(57)【要約】ステータ（８）を有し、回転軸（４）を備えたロータ（６）を有する電気機械（２）、特に、自動車の電気モータに関する。電気機械（２）とは、特に、ブラシレス電気モータ（ＤＣモータ）を意味するか、または同期機械であるが、同時に発電機でもあるものを意味すると解釈される。ステータ（８）及びロータ（６）の一方は電磁石構造体（１２）を有し、他方は、永久磁石（３２）の第一の部分（３６）と永久磁石（３２）の第二の部分（３８）を備える永久磁石構造体（３４）を有する。少なくとも動作温度で、第一の部分（３６）の保磁力（ＨｃＪ１）は第二の部分（３８）の保磁力（Ｈｃｊ２）より大きい。また、発明はハイブリッド磁石（４０）の製造する方法にも関する。
2015510388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータ（８）を有し、回転軸（４）を有するロータ（６）を有する電気機械（２）、特に、自動車の電気モータであって、前記ステータおよび前記ロータの一方は、電磁石構造体（１２）を有し、他方は、永久磁石構造体（３４）を有し、前記永久磁石構造体（３４）は、永久磁石（３２）の第１の部分（３６）および永久磁石（３２）の第２の部分（３８）を含み、少なくとも動作温度（Ｔ）において、前記第１の部分（３６）の保磁力（Ｈｃｊ１）は、前記第２の部分（３８）の保磁力（Ｈｃｊ２）よりも高い、電気機械（２）。
【請求項２】
少なくとも前記動作温度（Ｔ）において、前記第２の部分（３８）の残留磁気（Ｂｒ２）は、前記第１の部分（３６）の残留磁気（Ｂｒ１）よりも大きいことを特徴とする、請求項１に記載の電気機械（２）。
【請求項３】
前記永久磁石構造体（３４）は、前記回転軸（４）に対してほぼ接線方向に配置された、少なくとも１つ、特に、８個〜１０個のハイブリッド磁石（４０）を有し、前記ハイブリッド磁石（４０）または各ハイブリッド磁石（４０）は、前記第２の部分（３８）の永久磁石（３２）および前記第１の部分（３６）の永久磁石（３２）を含み、前記第１の部分（３６）の前記永久磁石（３２）は、少なくとも片側で、前記配置方向における前記ハイブリッド磁石（４０）の境界となることを特徴とする、請求項１または２に記載の電気機械（２）。
【請求項４】
各ハイブリッド磁石（４０）の前記第２の部分（３８）の前記永久磁石（３２）は、前記第１の部分（３６）の前記永久磁石（３２）または前記第１の部分（３６）の２つの永久磁石（３２）によって、両側で配置方向に囲まれることを特徴とする、請求項３に記載の電気機械（２）。
【請求項５】
各ハイブリッド磁石（４０）のすべての永久磁石（３２）の磁化方向（Ｍ）は互いに平行であり、かつ／または各ハイブリッド磁石（４０）のすべての永久磁石（３２）は、機械的に直接接触することを特徴とする、請求項３または４に記載の電気機械（２）。
【請求項６】
前記ハイブリッド磁石（４０）は、積層体（２６）のポケット（２８）に配置されることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の電気機械（２）。
【請求項７】
前記第１の部分（３６）は、特に焼結されたフェライト、ＳｍＣｏ、（ＮｄＤｙ）ＦｅＢからなり、かつ／または前記第２の部分（３８）は、軽希土類元素合金、特に、ＮｄＦｅＢからなることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の電気機械（２）。
【請求項８】
電気機械（２）のハイブリッド磁石（４０）を製造する方法（４６）であって、
−  第２の部分（３８）からコア（３２）を作製し、
−  前記コア（３２）を圧縮成形型に置き、
−  少なくとも、前記電気機械（２）の動作温度（Ｔ）において、保磁力（Ｈｃｊ１）が、前記第２の部分（３８）の保磁力（Ｈｃｊ２）よりも大きい第１の部分（３６）を前記圧縮成形型（２８）に充填する、方法（４６）。
【請求項９】
前記第１の部分（３６）は、前記圧縮成形型（２８）内で焼結されることを特徴とする、請求項８に記載の方法（４６）。
【請求項１０】
充填（５６）または焼結（５８）中に、外部磁界をかけることを特徴とする、請求項８または９に記載の方法（４６）。
【請求項１１】
前記外部磁界は、前記コア（３２）の磁化方向（Ｍ）に平行に向けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法（４６）。
【請求項１２】
前記電気機械（２）のロータ（６）またはステータ（８）の積層体（２６）のポケット（２８）が、前記圧縮成形型として選択されることを特徴とする、請求項８〜１１のいずれか１項に記載の方法（４６）。
【請求項１３】
前記圧縮成形型は、前記コア（３２）を挿入する前に、前記第１の部分（３６）を部分的に充填されることを特徴とする、請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法（４６）。
【請求項１４】
電気機械（２）のハイブリッド磁石（４０）を製造する方法（６８）であって、
−  第１の部分（３６）からブロック（３２）を作製し、
−  少なくとも、前記電気機械（２）の動作温度（Ｔ）において、保磁力（Ｈｃｊ２）が、前記第１の部分（３６）の保磁力（Ｈｃｊ１）よりも小さい第２の部分（３８）からコア（３２）を作製し、
−  前記ブロック（３２）および前記コア（３２）を互いに結合する、方法（６８）。
【請求項１５】
前記ブロック（３２）および前記コアは、互いに押し付けられるか、または互いに接着され、かつ／または前記ブロック（３２）および前記コア（３２）の複合物は、仕上げ調整されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法（６８）。
【請求項１６】
２つのブロック（３２）を作製し、前記２つのブロック（３２）を前記コア（３２）の両側に結合することを特徴とする、請求項１４または１５に記載の方法（６８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステータを有し、回転軸を備えたロータを有する電気機械に関する。この場合、電気機械とは、特に、ブラシレス電気モータ（ＤＣモータ）を意味するか、または同期機械であるが、同時に発電機でもあるものを意味すると解釈される。
【背景技術】
【０００２】
自動車産業または自動車では、電気モータ（ＤＣモータ）は、例えば、ウインドウリフト、サンルーフ、もしくはシート調整駆動部として、および／またはステアリングホイール駆動部として（電動ステアリング）、冷却ファン駆動部として、またはトランスミッションアクチュエータとして、様々な駆動要素の駆動部で使用される。そのような電気モータは、比較的高いトルクまたは出力密度を有し、特に、例えば、最大で少なくとも１２０℃の比較的高い温度においても確実に動作しなければならない。
【０００３】
原則的に、ブラシ付き電気モータ（整流子モータ）および／または界磁巻線を設けたステータで囲まれたロータに、永久磁石を装備した、または設けたブラシレス電気モータが、自動車分野で使用される。典型的には、ロータおよびステータはともに積層体として作製され、ステータスロットが間に位置するステータ歯が、界磁巻線のコイルを支持する。コイルは、常に磁化されたロータにトルクを生じさせる回転磁界を発生させるために、（電子）回路によって制御される。
【０００４】
例えば、ステータ側の界磁巻線またはコイル内に誘導された電流ピークによってもたらされた高い動作温度および（外部）磁界の両方により、ロータ側の永久磁石の望ましくない端部磁化が引き起こされることがあるので、可能な限り高い保磁力を有する磁石材料または合金が通常使用される。したがって、可能な限り高い保磁力を得るために、通常、希土類元素からなる要素、またはある量の希土類元素を含む合金が使用される。この点について、保磁力を高め、使用できる温度範囲を広げるために、２つの軽希土類元素（ＬＲＥＥ）、特に、サマリウム−コバルト、またはネオジウム−鉄−ボロン合金、およびテルビウム−またはジスプロシウム−含有合金が採用されている。しかし、その一方で、例えば、テルビウムおよび、特に、ジスプロシウムなどのいわゆる重希土類元素（ＨＲＥＥ）は、コストが次第に高くなっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、一方で、特に比較的低価格で製造することができ、有利には、比較的高い耐減磁性を有する、特に適切な電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的は、請求項１の特徴により、本発明に従って達成される。有利な改良形態および実施形態は、本明細書で言及する、従属請求項の対象である。
【０００７】
電気機械は、特に電気モータ、好ましくはブラシレスＤＣモータであり、ステータおよびロータを含む。ロータは、ステータに対してロータ軸のまわりに回転可能に取り付けられ、ロータは、例えば、ステータの内側に配置される。あるいは、ロータは、外側ロータの態様でステータを囲む。ステータおよびロータは、ハウジング内に適切に配置され、ハウジングは、ステータおよびロータの両方を起こり得る損傷および／または環境影響から保護する。
【０００８】
ステータまたはロータのいずれかは、特定の位置で２つの部品、すなわち、ロータまたはステータの他方に取り付けられた少なくとも１つのコイル体を備えた電磁石構造体を有する。コイル体は、好ましくは、エナメル銅線からなり、電気機械が電気モータの場合に、時間変化する磁界を発生させるために使用される。これは、端部端子（ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｅｎｄ）を介してコイルに通電することで可能になる。発電機として使用時に、誘導電圧がコイル本体から取り出される。
【０００９】
電磁石構造体のないステータまたはロータは、永久磁石構造体を含む。言い換えると、ステータまたはロータのいずれかは電磁石構造体を有し、他方は永久磁石構造体を有する。特に好ましくは、電磁石構造体はステータの一部であり、永久磁石構造体はロータの一部である。
【００１０】
永久磁石構造体は、永久磁石の第１の部分および第２の部分を有し、特定の部分の永久磁石は、特定の位置に配置される。各部分は、少なくとも１つの永久磁石を含み、特定の部分の永久磁石は、例えば、同一に形成される。好ましくは、２つの部分の永久磁石の数量は互いに対応し、特に同じであるか、または、例えば、一方の数量は他方の数量の整数倍である。
【００１１】
永久磁石の第１の部分の保磁力は、第２の部分の保磁力よりも大きい。言い換えると、第１の部分の各永久磁石の保磁力は、第２の部分の各永久磁石の保磁力よりも大きく、好ましくは、各部分のすべての永久磁石の保磁力は同じである。この特性は、少なくとも、電気機械の動作温度において当てはまり、動作温度は、特に、特定の動作時間を経て調整される。
【００１２】
例えば、動作温度は、永久磁石構造体の領域内で、好ましくは、永久磁石構造体の各永久磁石に対して測定される。この場合に、最大動作温度は８０℃〜１２０℃である。例えば、動作温度未満の温度でも同様に、第１の部分の保磁力は、第２の部分の保磁力よりも大きい。
【００１３】
好ましくは、第１の部分の永久磁石は、それ自体望ましくない、または回避すべき比較的高い動作温度、（外部）磁界、または磁束のために、すなわち、電磁石構造体が動作中であるために、減磁の発生が比較的顕著である露出した位置に配置される。減磁に対して比較的耐性のある第１の部分の永久磁石の位置を特定することで、永久磁石構造体の十分な耐減磁性が保証される。その結果、第２の部分の永久磁石は、第１の部分の永久磁石ほど減磁作用を受けないので、第２の部分の永久磁石を比較的低価格の材料で製造することが可能になる。
【００１４】
適切には、特定の部分のすべての永久磁石は同じ材料で製造され、好ましくは同じ構造を有する。特に、永久磁石の一つ部分のすべての磁石は同一である。例えば、特定の部分のすべての永久磁石は、同じ加工ステップで製造されるか、またはブロック磁石から切断され、２つの部分に対して異なるブロックが使用される。あるいは、永久磁石構造体のすべての永久磁石は同じ材料であるが、異なる方法で製造され、そのため、保磁力に差違がある。
【００１５】
適切には、少なくとも動作温度において、第２の部分の残留磁気は、第１の部分の残留磁気よりも大きい。その結果として、第２の部分の永久磁石によって、体積当たりに発生する磁界は、第１の部分の永久磁石のものよりも強い。したがって、第２の部分の永久磁石を用いて、永久磁石構造体の比較的強い磁界を実現することが可能であり、永久磁石構造体の起こり得る減磁が、第１の部分の永久磁石によって防止される。このように、両方の部分の永久磁石は、特定の意図した使用法に対して最適化することができ、それにより、特定の他方の特徴、すなわち、保磁力または残留磁気（残留磁束密度）は、より低い程度であると考えられる。永久磁石構造体の永久磁石は、このように両方の要件を満たす必要がなく、その結果としてコストが節減され、それにもかかわらず、電気機械は、比較的高い性能要件を満たす。
【００１６】
都合よくは、第１の部分の１つの永久磁石と第２の部分の１つの永久磁石とが組み合わされてハイブリッド磁石を形成し、このハイブリッド磁石は、回転軸に対して接線方向に配置される。互いにあてがわれた、第１の部分および第２の部分の永久磁石は、こうして、特に、接線方向の直線上に少なくとも部分的に置かれる。この場合に、第１の部分の永久磁石は、少なくとも片側で、接線方向のハイブリッド磁石の終端部を形成する。言い換えると、ハイブリッド磁石の両方の永久磁石は、接線方向の直線に沿って配置される。この点について、接線方向の直線まで半径方向に延び、回転軸を通過する、直線に最も長い距離同伴する要素は、第１の部分の永久磁石である。このようにして、第２の部分の永久磁石は、主に、接線方向に配置された永久磁石の自由端で起こる、電磁石構造体による減磁作用から十分に保護される。
【００１７】
有利には、永久磁石構造体のすべての磁極は、ハイブリッド磁石によって形成され、ハイブリッド磁石の数量は、８個〜１０個であるのが望ましい。その結果、電気機械が電気モータとして使用される場合、比較的一定のトルクバンドが保証され、電気機械が発電機として使用される場合、比較的一定の電流流れが保証される。
【００１８】
特に好ましくは、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石は、第１の部分の永久磁石を２つ含み、第２の部分の永久磁石は、第１の部分の永久磁石間で接線方向に配置される。例えば、第２の部分の永久磁石は直方体であり、第１の部分の同様に直方体の永久磁石は、第２の部分の永久磁石の両端部で接線方向に配置される。例えば、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石の３つの永久磁石は、ハイブリッド磁石に対して垂直に延びる横材によって分離され、横材は、積層板などの軟磁性材料で製造されるのが好ましい。
【００１９】
あるいは、第１の部分の永久磁石は、回転軸に平行に延び、内部に第２の部分の永久磁石が配置される凹部を有する。この場合に、第２の部分の永久磁石は、このように、特に、接線方向および半径方向に第１の部分の永久磁石によって囲まれる。特に、第１の部分の永久磁石は、プラスチック射出成形によって、所望の形状に製造される。あるいは、第１の部分の永久磁石を成形した後、凹部が第１の部分の永久磁石に導入される。
【００２０】
そのような配置のために、第２の部分は、動作中に、電磁石構造体による減磁作用から比較的効果的に保護されるが、その理由は、減磁が、大抵の場合、特にハイブリッド磁石の縁部領域で起こるからである。その点について、一方で、減磁に対して比較的耐性がある第１の部分の永久磁石は、電磁石構造体に比較的接近して配置される。第２の部分の永久磁石によって発生した磁界は、第１の部分の磁石を用いて誘導されるのが好ましい。
【００２１】
都合よくは、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石のすべての永久磁石の磁化方向は互いに平行である。言い換えると、いずれもハイブリッド磁石の１つを共同で形成する、または少なくともハイブリッド磁石の構成要素であるすべての永久磁石の磁化方向は、同じ方向に配向される。したがって、第２の部分の永久磁石の減磁を推進する磁界は、第１の部分の永久磁石によって発生しない。さらに、第２の部分の永久磁石の磁界による、第１の部分の永久磁石の減磁は防止されるか、または少なくとも弱められる。さらに、電気機械が停止されると、ひいては、電磁石構造体が通電されないと、第１の部分の永久磁石は、第２の部分の永久磁石によってその元の磁化方向に再度磁化され、そのために、電気機械の寿命が延びる。
【００２２】
この効果は、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石の個々の永久磁石の直接的な機械接触によって高められる。さらに、両方の永久磁石のこの種の配置の場合、磁化方向とは無関係に設置空間が縮小され、ロータまたはステータに取り付ける前であっても、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石を製造することが可能になる。例えば、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石は、プラスチックベースの、長期にわたって持続的な、または永久的な磁石からマトリックスとして構築される。特に、このために、２つの永久磁石はともに接着される。２つの永久磁石の平行磁化では、２つの永久磁石は、相互作用する磁気力により互いに結合されるために、この接着はなくすことができる。
【００２３】
都合よくは、当該ハイブリッド磁石または各ハイブリッド磁石は、積層体のポケットに配置される。この場合、ポケットの伸長方向は、回転軸にほぼ平行であるのが好ましく、積層板は、軟磁性材料で構成される。例えば、エナメル層を用いて、互いから絶縁された個々の積層板を使用することにより、本来なら電気機械の効率を下げることになる寄生誘導電流の伝播が抑制される。さらに、永久磁石は、損傷および／または、例えば、本来なら腐食を引き起こす環境影響から保護される。ハイブリッド磁石またはその構成要素は、積層体のポケットに挿入しさえすればよいので、ハイブリッド磁石の組立ても容易になる。特に、ロータに取り付ける場合、電気機械の動作中に、遠心力によってハイブリッド磁石が緩むのが防止される。
【００２４】
都合よくは、第１の部分の材料は、焼結されるのが好ましいフェライトである。あるいは、材料は、例えば、焼結したＳｍＣｏ、またはＮｄＦｅＢ、（ＮｄＤｙ）ＦｅＢである。材料を型成形することも可能であり、ＮｄＦｅＢ、ＳｍＣｏ、またはＳｍＦｅＮを使用するのが好ましい。例えば、第２の部分の材料と同じ材料が使用され、組成のタイプおよび／または製造が、第１の部分の高い保磁力を達成するために調整される。
【００２５】
例えば、材料は、第１および第２の部分に対して同じであり、これは、特定の永久磁石の直接的な機械接触による接触腐食を防止する。適切には、軽希土類元素を有する合金が、第２の部分の材料として使用される。この合金は、特に、比較的高い残留磁気によって特徴付けられ、このために、電気機械の性能が向上する。それに伴う、重希土類元素の使用と比較して低い保磁力は、第１の部分の使用によって補償される。特に好ましくは、第２の部分は、比較的高い供給性および高い残留磁気を有するＮｄＦｅＢで構成される。
【００２６】
特に、永久磁石構造体、適切には、電気機械全体は、重希土類元素が含まれていない。少なくとも、電気機械全体は、ジスプロシウムおよび／またはテルビウムを全く有しない。このようにして、比較的コスト効率よく電気機械を製造することが可能になる。
【００２７】
本発明のさらなる目的は、比較的時間節約的である、ハイブリッド磁石を製造するための特に適した方法を提供することである。
【００２８】
前記の目的は、請求項８の特徴によって、または、請求項１４の特徴によって、本発明に従って達成される。有利な改良形態および実施形態は、特定の従属請求項の対象である。
【００２９】
本方法によれば、第１の加工ステップで、第２の部分からコアが作製され、前記コアは、第２の保磁力を有する。この場合に、コアは、例えば、射出成形または射出圧縮成形によって形成され、特に、第２の部分の状態は、液体から固体に変化する。粒状構造で存在する第２の部分が、第２の部分を加熱する、かつ／または第２の部分に圧力をかけることで、したがって、例えば、焼結により、均一な物体または不均一な物体に変わることも考えられる。コアの形状は、例えば、円筒形であり、長方形がベース領域として有益に使用される。言い換えると、コアは略直方体である。好ましくは、コアは、その作製中に、例えば、外部磁界をかけることで磁化される。
【００３０】
さらなる加工ステップにおいて、コアは圧縮成形型に置かれ、適切に位置決めされる。このために、特に、圧縮成形型の容積は、コアの体積よりも大きくなっている。例えば、圧縮成形型も直方体に形成されるが、少なくとも円筒形に形成される。例えば、位置決め後のコアは、圧縮成形型の縁部領域に配置され、圧縮成形型の壁に突き当てて置かれる。あるいは、コアは、圧縮成形型のすべての壁から離れて配置される。別の加工ステップを介して続く、または直ちに続く加工ステップで、圧縮成形型は、第１の保磁力を有する第１の部分を充填される。この第１の保磁力は、少なくとも、電気機械内でのハイブリッド磁石の動作温度において、第２の部分の保磁力よりも大きい。例えば、圧縮成形型に充填する前に、第１の部分は、例えば、加熱によって液体状態に変わる。有利には、第１の部分は、圧縮成形型内で硬化する。言い換えると、第１の部分、適切には、ハイブリッド磁石全体は、その完成後に寸法的にほぼ安定する。ハイブリッド磁石の製造は、この点で比較的簡単であり、圧縮成形型および／またはコアの形状の適切な選択によって、ハイブリッド磁石の様々な幾何形状を実現することができる。
【００３１】
適切には、第１の部分は、圧縮成形型内で焼結される。このために、圧縮成形型に充填中に、第１の部分は、例えば、粒状または粉塵状の構造を有し、力を加えることで、圧縮成形型においてほぼ固形の物体に変わる。寸法的に安定したハイブリッド磁石は、この種の加工ステップで形成され、一方で、焼結中に、加えられた力または採用された温度は、第１の部分の再結晶化温度または圧力未満のままであるので、圧縮成形型およびすでに圧縮成形型内に配置されたコアの両方に作用する機械的または熱的負荷が最小化される。このようにして、コアの可能な磁化が、第１の部分の固化中に維持されることが保証される。
【００３２】
都合よくは、第１の部分による圧縮成形型への充填中に、外部磁界が加えられる。磁界を使用する場合、圧縮成形型への充填中でさえ、第１の部分は、その後の所望する磁界に合わせて配向される。それに代えて、またはそれと組み合わせて、第１の部分が圧縮成形型内で圧縮される場合に、磁界が焼結中に加えられる。このようにして、圧縮成形型を取り外した直後でさえ、最初に行わなければならないハイブリッド磁石の磁化なしに、ハイブリッド磁石を電気機械に配置することが可能になる。さらに、ハイブリッド磁石の残留磁気およびその保磁力は、そのような製造方法で高められ、これは、電気機械の寿命および性能を改善する。
【００３３】
特に、加えられる外部磁界は、コアがすでに磁化されている場合のコアの磁界に平行である。第１の部分は、このようにして、第２の部分とほぼ平行に磁化され、形成されたハイブリッド磁石は、線形磁化を示す。したがって、ハイブリッド磁石の残留磁気および保磁力はさらに高まり、第２の部分は、電気機械の動作中の減磁から保護される。さらに、コアは、加えられた磁界内で個別に配向するのを防止される必要がないので、製造が単純化される。
【００３４】
あるいは、コアおよび第１の部分の両方は、充填後に磁化されない。そのような場合、コアおよび第１の部分が圧縮成形型から取り出された後、または圧縮成形型内にある間に、外部磁界を加えることで、ハイブリッド磁石が磁化される。
【００３５】
本発明の適切な実施形態では、電気機械の積層体内のポケットが圧縮成形型として使用される。本明細書において、積層体は、電気機械のロータまたはステータのいずれかの一部である。ポケット内でのハイブリッド磁石の成形が完了した後、磁石はポケットに残る。このようにして、一方で、ハイブリッド磁石が積層体に比較的強力に結合される。他方で、ハイブリッド磁石は、最初に製造され、次いで、電気機械に取り付けられる必要がないので、電気機械の組み立てが単純化される。正しくは、ハイブリッド磁石は、電気機械内で形成される。
【００３６】
都合よくは、圧縮成形型は、コアを圧縮成形型に挿入する前に、第１の部分の一部を充填される。適切には、ポケットにはベース部が設けられ、したがって、ベース部は、コアを挿入する前に、第１の部分によって覆われる。それにより、コアは、第１の部分によって、その挿入方向に垂直な方向だけでなく、挿入方向にも囲まれる。例えば、充填中に、コアは、第１の部分によって覆われ、そのため、両側で挿入方向に第１の部分によって覆われる。特に好ましくは、この場合に、コアと圧縮成形型のすべての壁との間に空間が形成され、この空間は第１の部分で満たされる。
【００３７】
ハイブリッド磁石を製造する代替の方法によれば、一方で、第１の部分のブロックが、他方で、第２の部分のコアが形成される。言い換えると、第１の部分および第２の部分の両方は寸法的に安定した形で作製され、これは、例えば、型成形または焼結によって行われる。特に、ブロックおよび／またはコアは、射出成形技術によって製造される。射出圧縮成形技術によって、ブロックおよびコアの両方または少なくとも一方を製造することも考えられる。例えば、都合よくは、互いに独立して行われるブロックおよびコアの作製時に、特定の部分を好ましい方向に磁化するために、外部磁界が加えられる。この点について、第１の部分の保磁力は、第２の部分の保磁力よりも大きい。コアおよびブロックの両方の形状は、好ましくは円筒形であり、長方形または台形を断面として適切に使用することができる。このために、特定の要素を形成するのに有益であり得る形状が適宜形成される。
【００３８】
コアおよびブロックの作製に続く加工ステップで、この２つは互いに結合される。この場合に、ブロックおよびコアの磁化方向は互いに平行であるのが好ましい。特に、ブロックは、コアの磁化方向に垂直に配置され、かつ／または形状を合わせた形で、もしくはコアに密着して置かれる。このために、接触面は、磁化方向にほぼ平行に延びるのが好ましい。それに代えて、またはそれと組み合わせて、接触面は、コアおよびブロックの両方の伸長方向に平行である。別の実施形態では、コアは、ブロックの凹部、例えば、穴またはスロットに挿入される。これは、ハイブリッド磁石のこの種の製造において、ブロックおよびコアの互いに独立した製造を可能にする。特に、第１および第２の部分が異なる材料で構成される場合、ブロックおよびコアは、異なる機械および異なる場所で製造することができる。
【００３９】
コアおよびブロックの複合物が顕著な磁化を示さない場合、複合物は結合後に外部磁界にさらされ、それにより、複合物の好ましい磁化方向が付与される。結合後の磁化により、コアおよびブロックの磁化方向が互いに平行であるのが確実になる。さらに、２つを結合するために、コアに対するブロックの向きを変える、相互に、またはあり得る装置に作用するいかなる磁気力も補償される必要がない。
【００４０】
例えば、ブロックおよびコアは互いに押し付けられる。言い換えると、力がブロックおよびコアの相互接触面に垂直な方向でブロックおよびコアに作用し、２つの要素は、その力によって結合される。それに代えて、またはそれと組み合わせて、この目的のために接着剤が使用され、接着剤は、結合の前に接触面に塗布される。このようにして、比較的コスト効率のよい、コアとブロックとの間の持続的な結合が実現される。
【００４１】
都合よくは、ブロックおよびコアの伸長長さは実質的に同じであり、例えば、ハイブリッド磁石の所望する長さよりも長い。有利には、伸長長さは、ハイブリッド磁石の所望する長さの整数倍である。ブロックをコアと結合した後、この複合物は、例えば、切断されて、ハイブリッド磁石の所望の長さに調整される。伸長長さが所望のハイブリッド磁石の長さの整数倍である場合、無駄がなくなる。有利には、あり得る切りくずを考慮して、比較的短い補償長さが付与される。コアおよびブロックは、過剰な長さで形成されるので、これは、１つのブロックおよび１つのコアだけを用いる方法を実施した場合に、比較的多数のハイブリッド磁石を製造することを可能にして、製造コストを下げる。
【００４２】
適切には、２つのブロックが第１の部分から作製されて、コアに結合される。その際に、コアは、２つのブロック間に適切に配置され、この配置で両方のブロックに結合される。このようにして、ハイブリッド磁石の減磁に対する耐性が、比較的簡単に、かつコスト効率よく生まれる。例えば、２つのブロックは、第１の部分でできた、各ブロックの長さの２倍ある母材ブロックを切断することで製造される。
【００４３】
本発明の例示的な実施形態が、図面を使用して下記にさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】永久磁石の第１および第２の部分を有する電気機械を断面図で示す。
【図２】図１による、ハイブリッド磁石を有する電気機械のさらなる実施形態を示す。
【図３ａ】ハイブリッド磁石の代替の実施形態を示す。
【図３ｂ】ハイブリッド磁石の代替の実施形態を示す。
【図４】ハイブリッド磁石を作製する方法を概略的に示す。
【図５】ハイブリッド磁石の代替案を示す。
【図６】図５によるハイブリッド磁石を製造する方法を概略的に示す。
【図７ａ】ハイブリッド磁石のさらなる実施形態を示す。
【図７ｂ】ハイブリッド磁石のさらなる実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
すべての図において、互いに対応する部品には同じ参照符合が付与されている。
【００４６】
同期機械として設計され、電気モータとして使用される電気機械２の第１の実施形態が図１に示されている。ここで、電気機械２は、ステータ８によって囲まれたロータ６の回転軸４に垂直な断面図で示され、空隙１０がロータ６とステータ８との間に形成されている。ステータ８は、軟磁性ステータ積層体１４を有する電磁石構造体１２を含み、積層体１４は１５個の歯１６を有し、各歯１６は、回転軸４に平行に延びるスロット１８によって分離されている。２つの隣接するスロット１８に配置されたコイル２０は、各歯１６のまわりに巻き付けられている。コイル２０は、エナメル線で作られ、電子回路（図示せず）を用いて通電される。したがって、電気モータ２はブラシレスである。
【００４７】
ロータ６は、断面が正十角形で実質的に非磁性のコア２４によって囲まれたシャフト２２を有する。コア２４は、軟磁性積層体２６によって形状を合わせた形で囲まれ、結果として、比較的小さい保磁力を有する。回転軸４に平行に延びる、大きさが等しい１０個の第１のポケット２８、および大きさが等しい１０個の第２のポケット３０は、積層体の中に作られ、第２のポケット３０の容積は、第１のポケット２８の１／１０である。永久磁石構造体３４の永久磁石３２は、ポケット２８、３０内に形状を合わせた形で配置され、永久磁石３２は、第１の部分３６および第２の部分３８に分割されている。それに関して、第１の部分３６は第１のポケット２８に割り当てられ、第２の部分３８は第２のポケット３０に割り当てられている。第１の部分３６の永久磁石３２は焼結フェライトでできており、第１の部分３６のすべての永久磁石３２に対して同じである第１の保磁力Ｈｃｊ１および第１の残留磁気Ｂｒ１を有する。
【００４８】
ＮｄＦｅＢからなる、第２の部分３８の永久磁石３２は、一定の第２の保磁力Ｈｃｊ２および一定の第２の残留磁気Ｂｒ２を有する。この場合に、第２の部分３８の永久磁石３２は、第２の残留磁気Ｂｒ２が最大になるように作られる。これは、比較的小さい第２の保磁力Ｈｃｊ２をもたらす。この状況は第１の部分３６の永久磁石３２と対照的であり、第１の保磁力Ｈｃｊ１は比較的大きい。少なくとも、４０℃〜８０℃であるが、さらに最大で１２０℃または１４０℃になることさえあり得る、電気機械２の動作温度Ｔにおいて、第１の保磁力Ｈｃｊ１は、第２の保磁力Ｈｃｊ２よりも大きく、第２の残留磁気Ｂｒ２は、第１の残留磁気Ｂｒ１よりも大きい。
【００４９】
第１の部分３６の永久磁石３２の磁化方向は接線方向であり、永久磁石３２は、隣接する永久磁石３２の磁気Ｎ極および磁気Ｓ極がいずれも互いに向けられるように第１のポケット２８内に配置される。それに対して、第２の部分３８の永久磁石３２は、それらの特定のＮ極またはＳ極が、第１の部分３６の永久磁石３２のそれぞれの反対の磁極に向けられるように配置および磁化される。結果として、第１の部分３６の２つの永久磁石３２の２つのＮ極間に配置された、第２の部分３８の永久磁石３２の１つのＳ極は回転軸４に向けられ、それに対して、Ｎ極は、ステータ８の方向を向いている。
【００５０】
電気機械２のさらなる実施形態が、同様に回転軸４に垂直な断面図で図２に示されている。この場合も同様に、ステータ８は、電磁石構造体１２を有するが、電磁石構造体１２は、１２個だけの歯１６、さらには、１２個のスロット１８および１２個のコイル２０を含む。ロータ６は、同じ数量のハイブリッド磁石４０によって形成された８個の磁極を有し、ハイブリッド磁石４０は、この場合も積層体２６の第１のポケット２８に配置されている。各ハイブリッド磁石４０は、磁化方向Ｍが互いに平行で、ほぼ半径方向に延びる、第１の部分３６の１つの永久磁石３２と第２の部分３８の１つの永久磁石３２との両方を有する。この場合に、各ハイブリッド磁石４０の断面は、実質的に、片側で半径方向に圧縮されたハニカム状の断面であり、対称軸が半径方向に延びる。それに対して、第２の部分３８の永久磁石３２は、四角形の断面を有し、第１の部分３６の永久磁石３２のスロット４２に形状を合わせた形で挿入され、スロット４２内で圧締めされる。したがって、各ハイブリッド磁石４０の両方の永久磁石３２は、機械的に直接接触しており、第２の部分３８の永久磁石３２は、第１の部分３６の永久磁石３２によって接線方向に囲まれ、電磁石構造体１２によって生じた磁界は、主として、ハイブリッド磁石４０と接線方向に相互作用する。
【００５１】
積層体２６に導入された各第１のポケット２８は、ポケット２８内に形状を合わせた形で置かれた特定のハイブリッド磁石４０に合わせて成形される。さらに、積層体２６は、半径方向の磁界を形成するように、ハイブリッド磁石４０の回転軸４と反対の側で露出されていて、ロータとステータとの間に形成された空隙１０の大きさは一定でない。
【００５２】
ハイブリッド磁石４０の２つのさらなる実施形態が、回転軸４に垂直な断面図で、図３ａおよび図３ｂに示されている。この場合に、第１の部分３６の永久磁石３２の断面は略長方形であるので、永久磁石３２は略直方体形状を有する。図３ａでは、図２に示す実施形態に合わせて、回転軸４に平行に延び、第２の部分３８の永久磁石３２が面一に挿入されるスロット４２が、第１の部分３６の永久磁石３２に導入されている。第２の部分３８の永久磁石３２の実施形態自体は、図２に示すものとほぼ一致している。ハイブリッド磁石４０の前記実施形態は、従来のものと比べて、比較的簡単に製造および保管することができる。
【００５３】
長円形の穴状に成形され、第２の部分３８の永久磁石３２が形状を合わせた形で配置された凹部４４は、やはり図３ｂの回転軸４に垂直な断面図で示されている第１の部分３６の永久磁石３２内で中心に導入されている。言い換えると、第２の部分３８の永久磁石３２は、第１の部分３６の永久磁石３２によって、半径方向および接線方向の両方向に囲まれている。実施形態に従った回転軸４の方向において、第２の部分３８の永久磁石３２は、同様に第１の部分の永久磁石３２によって囲まれるか、または拘束されずに置かれるかのいずれかである。特に、第２の部分３８の永久磁石３２が酸化する傾向がある場合に、前記磁石は、第１の部分３６の永久磁石３２によって覆われる。ハイブリッド磁石４０の図３ａおよび図３ｂに示す２つの実施形態において、２つの永久磁石３２の磁化方向Ｍは互いに平行である。さらに、ロータ６の第１のポケット２８は、磁化方向Ｍが半径方向に延びるように形成されている。この場合に、ハイブリッド磁石４０は、図２に示すものと同様な方法で配置される。言い換えると、ハイブリッド磁石４０の極性は、円周方向に変わる。
【００５４】
図４では、図２、図３ａ、および図３ｂに示すハイブリッド磁石４０を製造する第１の方法４６が、流れ図で概略的に示されている。作製ステップ４８で、最初に、ハイブリッド磁石４０の数量に一致する、第２の部分３８の複数のコアが作製され、ひいては、第２の部分３８の永久磁石３２が形成される。このために、ＮｄＦｅＢが、略直方体形状の１つまたは複数の成形型に押し込まれる。その際に、材料は加熱され、成形プロセス中に、その材料の磁化Ｍに所望の方向を付与するように、外部磁界が材料に加えられる。
【００５５】
充填ステップ５０で、ロータ積層体２６の第１のポケット２８は、粒状の第１の部分３６を充填される。ここで、充填高さは、回転軸４の方向の第１のポケット２８の伸長長さのほぼ１／１０である。挿入ステップ５２で、作製ステップ４８で作製された第２の部分３８の永久磁石３２が、第１のポケット２８に挿入されて、所望のハイブリッド磁石４０に合わせて配置される。したがって、図２および図３ａに示すハイブリッド磁石４０を作製するために、第２の部分３８の永久磁石３２は、第１のポケット２８の半径方向最外境界壁に押し当てて置かれ、積層体２６に対する隙間が接線方向に残る。図３ｂに示すハイブリッド磁石４０を作製するために、第２の部分３８の各永久磁石３２は、ほぼ中心で、特定の第１のポケット２８に挿入されて、第２の部分３８の永久磁石３２は、ロータの積層体２６と機械的に直接接触しない。正しくは、ハイブリッド磁石４０の特定のコアを形成する第２の部分３８の各永久磁石３２は、第１の部分３６以外のものとさらに接触しない。
【００５６】
磁界をかけるステップ５４で、第１のポケット２８の領域に半径方向の外部磁界がかけられ、この外部磁界は、この領域において、望ましいハイブリッド磁石４０の磁化方向Ｍに平行である。この点について、第２の部分３８の永久磁石３２の領域の磁界は、永久磁石３２の磁化方向と平行であり、所望の位置での永久磁石３２の保持を簡単にする。さらなる充填ステップ５６で、残りの第１の部分３６が第１のポケット２８に充填され、一方で、外部磁界により、他方で、第２の部分３８の永久磁石３２によって発生した磁界により、第１の部分３６が、ハイブリッド磁石４０の所望の磁化方向Ｍに従って配向される。特定のポケット２８は、第１の部分３６で完全に満たされて、第２の部分３８の各永久磁石３２は、第１の部分３６によって完全に覆われる。言い換えると、第２の部分３８の各永久磁石３２は、特定の第１の部分３６によって両側を回転軸４の方向に囲まれる。
【００５７】
圧縮ステップ５８で、第１の部分３６の寸法的に安定した永久磁石３２が作製され、第１の部分３６は、回転軸４に平行な方向に圧縮され、それにより焼結される。その際に、第１の部分３６はさらに加熱される。ただし、温度は、一方で、第１の部分３６の粒状構造が保たれるように、第１の部分３６の再結晶温度未満のままであり、他方で、第２の部分３８の永久磁石３２の完全な消磁を引き起こす温度未満のままである。
【００５８】
そのような手順により、第２の部分の永久磁石３２は、寸法的にほぼ安定したままであり、第１のポケット２８は損傷を受けない。焼結５８中に、第１の部分３６の寸法的に安定した永久磁石３２は、第２の部分３８の永久磁石３２に結合される。第１の部分３６および第２の部分３８の永久磁石３２の磁化方向Ｍは互いに平行であり、これが、ハイブリッド磁石４０もまたほぼ一様な磁化方向を有する理由である。
【００５９】
２つの永久磁石３２を結合してハイブリッド磁石４０を形成した後、切断ステップ６０で外部磁界が除去される。第１のポケット２８ではなくて、この事例のために特別に用意された成形型を圧縮成形型として使用した場合、形成されたハイブリッド磁石は、取り外しステップ６２で圧縮成形型から取り出され、所望の長さに調整される。特定のハイブリッド磁石４０の長さは、この場合に、積層体２６の用意された第１のポケット２８に一致する。
【００６０】
ハイブリッド磁石４０のさらなる実施形態が図５に示されている。ハイブリッド磁石４０は、好ましい方向Ｍに磁化された第２の部分３８の直方体の永久磁石３２を有する。磁化方向Ｍは、永久磁石３２の伸長方向に垂直であり、直方体の境界面６４に平行である。同様に直方体である第１の部分３６の永久磁石３２は、境界面６４に密着して置かれている。したがって、ハイブリッド磁石４０も直方体として形成されている。第２の部分３８の永久磁石３２の境界面６４に塗布され、永久磁石３２を同時に保持する接着層６６は、永久磁石３２間に配置される。第１の部分３６の各永久磁石３２の体積は、第２の部分３８の永久磁石３２の体積のほぼ半分である。ただし、第１の部分３６の各永久磁石３２が、第１の部分３６の永久磁石３２のほぼ１／１０の体積を有するように、第２の部分３８の永久磁石３２の体積を縮小することも可能である。この場合に、第２の部分３８の各永久磁石３２の境界面６４は、全面にわたって第１の部分３６の特定の永久磁石３２によって覆われる。
【００６１】
図５に示すハイブリッド磁石４０を製造する第２の方法６８が、図６に流れ図で概略的に示されている。２つの異なる、実質的に独立した作製ステップ７０、７２で、ハイブリッド磁石４０のコアを形成する第２の部分３８の永久磁石３２と母ブロックとが作製され、母ブロックの断面は、第１の部分３６の永久磁石３２の断面に実質的に一致する。母ブロックは、その一方で、伸長方向に第１の部分３６の永久磁石３２の長さの２倍の長さを有する。
【００６２】
ブロックおよびコアは射出成形技術で作製され、ブロックおよびコアの両方が形成されている間、コアおよび母ブロックに所望の磁化Ｍを加えるために、作製プロセスに使用される成形型に外部磁界がかけられる。二分ステップ７４で、作製ステップ７２で形成された母ブロックは半分に切断され、それにより、断面がハイブリッド磁石４０の第１の部分３６の永久磁石３２の断面と一致し、長さも同じである２つのブロックが形成される。言い換えると、第１の部分３６の２つの永久磁石３２が、切断によって母ブロックから作製される。
【００６３】
結合ステップ７６で、第２の部分３８の永久磁石３２の２つの境界面６４に接着層６６が設けられ、第１の部分３６の永久磁石３２が、第２の部分３８のコアを形成する各永久磁石３２に貼り付けられる。貼付後、永久磁石３２は互いに押し付けられ、それにより、互いに向かう力が、第１の部分３２の両方の永久磁石３２に加えられる。このようにして作製された複合物は、調整ステップ７８で所望するハイブリッド磁石４０の長さに切断または鋸挽きされる。
【００６４】
図７ａおよび図７ｂでは、磁化方向Ｍがほぼ半径方向である組立て済みのハイブリッド磁石４０の２つのさらなる実施形態が、回転軸４に垂直な断面図で詳細に示されている。第１の部分３６の永久磁石３２は、第２のポケット３０に配置された第２の部分３８の永久磁石３２に対して接線方向に配置され、形状を合わせた形でロータ積層体２６の第１のポケット２８に配置されている。磁化方向Ｍに平行に延び、特定のポケット２８、３０の壁を形成しているロータ積層体２６の横材８０は、隣接する永久磁石３２間に配置されている。したがって、特定のハイブリッド磁石４０の永久磁石３２は、機械的に直接接触していない。
【００６５】
比較的小さい第２の保磁力Ｈｃｊ２を有する、第２の部分３８の永久磁石３２は、第１の部分３６の永久磁石３２のこの種の配置を用いて、電磁石構造体１２によって発生した磁界による減磁から比較的効果的に保護される。ハイブリッド磁石４０によって発生した磁界を誘導するために、ロータ６の断面は、図１に示す例のような円形ではない。ロータは、ハイブリッド磁石４０の領域に、図２に示すロータ６と同様の、各ハイブリッド磁石４０に対して半径方向の凸部８２を有する。
【００６６】
図７ｂに示すハイブリッド磁石４０は、半径方向、したがって、個々の永久磁石３２の配置方向に垂直な方向において、第２の部分３８の永久磁石３２の伸長範囲が伸びている点で、図７ａに示す磁石とは異なっている。それにより、第２のポケット３０および第２の部分３８の永久磁石３２は、凸部８２内に突出している。
【００６７】
本発明は、上記の例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明の主題を逸脱することなく、当業者は、本明細書から本発明の他の変形形態を導き出すこともできる。さらに、特に、例示的な実施形態に関連して説明したすべての個々の特徴は、本発明の主題から逸脱することなく、様々な態様で互いに組み合わせることができる。
【符号の説明】
【００６８】
２  電気機械
４  回転軸
６  ロータ
８  ステータ
１０  空隙
１２  電磁石構造体
１４  ステータ積層体
１６  歯
１８  スロット
２０  コイル
２２  シャフト
２４  コア
２６  積層体
２８  第１のポケット
３０  第２のポケット
３２  永久磁石
３４  永久磁石構造体
３６  第１の部分
３８  第２の部分
４０  ハイブリッド磁石
４２  スロット
４４  凹部
４６  第１の方法
４８  作製ステップ
５０  充填ステップ
５２  挿入ステップ
５４  磁界をかけるステップ
５６  充填ステップ
５８  圧縮ステップ
６０  磁界除去ステップ
６２  取り外しステップ
６４  境界面
６６  接着層
６８  第２の方法
７０  作製ステップ
７２  作製ステップ
７４  二分ステップ
７６  結合ステップ
７８  調整ステップ
８０  横材
８２  凸部
Ｂｒ１  第１の残留磁気
Ｂｒ２  第２の残留磁気
ＨｃＪ１  第１の保磁力
Ｈｃｊ２  第２の保磁力  
Ｍ  磁化方向
Ｔ  動作温度
【図１】
2015510388.tif 000003
【図２】
2015510388.tif 000004
【図３ａ】
2015510388.tif 000005
【図３ｂ】
2015510388.tif 000006
【図４】
2015510388.tif 000007
【図５】
2015510388.tif 000008
【図６】
2015510388.tif 000009
【図７ａ】
2015510388.tif 000010
【図７ｂ】
2015510388.tif 000011
【国際調査報告】
2015510388.tif 000012
2015510388.tif 000013
2015510388.tif 000014
2015510388.tif 000015