(57)【要約】  電気機械ロータおよび電気機械が開示されている。電気機械ロータは、軸と、ロータに磁極を形成するために配置された一対の永久磁石と、極鉄と、一対の向き合った補極鉄と、を含んでよい。極鉄は、磁石の対を補極鉄に対しておよび軸に関して保持してもよい。電気機械ロータは、ロータと、ステータ鉄および少なくとも１つのコイルを有するステータとを備える電気機械に組み付けられてもよい。幾つかの例では、軸は、中空であってもよい、非磁性であってもよい、繊維強化されていてもよいおよび／または少なくとも部分的に適切な複合材料から製造されていてもよい。
2015500620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械ロータであって、
中空の非磁性の軸と、
ロータ上に磁極を形成するように配置された一対の永久磁石と、
該一対の永久磁石の間に配置され、かつ前記軸に固定された極鉄と、
一対の向き合った補極鉄と、を備え、前記極鉄は、前記一対の磁石のそれぞれを、前記一対の向き合った補極鉄の対応する１つに対して押し付けていることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項２】
前記軸は、少なくとも部分的に繊維強化複合材料から製造されている、請求項１記載のロータ。
【請求項３】
前記軸の少なくとも一部分は、実質的に円筒形のマンドレルに巻き付けられたフィラメントまたはテープである、請求項２記載のロータ。
【請求項４】
前記極鉄および前記補極鉄は、積層された構造である、請求項１記載のロータ。
【請求項５】
前記永久磁石のそれぞれは、実質的に矩形の横断面を有し、前記軸の外面に対して斜めに向きづけられている、請求項１記載のロータ。
【請求項６】
少なくとも１つの締結具を備え、前記軸は、内面および外面を有し、前記少なくとも１つの締結具は、前記軸の内面に対して当接し、前記極鉄を前記軸の外面に向かって押し付ける、請求項１記載のロータ。
【請求項７】
電気機械に組み付けられ、該電気機械は、ロータと、ステータ鉄および少なくとも１つのコイルを含むステータとを備える、請求項１記載のロータ。
【請求項８】
繊維強化複合材の軸と、
該軸の周囲に周方向に配置された複数の永久磁石対と、
複数の極鉄であって、各極鉄は、該複数の永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１及び第２の永久磁石の間に配置されている、複数の極鉄と、
複数の向き合った補極鉄対であって、各極鉄は、前記永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１及び第２の永久磁石を、前記向き合った補極鉄対のうちの１つの補極鉄対のそれぞれの第１及び第２の補極鉄に対して保持している、複数の向き合った補極鉄対と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項９】
前記極鉄および前記補極鉄のうちの少なくとも幾つかは、積層された構造のものである、請求項８記載のロータ。
【請求項１０】
前記軸は、実質的に円筒状の中空の本体を有する、請求項８記載のロータ。
【請求項１１】
複数の締結具を備え、前記軸は、内面および外面を有し、前記複数の締結具のうちの少なくとも１つは、前記軸の前記内面に対して当接し、前記複数の極鉄のうちの１つを前記軸の前記外面に向かって押し付ける、請求項１０記載のロータ。
【請求項１２】
前記軸は、少なくとも部分的に、フィラメントまたはテープ巻付けプロセスによって製造されており、少なくとも１つの締結具は、前記内面から前記外面まで延びた孔を通って実質的に円筒状の中空の本体を貫通しており、前記孔は、前記フィラメントまたはテープ巻付けプロセスの間にマンドレルから延びたピンによって形成される、請求項１１記載のロータ。
【請求項１３】
前記複数の永久磁石対のうちの少なくとも幾つかの永久磁石対の第１および第２の永久磁石のうちの少なくとも一方が、前記軸の周面に対して斜めに向きづけられている、請求項８記載のロータ。
【請求項１４】
それぞれの永久磁石対の第１および第２の永久磁石は、向き合った補極鉄対のうちの１つの補極鉄対のそれぞれの第１および第２の補極鉄を前記軸に対して保持する、請求項８記載のロータ。
【請求項１５】
電気機械に組み付けられ、該電気機械は、ロータと、ステータ鉄および少なくとも１つのコイルを含むステータとを備える、請求項８記載のロータ。
【請求項１６】
電気機械ロータであって、
中空の繊維強化複合材の軸と、
ロータに磁極を形成するように配置された、一対の、斜めに向きづけられた永久磁石と、
磁石の対の間に配置されかつ磁石を軸に対して半径方向で保持する極鉄と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項１７】
斜めに向きづけられた永久磁石の対のそれぞれは、実質的に矩形の横断面を有する、請求項１６記載のロータ。
【請求項１８】
一対の向き合った補極鉄を備え、前記極鉄は、磁石の対のそれぞれを、向き合った補極鉄の対の対応する補極鉄に対して押し付ける、請求項１６記載のロータ。
【請求項１９】
磁石の対のそれぞれは、向き合った補極鉄の対の対応する補極鉄を軸の外面に対して押し付ける、請求項１８記載のロータ。
【請求項２０】
極鉄および補極鉄の少なくとも幾つかは、少なくとも１つの軸方向に延びた部材によって支持された、軸方向に積層された層を含む、請求項１８記載のロータ。
【請求項２１】
少なくとも１つの締結具を備え、前記軸は、内面および外面を有し、前記少なくとも１つの締結具は、前記軸の内面に対して当接し、前記極鉄を前記軸の外面に向かって押し付ける、請求項１８記載のロータ。
【請求項２２】
前記軸は、少なくとも部分的に、フィラメントまたはテープ巻付けされている、請求項１６記載の電気機械ロータ。
【請求項２３】
電気機械に組み付けられ、該電気機械は、ロータと、ステータ鉄および少なくとも１つのコイルを含むステータとを備える、請求項１６記載のロータ。
【請求項２４】
電気機械ロータであって、
軸線に沿って端部まで延びたロータ本体と、
前記ロータ本体の前記端部に固定されかつ該端部から前記軸線に沿って延びた、少なくとも１つの中空の繊維強化複合材の軸と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項２５】
少なくとも１つの中空の繊維強化複合材の軸が、前記ロータ本体の前記端部に接着により結合されている、請求項２４記載のロータ。
【請求項２６】
それぞれが端部を有する複数の、同軸に配置された中空の繊維強化複合材の軸を備え、ロータ本体の端部は、複数の環状の開口を有し、複数の同軸に配置された軸のそれぞれの端部は、複数の環状の開口の対応する１つに接着により結合されている、請求項２４記載のロータ。
【請求項２７】
前記ロータ本体は、少なくとも１つの永久磁石を有する、請求項２４記載のロータ。
【請求項２８】
前記ロータ本体は、界磁巻線を有する、請求項２４記載のロータ。
【請求項２９】
誘導電気機械において使用するために構成された請求項２４記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願とのクロスリファレンス
本願は、２０１１年１１月３０に出願された、“Electrical Machines and Electrical Machine Rotors”という名称の米国特許仮出願第６１／５６５０６６号明細書の利益および優先権を主張する。上に特定した特許出願の完全な開示は、全ての目的のために参照によりここに組み込まれる。
【０００２】
開示の分野
本開示は、電気機械、特に電気機械ロータに関する。
【０００３】
背景
永久磁石電気機械およびそのためのロータの例は、米国特許第６４５２３０１号明細書、第６８７９０７５号明細書、第６９６７４２０号明細書および第７６１９３４２号明細書、米国特許出願公開第２００６／０２５５６７９号明細書および第２００８／００８８１９３号明細書、国際公開第０１／６５６６３号、第２００４／０１９４６７号、第２００６／１２４７０４号、第２００７／１１０２８２号、第２００７／１４７９２２号および第２０１１／０１２１３１号、欧州特許出願公開第０９５５７１４号明細書、ならびに特開２００６−１５８００８号公報に開示されている。複合材の軸を備えた電気機械ロータの例は、米国特許第６０７２２５２号明細書および第７６１７５８２号明細書に開示されている。ここで引用されたこれらのおよび全ての他の刊行物の開示は、全ての目的のためにその全体が引用により組み込まれる。
【０００４】
概要
幾つかの例では、電気機械ロータは、中空の非磁性の軸と、ロータに磁極を形成するために配置された一対の永久磁石と、極鉄と、一対の向き合った補極鉄と、を含んでよい。極鉄は、軸に固定された一対の永久磁石の間に配置されてもよく、一対の磁石のそれぞれを、一対の向き合った補極鉄のうちの対応する１つに対して押し付けてもよい。
【０００５】
幾つかの例では、電気機械ロータは、繊維強化複合材の軸と、軸の周囲に周方向に配置された複数の永久磁石対と、複数の極鉄と、複数の向き合った補極鉄対と、を含んでよい。それぞれの極鉄は、複数の永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１および第２の永久磁石の間に配置されていてもよく、永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１および第２の永久磁石を、向き合った補極鉄対のうちの１つの補極鉄対のそれぞれの第１および第２の補極鉄に対して保持してもよい。
【０００６】
幾つかの例では、電気機械ロータは、中空の繊維強化複合材の軸と、ロータに磁極を形成するために配置された一対の斜めに向きづけられた永久磁石と、磁石の対の間に配置された極鉄と、を含んでよい。極鉄は、磁石を軸に関して半径方向で保持してもよい。
【０００７】
幾つかの例では、電気機械ロータは、ロータ本体と、少なくとも１つの中空の繊維強化複合材の軸と、を含んでよい。ロータ本体は、軸線に沿って端部まで延びていてもよい。中空の複合材の軸は、ロータ本体の端部に固定されてもよく、そこから軸線に沿って延びていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】電気機械およびそのロータの非排他的な例示的な例の部分断面図である。
【図２】図１の電気機械などの、電気機械ロータ用の繊維強化複合材の軸の少なくとも一部に巻き付けられるフィラメントまたはテープに適したマンドレルの非排他的な例示的な例の部分断面図である。
【図３】電気機械ロータの別の非排他的な例示的な例の長手方向の軸方向断面図である。
【図４】軸が省略されて示された、図３の電気機械ロータの長手方向の軸方向断面図である。
【図５】電気機械ロータの別の非排他的な例示的な例の長手方向の軸方向断面図である。
【０００９】
詳細な説明
電気機械の非排他的な例示的な例は、概して図１において１０で示されている。そうでないことが明示されない限り、電気機械１０は、説明された、例示されたおよび／またはここに組み込まれた構造、構成部材、機能および／または変化態様のうちの少なくとも１つを含んでよいが、それらを含むことが要求されるわけではない。例示した例では、電気機械１０は、電気機械ロータ１２およびステータ１４の非排他的な例示的な例を含む。ステータ１４は、ステータ鉄１６および少なくとも１つのコイル１８を含む。
【００１０】
電気機械ロータ１２は、軸２０と、ロータに磁極を形成するように配置された永久磁石２２，２４の少なくとも１つの対と、少なくとも１つの極鉄２６と、向き合った補極鉄２８，３０の少なくとも１つの対と、を含む。幾つかの例では、電気機械ロータ１２は、複数の極鉄および複数の向き合った補極鉄対とともに、軸の周囲に周方向に配置された複数の永久磁石対を含んでよい。理解されるように、軸の周囲に周方向に配置された複数の永久磁石対は、ロータに複数の磁極対を形成してもよい。
【００１１】
図１に示したように、軸２０は、内面３６および外面３８によって規定された壁部３４を有する中空本体３２を有してもよい。幾つかの例では、軸２０は、非磁性であってもよい、繊維強化されていてもよいおよび／または少なくとも部分的に適切な複合材料から製造されていてもよい。例えば、軸は、少なくとも部分的に、適切なマトリックスに埋め込まれた複数の適切な強化繊維を含む繊維強化複合材料から製造された、繊維強化複合材の軸であってもよい。幾つかの例では、繊維強化複合材の軸は、実質的に完全に、適切な強化繊維が埋め込まれた適切なマトリックス材料を含む繊維強化複合材料から製造されていてもよい。幾つかの例では、繊維強化複合材の軸は、非磁性であってもよいあらゆる適切な材料から製造された軸を含んでよく、軸は、適切な強化繊維の１つ以上の層によって強化されており、この繊維は、適切なマトリックス材料に埋め込まれている。
【００１２】
軸２０用の適切な繊維の非排他的な例示的な例は、カーボン、アラミド（Kevlar (R)など）、ガラス、ポリエステル、ポリエチレン（Spectra (R)など）、石英、ホウ素、およびアルミニウム繊維を含む。特定のタイプの繊維、または複数の繊維タイプの組合せは、軸２０が、高い強度また高い弾性率、および／または低い熱膨張率などの１つ以上の所望の材料特性を具備または提供するように選択されてもよい。幾つかの例では、軸２０は、約３５０ＧＰａよりも大きい弾性率、約４５０ＧＰａよりも大きい弾性率またはさらに約５００ＧＰａよりも大きな弾性率を有するような、高弾性率、またはさらには超高弾性率の炭素繊維を用いて製造されてもよい。
【００１３】
軸２０の繊維強化複合材用の適切なマトリックス材料の非排他的な例示的な例は、エポキシおよびその他の架橋性ポリマ樹脂などの熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を含む無機高分子および有機重合体を含む。幾つかの例では、所望の機械的、熱的および／または電気的特性を提供するなどのために、１つ以上のフィラー材料がマトリックス材料に付加または含有されてもよい。例えば、窒化ホウ素または酸化アルミニウム粒子がマトリックス材料に付加または含有されてもよい。
【００１４】
幾つかの例では、軸２０の少なくとも一部は、実質的に円筒形の、中空の、繊維強化複合材本体３２を形成するために、繊維の適切なフィラメントまたはテープを、実質的に円筒形であってもよい適切なマンドレルに巻き付けることによってフィラメントまたはテープによって製造されてもよい。フィラメントまたはテープの繊維は巻付けプロセスの間に樹脂で被覆されてもよい、またはフィラメントまたはテープは“プリプレグ”形式であってもよく、硬化されていないまたは部分的に硬化された樹脂によって予め含浸された繊維を備える。幾つかの例では、軸２０の少なくとも一部は、マンドレルおよび／または前もってフィラメントまたはテープが巻き付けられた繊維に、プリプレグ形式であってもよい織られたおよび／または一方向の繊維のシートまたはプライを巻き付けるまたはレイアップすることによって製造されてもよい。理解されるように、軸本体３２の内面３６は、マンドレルの外面によって形成されてもよい。軸本体３２の外面３８は、その巻き付けられたままのまたはラップされたままの仕上げ面を保持してもよいおよび／または所定の程度の平滑度および／または真円度を提供するように加工されてもよい。例えば、本体３２の外面３８は、所定の程度の平滑度および／または真円度を提供するためにマトリックス材料を硬化させた後に旋削または機械加工されてもよい。幾つかの例では、外面には、硬化プロセスのためにおよび／または硬化プロセス中に管に提供されるラップを使用することによって、硬化プロセス中に所定の程度の平滑度および／または真円度を有する仕上げが提供されてもよい。
【００１５】
理解されるように、軸２０の機械的特性は、少なくとも部分的に繊維強化複合材料から製造されている場合、繊維の配向の適切な組合せを用いることによって選択、調整または調節されてもよい。特に、軸２０の軸線４２に対して平行により近い、または実質的に軸方向に整列させられた繊維の含有は、横方向剛性または曲げ抵抗を提供または改善してもよく、軸２０の軸線に関して斜めに向きづけられたまたは傾斜した、もしくは軸がずれた繊維の含有は、ねじり剛性を提供または改善してもよく、これに対して、軸２０の軸線に対してより周方向に近く向きづけられたまたは横方向の繊維の含有は、軸のフープ強度、または横方向圧縮またはバックリングに対する抵抗を提供または改善してもよい。非排他的な例示的な例によれば、繊維は、繊維が軸２０の軸線に対して約プラスまたはマイナス１０度（±１０°）未満の角度で向きづけられているときには実質的に軸方向に整列させられており、繊維が約プラスまたはマイナス１０度（±１０°）と約プラスまたはマイナス８０度（±８０°）との間の角度で向きづけられているときには斜めに向きづけられているまたは傾斜しており、繊維が軸２０の軸線に対して約プラスまたはマイナス８０度（±８０°）と約９０度（９０°）との間の角度で向きづけられているときには周方向に向きづけられているまたは横方向である、と考えられてもよい。幾つかの非排他的な例示的な例では、軸２０は、実質的に軸方向に整列させられているまたは軸の軸線に対して約ゼロ度（０°）である繊維、軸の軸線に対して約プラスまたはマイナス４５度（±４５°）の角度で向きづけられているまたはラップされている繊維、および／または軸の軸線に対して約９０度（９０°）の角度で向きづけられているまたはラップされている繊維、の適切な組合せを含んでよい。
【００１６】
鍛造および／または機械加工された金属の軸と比較して、少なくとも部分的に繊維強化複合材料から形成された軸は、減じられた重量、増大した直径、および／または同様のまたは増大したまたは減じられた剛性を有してもよい。特に、繊維強化複合材料から中空の軸を製造することは、増大した直径を有する軸を提供してもよく、これは、金属の軸と比較して、同様のまたはさらに減じられた重量の、しかしながら同等のまたはより大きな、またはさらに著しく大きな剛性および／または強度の軸を提供してもよい。理解されるように、軸の重量または質量を減じることは、ロータの重量または質量の付随的な減少とともに、軸受の寸法、重量、負荷および／または損失を低減してもよく、これは、改良された軸受寿命を提供してもよい。
【００１７】
幾つかの例では、軸２０は、ロータの能動的な部分からの熱の伝達および放散を補助または改善することなどによって、ロータ１０内の熱伝達を補助または改善してもよい。例えば、中空の軸２０の比較的大きな表面積対体積比は、軸２０から大気への改善されたまたは効率的な熱放散を可能にしてもよい。加えて、軸２０を、少なくとも部分的に、繊維のうちの少なくとも一部が少なくとも部分的に軸方向に整列させられた、炭素繊維などの、比較的高い熱伝導率を有する繊維を含む繊維強化複合材から製造することは、軸を通じたロータの能動的な部分からの熱の改善されたまたは効率的な伝導を可能にしてもよい。比較的大きな直径の繊維強化複合材の軸を通じた熱のこのような改善されたまたは効率的な伝導または放散は、ロータ温度の低下および／またはロータ熱膨張の減少を許容または補助してもよい。加えて、非排他的な例示的な例である炭素繊維強化複合材によって達成されてもよい比較的低い、またはさらにはゼロの熱膨張率は、さもなければ温度上昇とともに生じ得る軸方向および／または半径方向の軸成長を減じてもよい。
【００１８】
理解されるように、より大きな直径を有する電気機械ロータ軸は、より大きな空隙半径または直径を許容してもよく、これは、より高いトルク、より高い速度、より低い周波数、より高い動力、任意のトルクにおけるより高い動力、および／または任意の電気機械トルクおよび／または動力定格のための軸方向機械長さ減少の形式で、電気機械の性能を高めてもよい。さらに、磁気軸軸受とともに使用される場合、少なくとも部分的に繊維強化複合材軸によって実現されてもよいより大きな直径の軸は、軸方向でより短いおよび／またはよりコンパクトな磁気軸軸受の使用を可能にしてもよい。
【００１９】
軸２０は、内面３６から外面３８まで軸の壁部３４を貫通した少なくとも１つの孔４４を有してもよい。孔４４は、硬化した繊維強化複合材軸の壁部を穿孔することを含むあらゆる適切な方法を用いて形成または製造されてもよい。幾つかの例では、孔４４は、フィラメントまたはテープ巻付けプロセス中に少なくとも部分的に形成または製造されてもよい。例えば、軸２０は、図２に示されたマンドレル４８などのマンドレルに巻き付けられたフィラメントまたはテープであってもよい。マンドレル４８は、シャフトの壁部３４を貫通した孔を形成するためにその外面から延びた少なくとも１つのピン５０を有する。マンドレル４８の外面５２は、軸壁部の内面を形成する。
【００２０】
永久磁石２２，２４は、あらゆる適切な構成のものであってもよく、あらゆる適切な材料から製造されてもよい。例えば、図１に示したように、永久磁石２２，２４のそれぞれは、実質的に矩形の断面を有してもよく、磁石２２，２４の対が共同でロータ１２に磁極を形成するように軸２０の外面３８または周面に対して斜めに向きづけられていてもよい。それぞれの磁石２２，２４の磁極は、矢印５５によって提案されているように配置されていてもよい。
【００２１】
図１に示したように、極鉄２６は、磁石２２，２４の対の第１及び第２の磁石の間に配置されており、ボルト６０などの適切な締結具５８によって軸２０に固定されており、極鉄２６は軸２０に対して磁石２２，２４を半径方向で保持している。特に、締結具５８は、孔４４を貫通しており、軸２０の内面３６に当接し、極鉄２６を軸３８の外面に向かって押し付けている。極鉄２６は、磁石２２，２４の対の第１及び第２の磁石のそれぞれを、向き合った補極鉄２８，３０の対の対応する１つに対して押し付け、これにより、磁石２２，２４の対の第１及び第２の磁石を、補極鉄２８，３０の対応する補極鉄に対して保持している。磁石２２，２４の対の第１及び第２の磁石は、対応する補極鉄２８，３０を軸２０に対して保持するために、補極鉄２８，３０の対応する補極鉄を軸２０の外面３８に対して押し付ける。幾つかの例では、極鉄２６および／または補極鉄２８，３０は、磁石２２，２４の１つに係合してもよいおよび／または磁石２２，２４の１つを保持することを補助する、突出部、エッジ、レッジまたはリップなどの１つ以上の特徴部６２を有してもよい。
【００２２】
図１に示したように、ロータ１２は、ワッシャなどの支持部材６４を有してもよく、締結具５８は支持部材６４に対して当接し、支持部材６４は、軸２０の内面３６に対して押し付けられる。支持部材は、接触応力を締結具から軸の内面のより大きな部分に分散させてもよい。支持部材６４には、軸２０の内面３６と係合するおよび／または軸２０の内面３６に合致するように構成された外面６５が設けられていてもよい。例えば、図１に示したように、外面６５は、軸の内面と合致するように丸み付けられていてもよいまたは半径付けられていてもよい。幾つかの例では、軸２０の内面３６は、支持部材６４に係合するようにまたは支持部材６４を受容するように構成されていてもよい。例えば、軸２０の内面３６は、少なくとも１つの支持部材６４を受容するように構成された、少なくともロータのアクティブな部分内などに、少なくとも１つのファセット状のおよび／または概して平坦な領域を有してもよい。軸２０の内面３６におけるこのようなファセット状のおよび／または概して平坦な領域は、幾つかの例では、マンドレルの外面における対応するファセットおよび／または概して平坦な領域によって、フィラメントまたはテープ巻付けプロセス中に製造および／または形成されてもよい。
【００２３】
幾つかの例では、ロータ１２は、複数の締結具５８を有してもよく、これらの締結具５８は、軸方向に延びた列において配置されており、かつ複数の孔４４を通って軸２０の壁部３４を貫通して極鉄２６内へ延びている。このような例では、ロータ１２は、それぞれが締結具５８のうちの少なくとも１つに関連した複数の支持部材６４を有してもよいか、またはロータ１２は、軸方向に延びた支持部材６４を有してもよく、この支持部材６４を通って、特定の軸方向に延びた列における締結具５８のうちの幾つかまたは全てが延びている。幾つかの例では、特定の支持部材は、支持部材が軸の内面の周面に沿って少なくとも部分的に延びているところなどにおいて、極鉄の２つ以上に関連した締結具に関連させられていてもよい。
【００２４】
極鉄２６および補極鉄２８，３０は、あらゆる適切な構成のものであってもよい。例えば、極鉄および／または補極鉄は、レーザ切断またはその他の方式で切断された鉄積層体のスタックから製造または積層されていてもよく、それぞれの鉄積層体は、半ミリメートルと約５ミリメートルとの間（０．５〜５ｍｍ）の厚さを有してもよい。幾つかの例では、鉄積層体のうちの少なくとも幾つかは、約半ミリメートル（０．５ｍｍ）未満または約５ミリメートル（５ｍｍ）よりも大きい厚さを有してもよい。
【００２５】
幾つかの例では、極鉄２６および／または補極鉄２８，３０は、１つ以上の軸方向に延びた補剛材または補強部材６６を有してもよい。このような例では、補強部材６６は、張力を受けるようにプレストレスまたはポストストレスをかけられてもよく、補強部材６６が鉄積層体を軸方向圧縮状態に維持するように、末端の積層体に溶接またはその他の形式で固定されてもよい。
【００２６】
幾つかの例では、極鉄２６および／または補極鉄２８，３０は、１つ以上の軸方向に延びたベントまたはチャネル６８を有してもよく、このベントまたはチャネル６８は、ロータ１２および電気機械１０を通るおよび／またはロータ１２および電気機械１０の周囲の冷却材または空気循環を可能にするまたは高める。幾つかの例では、軸２０は、軸の壁部３４を貫通してもよい、１つ以上の、概して半径方向に向けられた通気特徴部、通路または開口を有してもよい。
【００２７】
磁石２２，２４と軸２０との間の領域７０は、図１に示したように開放していてもよいか、またはこれらの領域は、少なくとも１つの、軸方向に延びたチャネルまたは通気通路を有してもよい適切な構造で充填されていてもよい。
【００２８】
幾つかの例では、ロータ１２は、空隙７２の近くで、周囲に沿って延びたスリーブを有してもよい。
【００２９】
理解されるように、軸２０のために繊維強化複合材などの非磁性材料を使用することは、軸を通る磁束漏れを減じてもよい。さらに、非磁性軸材料の使用は、締結具５８のために、ステンレス鋼などの非磁性材料を使用する必要性を排除してもよく、これは、磁性材料または強磁性材料から製造されたものを含む、より高い強度の締結具の使用を許容してもよい。
【００３０】
理解されるように、繊維強化複合材などの非磁性材料から製造された比較的大きな直径の中空の軸２０と、締結具が非磁性である必要がない場合に使用されてもよいより高い強度の締結具５８との組合せは、より大きな空隙直径を有するおよび／またはより高速の運転を可能にする電気機械設計を許容または補助してもよい。例えば、電気機械１０は、ロータ１２が、約２００Ｎ／ｍｍを超える、またはさらに約５００Ｎ／ｍｍを超える、約８００Ｎ／ｍｍ以上の、軸方向単位長さ当たりの遠心力を受けるように寸法決めされてもよい、および／またはこのような遠心力を受ける速度で運転されてもよい。
【００３１】
電気機械１０などの電気機械において使用するのに適していてもよい、電気機械ロータの別の非排他的な例示的な例は、図３および図４において概して８２で示されている。そうでないことが明示されない限り、電気機械ロータ８２は、説明された、例示されたおよび／またはここに組み込まれた構造、構成部材、機能および／または変化態様のうちの少なくとも１つを含んでよいが、それらを含むことが要求されるわけではない。例示した例では、電気機械ロータ８２は、軸線８６に沿って端部８８まで延びたロータ本体８４を有し、軸線８６に沿ってロータ本体８４の端部８８から延びた少なくとも１つの中空の軸９０を備えている。幾つかの例では、ロータ本体８４は、少なくとも部分的に中空であってもよいおよび／またはロータ本体８４を貫通した開口を有してもよい。幾つかの例では、ロータ本体８４は、少なくとも１つの永久磁石９２を有してもよい。ロータ８２が巻線界磁型同期機械に組み込まれている場合などの幾つかの場合には、ロータ本体８４は、界磁巻線９４を有してもよい。
【００３２】
軸９０は、ここで説明されているように、繊維強化複合材料を含んでよいまたは繊維強化複合材料から製造されていてもよく、接着剤ボンディングなどによってロータ本体８４の端部８８に固定されていてもよい。例えば、図３および図４に示したように、ロータ本体８４の端部８８は、軸線８６と同軸に配置された少なくとも１つの環状の開口９６を有してもよく、軸９０の端部は、対応する環状の開口９６に接着で結合されているまたはその他の方法で固定されている。
【００３３】
幾つかの例では、ロータ本体８４は、軸線８６に沿って端部８８から、端部８８とは反対側の第２の端部まで延びていてもよい。このような例では、少なくとも１つの中空の軸は、ロータ本体８４の第２の端部から軸線８６に沿って延びていてもよい。
【００３４】
幾つかの例では、軸９０および／または環状の開口９６の端部は、軸９０と端部８８との間の継手の機械的特性を高めるように対応して構成されていてもよい。例えば、軸９０の端部および環状の開口９６は、１つ以上のカステレーションなどの１つ以上の機械的にインターロックするまたはキーするエレメントを有してもよく、これは、軸９０とロータ本体８４の端部８８との間のトルク伝達を補助するまたはさらに高めてもよい。
【００３５】
幾つかの例では、ロータ８２は、誘導電気機械において使用するために構成されていてもよい。例えば、ロータ８２は、かご形回転子、スリップリングロータまたはソリッドコアロータとして構成されていてもよい。
【００３６】
電気機械１０などの電気機械において使用するのに適していてもよい、電気機械ロータの別の非排他的な例示的な例は、図５において概して１０２で示されている。そうでないことが明示されない限り、電気機械ロータ１０２は、説明された、例示されたおよび／またはここに組み込まれた構造、構成部材、機能および／または変化態様のうちの少なくとも１つを含んでよいが、それらを含むことが要求されるわけではない。例示した例では、電気機械ロータ１０２は、中央開口１０６を有するロータ本体１０４を有しており、このロータ本体１０４は軸線１０８に沿って端部１１０まで延びている。複数の同軸に配置された中空の軸１１２は、ロータ本体１０４の端部１１０から軸線１０８に沿って延びている。幾つかの例では、ロータ本体１０４は、少なくとも１つの永久磁石１１４を有してもよい。ロータ１０２が巻線界磁型同期機械に組み込まれている場合などの幾つかの場合には、ロータ本体１０４は、界磁巻線１１５を有してもよい。幾つかの例では、ロータ１０２は、スリーブ１１６を有してもよい。
【００３７】
図５に示したように、ロータ本体１０４の端部１１０は、同軸に配置された複数の環状の開口１１８を有し、これらの開口１１８には、同軸に配置された複数の中空の軸１１２の端部が、接着結合などによって固定されていてもよい。幾つかの例では、中空の軸１２の壁厚および／または繊維の向きは異なってもよい、および／または隣接する中空の軸１１２の間の間隙１２０は異なってもよい。
【００３８】
幾つかの例では、ロータ本体１０４は、軸線１０８に沿って端部１１０から第２の端部まで延びていてもよい。このような例では、同軸に配置された複数の軸は、ロータ本体１０４の第２の端部から軸線１０８に沿って延びていてもよい。
【００３９】
隣接する中空の軸１１２の間の間隙１２０の存在により、隣接する中空の軸１１２の間に空気または冷却流が提供されてもよい。幾つかの例では、１つ以上の軸１１２は、軸１１２の壁部を貫通した少なくとも１つの開口または孔を有してもよく、これにより、空気または冷却流はロータ本体１０４のアクティブな部分へ方向付けられてもよく、これは、ロータおよび／またはその様々な構成部材のいずれかの冷却を補助してもよい。
【００４０】
幾つかの例では、ロータ１０２は、誘導電気機械において使用するために構成されていてもよい。例えば、ロータ１０２は、かご形回転子、スリップリングロータまたはソリッドコアロータとして構成されていてもよい。
【００４１】
ここで使用される場合、“構成されている”という用語は、特定されたエレメント、構成部材、またはその他の主体が、指示された作用を行うおよび／または指示された形式で行う、操作する、動作するおよび／または反応するように選択、形成、実施、利用、設計、修正、調整および／または意図されていることを意味すると解釈されるべきである。
【００４２】
ここに示された開示は、独立したユーティリティを備えた複数の個別の発明を包含すると考えられている。これらの発明のそれぞれはその好適な形態で開示されているが、ここに開示および例示された発明の特定の実施の形態は、制限する意味で考えられるべきではない。なぜならば、多くの変化態様が可能であるからである。開示の主体は全て、ここに開示された様々な要素、特徴、機能および／または特性の新規でかつ非自明な組合せおよび部分的組合せを含む。同様に、開示および／または請求項における“１つの”または“第１の”エレメント、またはその均等物の引用は、１つ以上のこのようなエレメントの組込みを含むものと理解されるべきであり、２つ以上のこのようなエレメントを要求または排除しない。
【００４３】
以下の請求項は特に、開示された発明のうちの１つに向けられかつ新規で非自明なある組合せおよび部分的組合せを特に指摘すると考えられる。特徴、機能、エレメントおよび／または特性のその他の組合せおよび部分的組合せにおいて具体化された発明は、本願請求項の補正または本願または関連出願における新たな請求項の提示によって請求されてもよい。このような補正されたまたは新たな請求項は、異なる発明に向けられているかまたは同じ発明に向けられているか、元の請求項に対して範囲が異なる、より広い、より狭いまたは等しいかにかかわらず、本開示の発明の主体に含まれるものと見なされる。
【図１】
2015500620.tif 000003
【図２】
2015500620.tif 000004
【図３】
2015500620.tif 000005
【図４】
2015500620.tif 000006
【図５】
2015500620.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成26年8月5日(2014.8.5)
【手続補正１】
【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】
電気機械ロータであって、
中空の非磁性の軸と、
ロータ上に磁極を形成するように配置された一対の永久磁石と、
該一対の永久磁石の間に配置され、かつ前記軸に固定された極鉄と、
一対の向き合った補極鉄と、を備え、前記極鉄は、前記一対の磁石のそれぞれを、前記一対の向き合った補極鉄の対応する１つに対して押し付けていることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項２】
前記極鉄は、前記磁石を前記軸に対して半径方向に保持し、磁石の対のそれぞれは、向き合った補極鉄の対の対応する補極鉄を軸の外面に対して押し付ける、請求項１記載のロータ。
【請求項３】
繊維強化複合材の軸と、
該軸の周囲に周方向に配置された複数の永久磁石対と、
複数の極鉄であって、各極鉄は、該複数の永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１及び第２の永久磁石の間に配置されている、複数の極鉄と、
複数の向き合った補極鉄対であって、各極鉄は、前記永久磁石対のうちの１つの永久磁石対の第１及び第２の永久磁石を、前記向き合った補極鉄対のうちの１つの補極鉄対のそれぞれの第１及び第２の補極鉄に対して保持している、複数の向き合った補極鉄対と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項４】
前記極鉄および／または前記補極鉄の少なくとも一方は、積層された構造である、請求項１記載のロータ。
【請求項５】
前記積層された構造は、少なくとも１つの軸方向に延びた部材によって支持された、軸方向に積層された層を含む、請求項４記載のロータ。
【請求項６】
電気機械ロータであって、
中空の繊維強化複合材の軸と、
ロータに磁極を形成するように配置された、一対の、斜めに向きづけられた永久磁石と、
磁石の対の間に配置されかつ磁石を軸に対して半径方向で保持する極鉄と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項７】
前記永久磁石のそれぞれは、実質的に矩形の横断面を有し、前記軸の外面に対して斜めに向きづけられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項８】
前記軸は、少なくとも部分的に繊維強化複合材料から製造されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項９】
前記軸の少なくとも一部分は、少なくとも部分的に、実質的に円筒形のマンドレルに巻き付けられたフィラメントまたはテープである、請求項８記載のロータ。
【請求項１０】
少なくとも１つの締結具を備え、前記軸は、内面および外面を有し、前記少なくとも１つの締結具は、前記軸の内面に対して当接し、前記極鉄を前記軸の外面に向かって押し付ける、請求項１から８までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１１】
前記軸は、少なくとも部分的に、フィラメントまたはテープ巻付けプロセスによって製造された実質的に円筒形の中空の本体を有し、少なくとも１つの締結具は、前記内面から前記外面まで延びた孔を通って実質的に円筒状の中空の本体を貫通しており、前記孔は、前記フィラメントまたはテープ巻付けプロセスの間にマンドレルから延びたピンによって形成される、請求項１０記載のロータ。
【請求項１２】
少なくとも１つの支持部材を有し、前記少なくとも１つの締結具は、前記少なくとも１つの支持部材によって前記軸の内面に当接しており、前記少なくとも１つの支持部材を前記軸の内面に対して押し付けるように前記少なくとも１つの締結具は前記少なくとも１つの支持部材に当接している、請求項１０または１１記載のロータ。
【請求項１３】
電気機械に組み付けられ、該電気機械は、ロータと、ステータ鉄および少なくとも１つのコイルを含むステータとを備える、請求項１から１２までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１４】
電気機械ロータであって、
軸線に沿って端部まで延びたロータ本体と、
前記ロータ本体の前記端部に固定されかつ該端部から前記軸線に沿って延びた、少なくとも１つの中空の繊維強化複合材の軸と、を備えることを特徴とする、電気機械ロータ。
【請求項１５】
少なくとも１つの中空の繊維強化複合材の軸が、前記ロータ本体の前記端部に接着により結合されている、請求項１４記載のロータ。
【請求項１６】
それぞれが端部を有する複数の、同軸に配置された中空の繊維強化複合材の軸を備え、ロータ本体の端部は、複数の環状の開口を有し、複数の同軸に配置された軸のそれぞれの端部は、複数の環状の開口の対応する１つに接着により結合されている、請求項１４記載のロータ。
【請求項１７】
前記ロータ本体は、少なくとも１つの永久磁石または界磁巻線を有する、請求項１４から１６までのいずれか１項記載のロータ。
【請求項１８】
誘導電気機械において使用するために構成された請求項１４から１７までのいずれか１項記載のロータ。
【国際調査報告】
2015500620.tif 000008
2015500620.tif 000009
2015500620.tif 000010
2015500620.tif 000011
2015500620.tif 000012