えて磁石の長さを長くしても磁場は増加しないことは周知の事実である。しかしながら、本発明のアプローチは、この一般的な知見に反する。  
【００３２】
単位磁石の長さは、広く使用されている方法と比較して、その平らな長手方向面の直径または対角線と比較してかなり長くなっている。これは本質的に、本発明の主な目的である、構造の機械的強度に関する要求を満たすためである。  
【００３３】
本願の出願人は、磁石構造体内の複数の単位磁石が、ｎ個の単位磁石が存在する場合、ｎ個の単位磁石の基本表面積のｎ倍に等しい表面積を有する単一の磁石とほぼ同様の磁気特性を維持しながら、はるかに大きな機械的強度を有する磁石構造体となることを発見した。  
【００３４】
有利なことに、それぞれの分岐の先細りの先端部が、内部ハブに接続する分岐の基部に対して少なくとも２倍幅が狭い。
有利なことに、２つの隣接する分岐の基部が、内部ハブの中間部分によって分離され、中間部分がロータの回転中心軸の方向に丸みを帯びた凹面の形態であり、内部ハブはロータの半径の少なくとも４分の１に等しい半径を有する。  
【００３５】
分岐の間の中間部分の内向きの湾曲は、ハブの外周にある分岐の最も厚い断面の部分のレベルでの機械的応力を減らすことを可能にする。
【００３６】
有利なことに、ハブおよび分岐が、樹脂で鋳造されたガラス繊維でできている。これらの補強繊維は、磁石構造の強度、特に曲げや座屈に対する剛性を高めるのに役立つ。  
【００３７】
有利なことに、ハブと分岐は一体である。ハブおよび分岐が一体である。これにより、組立体の機械的強度が向上し、その結果、ロータの機械的強度が向上する。  
【００３８】
有利なことに、複数の単位磁石のそれぞれの単位磁石が多角形の形状であるか、または、それぞれの単位磁石が少なくとも部分的に卵形の輪郭を有し、そして単位磁石の本体を形成する第１の部分を有し、第１の部分は、単位磁石の関連する長手方端部を指し示す、少なくとも１つの第２の長手方向末端部分に比べて、より大きな断面を有しそして単位磁石のより長い長さにわたって伸長し、第２の長手方向末端部分の断面積は長手方向端部に近づくにつれて減少する。  
【００３９】
卵形の磁石はファセットを備える場合がある。このようにして得られた単位磁石は、ファセットまたは長手方向ファセットの表面全体にわたって結合されていないが、互いに接続される「クリスタル」である。樹脂と接着剤の層が、多面ファセットのブロックの端部に磁石間の限られた接触面積を備える、メッシュネットワークを構築する。  
【００４０】
別の方法として、丸みを帯びた第１の部分を持つ完全な卵形の単位磁石の場合、２つの隣接する単位磁石間の接触は小さく、点接触のみが可能であり、２つの単位磁石の間の小さな円弧に実質的に一致する。溝は、好ましくは樹脂の形の接着剤を受容するために、２つの隣接する単位磁石間の接触円弧の寸法に中空に掘られうる。
【００４１】
有利なことに、それぞれの磁石構造体は、それぞれの単位磁石のハウジングを画定するメッシュセルを有する少なくとも１つのメッシュ構造体を含み、それぞれのハウジングは、ハウジングと単位磁石との間に繊維強化樹脂で満たされたスペースを残しながら、単位磁石を内部に導入するのにちょうど十分な内部寸法を有し、メッシュセルは繊維強化絶縁材料で作られる。  
【００４２】
メッシュ構造体は所定の位置に残り、また複合材料層でコーティングされうる。このようなタイプのメッシュ構造体は、磁石構造体の製造中に単位磁石を所定の位置に保ち、磁石構造体の追加の強化要素であるという利点があり、ここでメッシュ構造体は強化繊維を含むこともできる。  
【００４３】
たとえば、ハニカムメッシュ構造体は、要素、この場合は磁石構造体、の強度を強化することが知られている。単位磁石は、それらの保持を確実にする六角形のハウジングに挿入される。ハウジングの壁は電気絶縁体として機能し、磁石構造内のハウジングの密度を大幅に高めることができる。ハニカムメッシュ構造体は、繊維強化絶縁複合材料で作ることができる。  
【００４４】
フレットは有利にはガラス繊維または炭素繊維でできている。複合材料フレットは、大きな磁石または磁石構造をロータの外周で円周方向に取り囲んでいる。フレットは、必要に応じて、複合材料コーティングの外側層によって提供されるものに加えて、磁石の径方向の保持に貢献する。分岐の先細りの先端は、フレットに固定されている場合とされていない場合がある。
【００４５】
有利には、２つの隣接する分岐間のそれぞれの磁石構造体が複合材料の層に埋め込まれ、ロータもまた複合材料の層にコーティングされる。  
【００４６】
有利なことに、カバーディスクがロータのそれぞれの円形面の上に配置される。  
【００４７】
上記は複数の単位磁石を持つ磁石構造に主に当てはまるが、それだけに当てはまるわけではない。従来技術に従ってロータに使用された大きな磁石は、大量の熱を放散する。この大量の熱の放散は、複合材料カバーディスクの形での軸方向保持手段の使用を妨げ、熱放散は、コーティングの強度に影響を与え、このコーティングおよび磁石の加速された経年劣化を伴う可能性がある。  
【００４８】
複合材料カバーディスクは、磁石によって生成される熱放散に耐えることが出来ないため、従来技術ではあまり使用されていなかった。  
【００４９】
本発明は、好ましくは、従来技術のコンパクトな磁石の代わりに多数の単位磁石を使用するため、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、これらのディスクは有利にも磁石とロータ本体の間の軸方向保持手段に置き換わる。そのため適切な場合、ロータによって担持される固定手段との追加の固定手段を実現するため、磁石またはそれらのコーティングに変更を加える必要がある。
【００５０】
本発明はまた、ロータを製造する方法であって、ハブの外周からフレットの内周まで径方向に延びる分岐の長さの上の１つの点における、それぞれの分岐の幅が、ロータに加えられうる許容機械的応力、ロータの最大許容回転速度、および分岐の材料の機械的強度の評価に基づいて決定され、ハブから離れるに従って減少するそれぞれの分岐の幅は、それぞれの分岐に対して、分岐内で等応力を取得することを可能にするように、分岐の長さの各点における幅を選択することによって得られる、方法に関する。  
【００５１】
制限する訳ではないが、ハブに接続された端部に向かって分岐にかかる最大応力は、１２０メガパスカルと見積もることができる。この等応力を取得することで、分岐の幅を最小限に抑え、大きな磁石または磁石構造の表面積を増やすことができる。したがって、後者の場合、より多くの単位磁石が可能になり、それにより、より大きなトルクを得、そしてハブに向かっての磁石表面積の損失に対する追加の補償を得る。  
【００５２】
有利なことに、径方向に伸長する長さのある点での各分岐の幅  ｌ  は、次の式で与えられる：  
【数１】
2021528941.tif 000003
Ｋはフレットの厚さによって変化する定数であり、分岐の材料の機械的強度を表し、ρ  は磁石構造体の密度であり、σm  はロータに、そして結果的に分岐に加えられる可能性のある許容可能な機械的応力であり、θ  は各磁石構造体の開き角、Ｗ  はロータの最大許容回転速度、ｒ  は長さにおけるロータの中心からその点までの距離である。
【００５３】
本発明は最終的に，軸方向磁束電磁モータまたは発電機であって，少なくとも１つの上記のようなロータと、少なくとも１つの巻線を有する少なくとも１つのステータと、少なくとも１つのロータと少なくとも１つのステータとの間の１つまたは複数のエアギャップと、を備えることを特徴とする電磁モータまたは発電機に関する。  
【００５４】
有利には、電磁モータまたは発電機は２つのステータに関連する少なくとも１つのロータを有する。  
【図面の簡単な説明】
【００５５】
本発明の他の特徴、目的および利点は、非限定的な例として与えられる添付の図面に関する以下の詳細な説明を読むことにより明らかになろう：
【図１】本発明の第１の実施形態による軸方向磁束電磁機械用のロータの正面図の概略図であり、単位磁石から構成される磁石構造体が磁石のディスク状支持体の２つの隣接する分岐の間にそれぞれ挿入されている。分岐はロータのハブからの距離とともに減少する幅を持つ。
【図２】図１に示されるロータの一部分の拡大概略図である。
【図３ａ−３ｃ】図３ａおよび３ｂは卵形形状を有する単位磁石のそれぞれの実施形態を示し、図３ｃは卵形単位磁石からなる磁石構造体の概略図であり、４つの卵形単位磁石が磁石構造体から離れて示されている。
【図４】ロータの回転中心軸から距離  ｒ  に位置する点の関数としての、本発明によるロータの分岐の幅の曲線を示しており、分岐は、ロータの回転中心軸から離れるに従って減少する幅を有する。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
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目的とした原理の概略図を構成し、必ずしも実際の用途の規模ではない。特に、異なる部分の寸法は現実を表すものではない。  
【００５７】
以下の文では、単一の分岐３、分岐３の単一の基部３ａおよび単一の先細りの先端部３ｂは、図１および２のすべての分岐の代表である。内側面１０ａおよび外側面４０ｂを有する、参照番号１０で参照されている単一の磁石構造体についても同じことが言える。同様に、２つの分岐の間の単一の中間部分９はすべての中間部分を代表する。  
【００５８】
図２では、単一の単位磁石４が、すべての単位磁石を代表し、また単位磁石間の単一の接着剤層６、磁石構造体１０を包む単一の外側層５も同様である。  
【００５９】
これらの代表する要素のいずれかに記載されている内容は、個別に識別されない全ての同様の要素に適用される。  
【００６０】
すべての図、より具体的には図１および２を参照すると、これらの図はそれぞれ、本発明によるロータ１およびロータ１の一部の拡大図を示し、拡大図は２つの分岐３を有し、分岐に挟まれた磁石構造体１０を備え、磁石構造体は複数の多角形形状の単位磁石４からなる。  
【００６１】
この実施形態は限定的なものではなく、単一の大型磁石が２つの分岐３の間に挿入されうる。ここでこの単一の大型磁石を、図２で示されそして参照される、磁石構造体１０の単位磁石４と混同しないようにされたい。  
【００６２】
このようなロータ１は、有利には軸方向磁束の電磁モータまたは発電機で使用される。ロータ１は、有利には実質的に円形であり、ロータ１の回転中心軸７またはロータ１の長手方向正中軸と同心の内部ハブ２を備える本体を有する。分岐３は、ロータ１内で、回転中心軸７に関して径方向に、内部ハブ２から始まって、ロータ１の円形の外周を形成するフレット８に向かって延びる。
【００６３】
小さなサイズの複数の単位磁石４を含む少なくとも１つの磁石構造体１０が、２つの隣接する分岐３の間で画定される、それぞれの空間に収容される。  
【００６４】
本発明によれば、各分岐３は、図１および４に見られる幅  ｌ  を有し、その幅は内部ハブ２から離れるに従って減少し、フレット８に当接する先細りの先端部３ｂで終わる。幅  ｌ  は、図１では分岐３の最大幅で示されている、即ち、ハブ２に接続されているこの分岐３の基部３ａにおける幅で示されている。  
【００６５】
各磁石構造体１０は、内部ハブ２から離れるにつれて増大し、ロータ１を囲むフレット８に当接して終わる幅を有する。図１において幅  ｌａ  で示されるのは、磁石構造体１０の最大幅である。
【００６６】
ハブ２に面する端部または基部３ａに向かって分岐３の幅  ｌ  が増大することによる、また必要に応じてハブ２の半径が増大することによる、失われた磁石用のスペースは、ロータ１の外周末端部分によって取り戻すことが出来る。最大幅  ｌａ  でロータ１の外周に向かって各磁石構造体１０を配置することにより、ロータ１の外周に配置される磁石の部分を増やすことができ、したがって、磁石の合計表面積を増やすことが出来る。  
【００６７】
図１および図２を参照すると各分岐３の先細り先端部３ｂは、内部ハブ２に接続された分岐３の基部３ａよりも少なくとも２〜４倍幅が狭くなりうる。  
【００６８】
単一の基部３ａについて図２に最もよく見られるように、２つの隣接する分岐３の基部３ａは、内部ハブ２の中間部分９によって分離できる。この中間部分９は、ロータ１の軸の方向に丸みを帯びた凹状形状であり得る。同様に、代替的にまたは追加的に、特に図１を参照して、内部ハブ２は、ロータ１の半径の少なくとも４分の１に等しい半径  ｒｉ  を有することができ、それは実際には、ハブ２は従来技術のハブ２より大きい。ロータの半径は、分岐３の半径  ｒｅ  に、フレット８の厚さを追加したされるものに等しい。
【００６９】
ハブ２と分岐３は、樹脂で鋳造されたガラス繊維で作ることができる。ロータ１の強度、特に曲げ剛性および座屈剛性を高めるために、強化プラスチック繊維を使用することもできる。  
【００７０】
ロータ１を強固にするために、ロータ１と分岐３を一体にすることができる。分岐３は、それらの先細りの端部３ｂによってフレット８に固定されてもされなくてもよい。  
【００７１】
図１、２、３ａ〜３ｃを参照すると、各磁石構造体１０は、繊維強化絶縁材料によって固定された複数の単位磁石４から構成され得、各単位磁石４は、形状が細長く、ロータ１の軸方向に延びる。単位磁石４は、図では１つのみ参照されているが、磁石構造体１０または図に示されていない大きな磁石と混同されるべきではない。  
【００７２】
したがって、各磁石構造体１０は、三次元であり得、複数の単位磁石４からなり得る。  
【００７３】
図１および図２では、複数の単位磁石４のそれぞれの単位磁石４は多角形の形状である。  
【００７４】
図３ａ、３ｂおよび３ｃにおいて、各単位磁石４は、少なくとも部分的に卵形の輪郭を有し得、単位磁石４の本体を形成する第１の部分４ａを含み、その第１の部分は少なくとも１つの長手方向末端部分４ｂよりも、より大きな断面を有し、そしてより長い単位磁石４の長さにわたって伸長し、長手方向末端部分は単位磁石４の関連する長手方向端部に向かっており、その断面は長手方向端部に近づくにつれて減少する。
【００７５】
図３ａでは、単位磁石４はほぼ完全な卵形であり、第１の部分４ａと２つの第２の部分４ｂは丸い端部と凸状の形状をしている。図３ｃに見られるように、２つの隣接する卵形単位磁石４間の接触は、実質的に点状であるか、または限定された円弧に沿って延在する。
【００７６】
この場合、単位磁石４は、少なくとも部分的に卵形の外側輪郭を有し得、単位磁石４の本体を形成する第１の部分４ａを備え、第１の部分は少なくとも１つの第２の部分４ｂよりも、より大きな断面を有し、より長い単位磁石４の長さにわたって延在する。
【００７７】
図３ｂにおいて、単位磁石４は、第１の部分４ａの延長として、単位磁石４の少なくとも１つの長手方向端部に少なくとも１つの第２の部分４ｂを有し得る。単位磁石４の１つの長手方向端部にそれぞれ１つの第２の部分４ｂを有する、２つの第２の部分４ｂが存在し得る。  
【００７８】
１つまたは複数の第２の部分４ｂは、単位磁石の関連する長手方向端部を指すことができ、その断面積は長手方向端部に近づくにつれて減少する。  
【００７９】
図３ｂに示されるように、第２の長手方向端部４ｂは、凸型形状であることにより丸まっている。第２の長手方向端部４ｂは、長手方向端部を形成する中央ファセット１１によって、それらの関連する長手方向端部で終了しうる。ただし、図３ｂでは、卵形の場合、長手方向の端部を形成するこの中央ファセット１１は膨らんでおり、それは選択肢にすぎない。  
【００８０】
この図３ｂにおいて、１つまたは複数の第２の長手方向端部４ｂは、単位磁石４の関連する長手方向端部に接近しながら単位磁石４の長手方向軸に向かって傾斜した横方向ファセットを含み得る。  
【００８１】
図３ｃに示すように、磁石構造体１０では、単位磁石４は互いに直接隣接しており、部分的に接触している。単位磁石４は、接着剤を堆積させることによって結合されている。複数の単位磁石４は、接着剤以外の保持要素をそれらの間に介在させることなく磁石のメッシュを形成し、単位磁石４は、隣接する磁石間で直接接触している。単位磁石の第１の部分４ａおよび第２の部分４ｂもまた、この図３ｃに示されている。
【００８２】
図２では、単位磁石４は、メッシュ構造をその間に介さずに互いに接着される。図３ｃについても同様である。図２では、参照５は、分岐３を備えた磁石構造体１０の接着層を示している。この接着層は、より見やすくするために拡大して示されている。接着剤は、複合材料層、有利には熱硬化性または熱可塑性の接着樹脂、であり得る。  
【００８３】
参照番号６は、２つの単位磁石４の間の接着剤で満たされた空間を示し、単位磁石４の間の接着剤は、磁石構造体１０または２つの分岐３の間の大きな磁石の接着剤に類似することができる。２つの隣接する分岐３の間の各磁石構造体１０も複合材料の層に埋め込むことができ、ロータ１もその全体が複合材料の層でコーティングされている。  
【００８４】
したがって、単位磁石４を囲む複合材料の第１層、磁石構造体１０を個別に囲む複合材料の第２層、およびロータ１をコーティングする複合材料の第３層の重ね合わせがあり得る。  
【００８５】
図に示されていないが、同様の要素について図ですでに識別された参照として、各磁石構造体１０は、それぞれの単位磁石４のハウジングをそれぞれが画定するメッシュセルを備える少なくとも１つのメッシュ構造を有することができる。各ハウジングは、ハウジングと単位磁石４との間に繊維強化樹脂で満たされる空間を残しながら、その内部に単位磁石４を導入するのにちょうど十分な内部寸法を有し得、ここでメッシュセルは繊維強化絶縁材料でできている。
【００８６】
フレット８はガラス繊維または炭素繊維で作ることができる。複合材料のフレット８は、ロータ１の外周で磁石構造体１０または大きな磁石を円周方向に取り囲む。フレット８は、必要に応じて、外側の複合材料コーティング層によって提供される保持に加えて、磁石構造体１０または大きな磁石の径方向の保持に寄与する。分岐３の先細りの先端部３ｂは、フレット８に固定されてもされなくてもよい。  
【００８７】
図に示されていないカバーディスクをロータ１の各円形面に配置して、磁石構造体１０または２つの分岐３間の大きな磁石の軸方向の移動を防止することができる。  
【００８８】
本発明はまた、上述のロータ１を製造する方法に関し、そこでは、ロータ１の回転中心軸７からの既知の距離にある、ハブ２の外周からフレットの内周まで径方向に延びるその長さの上の１つの点における、各分岐３の幅  ｌ  が、ロータ１に加えられうる許容機械的応力、ロータ１の最大許容回転速度、および分岐の材料の機械的強度の評価に基づいて決定される。  
【００８９】
ハブ２から距離が離れる事による各分岐３の幅  ｌ  の減少は、各分岐３に対して、その長さの各点での幅  ｌ  を、分岐３内で等応力を取得できるように選択することによって得られる。  
【００９０】
図４は、図１および２をも参照して、非制限的な事例としての、分岐３の幅  ｌ  を、分岐３の長さにおいて測定される、ロータ１の回転中心軸７に対するある１点の距離  ｒ  の関数としてミリメートル（ｍｍ）単位で与える曲線を示す。この曲線は、毎分１，４００回転またはｒｐｍの任意に選択されたロータ１の回転速度に対して描かれているが、別の速度、特にロータ１の最大許容回転速度も選択できる。
【００９１】
分岐３の幅  ｌ  は、ロータ１の回転中心軸７からの距離としての  ｒ  が大きくなるほど減少することがわかる。２つの異なる点の  ｒ  が示されている図１および図２に示すように、ロータ１の回転中心軸７からのある１点までの距離  ｒ  は、内部半径に対して  ｒｉ  として識別されるハブ２の半径と、各磁石構造体１０の外部半径  ｒｅ  に等しいフレット８の内部半径との間にある。  
【００９２】
有利なことに、半径方向に伸びる長さのある１点での各分岐の幅  ｌ  は、次の式で与えられる：  
【数１】
2021528941.tif 000004
前述のように、Ｋはフレット８の厚さによって変化する定数であり、分岐の材料の機械的強度を表し、ρ  は磁石構造体１０の密度であり、σm  はロータ１に、そして結果的に分岐に加えられる可能性のある許容可能な機械的応力であり、θ  は各磁石構造体１０の開き角、Ｗ  はロータの最大許容回転速度、ｒ  は長さにおけるロータ１の中心からその１点までの距離である。  
【００９３】
角度  θ  が図２に表示される。この図２および図１においても、フレット８に隣接する磁石構造体１０の外側面１０ｂは、磁石構造体１０の内側面１０ａよりも大きい寸法であることが分かる。これは、ハブ２に向かってよりも多くの磁石表面積が、ロータ１の外周に向かって存在することを意味する。  
【００９４】
最後に、本発明は、少なくとも１つの上記のロータ１を含む軸方向磁束電磁モータまたは発電機、少なくとも１つの巻線を担持する少なくとも１つのステータを含む電磁モータまたは発電機、少なくとも１つのロータ１と少なくとも１つのステータとの間の１つまたは複数のエアギャップを含む電磁モータまたは発電機に関する。  
【００９５】
モータまたは電磁発電器は、好ましくは、２つのステータに関連する少なくとも１つのロータ１を含み得る。
【図１】
2021528941.tif 000006
【図２】
2021528941.tif 000007
【図３ａ−３ｃ】
2021528941.tif 000008
【図４】
2021528941.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和2年2月3日(2020.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００９３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００９３】
図２において角度  θ  が２つの分岐の間に示される。この図２および図１においても、フレット８に隣接する磁石構造体１０の外側面１０ｂは、磁石構造体１０の内側面１０ａよりも大きい寸法であることが分かる。これは、ハブ２に向かってよりも多くの磁石表面積が、ロータ１の外周に向かって存在することを意味する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータ（１）の回転中心軸（７）に対して同心の内部ハブ（２）と；
前記内部ハブ（２）から出発し、前記ロータ（１）の円形の外周を形成するフレット（８）に向かって、前記回転中心軸（７）に関して径方向に伸長する分岐（３）と；
２つの隣接する前記分岐（３）の間に画定されるそれぞれの空間内に収容される、少なくとも１つの磁石と；
を備えた本体を有し、
それぞれの前記分岐（３）は、前記内部ハブ（２）から離れるにつれて幅（ｌ）が減少し、前記ロータ（１）を囲むフレット（８）に当接して終了する、
電磁モータまたは発電機のロータ（１）であって、
それぞれの前記磁石は磁石構造体（１０）の形態であり、前記磁石構造体は繊維強化絶縁材料によって結合された複数の単位磁石（４）から構成され、
それぞれの前記単位磁石（４）は細長い形状を有し、そして前記ロータ（１）の軸方向に伸長する、
ことを特徴とする電磁モータまたは発電機のロータ（１）。  
【請求項２】
それぞれの前記分岐（３）の先細りの先端部（３ｂ）が、前記内部ハブ（２）に接続する前記分岐（３）の基部（３ａ）に対して少なくとも２倍幅が狭い、ことを特徴とする請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項３】
２つの隣接する前記分岐（３）の前記基部（３ａ）が、前記内部ハブ（２）の中間部分（９）によって分離され、前記中間部分（９）が前記ロータ（１）の前記回転中心軸の方向に丸みを帯びた凹面の形態であり、前記内部ハブ（２）は前記ロータ（１）の半径の少なくとも４分の１に等しい半径（ｒｉ）を有する、ことを特徴とする請求項２に記載のロータ（１）。
【請求項４】
前記ハブ（２）および前記分岐（３）が、樹脂で鋳造されたガラス繊維でできている、ことを特徴とする請求項１−３のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項５】
前記ハブ（２）および前記分岐（３）が一体である、ことを特徴とする請求項１−４に記載のロータ（１）。
【請求項６】
複数の前記単位磁石（４）のそれぞれの前記単位磁石（４）が多角形の形状であるか、または、それぞれの前記単位磁石（４）が少なくとも部分的に卵形の輪郭を有し、そして前記単位磁石（４）の本体を形成する第１の部分（４ａ）を有し、前記第１の部分は、前記単位磁石（４）の関連する長手方端部を指し示す少なくとも１つの第２の長手方向末端部分（４ｂ）に比べて、より大きな断面を有しそして前記単位磁石（４）のより長い長さにわたって伸長し、前記第２の長手方向末端部分（４ｂ）の断面積は前記長手方向端部に近づくにつれて減少する、ことを特徴とする請求項１−５のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項７】
それぞれの前記磁石構造体（１０）は、それぞれの前記単位磁石（４）のハウジングを画定するメッシュセルを有する少なくとも１つのメッシュ構造体を含み、それぞれの前記ハウジングは、前記ハウジングと前記単位磁石（４）との間に繊維強化樹脂で満たされたスペースを残しながら、前記単位磁石（４）を内部に導入するのにちょうど十分な内部寸法を有し、前記メッシュセルは繊維強化絶縁材料で作られる、ことを特徴とする、請求項１−６のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項８】
２つの隣接する前記分岐（３）間のそれぞれの前記磁石構造体（１０）が複合材料の層に埋め込まれ、前記ロータ（１）もまた複合材料の層にコーティングされる、ことを特徴とする請求項１−７のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項９】
カバーディスクが前記ロータ（１）のそれぞれの円形面の上に配置される、ことを特徴とする請求項１−８のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項１０】
請求項１−９のいずれか一項に記載のロータ（１）を製造する方法であって、
前記ハブ（２）の外周から前記フレット（８）の内周まで径方向に延びる前記分岐（３）の長さの上の１つの点における、それぞれの前記分岐（３）の幅（ｌ）が、前記ロータ（１）に加えられうる許容機械的応力、前記ロータ（１）の最大許容回転速度、および前記分岐（３）の材料の機械的強度の評価に基づいて決定され、
前記ハブ（２）から離れたそれぞれの前記分岐（３）の前記幅（ｌ）の減少は、それぞれの前記分岐（３）に対して、前記分岐（３）の長さの各点における前記幅（ｌ）を、前記分岐（３）内で等応力を取得することを可能にするように選択することによって得られる、
ことを特徴とする方法。  
【請求項１１】
請求項１−９のいずれか一項に記載のロータ（１）を少なくとも１つ有する軸方向磁束電磁モータまたは発電機であって、少なくとも１つの巻線を有する少なくとも１つのステータを有し、前記少なくとも１つのロータ（１）と前記少なくとも１つのステータとの間に１つまたは複数のエアギャップを備える、ことを特徴とする電磁モータまたは発電機。  
【請求項１２】
２つのステータに関連する少なくとも１つの前記ロータ（１）を有する、ことを特徴とする請求項１１に記載の電磁モータまたは発電機。
【国際調査報告】
2021528941.tif 000010
2021528941.tif 000011
2021528941.tif 000012
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