(57)【要約】  電気機械用の固定子であって、固定子コアと巻線とを備える固定子である。固定子コアは、環状固定子コアバックコンポーネントであって、その周方向及び軸方向に磁束通路を設ける環状固定子コアバックコンポーネントと、複数の固定子極コンポーネントとを備え、各固定子極コンポーネントは、固定子コアバックコンポーネントに取り付けられた取付部と、電気機械の固定子と回転子との間の能動エアギャップに対向するインタフェース面を規定するインタフェース部と、環状固定子コアコンポーネントから径方向に延出しインタフェース部を取付部と接続する径方向配向歯部とを備える。
2015510389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械用の固定子（１０）であって、
固定子コアと、
巻線（２０）とを備え、
前記固定子コアが、
環状固定子コアバックコンポーネント（１８）であって、その少なくとも周方向及び軸方向に磁束通路を設ける環状固定子コアバックコンポーネント（１８）と、
複数の固定子極コンポーネント（１０２）とを備え、
各固定子極コンポーネント（１０２）が、前記固定子コアバックコンポーネントに取り付けられた取付部（１３３）と、電気機械の前記固定子と回転子との間の能動エアギャップ（２３）に対向するインタフェース面（８３７）を規定するインタフェース部（１３１）と、前記環状固定子コアバックコンポーネントから径方向に延出し前記インタフェース部を前記取付部と接続する径方向配向歯部（１３２）とを備える、固定子。
【請求項２】
前記環状固定子コアバックコンポーネントが、第１の径方向外方に配向された側面（７３５，８４１）と、前記第１の径方向外方に配向された側面とは反対側の第２の径方向外方に配向された側面（７３５，８４１）とを規定し、
前記複数の固定子極コンポーネントの第１サブセット（１０２ａ）が前記第１の径方向外方に配向された側面に取り付けられ、前記複数の固定子極コンポーネントの第２サブセット（１０２ｂ）が前記第２の径方向外方に配向された側面に取り付けられた、請求項１に記載の固定子。
【請求項３】
前記固定子極コンポーネントが、前記環状固定子コアバックコンポーネントの周囲に沿って分配されており、
前記第１及び第２サブセットの固定子極コンポーネントが、前記周囲に沿って交互に連続して配置されている、請求項２に記載の固定子。
【請求項４】
前記環状固定子コアバックコンポーネントが、前記第１及び第２サブセットの各固定子極コンポーネントを接続する磁束通路を設ける、請求項２又は３に記載の固定子コアバック。
【請求項５】
前記固定子極コンポーネントの第１及び第２サブセット間に挟持された巻線を備える請求項２〜４のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項６】
前記環状固定子コアバックコンポーネントが、前記固定子極コンポーネントのそれぞれの前記取付部と係合するように構成された複数の割り出し手段（６２８）を備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項７】
各割り出し手段が、前記固定子極エレメントの一つの対応する接触面に当接する概して径方向外方に配向された取付面（８４１，１２４１）と、前記固定子極エレメントの周方向における変位を防止する割り出しエレメント（８４２，１２４２）とを規定している、請求項６に記載の固定子。
【請求項８】
前記取付面（１２４１）が軸方向からずれた方向を向いている、請求項７に記載の固定子。
【請求項９】
各固定子極コンポーネントが、周方向に積層されたラミネート金属シートを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項１０】
各固定子極コンポーネントの前記インタフェース部が軸方向延出爪部（１３１）を備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項１１】
各固定子極コンポーネントの前記取付部が、前記環状固定子コアバックコンポーネントの径方向配向裏面（７３６，１２４４）に当接する軸方向延出突起（１３３）を備え、前記裏面が、前記固定子極コンポーネントの前記インタフェース部から離れる方向を向いている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項１２】
２つのエンドプレート（２２６）を更に備え、前記環状固定子コアバックコンポーネント及び前記固定子極コンポーネントが前記エンドプレート間に軸方向に挟持されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の固定子。
【請求項１３】
前記エンドプレートの少なくとも１つが、前記固定子極コンポーネントのそれぞれと対をなす割り出し機能（２２９）を備える、請求項１２に記載の固定子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか一項に記載の固定子（１０）と、
前記固定子の固定子磁界と相互作用する回転子磁界を発生させるように構成された回転子とを備え、
前記回転子が、該回転子の長手方向軸線周りに回転するようになっている電気機械。
【請求項１５】
前記回転子が、
前記固定子に対向する円筒状取付面を規定する取付部と、
前記取付面に取り付けられ前記長手方向軸線周りに周方向に配置された複数の表面取付永久磁石（２２）であって、それぞれが磁束を発生させるように磁化方向に磁化されている永久磁石と
を備える、請求項１４に記載の電気機械。
【請求項１６】
前記回転子が、
前記長手方向軸線周りに周方向に配置された複数の永久磁石（２２）であって、それぞれが磁束を発生させるように磁化方向に磁化されている永久磁石と、
前記複数の永久磁石の径方向内方に配置された内側筒状支持部材（１５４７）を備える支持構造と、
前記複数の永久磁石の１つ以上によって発生された磁束に対して少なくとも径方向の通路を設けるようになっている少なくとも１つの磁束ガイド部材（１５４８）とを備える、請求項１４に記載の電気機械。
【請求項１７】
前記回転子が、
軸方向に磁化された環状永久磁石（１７２２）と、
複数の回転子極コンポーネント（１７０２）とを備え、
前記複数の回転子極コンポーネント（１７０２）のそれぞれが、
取付部（１７３３）と、
前記固定子と前記回転子との間の能動エアギャップに対向するインタフェース面を規定するインタフェース部（１７３１）と、
前記永久磁石から径方向に延出し、前記インタフェース部を前記取付部と接続する径方向配向歯部（１７３２）とを備える、請求項１４に記載の電気機械。
【請求項１８】
電気機械用の固定子のための環状固定子コアバックコンポーネント（１８）であって、
前記環状固定子コアバックコンポーネントの周方向及び軸方向に磁束通路を設け、
複数の固定子極コンポーネントのそれぞれと係合するように構成された複数の割り出し手段（６２８）を備える環状固定子コアバックコンポーネント。
【請求項１９】
軟磁性粉体から作られる請求項１８に記載の環状固定子コアバックコンポーネント。
【請求項２０】
請求項１〜１２に記載の固定子の製造方法であって、
取付面を設けることと、
前記取付面の所定の位置に固定子極コンポーネントの第１サブセットを設置することと、
巻線及び環状固定子コアバックコンポーネントを前記固定子極コンポーネントの第１サブセットに対して位置決めして、前記第１サブセットの前記固定子極コンポーネントの前記取付部を前記環状固定子コアバックコンポーネントと係合させることと、
前記固定子極コンポーネントの第２サブセットを前記環状固定子コアバックコンポーネント及び前記固定子極コンポーネントの第１サブセットに対して位置決めして、前記第２サブセットの前記固定子極コンポーネントの前記取付部を前記環状固定子コアバックコンポーネントと係合させることと
を含む方法。
【請求項２１】
電気機械用の回転子であって、
固定子の固定子磁界と相互作用する回転子磁界を発生させるように構成され、
該回転子の長手方向軸線周りに回転するようになっており、
軸方向に磁化された環状永久磁石（１７２２）と、
複数の回転子極コンポーネント（１７０２）とを備え、
前記複数の回転子極コンポーネント（１７０２）のそれぞれが、
取付部（１７３３）と、
前記固定子と前記回転子との間の能動エアギャップに対向するインタフェース面を規定するインタフェース部（１７３１）と、
前記永久磁石に対して径方向に延出し、前記インタフェース部を前記取付部と接続する径方向配向歯部（１７３２）とを備える、回転子。
【請求項２２】
第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネント（１７６６）を備え、
前記環状永久磁石が前記第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネント間に挟持され、
各回転子極コンポーネントの前記取付部が前記第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントのそれぞれに連結されている、請求項２１に記載の回転子。
【請求項２３】
前記第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントのそれぞれが、前記回転子極コンポーネントのそれぞれの前記取付部と係合するように構成された複数の割り出し手段を備える、請求項２１〜２２のいずれか一項に記載の回転子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して電気機械に関し、詳しくは変調極機械に関する。より詳しくは、本発明は、そのような電気機械用の固定子及び回転子に関する。
【背景技術】
【０００２】
年々、変調極機械、例えばクローポール型（ｃｌａｗ  ｐｏｌｅ）機械、ランデル型（Ｌｕｎｄｅｌｌ）機械及び横方向磁束（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｆｌｕｘ）機械（ＴＦＭ）等の電気機械設計の関心が高まっている。これらの機械の原理を用いた電気機械は、古くは１８９０年に特許文献１に、そして１９１０年前後にはＡｌｅｘａｎｄｅｒｓｓｏｎとＦｅｓｓｅｎｄｅｎによって開示されている。関心が高まっている理由の一つは、その設計によって、例えば誘導機械やスイッチトリラクタンス機械、更には永久磁石ブラシレス機械と比べて非常に高いトルク出力が可能となるからである。更に、そのような機械は、多くの場合コイルを製造し易いという利点がある。しかしながら、その設計の欠点の一つは、それらが比較的製造コストが高いということである。
【０００３】
変調極電気機械の固定子は一般に、軟磁性固定子コア構造により形成される複数の歯に磁性を与える中央単一巻線を備える。軟磁性コアは巻線の周囲に形成されるが、他の一般的な電気機械構造の場合、巻線がコアセクションの歯の周囲に形成される。変調極機械のトポロジー（形態）の例として認知されることがあるものには、クローポール型機械やクローフィート型（ｃｌａｗ−ｆｅｅｔ）機械、ランデル型機械、ＴＦＭ機械がある。磁石が埋設された変調極機械は、回転子極セクションによって分割された複数の永久磁石を備える能動回転子構造によって更に特徴付けられる。
【０００４】
横方向磁束機械（ＴＦＭ）トポロジーは、変調極機械の一例である。ＴＦＭトポロジーは、従来の機械に対して多くの利点を有することが知られている。片面径方向磁束固定子の基本設計は、エアギャップに対して平行な単純な単相巻線によって特徴付けられ、おおよそＵ字状のヨークセクションがこの巻線を囲み、エアギャップに対向している歯の主要な２つの平行な列に露出している。多相構成は、回転子又は移動子の運動方向に対して垂直方向に積み重ねられた磁気的に分割された単相ユニットを備える。そして、これらの相は、３相構成として電気的且つ磁気的に１２０度ずつずらされて、動作を円滑にするとともに回転子又は移動子の位置に依らず略均一な力又はトルクを発生させる。ここで言及した角度が電気角度で与えられていることに注意されたい。電気角度は、磁極対の数で割った機械角度と等しい。
【０００５】
いわゆるクローポール型機械では、固定子コアの極歯はそれぞれ、径方向配向部と、固定子と回転子との間のエアギャップの軸方向範囲に亘って軸方向に延出する軸方向配向部とを備える。現在、クローポール型機械は、固定子が自動車のオルタネータに使用される典型的な機械同様に完全に鋼鉄から構築される場合、小型且つ／又は低速のものに限定されている。
【０００６】
特許文献２には、略円形状で複数の歯を含む第１固定子コアセクションと、略円形状で複数の歯を含む第２固定子コアセクションと、第１及び第２円形状固定子コアセクション間に配置されたコイルと、複数の永久磁石を含む回転子とを含む電気回転機械が開示されている。第１固定子コアセクション、第２固定子コアセクション、コイル及び回転子は、共通の幾何学的軸線周りを囲繞しており、第１固定子コアセクション及び第２固定子コアセクションの複数の歯は回転子に向かって突出するように配置されている。また、第２固定子コアセクションの歯は、第１固定子コアセクションの歯に対して周方向に変位しており、回転子の永久磁石は、軟磁性材料から作られた軸方向延長極セクションによって、周方向に互いに分割されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許第４３７５０１号
【特許文献２】国際公開第２００７／０２４１８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ロバストな設計の電気機械が得られる固定子を提供することが一般に望ましい。電気機械完成品全体の比較的廉価な製造・組み立てを可能にする変調極機械用の固定子を提供することが一般に望ましい。更に、高い構造的安定性、低い磁性抵抗、効率的な磁束通路案内、低重量、小型、高い比容量性能等の良好な性能パラメータを有する固定子を提供することが望ましい。
【０００９】
同様に、ロバストで、比較的廉価で製造でき、且つ良好な性能パラメータを有する電気機械用の回転子を提供することが一般に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第１の態様によれば、本明細書において電気機械用の固定子が開示される。この固定子は、固定子コアと巻線とを備える。固定子コアの実施例は、
環状固定子コアバックコンポーネントであって、その少なくとも周方向及び軸方向に磁束通路を設ける環状固定子コアバックコンポーネントと、
複数の固定子極コンポーネントとを備え、
各固定子極コンポーネントが、固定子コアバックコンポーネントに取り付けられた取付部と、電気機械の固定子と回転子との間の能動エアギャップに対向するインタフェース面を規定するインタフェース部と、環状固定子コアコンポーネントから径方向に延出しインタフェース部を取付部と接続する径方向配向歯部とを備える。
【００１１】
本明細書に開示の固定子の実施例によって、クローポール型機械等の電気機械のロバストな構成が可能になる。
【００１２】
従って、本明細書に記載の固定子の実施例は、環状固定子コアバックコンポーネント及び複数の固定子極コンポーネントを含む複数の別体のコンポーネントを備える。固定子コアの個々のコンポーネントは、別体のコンポーネントとして個別に製造可能である。使用時、各固定子極コンポーネントのインタフェース部は固定子の磁極を形成する。すなわち、異なる固定子極がそれぞれ別体の固定子極コンポーネントによって形成される。固定子極コンポーネントはそれぞれ、固定子極コンポーネントを環状固定子コアバックコンポーネントと組み立てて組み立て固定子コアを形成するのを可能にする取付部を備える。
【００１３】
固定子コアの個々のコンポーネントは、最終機械の製造コスト又は複雑性を大幅に増大させることなく固定子コアを製造可能とするような形状及び大きさとすることができる。更に、他の既知の機械と比較して回転子の変形は必要ない。しかしながら、本明細書に開示の固定子の実施例によって、非常に簡単な回転子構成が可能となる一方、対応する回転子よりもサイズが通常大きい固定子コンポーネントをかなり容易に組み立てることが可能となる。この結果、本明細書に開示の固定子の実施例は、機械全体の組み立てをより容易にし、その構成のためのコストを低減できる。
【００１４】
本明細書に開示の固定子の実施例のモジュラー設計によって、ラミネート鋼を固定子極コンポーネントに使用して、機械のコイルをリンクする磁束のための通路を設け、機械における損失を低く抑えることが可能になる。固定子極コンポーネントがラミネート金属シートから作られている場合、エアギャップ領域内に機械的に強いラミネーションが設けられる。ラミネート金属シートが周方向に積層されている場合、すなわち、シートが概して軸方向‐径方向平面を規定している場合、効率的な軸方向‐径方向磁束通路が固定子極コンポーネントに設けられる一方、周方向には軸方向及び径方向と比べて極めて低い透磁性が与えられる。従って、ラミネートシートの使用によって、隣接する固定子極コンポーネント間の磁気漏洩及び周方向における渦電流損を更に低減できる。更に、周方向にラミネートされた金属シートは更に、径方向力による曲げに対して高い安定性を提供する。
【００１５】
幾つかの実施例において、ラミネーションの金属シートは全てスタンピング（圧縮成型）の方向において同じラミネーション外形を有し、これにより構成のコストを低減できる。幾つかの実施例において、個々のラミネート固定子極コンポーネントは、組み立てを向上させるための機械的係止機能を備える。
【００１６】
幾つかの実施例において、固定子は、全体的にＬ字形状のラミネート固定子極コンポーネントによって囲まれた単純なフープ巻コイル（ｈｏｏｐ  ｗｏｕｎｄ  ｃｏｉｌ）を備える。固定子の磁気回路は、軟磁性複合材料（ＳＭＣ）、ストリップ巻ラミネーション又はソリッド鋼から作ることができる環状固定子コアバックコンポーネントによって完成する。
【００１７】
固定子極コンポーネントは、回転子に向かって突出するように配置される。それらは、環状固定子コアバックコンポーネントの軸方向両側に交互に配置され、環状固定子コアバックコンポーネントの第１の側に配置された固定子極コンポーネントが、第１の側とは反対側の環状固定子コアバックコンポーネントの第２の側に配置される固定子極コンポーネントに対して周方向に変位している。環状固定子コアバックコンポーネントは、環状固定子コアバックコンポーネントの両側に配置された固定子極コンポーネントを接続する磁束通路を設ける。
【００１８】
本明細書に記載の固定子の実施例の更なる利点は、固定子極コンポーネントと環状固定子コアバックコンポーネントとの間のインタフェース面が平面となるため、また、組み立て中互いに対して押圧することができるため、固定子極コンポーネント及び環状固定子コアバックコンポーネントを密着させて、すなわち、それらの間に大きなギャップを形成することなく互いに取り付けることができることである。このように密着させると、製造公差の影響を比較的受けにくく、固定子極コンポーネントと環状固定子コアバックコンポーネントとの間に効率的な磁的連結を提供できる。
【００１９】
幾つかの実施例において、固定子はクローポール型であり、各固定子極コンポーネントのインタフェース部が軸方向延出爪部を備える。従って、固定子極コンポーネントは全体的にＬ字形状を有し、Ｌ字の第１の脚が歯部を形成し、Ｌ字の第２の脚が固定子極コンポーネントのインタフェース部を形成する。
【００２０】
軸方向延出爪部が、能動エアギャップ領域の軸方向範囲に亘って軸方向に部分的に又は完全に延在するインタフェース面を規定するため、回転子において軸方向磁束集中が全く必要ない、あるいは、少なくともそれほど必要ないため、回転子構成の複雑さを低減できる。更に、本明細書に開示の固定子の実施例は、高トルク密度の電気機械が得られ、所定の容量に対して性能を高められる。本明細書に開示の固定子の実施例は更に、より高価な材料をより廉価な代替の材料と置き換えるのを可能にするため、更にコストを低減できる。
【００２１】
幾つかの実施例において、環状固定子コアバックコンポーネントに取り付けられる固定子極コンポーネントは、永久磁石回転子からの磁束を集めるエアギャップの軸方向長さ全体を覆う周方向に積層されたラミネーションから作られる爪である。
【００２２】
幾つかの実施例において、各固定子極コンポーネントの取付部は、軸方向延出突起又はフランジを備える。突起は、環状固定子コアバックの径方向配向裏面に当接してもよく、裏面は固定子極エレメントのインタフェース部から離れる方向を向いている。軸方向延出突起は、固定子極コンポーネントが回転子に向かって径方向に変位するのを防止する。更に、軸方向延出フランジは、固定子極コンポーネントと環状固定子コアバックコンポーネントとの間に増大した磁束インタフェースを発生させる。
【００２３】
本明細書に記載の環状固定子コアバックコンポーネントの実施例は、粉末冶金（Ｐ／Ｍ）製造方法による製造に良く適している。従って、幾つかの実施例において、電気機械の環状固定子コアバックコンポーネント及び／又は他のコンポーネントは、圧縮軟磁性粉体等の軟磁性材料から作られ、これによって、そのコンポーネントの製造を単純化し、例えば回転機械の径方向、軸方向、及び周方向の磁束通路成分を可能にする効率的な３次元磁束通路を軟磁性材料に設けることができる。ここで、またこれ以降において、軟磁性という表現は、磁化させることはできるが磁場を取り除いたときに磁化された状態を維持する傾向を有さない材料の物性を指すことを意図している。一般に、材料の保持力が１ｋＡ／ｍ以下であればその材料は軟磁性であると説明される。（Ｄａｖｉｄ  Ｊｉｌｅｓ著、「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｍａｇｎｅｔｉｓｍ  ａｎｄ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、第１版、ＩＳＢＮ０  ４１２  ３８６３０  ５（ＨＢ），１９９１年、ｐ．７４を参照のこと）
【００２４】
本明細書において、「軟磁性材料」（ＳＭＣ）という表現は、３次元（３Ｄ）磁的特性を有する圧縮加熱処理された金属粉体コンポーネントを指すことを意図している。ＳＭＣ材料は、典型的に、単一の工程で圧縮されて複雑な形状を有する均一等方性コンポーネントを形成する表面断熱鉄粉粒子から構成される。
【００２５】
本明細書に記載の固定子の実施例の更なる利点は、圧縮ＳＭＣコンポーネントから作られる固定子部分が、比較的複雑でないツールを可能にするアスペクト比を有し、比較的少ない圧縮工程を用いると同時に不必要な複雑且つ脆弱なコンポーネントを回避する効率的な押圧プロセスでできることである。例えば、幾つかの実施例において、固定子極コンポーネントはラミネート金属から作られ、環状固定子コアバックコンポーネントは圧縮ＳＭＣコンポーネントである。
【００２６】
軟磁性粉体は、例えば、軟磁性鉄粉、Ｃｏ又はＮｉを含む粉体、又はそれらの成分を含む合金とすることができる。軟磁性粉体は、電気絶縁体で被覆された不均一な形状の粒子を有する実質的に純粋な水噴霧鉄粉又は海綿状鉄粉としてもよい。この文脈において、「実質的に純粋な」という表現は、粉体が、実質的に含有物がなく、不純物Ｏ，Ｃ及びＮの量が最小限に抑えられていなければいけないことを意味する。平均粒径は、概して、３００μｍ未満且つ１０μｍ超である。
【００２７】
しかしながら、軟磁性特性が十分であり粉体が圧縮成型に適している限り、任意の軟磁性金属粉体又は合金粉体を使用してもよい。
【００２８】
粉体粒子の電気絶縁は、無機材料から作ってもよい。特に適切なものは、米国特許第６３４８２６５号（参照により本明細書に組み込まれる）に開示されている種類の絶縁である。この文献は、絶縁酸素及びリン含有バリアを有する純鉄から基本的になるベース粉体の粒子に関するものである。絶縁粒子を有する粉体は、スウェーデンのＨｏｇａｎａｓ  ＡＢ社が販売しているＳｏｍａｌｏｙ（登録商標）５００、Ｓｏｍａｌｏｙ（登録商標）５５０又はＳｏｍａｌｏｙ（登録商標）７００が利用できる。
【００２９】
環状固定子コアバックコンポーネントの実施例は、固定子極コンポーネントを互いに対して磁気的に接続する。環状固定子コアバックコンポーネントは、軸方向及び周方向に磁束通路を設けられるように、圧縮軟磁性粉体の単純なリング、ストリップ巻ラミネーション又はソリッド鋼から作ってもよい。
【００３０】
幾つかの実施例において、環状固定子コアバックコンポーネントは、固定子の組み立て中ラミネート片を案内してそれらの適切な位置決めを補助する割り出し手段を備える。これにより自動化し易い組み立てプロセスが得られる。例えば、環状固定子コアバックコンポーネントが圧縮ＳＭＣから作られている場合、コンポーネントは、適切な割り出し機能を含むリングとして押圧できる。このため、固定子極コンポーネント及び割り出し手段は相互に補完的な形状を有し対をなす接続を形成する。
【００３１】
各割り出し手段は、固定子極エレメントの一つの対応する接触面に当接する径方向外方に配向された取付面と、固定子極エレメントの周方向における変位を防止する割り出しエレメントとを規定している、この文脈において、「径方向外方に配向された」という表現は、軸方向に厳密に配向された取付面だけではなく、軸方向から若干ずれた、例えば１０°未満のように２０°未満の角度だけずれた方向を規定する取付面も含むことを意図している。取付面が軸方向に対して例えば、１０°未満のように２０°未満の角度を規定し、且つ、固定子極コンポーネントが軸方向延出爪部を備える場合、爪部も同様に軸方向に対して角度を有して配向される。従って、「軸方向延出爪部」という表現は、軸方向に厳密に配向された爪部だけではなく、軸方向から若干ずれた、例えば１０°未満のように２０°未満の角度だけずれた方向に配向された爪部も含むことを意図している。このような固定子極エレメントの斜行配置によって、いわゆるコギングトルクを低減できる。コギングトルクは、回転子及び固定子の永久磁石間の相互作用による望ましくないトルクのことをいう。これはまたディテント（ｄｅｔｅｎｔ）トルクや「無電流（ｎｏ−ｃｕｒｒｅｎｔ）」トルクとしても知られている。
【００３２】
固定子は、爪間に配置されて機械の軸線を囲むコイルを更に備える。コイルは、回転子からの磁束をリンクし電流を付与されてトルクを発生させる単純巻フープコイルであってもよい。
【００３３】
幾つかの実施例において、固定子は、２つのエンドプレートを更に備え、環状固定子コアバックコンポーネント及び固定子極コンポーネントがそれらエンドプレート間に軸方向に挟持される。従って、エンドプレートによって、固定子コンポーネントの効率的且つロバストな組み立てが可能になる。エンドプレートの少なくとも１つは、固定子極コンポーネントのそれぞれと対をなす割り出し機能を備えてもよい。
【００３４】
本発明は、上述の固定子を含めて、それぞれが第１に説明した態様に関連して説明した利益及び利点の１つ以上を生み出し、また、それぞれが第１に説明した態様に関して説明した且つ／又は添付の特許請求の範囲に開示した実施例に対応する１つ以上の実施例を有する回転子及び対応する方法、装置及び／又は製品手段といった様々な態様に関する。
【００３５】
一態様によれば、本明細書に開示の固定子の実施例とその固定子に能動エアギャップを介して磁気的に接続された固定子とを備え、能動エアギャップによって磁束が回転子と固定子との間を流通可能となっている電気機械が本明細書に開示される。能動エアギャップには通常空気が充填されるが、他の媒体が充填されていてもよい。
【００３６】
電気機械は変調極機械であってもよい。従来の機械において、コイルは明確に磁界の多極構造を形成し、磁気コア機能は単にこの多極磁界を運んで磁石及び／又は他のコイルとリンクするだけである。変調極機械において、コイルにより発生される非常に少ない極数（通常２極）の磁界から多極磁界を形成するのが磁気回路である。変調極機械において、磁石は通常、整合多極磁界（ｍａｔｃｈｉｎｇ  ｍｕｌｔｉ−ｐｏｌｅ  ｆｉｅｌｄ）を明確に形成するが、単一の磁石から多極磁界を形成する磁気回路を有することも可能である。変調極機械は、固定子及び移動装置の両方における（回転子の移動方向に対して）横方向の、例えば移動装置が回転子である回転機械においては軸方向の、磁束通路を利用した３次元（３Ｄ）磁束通路を有する。従って、幾つかの実施例において、固定子装置及び／又は回転子は、軸方向に磁束通路成分を含む３次元（３Ｄ）磁束通路を有する。幾つかの実施例において、電気機械はクローポール型である。
【００３７】
電気機械の幾つかの実施例において、回転子は、運動方向に沿って１つおきの磁石の磁化方向が反対となるように配置された複数の永久磁石を備える。一般に永久磁石は、機械の軸方向に細長い直線状ロッドでもあり、それらのロッドは、能動エアギャップの軸方向範囲に亘って延出してもよい。
【００３８】
幾つかの実施例において、永久磁石は径方向に磁化されていてもよい。例えば、回転子の実施例は、複数の表面取付永久磁石を備えてもよい。回転子は、例えば軟鋼から作られたコアバックを備えてもよく、これにより容易な組み立てを可能とする単純な構成が得られる。回転子は、永久磁石のハルバッハ磁化配置を用いることによって更に簡略化してもよく、これにより回転子コアバックを省略することが可能となる。
【００３９】
代替の実施例において、回転子は、運動方向において極セクションによって互いに分割された複数の永久磁石を備える。複数の永久磁石は周方向に磁化されていてもよい。これによって、個々の極セクションは単に、等しい極性を示す永久磁石の極とのインタフェースとなる。
【００４０】
更に他の態様によれば、電気機械用の回転子であって、固定子の固定子磁界と相互作用する回転子磁界を発生させるように構成され、その回転子の長手方向軸線周りに回転するようになっており、
軸方向に磁化された環状永久磁石と、
複数の回転子極コンポーネントとを備え、複数の回転子極コンポーネントのそれぞれが、取付部と、固定子と回転子との間の能動エアギャップに対向するインタフェース面を規定するインタフェース部と、永久磁石に対して径方向に延出し、インタフェース部を取付部と接続する径方向配向歯部とを備える、回転子が本明細書に開示される。
【００４１】
幾つかの実施例において、回転子は、第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントを備え、環状永久磁石が第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネント間に挟持され、各回転子極コンポーネントの取付部が第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントのそれぞれに連結されている。第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントは、磁束ガイド部材として、また、回転子極コンポーネントのための取り付けエレメントとして機能する。特に、環状回転子コアバックコンポーネントは、回転子極コンポーネントの第１及び第２サブセットにおける各回転子極コンポーネントを永久磁石と接続する磁束通路を設ける。
【００４２】
幾つかの実施例において、第１環状回転子コアバックコンポーネントが第１の径方向外方に配向された側面を規定し、第２環状回転子コアバックコンポーネントが第１の径方向外方に配向された側面とは反対側の第２の径方向外方に配向された側面を規定し、複数の回転子極コンポーネントの第１サブセットが第１の径方向外方に配向された側面に取り付けられ、複数の回転子極コンポーネントの第２サブセットが第２の径方向外方に配向された側面に取り付けられる。
【００４３】
幾つかの実施例において、回転子極コンポーネントは、環状回転子コアバックコンポーネントの周囲に沿って分配されており、第１及び第２サブセットの回転子極コンポーネントが、その周囲に沿って交互に連続して配置されている。
【００４４】
第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントのそれぞれは、回転子極コンポーネントのそれぞれの取付部と係合するように構成された複数の割り出し手段を備えてもよい。各割り出し手段は、回転子極エレメントの一つの対応する接触面に当接する取付面と、回転子極エレメントの周方向における変位を防止する割り出しエレメントとを規定してもよい。取付面は、軸方向と平行な方向又軸方向はからずれた方向を向いていてもよい。
【００４５】
各回転子極コンポーネントは、周方向に積層されたラミネート金属シートを備えてもよい。各回転子極コンポーネントのインタフェース部は、軸方向延出爪部を備えてもよい。環状回転子コアバックコンポーネントは、ＳＭＣ材料から作られてもよい。
【００４６】
各回転子極コンポーネントの取付部は、例えば第１及び第２環状回転子コアバックコンポーネントの１つの径方向配向裏面に当接する軸方向延出突起を備えてもよく、この場合、裏面が、回転子極コンポーネントのインタフェース部から離れる方向を向く。
【００４７】
あるいは、軸方向延出突起は、回転子コアバックコンポーネントの１つの軸方向側面に設けられた対応する凹部と係合してもよい。
【００４８】
幾つかの実施例において、回転子は、エンドプレートを備え、環状回転子コアバックコンポーネント、環状永久磁石及び回転子極コンポーネントがそれらエンドプレート間に軸方向に挟持されている。
【００４９】
本発明の上述の及び／又は追加の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照してなされる本発明の実施例についての以下の例示的且つ非限定の詳細な説明によって更に明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１ａ】変調極機械の例を示す。
【図１ｂ】変調極機械の例を示す。
【図２ａ】変調極機械用の固定子の例を示す。
【図２ｂ】変調極機械用の固定子の例を示す。
【図２ｃ】変調極機械用の固定子の例を示す。
【図３ａ】単相固定子の例を示す。
【図３ｂ】単相固定子の例を示す。
【図４ａ】３相外側回転子電気機械の例を示す。
【図４ｂ】３相外側回転子電気機械の例を示す。
【図５】外側回転子電気機械用の単相固定子の例を示す。
【図６ａ】図５の固定子の一部のより詳細な図を示す。
【図６ｂ】図５の固定子の一部のより詳細な図を示す。
【図７】環状固定子コアバックコンポーネントを示す。
【図８】環状固定子コアバックコンポーネントの他の例を示す。
【図９ａ】固定子極コンポーネントの断面の異なる実施例を例示する。
【図９ｂ】固定子極コンポーネントの断面の異なる実施例を例示する。
【図９ｃ】固定子極コンポーネントの断面の異なる実施例を例示する。
【図９ｄ】固定子極コンポーネントの断面の異なる実施例を例示する。
【図１０ａ】固定子コアの他の実施例を例示する。
【図１０ｂ】固定子コアの他の実施例を例示する。
【図１０ｃ】固定子コアの他の実施例を例示する。
【図１１】外側回転子電気機械の１相の切断部分を示す。
【図１２ａ】斜行させた爪を有する外側回転子機械の固定子部分の図を示す。
【図１２ｂ】斜行させた爪を有する外側回転子機械の固定子部分の図を示す。
【図１２ｃ】斜行させた爪を有する外側回転子機械の固定子部分の図を示す。
【図１３ａ】固定子極コンポーネントの他の実施例を例示する。
【図１３ｂ】斜行させた固定子極コンポーネントの他の実施例を例示する。
【図１４ａ】本明細書に記載するような固定子を組み立てる組み立てプロセスの例を例示する。
【図１４ｂ】本明細書に記載するような固定子を組み立てる組み立てプロセスの例を例示する。
【図１４ｃ】本明細書に記載するような固定子を組み立てる組み立てプロセスの例を例示する。
【図１５ａ】本明細書に記載の固定子の例を異なる種類の回転子と組み合わせた１相電気機械の異なる例を示し、外側回転子機械を示す。
【図１５ｂ】本明細書に記載の固定子の例を異なる種類の回転子と組み合わせた１相電気機械の異なる例を示し、外側回転子機械を示す。
【図１５ｃ】本明細書に記載の固定子の例を異なる種類の回転子と組み合わせた１相電気機械の異なる例を示し、外側回転子機械を示す。
【図１５ｄ】本明細書に記載の固定子の例を異なる種類の回転子と組み合わせた１相電気機械の異なる例を示し、内側回転子機械を示す。
【図１６】１相固定子の他の実施例を示す。
【図１７ａ】回転子の他の例を示す。
【図１７ｂ】回転子の他の例を示す。
【図１８ａ】内側回転子の他の例を示す。
【図１８ｂ】内側回転子の他の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
以下の説明において、本発明がどのように実施されるかを例示的に示す添付の図面を参照する。図面を通じて、同様の参照符号は、同様の又は対応する部品、要素及び特徴を示す。
【００５２】
図１ａ及びｂは、３相内側回転子型変調極機械の例を例示する。特に、図１ａは、機械の一部が切断された電気機械の斜視図を示し、図１ｂは、機械の磁気的能動部分の対応図を示す。
【００５３】
この機械は、ハウジング５と、ハウジング内に配置された固定子１０及び回転子３０とを備えており、回転子がハウジングに対して相対回転できるよう軸受８により支持された回転子軸７がハウジング５から突出している。固定子１０及び回転子３０は、回転子軸７によって規定される共通の幾何学的軸線を囲繞している。回転子及び固定子は、それらの間に能動エアギャップ２３を画成して固定子と回転子との間に磁束を流通させるとともに、回転子が回転できるよう機械的クリアランスを残している。
【００５４】
図１の例では固定子が回転子を囲繞している。言い換えると、この機械は内側回転子型である。しかしながら、固定子は、回転子に対して外側に設置されてもよい。本明細書で説明する固定子の実施例は、単相及び／又は多相機械において使用できる。同様に、本明細書で説明する固定子の実施例は、内側回転子型機械及び外側回転子型機械において使用できる。
【００５５】
固定子１０は、３つの相を備え、その各相は、固定子コアに磁性を与える中央単一巻線２０を備える。各固定子コアは、環状固定子コアバックコンポーネント１８と、複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。固定子極コンポーネントは、環状固定子コアバックコンポーネントの両側部から回転子に向かって径方向に延出している。それらはまた、環状固定子コアバックコンポーネントの第１側部から延出する各固定子極コンポーネントが、環状固定子コアバックコンポーネントの、第１側部とは反対側の第２側部から延出する２つの固定子極コンポーネントと周方向において隣接するように交互に配置されている。これにより、各固定子相の固定子極コンポーネントは、２つのサブセット、つまり、その相の巻線２０の軸方向一方側に配置された第１サブセットと、巻線の軸方向他方側に配置された第２サブセットとに分割される。固定子極コンポーネントは、歯とも称される。固定子コアは、巻線２０の周囲に形成されるが、他の一般的な電気機械構造の場合には、巻線が個々の歯の周囲に形成される。
【００５６】
各固定子極コンポーネントは、取付部と、径方向に延出する歯部と、インタフェース部とを備える。図１ａ及びｂの実施例において、各固定子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状であり、Ｌ字の一方の脚１３２が、歯部を形成して径方向に延出し、Ｌ字の他方の脚１３１が、機械の軸方向に延出し巻線２０の軸方向幅に亘って部分的に又は完全に延出する爪を形成している。このように爪１３１は、固定子極コンポーネント１０２のインタフェースを形成している。図１ａ及びｂの例において、固定子極コンポーネントの第１サブセットにおける固定子極コンポーネントの軸方向爪１３１は、第２サブセットにおける固定子極コンポーネントの径方向脚１３２に向かって軸方向に延出することによって、各相の固定子極コンポーネントの２つのサブセットにおける固定子極コンポーネントの爪が軸方向に重なり合っている。各固定子極コンポーネント１０２は、固定子極コンポーネントの取付部を形成する軸方向延出突起を更に備える。突起１３３は、径方向延出脚１３２の、爪１３１が延出する端部とは反対側の端部から延出している。図１ａ及びｂの例において、突起１３３は爪１３１よりも短い。突起１３３は、エアギャップ２３から離れる方向を向く環状固定子コアバックコンポーネント１８の周方向面１３４に当接している。
【００５７】
回転子３０は、回転子軸７と、軸７を囲繞する筒状スリーブ３１と、筒状スリーブの外面に表面取り付けされた複数の永久磁石２２とを備える。しかしながら、以下で説明するように、代わりに他の種類の回転子を使用してもよい。スリーブは、永久磁石の磁化パターンに応じて透磁性を有しても有さなくてもよい。
【００５８】
複数の固定子極コンポーネント１０２、環状固定子コアバックコンポーネント１８及びスリーブ３１は共に、閉回路磁束通路を、永久磁石と周りを囲むコイル２０との間に形成する。この目的のために、各固定子極コンポーネント１０２は、ラミネート金属から作ることができ、例えば、ラミネートが周方向に積層されることによって径方向及び軸方向に効率的な磁束通路を設けるようになっているラミネート鋼から作ることができる。図１ａ及びｂ並びにそれ以降の図の幾つかにおいて、固定子極コンポーネントのラミネート構造は、極部分（参照符号１０２ａで示す）の幾つかのみに関して示されている。しかしながら、全ての固定子極コンポーネントをそのようなラミネートから作ってもよいことは理解されよう。環状固定子コアバックコンポーネント１８は、軟磁性材料、例えば圧縮成形された軟磁性粉体、又は帯体を巻いたラミネートから作ることができ、これにより、少なくとも軸方向及び周方向に効率的な磁束通路を設けることができる。
【００５９】
回転子３０の能動回転子構造は、偶数個の永久磁石２２から組み立てられる。永久磁石は、スリーブ３１上に表面取り付けされ、例えば、接着あるいは接合される。スリーブは、軟鋼又は他の軟磁性材料から作ることができ、これにより、永久磁石に対して機械的支持を与えるとともに隣接する磁石間に磁束通路を設けることができる。特に、スリーブは、周方向及び径方向に磁束通路を設けることができる。あるいは、スリーブは、圧縮した軟磁性粉体又は他の軟磁性材料から作ってもよい。
【００６０】
永久磁石２２は、永久磁石の磁化方向が略径方向となる、すなわち、Ｎ極及びＳ極がそれぞれ略径方向を向くように配置される。更に、周方向に数えて１つおきの永久磁石２２は、その近傍の永久磁石に対して反対方向に磁化方向を有する。
【００６１】
図２ａ〜ｃは、変調極機械のための固定子の例を例示する。図２ａは、固定子の斜視図を示す。概して参照符号１０で示す固定子は、図１ａ〜ｂの電気機械の固定子と類似している。この固定子は、３相内側回転子型固定子であり、環状固定子コアバックコンポーネント（図２ａにおいては明確に示していない）と、全て図１ａ〜ｂとの関連で説明したような複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。
【００６２】
固定子の異なる相は、ディスタンスプレート２２５によって軸方向に分離され、固定子の軸方向外面は、エンドプレート２２６によって覆われている。図２ｂは、ディスタンスプレートの例を示し、図２ｃは、エンドプレートの例を示す。ディスタンスプレート２２５の面及び／又はエンドプレート２２６の内方面は、固定子コンポーネントのより簡潔な組み立て及び相互配向のために、凹部２２９及び／又は他の適切な位置決め／割り出し機能を備えてもよい。ディスタンスプレート２２５及びエンドプレート２２６は、任意の適切な材料、例えば、アルミニウムやプラスチック等の非磁性材料から作ることができる。多相機械の幾つかの実施例において、異なる相は、ディスタンスプレートによって分離されていなくてもよい。固定子極コンポーネント間の空間には、適切な材料２２７、例えばプラスチック又は他の非磁性材料が充填されている。例えば、この材料は、適切な成型プロセス、例えば、エンドプレート及びディスタンスプレートがモールドの一部を形成するオーバーモールド成型プロセスによって付着（ｄｅｐｏｓｉｔ）させることができる。エンドプレート２２６は、軸方向に延出するボルト、ネジ等によって互いに接続して、エンドプレート間に挟まれた固定子コンポーネントを固定且つ／又は圧着させることができる。
【００６３】
幾つかの実施例において、異なる相は、別々に製造又は組み立ててもよい。オーバーモールド成型プロセスにおいて、ディスタンスプレート２２５をオーバーモールド成型材料２２７と一緒に作ってもよく、これによって組み立てプロセスにおける部品点数を低減できる。
【００６４】
図３ａ〜ｂは、単相固定子の例を示す。特に、図３ａは、固定子の斜視図を示し、図３ｂは、固定子の磁気的能動部の対応図であって、固定子極コンポーネントの一部を取り外してその固定子極コンポーネントにより遮られて見えなかった特徴をより明確に示す図を示す。概して参照符号１０で示す固定子は、図２に示す固定子の中央の相と同様に単相内側回転子の固定子である。固定子１０は、全て図２及び図１ａ〜ｂとの関連で説明したような環状固定子コアバックコンポーネント１８と、巻線２０と、複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。図３ａ〜ｂの固定子１０は、単相機械の固定子又は多相固定子の相として使用できる。固定子の軸方向外面は、エンドプレート２２５によって覆われている。固定子極コンポーネント間の空間には、全て図２との関連で説明したような適切な材料、例えばプラスチック又は他の非磁性材料が充填されている。図３ａに示す固定子１０を図２に示す固定子の中央の相として使用する場合、図３ａに示す固定子のエンドプレート２２５は、３相固定子のディスタンスプレートとして機能してもよい。この目的のために、エンドプレート２２５の横方向外方面は、隣接する固定子相の対応する固定子極コンポーネントを受容するための凹部３２９及び３３０（又は他の適切な位置決め／割り出し機能）を有してもよく、これにより固定子コンポーネントのより簡単な組み立て及び相互配向が可能になる。
【００６５】
環状固定子コアバックコンポーネント１８は、エアギャップから離れる方向を向くその表面に凹部３２８を備える。凹部は、環状固定子コアバックコンポーネントの周囲に分散されており、各凹部は、固定子極セクション１０２のそれぞれの突起１３３を受容するような形状及び大きさを有する。図３ｂの例において、凹部は周囲に沿って等間隔で分散されている。しかしながら、他の実施例において、凹部間の距離は異なっていてもよい。凹部は、環状固定子コアバックコンポーネントとの固定子極コンポーネント１０２の正確且つ容易な組み立てを可能にする。各凹部は、突起１３３の対応する接触面が当接できる平面接触面を規定する。凹部の接触面は、固定子極コンポーネントの周方向位置を規定する側壁３４２によって境界が定められている。環状固定子コアバックコンポーネントが凹部３２８に加えて又は凹部３２８に代えて異なる割り出し機能を備えてもよいことは理解されよう。
【００６６】
図４ａ〜ｂは、３相外側回転子電気機械の例を示す。特に、図４ａは、磁気的能動部を含む機械の部品の斜視図を示し、図４ｂは、図４ａと同じ図だが回転子の外側スリーブを取り外した状態を示す。
【００６７】
この機械は、固定子１０及び回転子３０を備える。固定子１０及び回転子３０は、回転子が固定子を取り囲むように共通の軸線を有する。回転子及び固定子は、それらの間に能動エアギャップ２３を規定して、固定子と回転子との間を磁束が流通するのを可能にする。
【００６８】
固定子は、３つの相を備え、その各相は、固定子コアに磁性を与える中央単一巻線２０を備える。各固定子コアは、環状固定子コアバックコンポーネント１８と、複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。固定子極コンポーネントは、環状固定子コアバックコンポーネントの両側部から回転子に向かって径方向に延出している。それらはまた、環状固定子コアバックコンポーネントの第１側部から延出する各固定子極コンポーネントが、環状固定子コアバックコンポーネントの、第１側部とは反対側の第２側部から延出する２つの固定子極コンポーネントと周方向において隣接するように交互に配置されている。これにより、各固定子相の固定子極コンポーネントは、２つのサブセット、つまり、その相の巻線２０の軸方向一方側に配置された第１サブセットと、巻線の軸方向他方側に配置された第２サブセットとに分割される。固定子極コンポーネントは、歯とも称される。
【００６９】
図１ａ〜ｂの実施例のように、各固定子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状でもよく、Ｌ字の一方の脚１３２が、径方向に延出し、Ｌ字の他方の脚１３１が、機械の軸方向に延出し巻線２０の軸方向幅に亘って部分的に又は完全に延出する爪を形成してもよい。固定子極コンポーネントは、例えば軸方向延出突起１３３の形態の取付部を更に備える。突起１３３は、径方向延出脚の、爪が延出する端部とは反対側の端部から延出している。
【００７０】
回転子３０は、図１ａ〜ｂとの関連でただし外側回転子構造について説明したように、筒状スリーブ３１と、筒状スリーブの内面に表面取り付けされた複数の永久磁石２２とを備える。
【００７１】
幾つかの実施例において、外側スリーブ３１は、磁気的に能動性を有してもよい。すなわち、このような実施例では、図４ａに示す全ての部分が磁気的に能動性を有する。他の部分において、例えば、磁石の磁化パターンがハルバッハ配列型の場合、外側スリーブは磁気的に能動性を有さないが、それでも機械的な支持を回転子に与えるために存在してもよい。
【００７２】
図５は、外側回転子電気機械用の単相固定子、例えば、図４ａ〜ｂの３相固定子の相の例を示す。
【００７３】
固定子１０は、固定子コアに磁性を与える中央単一巻線２０を備える。固定子コアは、環状固定子コアバックコンポーネント１８と、複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。固定子極コンポーネントは、環状固定子コアバックコンポーネントの両側から回転子に向かって径方向に延出している。それらは、図４ａ〜ｂとの関連で説明したように、交互に配置されている。
【００７４】
各固定子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状であり、Ｌ字の一方の脚１３２が、径方向に延出する歯部を形成し、Ｌ字の他方の脚１３１が、上述のように、軸方向延出爪部を形成している。固定子極コンポーネントは、軸方向延出突起１３３の形態の取付部を更に備える。突起１３３は、径方向延出脚の、第１軸方向脚が延出する端部とは反対側の端部から延出している。突起１３３は、固定子極コンポーネントが環状固定子コアバックコンポーネント１８の対応する割り出し機能と係止するのを可能にする。
【００７５】
図６ａ〜ｂは、図５の固定子の一部のより詳細な図を示す。図７は、環状固定子コアバックコンポーネント１８、例えば図５及び６ａ〜ｂに示す環状固定子コアバックコンポーネントの例を示す。特に、図６ａ〜ｂはそれぞれ、固定子極コンポーネント１０２と、巻線２０の対応する部分と、環状固定子コアバックコンポーネント１８との３つを示す。図６ａ及び６ｂは、各歯の中心を切断した切断図を示す。
【００７６】
図６ｂは、環状固定子コアバックコンポーネント１８の詳細をより明確に示すために固定子極コンポーネントの一つを軸方向にずらして示す部分展開図である。特に、環状固定子コアバックコンポーネント１８は、その環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲の軸方向両側に分配された凹部６２８を備える。各凹部６２８は、固定子極コンポーネントの１つの軸方向突起１３３を受容することによって、環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲に沿った固定子極コンポーネント１０２の正確な位置決めを可能にする。図７の例において、凹部は、能動エアギャップから径方向に離れるように配向された面７３６、すなわち、外側回転子機械の場合には径方向内方に配向された面と、環状固定子コアバックコンポーネントの軸方向に配向された側面７３５によって形成される縁部７３４に設置されている。
【００７７】
図８は、環状固定子コアバックコンポーネントの他の例を示す。環状固定子コアバックコンポーネント１８は、その環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲の軸方向両側に分配された凹部６２８を備える。各凹部６２８は、固定子極コンポーネントの径方向延出脚を受容することによって、環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲に沿った固定子極コンポーネントの正確な位置決めを可能にする。図８の例において、各凹部は、環状固定子コアバックコンポーネントの軸方向に配向された側面７３５の径方向幅全体に亘って延出している。凹部の側壁８４２は、固定子極コンポーネントが周方向にずれるのを防止し、環状固定子コアバックコンポーネントの周囲に沿った固定子極コンポーネントの正確な位置決めを容易にする。凹部の底面８４１は、固定子極コンポーネントが当接できる平坦な当接面を提供する。
【００７８】
図８の環状固定子コアバックコンポーネント１８は、異なる形状の固定子極コンポーネント、例えば、その取付部に軸方向突起を有さない以下に説明する図９ａに示すようなＬ字形状の固定子極コンポーネントや、その取付部に軸方向突起を有する以下に説明する図９ｂに示すようなＬ字形状の固定子極コンポーネントと共に使用してもよい。前者の場合、径方向における固定子極コンポーネントの固定は、エンドプレート若しくはディスタンスプレートの、又は、組み立てモールドの適切な割り出し機能によって実現できる。そして、固定子極コンポーネントは、オーバーモールド成型材料によって径方向のずれが防止される。後者の場合、固定子極コンポーネントの軸方向突起が、環状固定子コアバックコンポーネントの径方向に配向された面７３６と当接することによって、固定子極コンポーネントを周方向及び径方向の両方において環状固定子コアバックコンポーネントと係止させることができる。
【００７９】
図９ａ〜ｄは、固定子極コンポーネントの断面の異なる実施例を例示する。固定子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状であり、固定子の径方向延出脚１３２と、固定子の軸方向に延出する脚１３１とを備える。径方向脚が、環状固定子コアバックコンポーネントから回転子に向かう径方向磁束通路を設け、軸方向脚１３１が、径方向脚から能動エアギャップの軸方向幅に亘る軸方向磁束通路を設ける爪を形成する。従って、軸方向脚は、エアギャップに対向するインタフェース面８３７を設ける。内側回転子機械ではインタフェース面８３７は径方向内方を向き、外側回転子機械ではインタフェース面８３７は径方向外方を向く。
【００８０】
図９ｂ〜ｄの固定子極コンポーネントは、固定子の軸方向に径方向脚１３２から突出する突起１３３を更に備える。突起は、脚１３１が延出する端部の遠位側の脚１３２の端部に位置付けられている。上述のように、突起１３３は、固定子極コンポーネント１０２が環状固定子コアバックコンポーネントの凹部と係止するのを可能にする。突起の代わりに又は突起に加えて他の割り出し機能を設けてもよいことは理解されよう。このような代替の又は追加の割り出し機能は、環状固定子コアバックコンポーネントの対応する割り出し機能と係合して、固定子極コンポーネントの正確な位置決めを可能にするとともに、例えば回転子の永久磁石からの磁力による固定子極コンポーネントの径方向且つ／又は軸方向のずれを防止するようにしてもよい。突起は更に、固定子極コンポーネントと環状固定子コアバックコンポーネントとの間の接触面の面積を増大させることによって、磁束の効率的な移動を容易にする。これは、固定子極コンポーネントが透磁性の高いラミネート材料から作られ且つ環状固定子コアバックコンポーネントが透磁性の低い材料から作られている場合に特に有益である。
【００８１】
図９ａの固定子極コンポーネントは、Ｌ字形状の固定子極コンポーネントの脚１３１及び１３２から延出する突起を備えていない。固定子コアバックコンポーネント、例えば図８又は図１２ｃの固定子コアバックコンポーネント１８に対する径方向における固定子極コンポーネントの固定、径方向における固定子極コンポーネントの固定は、エンドプレート若しくはディスタンスプレートの、又は、組み立てモールドの適切な割り出し機能によって実現できる。そして、固定子極コンポーネントは、オーバーモールド成型材料によって径方向のずれが防止される。
【００８２】
軸方向延出爪１３１は、異なる形態で成形してもよい。図９ａ〜ｂの例において爪１３１はその軸方向範囲に亘って一定の径方向幅を有する一方、図９ｃ及び９ｄの爪１３１はその脚の径方向幅が径方向脚１３２から離れるにつれて減少するようにテーパ状となっている。爪１３１は、インタフェース面８３７の軸方向範囲に沿って磁束を流通させるため、脚１３２から／脚１３２に向かって流れる磁束の量は、脚１３２から離れるにつれて減少する。従って、爪１３１の増加する径方向幅は、磁束のための十分な断面を提供しながら必要な材料を低減できる。その結果、この実施例は、良好な磁性特性及び径方向力に対する高い安定性を維持しつつ軽量化が実現できる。
【００８３】
図９ｄの例において示すように、固定子極コンポーネントは、軸方向爪１３１と同じ脚１３２の端部に、回転子に向かう方向に径方向に突出する径方向突出部を更に備えてもよい。図１１に例示するように、爪１３１及び径方向突出部１０３９は脚１３２の径方向両側から延出し、径方向突出部１０３９は回転子の永久磁石２２の横側面に沿って延出する。図１１は、固定子極コンポーネント１０２が図９ｄに示す外形を有する外側回転子電気機械の一部を示す。径方向延出部１０３９は、永久磁石２２の軸方向縁部１１４０に起こりうる漏洩磁束を固定子極コンポーネントへと移動させて電気機械により利用することを可能にする。
【００８４】
図１０ａ〜ｃは、固定子コアの他の実施例を例示する。図１０ａは、各歯の中心を切断した固定子の一部の詳細切断図を示す。図１０ａの固定子は、固定子が固定子コアに磁性を与える中央単一巻線２０を備える点で、図５及び６ａ〜ｂとの関連で説明した固定子と類似している。固定子コアは、環状固定子コアバックコンポーネント１８と、複数の固定子極コンポーネント１０２とを備える。固定子極コンポーネントは、環状固定子コアバックコンポーネントの両側から回転子に向かって径方向に延出している。それらは交互に配置されている。各固定子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状であり、Ｌ字の一方の脚１３２が、径方向に延出する歯部を形成し、Ｌ字の他方の脚１３１が、上述のように、軸方向延出爪部を形成している。これらは全て図５との関連で説明したものと同様である。図１０ｂは固定子コアの環状コアバック部を示し、図１０ｃは固定子の固定子極コンポーネントの一つの側面図を示す。
【００８５】
固定子極コンポーネント１０２は、軸方向延出突起１３３の形態の取付部を更に備える。軸方向延出突起１３３は、第１軸方向脚が延出する端部とは反対側の端部近傍において径方向延出脚から延出している。突起１３３は、固定子極コンポーネントが環状固定子コアバックコンポーネント１８の対応する割り出し機能６２８と係止するのを可能にする。
【００８６】
特に、環状固定子コアバックコンポーネント１８は、その環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲の軸方向両側に分配された凹部６２８を備える。各凹部６２８は、固定子極コンポーネントの１つの軸方向突起１３３を受容することによって、環状固定子コアバックコンポーネント１８の周囲に沿った固定子極コンポーネント１０２の正確な位置決めを可能にする。突起は、固定子極コンポーネントの幅全体に亘って延在する稜線の形態を有してもよい。特に、固定子極コンポーネントがラミネート金属シートから作られている場合、これによってラミネートに均一な形状を持たせることが可能になる。稜線は、上部が丸い、例えば半球状の断面を有することができる。
【００８７】
図１０ａ〜ｃの例において、凹部６２８は、環状固定子コアバックコンポーネントの軸方向配向側面７３５に設置されている。凹部は、周方向に延ばされた細長い窪みの形態を有することができ、凹部１３３を窪み内に隙間なく嵌めるのを可能にする長さ及び幅を有する。窪みは、側面７３５の中心に、又は、その中心の近傍に径方向に位置付けることができる。この種の窪みを有する環状コアバック部によって、ＳＭＣコンポーネントとして特にコスト効率の高い製造が可能になる。更に、側面７３５が、固定子極コンポーネントのための平坦な当接面を提供することによって、信頼性の高い取付及び効率的な磁的インタフェースを提供できる。
【００８８】
上述の実施例において、Ｌ字形状の固定子極コンポーネントの軸方向延出爪は、機械の軸線と平行である。以下、軸方向延出爪が斜行された、すなわち、機械の軸線に対して角度を形成している固定子の実施例を説明する。このような爪の斜行によって、電気機械の望ましくないコギングトルクを低減できる。
【００８９】
図１２ａ〜ｃは、斜行させた爪を有する外側回転子機械の固定子の図を示す。図１２ａは、固定子の径方向図を示し、図１２ｂは、固定子極セクションの幾つかを取り外して環状固定子コアバックコンポーネントの詳細の遮られていない図を提供する固定子の斜視図を示す。図１２ｃは、固定子の環状固定子コアバックコンポーネントを示す。この固定子は、図５に示す固定子と同様であり、上述の実施例との関連で説明したような環状固定子コアバックコンポーネント１８と、固定子極コンポーネント１０２と、巻線２０とを備える。しかしながら、図１２の実施例では、固定子極セクション１０２の爪を形成する軸方向延出脚１３１が、固定子の軸線１２４３に対して角度をなすように配向されている。斜行は、環状固定子コアバックコンポーネント１８に適切な割り出し機能を設けることによって得られる。この割り出し機能は、環状固定子コアバックコンポーネントの軸方向側面に、軸方向端部壁１２４２で終端する傾斜面１２４１を規定する。端部壁１２４２は、固定子極コンポーネントを位置付けるための周方向位置を規定し、傾斜面１２４１は、固定子極コンポーネントの斜行角度を規定している。更に、環状固定子コアバックコンポーネント１８の径方向内方に配向された円筒状面１２４５は、固定子極セクションの軸方向延出突起１３３が当接できる平坦当接面１２４４を備える。
【００９０】
図１３は、斜行させた固定子極コンポーネントの他の実施例を例示する。図１３ａは、外側回転子機械のための固定子の一部を示す。特に、図１３ａは、ラミネート固定子極コンポーネント１０２の一つと、環状固定子コアバックコンポーネント１８の一部と、巻線２０の一部とを示す。環状固定子コアバックコンポーネント１８は、固定子極コンポーネント１０２の軸方向突起１３３を受容するための割り出し機能３２８を備える。図１３ｂは、固定子極部１０２の爪が斜行された同様の固定子を示す。この例において、斜行は、割り出し機能３２８によって規定されるのではなく、ラミネートによって設けられている。ラミネートの個々のシートが互いに対して若干ずれて、脚１３２の斜行させた縁部を規定している。
【００９１】
図１４ａ〜ｃは、本明細書に記載の固定子、例えば、内側回転子機械のための固定子を組み立てるための組み立てプロセスの例を例示する。この固定子は、環状固定子コアバックコンポーネント１８と、巻線２０と、複数の固定子極コンポーネント１０２ａ，ｂと、２つのエンドプレート２２６とを備え、エンドプレート２２６はそのうち１つのみが図１４ａ〜ｃに示されている。図１４ａは組み立て前の固定子コンポーネントの展開図を示す。図１４ｂは組み立てられた固定子コンポーネントを示し、図１４ｃはオーバーモールド成型工程後の組み立てられた固定子を示す。
【００９２】
エンドプレート２２６は、固定子極コンポーネント１０２ａ，ｂのそれぞれを受容する大きさ及び形状を有する凹部の形態の複数の割り出し機能３２９ａ，ｂを備える。割り出し機能の第１サブセット３２９ａは、巻線２０及び環状固定子コアバックコンポーネント１８の第１の側に位置付けられた固定子極コンポーネントの第１サブセット１０２ａを受容する大きさ及び形状を有する。割り出し機能の第２サブセット３２９ｂは、巻線２０及び環状固定子コアバックコンポーネント１８の、第１の側とは反対側の第２の側に位置付けられた固定子極コンポーネントの第２サブセット１０２ｂを受容する大きさ及び形状を有する。組み立て中、最初に固定子極コンポーネントの第１サブセット１０２ａを、正確な位置決めのための割り出し機能３２９ａを用いてエンドプレート２２６上に位置決めする。続いて、巻線２０及び環状固定子コアバックコンポーネント１８を、例えば正確な位置決めを容易にする環状固定子コアバックコンポーネント１８の割り出し機能を用いて、固定子極コンポーネント１０２ａ上に位置決めする。幾つかの実施例ではエンドプレート／ディスタンスプレートのみに割り出し機能を設けてもよく、他の実施例では環状固定子コアバックコンポーネントのみに割り出し機能を設けてもよいことは理解されよう。更なる実施例では、エンドプレート／ディスタンスプレート及び環状固定子コアバックコンポーネントの両方に割り出し機能が設けられる。
【００９３】
続いて、固定子極コンポーネントの第２サブセット１０２ｂを、割り出し機能３２９ｂと、任意で、正確な位置決めを容易にする環状固定子コアバックコンポーネントの割り出し機能とを用いて、すでに組み立てられたコンポーネント上に組み立てる。この結果得られる組立体を図１４ｂに示す。最後に、任意で第１エンドプレートと同じ割り出し機能を備える第２エンドプレート（不図示）を取り付け、組み立てられた固定子を適切な材料２２７、例えばプラスチックによりオーバーモールド成型する。
【００９４】
同様の組み立て方法を外側回転子機械及び／又は多相機械のために行ってもよいことは理解されよう。後者の場合、個々の相を、その両側に割り出し機能を有するディスタンスプレートによって分離してもよい。従って、組み立ては１度に１相ずつ連続して行って、次の相の固定子コンポーネントをすでに組み立てられた相のディスタンスプレート上に組み立てるようにしてもよい。更に、組み立てプロセスを様々なやり方で変更してもよいことは理解されよう。例えば、オーバーモールド成型に加えて又はオーバーモールド成型に加えてに代えて、固定子コンポーネントを互いに対して軸方向に押圧できるような軸方向ネジ又は他の締結手段によってエンドプレートを互いに対して固定してもよい。
【００９５】
従って、本明細書に記載の固定子の実施例の利点は、コンポーネントを、軸方向圧力をかけることによって組み立てることが可能になることである。更に、平坦面を互いに押圧するように圧力をかけることによる組み立てが可能になる。その結果、本明細書に記載の固定子の実施例は、固定子極コンポーネントと環状固定子コアバックコンポーネントとを密着させ、それにより良好な磁的特性及び高い機械的安定性を提供する。
【００９６】
更に代替の実施例において、エンドプレート２２６は、組み立てプロセス中、組み立てモールドにより置き換えてもよい。このような組み立てモールドは、エンドプレート２２６との関連で示した割り出し機能３２９ａ，ｂと同様の割り出し機能を有してもよい。これにより組み立てモールドは、取付面を提供し、エンドプレート２２６を参照して説明したような形で使用して、固定子極コンポーネント、巻線及び環状固定子コアバックコンポーネントの組み立てを容易にすることができる。任意のオーバーモールド成型工程を含む組み立てプロセスの完了後、組み立てモールドは、取り外すか、エンドプレートにより置き換えてもよい。
【００９７】
図１５ａ〜ｄは、電気機械の異なる例を示し、ここで、本明細書に記載の固定子の例を異なる種類の回転子と組み合わせている。
【００９８】
図１５ａは、径方向に磁化された表面取り付け磁石２２を有する回転子を備える機械の例を示す。このような回転子構成によって、比較的廉価なフェライト磁石を使用することが可能になる。磁石の強さの低下は磁石の径方向厚さを増加させることで補完できる。外側回転子機械において、表面取り付け磁石を有する回転子は、回転子の直径がより小さい場合に特に有益である。
【００９９】
図１５ｂは、周方向に磁化された磁石２２を有する回転子を備える機械の例を示す。周方向に磁化された磁石２２は、例えば特許文献２に記載されているように、それら永久磁石からの磁束を集中させるための軟磁性回転子極片１５４６によって互いに対して周方向に分離されている。
【０１００】
図１５ｃは、周方向に磁化された磁石２２を有する回転子を備える機械の例を示す。周方向に磁化された磁石２２は、それら永久磁石からの磁束を集中させるための軟磁性回転子極片１５４６によって互いに対して周方向に分離されている。固定子は、固定子と回転子との間に磁束を流通させるための固定子と回転子との間のエアギャップ２３の軸方向限界を規定している。極片は、それぞれの近傍の永久磁石の対応する接触面にそれぞれ当接する接触面と、それら接触面間に中央部１５５１とを有する。中央部１５５１は、対応する近傍の永久磁石の径方向厚さよりも小さい径方向厚さを有する。或いは又は加えて、中央部は、近傍の永久磁石の径方向長さよりも小さい径方向長さを有してもよい。これは、例えば、国際公報第２００９／１１６９３７号に開示されているように、磁的能動固定子構造により規定される能動エアギャップの軸方向範囲よりも大きな軸方向範囲を永久磁石が有する場合に、有益である。
【０１０１】
図１５ｄは、埋設磁石を有する回転子を備える内側回転子機械を示す。この回転子は、周方向及び径方向に磁束通路を設ける筒状磁束ガイド部材１５４８によって囲繞された筒状支持部材１５４７を備える。磁束ガイド部材１５４８は、内部に永久磁石２２が配置される軸方向延在キャビティを備える。永久磁石は、周方向に磁化され、１つおきの磁石が反対方向に磁化されている。磁束ガイド部材は、永久磁石を囲繞する外側筒状支持構造を形成してもよく、軸方向にラミネートされることによって効率的な磁束通路を設けるとともに遠心力に対して構造的に永久磁石を支持するラミネート金属から作られてもよい。この回転子は、複数のスポーク部材１５５０を備える。複数のスポーク部材１５５０は、内側筒状支持構造１５４７から径方向外方に延出し、周方向に隣接する永久磁石を分離している。内側支持構造１５４７は、アルミニウムやプラスチック等の非磁性材料から作ることができる。図１５ｄの例において、内側支持部材は、軸方向延在稜線１５４９、例えば、内側支持部材の径方向に突出する押し出し部を備え、その上に永久磁石が配置されている。その稜線がトルク負荷を支持する。磁石は、この構造に接着してもよいが、大型ラミネートリング１５４８が磁石を径方向に支持するため、磁石の追加の固定は必ずしも必要ではない。
【０１０２】
図１５ｄの回転子は、回転子が高速で回転動作する高速用途に対して特に良く適している。代替の実施例において、回転子は、例えば同時係属国際出願第ＰＣＴ／ＥＰ２０１１／０６５９０５号に記載されているように、周方向において埋設磁石２２に隣接して位置付けられ周方向及び軸方向に磁束通路を設ける追加磁束ガイド部材を備えてもよい。従って、このような回転子は、回転子において軸方向磁束を集中させ、固定子極コンポーネントが爪を有さない又は小さな爪のみ有する固定子とともに使用できる。追加磁束ガイド部材は、径方向にラミネートされたラミネート、又は、他の軟磁性材料、例えば圧縮軟磁性粉体から作ることができる。
【０１０３】
図１６は、固定子の他の実施例を示し、ここで、固定子極コンポーネントはそれぞれの隣接する固定子極セクションに対する距離が変化するように、すなわち、固定子極エレメントのピッチング（ｐｉｔｃｈｉｎｇ）によって分配されている。図１６の例において、固定子極エレメント１０２は、一方側の近傍のものに対して距離ｄ１、他方側の近傍のものに対して異なる距離ｄ２有している。このようなピッチングは、望ましくないコギングトルクを低減し、固定子の製造に大幅な複雑性を追加することなく簡単なやり方で本明細書に開示の固定子の実施例に設けることができる。例えば、固定子極コンポーネントのピッチングは、図１０ａ〜ｃの固定子において望ましくないコギングトルクを低減するために使用できる。
【０１０４】
図１７ａ〜ｂは、内側回転子の他の例を示す。図１７ａは斜視図を示し、図１７ｂは回転子の展開図を示す。この回転子は、本明細書に記載の固定子の実施例と同じ原理で構築されている。図１７の回転子は内側回転子型であるが、同じ原理を用いて外側回転子も構築できることは理解されよう。
【０１０５】
この回転子は、軸方向に磁化された環状永久磁石１７２２を備える。磁石１７２２の各側には、この磁石から歯１７３２及び１７３３への３次元磁束を運ぶ環状軟磁性ディスク１７６６の形態の環状回転子コアバックコンポーネントが存在する。ディスクは、ＳＭＣコンポーネントとして製造でき、磁束の集中を回転子において利用するのを可能にする。ディスク１７６６は、固定子との関連で上述した固定子コアバックとしての回転子のための同じ機能性を有する回転子コアバックとして機能する。
【０１０６】
回転子は、複数の回転子極コンポーネント１７０２を更に備える。回転子極コンポーネントは、環状永久磁石の両側から固定子に向かって径方向に延出しており、環状永久磁石の第１の側から延出する各回転子極コンポーネントが、第１の側とは反対側の環状永久磁石の第２の側から延出する２つの回転子極コンポーネントと周方向に隣接するように配置されている。従って、回転子極コンポーネントは、２つのサブセット、つまり、永久磁石１７２２の軸方向一方側に配置された第１サブセットと、永久磁石の軸方向他方側に配置された第２サブセットとに分割されている。
【０１０７】
各回転子極コンポーネントは、取付部と、径方向延出歯部と、インタフェース部とを備える。図１７ａ〜ｂの実施例において、各回転子極コンポーネントは、全体的にＬ字形状であり、Ｌ字の一方の脚１７３２が歯部を形成して径方向に延出し、Ｌ字の他方の脚１７３１が回転子の軸方向延出爪を形成している。このように、爪１７３１は、回転子極コンポーネント１７０２のインタフェースを形成している。図１７ａ〜ｂの例において、回転子極コンポーネントの第１サブセットにおける回転子極コンポーネントの軸方向爪１７３１は、第２サブセットにおける回転子極コンポーネントの径方向脚１７３１に向かって軸方向に延出することによって、回転子極コンポーネントの２つのサブセットにおける回転子極コンポーネントの爪が軸方向に重なり合っている。各回転子極コンポーネント１７０２は、回転子極コンポーネントをディスク１７６６のそれぞれに且つ／又は永久磁石に直接連結するための回転子極コンポーネントの取付部を形成する軸方向延出突起１７３３を更に備える。突起１７３３は、爪１７３１が延出する端部とは反対側の径方向延出脚１７３２の端部から延出している。図１７ａ〜ｂの例において、突起１７３３は爪１７３１よりも短い。突起１７３３は、エアギャップから離れる方向を向くディスク１７６６の周方向面１７３４に当接している。
【０１０８】
従って、図１７の回転子の構造は、本明細書に記載の固定子の構造に類似しており、効率的に製造できる。回転子極コンポーネント１７０２は、本明細書に記載の固定子極コンポーネントとの関連で説明したように、ＳＭＣ材料又はラミネート金属シートから作ることができる。
【０１０９】
ディスク１７６６は、永久磁石１７２２と回転子極コンポーネント１７０２との間に磁束通路を設けるとともに、回転子極コンポーネント１７０２に対して機械的支持を提供する。この目的のために、ディスク１７７６は、上述の環状固定子コアバックエレメントの実施例との関連で説明したようなものと同じ又は同様の機能を備えることができる。例えば、ディスク１７６６には、例えば図１８ａ〜ｂの例において示すような、回転子極コンポーネントのそれぞれの取付部と係合するように構成された割り出しエレメントを設けてもよい。
【０１１０】
図１８ａ〜ｂは、内側回転子の他の例を示す。図１８ａは斜視図を示し、図１８ｂは回転子の展開図を示す。図１８ａ〜ｂにおいて、環状永久磁石１７２２及びディスク１７６６の遮られていない図を可能とするために回転子極コンポーネントの一部が省略されている。図１８ａ〜ｂの回転子は、図１７ａ〜ｂの回転子と類似しているが、ディスク１７６６が、回転子極コンポーネントの対応する軸方向突起１７３３と係合するようになっている割り出し機能１８２８を備える。図１８ａ〜ｂの例において、割り出し機能１８２８は、エアギャップから離れる方向を向くディスク１７６６の中央穴のリムに沿って分配された凹部の形態を有する。各凹部は、回転子極セクション１７０２のそれぞれの突起１７３３を受容するような形状及び大きさを有する。図１８ａ〜ｂの例において、凹部は周囲に沿って等間隔で分配されている。しかしながら、他の実施例において、凹部間の距離は異なっていてもよい。凹部によって、環状回転子コアバックコンポーネント１７６６との回転子極コンポーネント１７０２の正確かつ容易な組み立てが可能になる。各凹部は、突起１７３３の対応する接触面が当接できる平面接触面を規定する。凹部の接触面は、回転子極コンポーネントの周方向位置を規定する側壁によって境界が定められている。環状回転子コアバックコンポーネントが凹部１８２８に加えて又は凹部１８２８に代えて異なる割り出し機能を備えてもよいことは理解されよう。
【０１１１】
回転子の幾つかの実施例において、割り出しエレメントは、回転子極エレメントの一つの対応する接触面に当接する概して径方向外方に配向された取付面を規定する。取付面は、軸方向と平行な方向、又は、軸方向から若干ずれた方向を向いて、固定子との関連で上述したような回転子エレメントの斜行を提供してもよい。このディスクは、より高い磁束を与え、ディスク１７６６における割り出し機能などを設ける際の高い自由度を可能にする。しかしながら、回転子をディスク１７６６無しで構成してもよいことは理解されよう。このような実施例において、回転子極コンポーネントの取付部は永久磁石と直接連結させてもよい。
【０１１２】
この種類の回転子は、共通径方向磁束３相固定子において使用することができ、これにより、磁石を１つのみ使用して多数の極が可能になり、その結果コストを抑えることができる。
【０１１３】
幾つかの実施例を詳細に説明し、示してきたが、本発明はそれらに限定はされず、以下の特許請求の範囲で規定する主題の範囲内の他のやり方で実施してもよい。特に、他の実施例を利用してもよいこと、本発明の範囲から逸脱することなく構造的及び機能的変更を行ってもよいことは理解されよう。更に、特定の種類の機械を参照して幾つかの機能を説明してきたが、当業者であればこれらの機能を他の種類の機械において実施してもよいことは当然理解できよう。例えば、内側回転子機械を参照して例示した特徴は、外側回転子機械において実施してもよい。同様に、本明細書で開示した固定子の実施例は主に、固定子極コンポーネントがエアギャップの軸方向範囲の一部又は全体に亘って延出する軸方向延出爪を有するクローポール型機械を参照して説明してきた。しかしながら、本明細書に開示した固定子の代替の実施例を、爪のない機械設計において使用してもよいことは理解されよう。そのような実施例において、軸方向磁束集中は、例えば図１５ｂ，１５ｃにおいて示した回転子設計を用いて、又は、図１５ｄとの関連で説明した回転子設計を用いて、回転子において少なくとも部分的に行うことができる。そのような実施例は、コスト効率の高い製造方法を使用したとしても本明細書に記載した固定子設計によってロバストな固定子設計が可能となるため、大型の機械において特に有益となる。例えば、環状固定子コアバックコンポーネントは、複数のリングセグメントから製造することができ、他の固定子コンポーネントは、より大型の固定子設計に適合するように容易に大きさを設定できる。
【０１１４】
本明細書に開示した本発明の実施例は、電動自転車又は他の電動駆動車両、特に軽量車両用の直接車輪駆動モータに使用できる。そのような用途は、高いトルク、比較的低速、及び低コストの要求が課せられる。これらの要求は、高い回転子組み立て作業によるコスト要求に適合する小容量の永久磁石及びワイヤコイルを用いたコンパクトな形状において比較的多い極数を有するモータによって満たしうる。
【０１１５】
幾つかの手段を列記した装置請求項において、これらの手段の幾つかは１つ且つ同じ構造的コンポーネントによって具体化できる。特定の手法が相互に異なる従属項において記載され、又は、異なる実施例において説明されているという単なる事実は、これらの手法の組み合わせを使用しても有利とならないということを意味しない。
【０１１６】
「備える」という表現は、本明細書において使用されている場合、記載の特徴、整数、工程又はコンポーネントの存在を明記するために使用されており、１つ以上の他の特徴、整数、工程、コンポーネント又はそれらの群の存在又は追加を除外するものではない。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図９ｃ】
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【図９ｄ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【図１３ａ】
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【図１３ｂ】
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【図１４ａ】
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【図１４ｂ】
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【図１４ｃ】
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【図１５ａ】
2015510389.tif 000033
【図１５ｂ】
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【図１５ｃ】
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【図１５ｄ】
2015510389.tif 000036
【図１６】
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【図１７ａ】
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【図１７ｂ】
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【図１８ａ】
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【図１８ｂ】
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【国際調査報告】
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