(57)【要約】電動モータのロータ（７）が、その表面及び／又は内部に切欠き（１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９）を備えており、該切欠きが、ロータ（７）の表面に対して半径方向に向いていてロータ（７）を通って延びる磁束線を遮断しないように位置決めされ、かつ形状規定されている。該切欠きがロータの熱容量を減少させて、磁気材料から成っていて複数の永久磁石（８，９，１０，１１）を形成する層が、ロータ（７）の表面に射出成形できる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石励磁式の電動モータであって、ロータ（７）を備えており、ロータの、ステータ（１）の内面に向いた表面に、複数の永久磁石（８，９，１０，１１）が配置されている形式のものにおいて、ロータ（７）がロータの表面及び／又はロータの内部に切欠き（１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９）を備えており、該切欠きが、ロータ（７）の表面に対して半径方向に向かってロータ（７）を通って流れる磁束線を該切欠きによって遮断しないように位置決めされ、かつ形状規定されていることを特徴とする永久磁石励磁式の電動モータ。
【請求項２】
切欠き（１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９）が、ロータ（７）の表面に対して接線方向若しくはほぼ接線方向に向かってロータ（７）を通って流れる磁束線を遮断するように位置決めされ、形状規定されている請求項１記載の電動モータ。
【請求項３】
永久磁石（８，９，１０，１１）が、プラスチック結合された磁気材料から成っていてロータ（７）の表面に射出成形された層によって形成されている請求項１記載の電動モータ。
【請求項４】
極性を互いに逆にされたそれぞれ２つの永久磁石（８，９，１０，１１）間の領域でロータ（７）の表面に切欠き（１２，１３，１４，１５）を設けてあり、該切欠きがロータ（７）の縦軸線の方向に延びている請求項１又は２記載の電動モータ。
【請求項５】
切欠き（１２，１３，１４，１５）がダブテール形の横断面を有している請求項４記載の電動モータ。
【請求項６】
互いに隣接していてかつ極性を互いに逆にされたそれぞれ２つの永久磁石（８，９，１０，１１）間の各移行部の下側でロータ（７）の内部に少なくとも１つの切欠き（１６，１７，１８，１９）を設けてあり、該切欠きが、ロータ（７）の縦軸線に対して横方向に配置されたスリットの形を有しており、該スリットがロータ（７）の縦軸線の方向に延びている請求項１又は２記載の電動モータ。
【請求項７】
ロータ（７）の内部の単数若しくは複数の切欠き（１６，１７，１８，１９）内に、ロータ（７）の不釣り合いを補償する材料が挿入されている請求項１又は６記載の電動モータ。
【請求項８】
ロータ（７）が、積層された鉄薄板によって形成されている請求項１から７までのいずれか１項記載の電動モータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術背景
本発明は、永久磁石励磁式の電動モータであって、ロータを備えており、ロータの、ステータの内面に向いた表面に複数の永久磁石が配置されている形式のものに関する。
【０００２】
この種の永久磁石励磁式の電動モータは、例えば米国特許第６２０４５８７号明細書若しくはドイツ連邦共和国特許第３８４４０７４Ｃ２号明細書によって公知である。該明細書記載された電動モータのロータは、その表面に永久磁石を保持しており、この場合、それぞれ隣接の永久磁石が、互いに逆向きに磁化されている。特にドイツ連邦共和国特許第３８４４０７４Ｃ２号明細書の記載により明らかであるように、高速回転のモータにおいては、永久磁石に作用する遠心力を受け止めるための手段が講じなければならない。このために、ロータに材料密度の高い中空シリンダが、それも該中空シリンダの内壁を直接に永久磁石に接触させて被せ嵌められている。これによって、永久磁石が所定位置でロータに固定され、その結果、永久磁石の、回転数の著しく高い場合にも確実な取り付けが達成されている。永久磁石の固定のための費用のかかるこの種の手段は、永久磁石が大きな壁厚さを有していて、その結果、永久磁石が半径方向にではなく横方向に磁化でき、その結果、ロータを通る磁束経路を省略できる場合にしか用いられない。大きな壁厚を有する永久磁石は、一般的に磁気材料から圧縮成形される。圧縮成形された磁気材料は、比較的わずかな機械的引張強度しか有しておらず、従って永久磁石の、例えばドイツ連邦共和国特許第３８４４０４７Ｃ２号明細書に示してあるような帯金結合が必要である。
【０００３】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電動モータを改善して、永久磁石を形成する磁気材料を比較的に薄い層でロータの表面に直接に装着できるようにすることである。
【０００４】
発明の利点
前記課題を解決するために請求項１に記載の本発明の構成では、永久磁石のための材料を表面に設けられるべきロータが該ロータの表面及び／又は該ロータの内部に、切欠きを備えており、該切欠きが、ロータの表面に対して半径方向に向かってロータを通って流れる磁束線、即ち磁束経路を該切欠きによって遮断しないように位置決めされ、かつ該切欠きの形状を規定されている。
【０００５】
ロータの鉄の熱膨張係数と磁気材料の熱膨張係数とが著しく異なっており、ロータの大きな熱容量が、例えば射出成形によってロータに設けられた磁気材料の迅速な冷却を生ぜしめることになる。これに起因して、設けられた磁気材料に亀裂を生ぜしめるおそれがある。このような不都合な作用が、本発明の手段でロータの熱容量をロータ内に設けられた切欠きによって減少させることに基づき避けられる。ロータの永久磁石から半径方向にロータとステータとの間の空隙に向かって延びる励磁磁束が、モータの有効なトルクを高めるので、切欠きは、該切欠きによってロータの表面に対する半径方向の磁束線を遮断することのないように位置決めされている。
【０００６】
本発明の有利な実施態様が従属請求項に記載してある。
【０００７】
ロータの表面に対して接線方向若しくはほぼ接線方向に向かってロータを通って延びる磁束線は、ロータの有効なトルクを減少させるので、切欠きが有利には、ロータの表面に対して接線方向若しくはほぼ接線方向に向いた磁束線を該切欠きによって遮断するように位置決めされ、かつ形状を規定されている。
【０００８】
永久磁石は有利には、プラスチック結合された磁気材料から成っていてロータの表面に射出成形された層によって形成されている。
【０００９】
有利には、極性を互いに逆にされたそれぞれ２つの永久磁石間の領域でロータの表面に切欠きを設けてあり、該切欠きがロータの縦軸線の方向に延びている。ロータの遠心力に抗する力若しくは求心力が、前記切欠きをダブテール形の横断面で形成することによって高められる。切欠きのダブテール形状が永久磁石の嵌合接合を可能にするので、該切欠きが永久磁石を回転運動に対してだけではなく、半径方向の運動に対しても確実に保持する。
【００１０】
ロータの表面に設けられた切欠きに加えて付加的に、若しくはもっぱらロータ内だけに、それも互いに隣接していてかつ極性を互いに逆にされたそれぞれ２つの永久磁石間の各移行部の下側に少なくとも１つの切欠きを設けてよく、該切欠きが、ロータの縦軸線に対して横方向、例えば垂直に配置されたスリットの形を有しており、該スリット、即ち切欠きがロータの縦軸線の方向に延びている。
【００１１】
ロータ内部の切欠きが、一面ではロータの熱容量を著しく減少させ、かつ他面ではロータの表面に対して接線方向に向いた磁力線成分を効果的に遮断する。
【００１２】
ロータ内部に設けられた切欠きが、該切欠き内に材料を装填してロータの不釣り合い、即ちアンバランスを補償するために活用されてよい。
【００１３】
ロータが有利には、積層された鉄薄板から形成されている。
【００１４】
実施例の説明
唯一の図面は電動モータの断面図であり、電動モータのステータ１が部分的に２つの極２，３及び、これに所属する巻線４，５で以て示してある。ステータ（固定子）１の内部に、モータ軸６及び該モータ軸に取り付けられたロータ７が回転可能に支承されている。ロータ（回転子）７が有利には、互いに重ねて積層された鉄薄板のパイルから成っている。ステータ１も互いに重ねて積層された鉄薄板から成っていてよい。ロータ７及びステータは有利には１つの作業過程で薄板パイルから打ち抜き形成される。
【００１５】
概略的に示す電動モータは、永久磁石励磁式の三相交流同期モータ若しくはブラシレスの直流モータである。従って、ロータ７がロータの表面に永久磁石８，９，１０，１１を層状に備えている。図示の実施例では四磁極の実施のために、４つの永久磁石８，９，１０，１１をロータ７の表面に取り付けてあり、この場合、それぞれ互いに隣接する永久磁石が、矢印で示してあるように、ロータ７の表面に対して半径方向にかつ互いに逆向きに、即ち互いに逆向きの極性で磁化されている。４つの永久磁石８，９，１０，１１は、有利にはプラスチック結合された磁気材料（例えばＮｄＦｅＢ）から成っていてかつロータ７の、ステータ１の内面と一緒に空気隙間を形成する表面に直接に射出成形された層によって形成されている。鉄から成るロータ７が、永久磁石８，９，１０，１１の磁束流のための帰路ヨークを形成している。
【００１６】
ロータ７の磁気材料及び鉄材料の熱膨張係数は互いに著しく異なっている。さらにロータ７の熱容量が、ロータを無垢材料、即ち中実材料によって形成してある場合には極めて高い。従って、ロータ７に射出成形される磁気材料においては、該磁気材料の下に位置するロータ７の高い熱容量に基づく迅速な冷却に起因して、射出成形された磁気層に亀裂の発生するおそれがある。このことを回避するために、ロータヨークの熱容量が、ロータ７の表面に切欠き１２，１３，１４，１５を設け、及び／又はロータ７の内部に切欠き１６，１７，１８，１９を設けることによって著しく減少されている。切欠き１２乃至１９がロータ材料の熱容量の著しく減少させ、その結果、ロータ７に射出成形された磁気材料を急速に冷却して、ひいては該磁気材料に亀裂を生ぜしめてしまうようなことが避けられる。
【００１７】
ロータ７の表面に設けられてロータ７の縦軸線方向に延びる、即ち図平面に対して垂直に延びる切欠き１２，１３，１４，１５は、互いに隣接していてかつ極性を互いに逆にされた永久磁石８，９，１０，１１間の移行部の下側に位置決めされている。「Ｂｅｒｉｃｈｔｅ ａｕｓ ｄｅｍ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ ｆｕｅｒ ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ Ｍａｓｃｈｉｎｅｎ ｕｎｄ Ａｎｂｔｒｉｅｂｅ （電気的な機械及び駆動部に関する研究所のレポート）」、Ｂａｎｄ ７， Ｖｏｌｋｅｒ Ｂｏｓｃｈ： Ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｓｃｈ ｋｏｍｍｕｔｉｅｒｔｅｓ Ｅｉｎｚｅｌｓｐｉｎｄｅｌａｎｔｒｉｅｂｓｓｙｓｔｅｍ， Ｓｈａｋｅｒ Ｖｅｒｌａｇ Ａａｃｈｅｎ ２００１（第７巻、Ｖｏｌｋｅｒ Ｂｏｓｃｈ 著：電子整流式の単一スピンドル駆動機構、Ｓｈａｋｅｒ 出版、Ａａｃｈｅｎ ２００１）によって明らかであるように、切欠きの前述の位置決めは、ロータの表面に対して接線方向若しくはほぼ接線方向に向いてロータを通って延びる磁束線を該切欠きによって遮断するために選ばれている。これによって、ロータ７とステータ１との間の空隙内で接線方向に向いてモータのトルクを低下させることになる磁束線を遮断することが達成される。これに対して、ロータ７の表面に対して半径方向に向けられた磁束線は遮断されてはならず、それというのは該磁束線はモータの有効なトルクを高めるからである。このような観点から、ロータ７の内部に設けられて同じくロータ７の縦軸線方向に延びる切欠き１６，１７，１８，１９が、互いに隣接していてかつ極性を互いに逆にされた永久磁石８，９，１０，１１間の移行部の下側に位置決めされている。
【００１８】
ロータ表面に対して接線方向若しくはほぼ接線方向に延びる磁束線の最適な遮断手段が、切欠き１６，１７，１８，１９によって形成されており、該切欠きはロータ・縦軸線に対して横方向に延びるスリット状の横断面を有している。図１に示してあるように、隣接の２つの永久磁石間の各移行部の下側にそれぞれ１つの切欠き１６，１７，１８，１９だけしか設けない図示の実施例と異なって、例えば半径方向に段状に重ねて配置された複数の切欠きをロータ７に設けることも可能である。
【００１９】
ロータ７の遠心力に対する応力が、ロータ７の表面に設けられる切欠き１２，１３，１４，１５をダブテール形の横断面で形成することによって高められる。それというのは切欠き１２，１３，１４，１５のダブテール形状が永久磁石８，９，１０，１１の嵌合接合を可能にして、永久磁石を回転運動並びに半径方向の運動に対して確保するからである。
【００２０】
特にロータ７の内部に形成された切欠き１６，１７，１８，１９内に非磁性材料（バランスキット）を挿入して、ロータ７の不釣り合いを補償することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に基づく電動モータの部分横断面。
【符号の説明】
１  ステータ、  ２，３  極、  ４，５  巻線、  ６  モータ軸、  ７  ロータ、  ８，９，１０，１１  切欠き、  １２，１３，１４，１５  切欠き
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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