(57)【要約】【課題】要求された出力基準に適合する、軽量構造の電動モータ用のロータ並びにモータ軸を創作し、対応の製造方法を提供する。【解決手段】電動モータ用のロータ（１０）は、モータ軸（１２）と作用結合状態にある力伝達領域（１１）を有する。力伝達領域（１１）には、繊維複合材料から成るトルク伝達領域（１３）が隣接している。磁石結合領域（１４）と、複数の磁石を備えた磁場案内領域（１５）は、トルク伝達領域（１３）において力伝達領域（１１）の反対側に配設されている。モータ軸も繊維複合材料から構成することが可能である。磁石結合領域（１４）が磁気的な又は磁化可能な充填材を備えたプラスチックを有することにより、電気モータ用のロータ並びにそれと協働するモータ軸は、要求された出力基準に適合する軽量構造で作られる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  モータ軸（１２）との力を伝達する作用結合のために適している又は定められている力伝達領域（１１）と、
−  前記力伝達領域（１１）に隣接した、繊維複合材料から成るトルク伝達領域（１３）と、
−  磁石結合領域（１４）と、
−  複数の磁石（１６）が備えられている磁場案内領域（１５）と
を有する電動モータ用のロータ（１０）であって、
前記磁石結合領域（１４）と前記磁場案内領域（１５）は、前記トルク伝達領域（１３）において前記力伝達領域（１１）の反対側に配設されているという構成であり、
金属薄板を伴わない前記磁石結合領域（１４）は、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックを有すること
を特徴とするロータ。
【請求項２】
前記充填材は、軟磁性充填材であること、及び前記熱可塑性プラスチックには、ポリマー材料として前記充填材が高充填されており、好ましくは、充填度は、７０体積百分率よりも高い値を有すること
を特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記充填材は、軟磁性充填材であること、及び該軟磁性充填材の粒子（２２）は、前記熱可塑性プラスチックにより電気絶縁されていること
を特徴とする、請求項１又は２に記載のロータ。
【請求項４】
前記力伝達領域（１１）も、繊維複合材料から構成されていること
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。
【請求項５】
前記トルク伝達領域（１３）における前記繊維複合材料の密度は、前記磁石結合領域（１４）における磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた前記熱可塑性プラスチックの密度よりも小さいこと
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項６】
前記磁石（１６）は、前記磁場案内領域（１５）において形状結合により保持されていること
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。
【請求項７】
前記ロータ（１０）は、インナロータとして構成されており、及び／又は、少なくとも１つのディスク（１０ａ）として構成されていること
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。
【請求項８】
１つのディスク（１０ａ）の長さ（Ｌ）は、ほぼ、１つの磁石（１６）の長さ（ｌ）又は１つの磁石（１６）の長さ（ｌ）の複数倍の長さに対応すること
を特徴とする、請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
前記ロータ（１０）は、様々な長さをもつ複数のディスク（１０ａ）を有すること
を特徴とする、請求項７又は８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記ロータ（１０）は、複数の独立したディスク（１０ａ）から構成されており、これらのディスク（１０ａ）は、好ましくは、様々な内径をもつ力伝達領域（１１）を有し、前記内径は、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて小さくなること
を特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１１】
前記力伝達領域（１１）の内部空間、及び／又は、前記トルク伝達領域（１３）の内部空間には、所定のバランスゲルが取り付けられていること
を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１２】
前記力伝達領域（１１）は、前記モータ軸（１２）と一体的であること
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電動モータ用のロータ（１０）と共に使用するためのモータ軸（１２）であって、
前記モータ軸（１２）は、繊維複合材料から構成されていること
を特徴とするモータ軸。
【請求項１４】
前記モータ軸（１２）は、その両端部（１２ａ、１２ｂ）において金属製の短軸部を有すること
を特徴とする、請求項１３に記載のモータ軸。
【請求項１５】
前記モータ軸（１２）は、円錐形又は階段状で、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて先細りし、及び／又は、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて大きくなり且つ片側で先細りする円錐形の穿孔部を有すること
を特徴とする、請求項１３又は１４に記載のモータ軸。
【請求項１６】
−  モータ軸（１２）との力を伝達する作用結合のために適している又は定められている力伝達領域（１１）と、
−  前記力伝達領域（１１）に隣接した、繊維複合材料から成るトルク伝達領域（１３）と、
−  磁石結合領域（１４）と、
−  複数の磁石（１６）が備えられている磁場案内領域（１５）と
を有する電動モータ用のロータ（１０）の製造方法であって、
前記磁石結合領域（１４）と前記磁場案内領域（１５）は、前記トルク伝達領域（１３）において前記力伝達領域（１１）の反対側に配設されており、
前記力伝達領域（１１）及び／又は前記トルク伝達領域（１３）は、繊維強化プラスチックの射出成形により製造されるという方法であり、
金属薄板を伴わない前記磁石結合領域（１４）は、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックの射出成形により製造されること
を特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ロータ（１０）は、射出成形機において、好ましくはプラスチック射出成形機において、二成分射出成形により１つの作業工程で製造されること
を特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記モータ軸（１２）と一緒に前記ロータ（１０）を製造するために、前記力伝達領域（１１）の内部空間に、複合繊維材料から成るチューブが、所定の樹脂（２５）と共に導入され、前記ロータ（１０）をその縦軸線の周りで遠心回転することにより前記樹脂（２５）及び／又は所定のバランスゲルが、前記内部空間の壁部へ付着され、そこで硬化すること
を特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、請求項１の上位概念に記載した、電動モータ用のロータ、並びに請求項１３の上位概念に記載した、当該ロータ用のモータ軸に関する。更に本発明は、請求項１６の上位概念に記載した、当該ロータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動モータは、様々な形態で実際の使用において定評がある。使用可能な電気エネルギー、所望の出力、稼働回転数、動的特性、使用可能な構成空間における前提条件に応じ、それらの電動モータは、永久磁石界磁又は電磁石界磁を用い、直流、交流、又は多相交流から給電され、電子的又は機械的に電流の方向が変えられて、同期又は非同期の設計により構成される。好ましくはインナロータとしてロータが構成されている、特にブラシレス型の高動的（ハイダイナミック）なサーボ駆動部のためには、高価な希土類磁石が金属切断片へ嵌め込まれており且つこれらの金属切断片が通常は鋼材から構成されるモータ軸と形状結合（formschluessig）及び／又は摩擦結合（kraftschluessig）により結合されているという、ロータコンセプトが知られている。
【０００３】
この構造のロータは、基本的にサーボモータの質量慣性に寄与し、つまりこの構造によりモータの動性が定義される。この構造を詳しく観察すると、磁石結合領域内の渦電流を回避するために必要である金属切断片又は金属押抜片は（構造的に）重要であるというわけではない。この際、通常、押抜くずは、ステータ金属薄板に使用することができる。ロータの内側部分（中央側部分）は、トルク伝達のために用いられ、外側領域は、磁場案内部を含んでいる。ロータ内の渦電流損失をできるだけ少なくするために、金属薄板（金属シート）は、絶縁層を用いて被覆されており、この際、層厚は、できるだけ薄くなっている。これらの金属薄板は、ロータの慣性モーメントに対して極めて大きい影響を及ぼす。
【０００４】
軽量構造の高トルク電動モータを構成するために、請求項１の前提概念の基礎となる下記特許文献１では、電動モータの内部空間を空けておくために支持用の構成コンポーネントを繊維複合材料として構成することが既に提案されている。磁石結合領域は、そのために変更されていない。
【０００５】
下記特許文献２から、射出成形された複合ロータコンポーネントを製造するために、１つの射出ユニットを用いて強磁性粉末を射出し、第２の射出ユニットを用いて非強磁性粉末を射出する方法が公知である。この際、バインダと結合して処理可能であり且つ後に更なる処理ステップにおいて「脱脂（脱バインダ）」及び「焼結」されるＭＩＭ材料（ＭＩＭ：金属粉末射出成形法）が使用される。
【０００６】
下記特許文献３は、ロータディスクの製造を示しており、該ロータディスクにおいては、型としての複数部材式のフレーム内へ粉末材料がプレスされ、該粉末材料は、バインダと結合して処理可能であり、更なる処理ステップにおいて「脱脂（脱バインダ）」及び「焼結」される。
【０００７】
下記特許文献４から、繊維強化プラスチックがモータ軸と典型的な積層金属薄板（積層シート）の間のトルク結合のために使用されているというロータが公知である。直径に関して駆動軸は一定であり、ロータの基本ボディは、外側で部分的に円錐形に構成されている。
【０００８】
下記特許文献５から公知である金属薄板構造のロータにおいては、軟磁性材料が「薄片」から成る積層体として周囲に配置され、それらの薄片へ永久磁石が組み込まれている。それらの薄片は、プラスチックボディ内に固定されており、該プラスチックボディは、軸と金属薄片の間にプラスチックハブを含んでいる。
【０００９】
下記特許文献６は、金属薄板構造のロータを開示しており、該ロータは、積層金属薄板と永久磁石の間に中間層がもたらされることにより、硬ろう付け法の意味におけるろう付け技術（Braze Technik）を用いた熱的な方法において製造される。
【００１０】
下記特許文献７から、とりわけ非金属母材内に軟磁性材料を分散して受容する、モータコンポーネントのためにも使用される材料混合物が公知である。
【００１１】
従来技術から、正のバランス調整が重りの追加により行われるか、又は負のバランス調整がバランスディスクを用いて材料除去により行われることにより、電動モータ用のロータをバランス調整することも、同様に既知である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】DE 10 2004 014 640 A1
【特許文献２】US 2003/0063993 A1
【特許文献３】US 2003/0062790 A1
【特許文献４】DE 10 2007 006 986 B3
【特許文献５】DE 10 2008 026 648 A1
【特許文献６】US 6,081,052 A
【特許文献７】US 2012/0091832 A1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
（発明の課題）
上記従来技術から出発し、本発明の基礎となる課題は、要求された出力基準に適合する、軽量構造の電動モータ用のロータ並びにモータ軸を創作し、対応の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記課題は、請求項１の特徴を有する電動モータ用のロータ、請求項１３の特徴を有するモータ軸、並びに請求項１６の特徴を有する対応の製造方法により解決される。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、発明を実施するための形態について説明する。
【００１６】
ロータをロータの各部分の機能に関して観察すると、ロータ軸へトルクと力を伝達するための力伝達領域と、力伝達領域へモータのトルクを伝達するためのトルク伝達領域と、磁石結合領域と、複数の磁石が配設されている磁場案内領域（磁場を案内するための領域）とが観察される。特に磁石結合領域において、磁場を案内するために今や金属薄板は、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックにより置き換えられる。この際、質量減少は、とりわけプラスチック材料の取り込みが正に磁気的に重要な領域に限られていることにより達成される。このポリマー材料は、典型的なプラスチック射出成形法において安価にプロセス確実性をもって処理され、幾何学形状的な配置構成に関しても信頼性をもって配置される。
【００１７】
この配置構成を、同時にトルク伝達領域がその繊維複合材料に関して適切に構成されることと結び付けると、経済的に軽量構造のロータを製造することが可能である。
【００１８】
所定の熱可塑性樹脂が、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えるプラスチックのための基材を構成し、該熱可塑性樹脂には、できるだけ高充填度で軟磁性充填材が充填される。好ましくは７０体積百分率以上の値に至るまでの充填度がここでは達成可能である。達成可能な比透磁率μｒは、この材料において、ロータの典型的な「金属薄板構造」の実施形態におけるよりも１０のべき乗分だけ小さく、飽和状態も明らかにより早く達成される。またこの種の実施形態により、明らかな質量減少が達成可能である。更に軟磁性充填材の選択により材料を粒子の大きさについて適用に対応して実施することが可能であり、このことは、ロータの使用目的に対してロータの良好な寸法決定（ディメンショニング）と適合（マッチング）を可能とする。このことは、期待すべきコンパウンドの流動性にも影響を及ぼす。
【００１９】
充填材粒子又は充填材板片が、それらを包囲する熱可塑性プラスチックにより被覆され、絶縁するプラスチック内で空間的に分散されて埋設されていると、個々の軟磁性充填材粒子の間の電気的な絶縁が得られ、この電気的な絶縁は、ロータの渦電流損失をほぼ除去してくれる。
【００２０】
つまり高密度のコンパウンドの幾何学形状が正に磁気的に重要な領域に限られる一方、高充填されたプラスチック材料の密度よりも好ましくは明らかに密度が小さい他の材料を有するトルク伝達領域においてモータ軸へのトルク伝達が行われることにより、質量減少が強化される。好ましくは、トルク伝達領域においては、機械的な特性を改善するために好ましくは同様に繊維強化材料を用いて構成されている他のプラスチックが使用される。従ってトルクを伝達する構成部材の幾何学形状は、最適の機械的な特性のもとできるだけ少ない質量に最適化される。有利で軽量のこの材料は、同様にプラスチック射出成形法における製造を可能とし、この際、両方の材料は、共に二成分装置（ツーコンポーネント装置）において１つのサイクルで量産製品の生産を可能とする。
【００２１】
磁石は、磁石の外側輪郭の幾何学形状と磁場案内領域の外側輪郭の幾何学形状とが対応して適合されることにより、好ましくは形状結合（互いの形状のありつぎ式係合による結合）により保持されている。
【００２２】
好ましくは、ロータは、少なくとも１つの個々のディスクから成り、該ディスクは、独立しており（自己支持式であり）、この際、ディスクの厚さ、ないしモータ軸の方向におけるディスクの長さは、好ましくは１つの磁石の長さ、又は１つの磁石の長さの複数倍の長さに対応する。しかし様々な長さの複数の磁石を１つのディスク上で平列的に又は直列的に装着することも可能である。
【００２３】
個々のディスクにより、複数のディスクを結合させてロータ長を所定の限界内で自由に選択することが可能である。ロータ長は、通常、ロータの１つのディスクの長さの整数倍であるが、様々な厚さのディスクを１つのロータのために使用するというバリエーションも可能である。従ってロータの大きさに関して大きな構成自由度が各々の出力に適合されて達成される。
【００２４】
各ディスクは、それらに固有のトルクを伝達する。それによりモータ軸との関連で個々のディスクを異なって構成することも可能であり、例えばそれらのディスクは、通常はエンコーダ（Geber）が配設されているＢ軸受に向かい、電動モータの動力出力部（従動部）側からの距離が大きくなるにつれて、モータ軸のために空けられた内部領域に関してその内側の直径がより小さくなっていく。つまり動力出力部からのディスクの距離が大きくなるほど、伝達されるトルクは小さくなるので、より小さい直径で十分である。それによりロータの質量を更に減少させることができる。従って慣性モーメントは、それ以上基本的に減らされないが、全質量を良好に減らすことができる。
【００２５】
この種のロータと作用結合状態にあるモータ軸は、軽量構造軸として構成することも可能であり、同様に繊維複合材料から構成することが可能である。この種の軸は、例えば、ガラス繊維構造、炭素繊維構造、又は複合繊維構造による繊維強化チューブとして製造することが可能である。更にこの種の軸は、好ましくは、エンコーダを有するＢ軸受と、動力出力部を有するＡ軸受との両方の軸受点における両端部において、例えば鋼材から成る金属製の短軸部（ジャーナル）を有するハイブリッドシャフトとして構成することが可能である。
【００２６】
同様に、力伝達領域及び／又はトルク伝達領域を全体として１つの繊維強化チューブにより置き換え、それと共に軸を、更なる質量減少の達成のためにトルク伝達領域と一体的に構成することも可能である。
【００２７】
好ましくは、本発明による方法により、ロータは、場合によりモータ軸と共に射出成形により製造される。この際、射出成形技術として二成分プロセスにおける製造が特に効果的である。繊維強化材料から成るトルク結合部が射出され、第２のプロセスステップにおいてＳＭＣ材料（soft magnetic compound）から成る磁石結合領域が射出される（又はその逆）。射出成形後、ロータは完成状態にあり、磁石を受容する準備ができている。複数の磁石は、必要に応じ、インサート部材として同様に同時に成形を施すことが可能である。脱脂及び／又は焼結は、不必要である。
【００２８】
更なる利点は、下位請求項から、並びに有利な実施例の以下の説明から読みとれる。
【００２９】
以下、本発明を添付の図面に図示された実施例に基づいて詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１ａ】最適化された輪郭と多数歯結合部を有する、磁石を伴わない一ロータの３次表示を示す図である。
【図１ｂ】図１ａによるロータの平面図を示す図である。
【図２ａ】図１ａ、１ｂによるロータを磁石が装着された状態で示す図である。
【図２ｂ】図２ａによるロータの平面図を示す図である。
【図３】図２ａによる構造をもつ複数の個々のディスクから構成されている、モータ軸を備えたロータを３次元図として示す図である。
【図４ａ】力伝達領域及び／又はトルク伝達領域の製造の一例を示す図である。
【図４ｂ】磁石結合領域及び磁場案内領域の製造の一例を示す図である。
【図５】モータ軸の製造ステップの一例を示す図である。
【実施例】
【００３１】
（有利な実施例の説明）
本発明を詳細に説明する前に、本発明が装置の各々の構成部材並びに各々の方法ステップに限定されるものではないことを指摘しておくが、それは、それらの構成部材並びに方法を変更することができるためである。またここで使われている用語は、特別な実施形態を説明するためだけに定められており、限定として使われるものではない。それに加え、本明細書又は本請求項において単数形又は不定冠詞が使われる場合には、それらの要素は、全ての関連において明らかに他のことが説明されていない場合に限り、複数形であってもよいものとする。（尚、これに対応し、和文訳文において単数は、複数も代表するものとする。）
【００３２】
各々の図面は、非図示のステータと協働する電動モータ（電動機）用のロータを示している。該ロータは、本実施例において通常インナロータ（内側回転子）として構成されているが、基本的に、力伝達領域１１、トルク伝達領域１３、磁石結合領域１４、磁場案内領域１５が逆の順番で外側から内側へ配設されているのであれば、アウタロータ（外側回転子）としての構造も可能である。
【００３３】
ロータ１０は、力伝達領域１１を有し、該力伝達領域１１は、図３によるモータ軸１２と作用結合するために適しており定められている。本実施例においてロータ１０からモータ軸１２へのトルクと力の伝達は、力伝達領域１１における多数歯結合部を介して行われるが、例えば六角結合部を介するような他の結合部も可能である。図１ｂによる力伝達領域１１にはトルク伝達領域１３が隣接しており、該トルク伝達領域１３は、繊維複合材料から構成されている。この領域は、この機能（即ちトルク伝達）のために最適化されており、それは、力が、ロータ１０の半径方向外方のところで、ステータ内に導入された電流と作用接続状態にある複数の磁石１６を介し、回転力として導入され、図面において内側（中央側）で力伝達領域１１を介してモータ軸１２へ伝達されるためである。ウェブ形状の要素１３ａを有するトルク伝達領域１３において力の伝達は、本実施例では（半径方向）外側から内側に向かって行われる。またトルク伝達領域１３がスター形状の複数の先端部１３ｂを有し、これらの先端部１３ｂの間に磁石結合領域１４の肉厚部１４ａが設けられていることも明らかに見てとれる。トルク伝達領域１３と磁石結合領域１４の（鏡像的な）互いの反対構造は、力が伝達する際の力のモーメントラインに対応しており、つまり比較的大きな力が伝達されなくてはならないところにより多くの材料が設けられている。
【００３４】
磁石結合領域１４には、渦電流を回避するために、一般的には金属薄板のような金属要素が設けられる。磁石結合領域１４には、磁場案内領域（磁場を案内するための領域）１５が接続し、該磁場案内領域１５は、本実施例では、ロータにおいて外側に位置し、該磁場案内領域１５内に磁石１６が備えられている。磁石結合領域１４と磁場案内領域１５は、トルク伝達領域１３において力伝達領域１１の反対側でトルク伝達領域１３に隣接して配設されている。各々の図面から見てとれる構造は、外側に位置するステータの内側にあるインナロータとしてのロータの構造に対応するが、基本的にアウタロータのために前記領域の逆の配置構成を有する対応の構造も可能である。
【００３５】
さて本実施例において磁石結合領域１４には、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックが設けられており、つまり今までそこで一般的に使用されていた金属薄板は、高充填されたプラスチック材料により置き換えられている。通常、所定の熱可塑性樹脂がそのための基材を構成し、該熱可塑性樹脂には、できるだけ高充填度で好ましくは非導電性の軟磁性充填材が充填される。７０体積百分率よりも高い値に至るまでの充填度がここでは達成可能である。具体的な実施例では、例えばＳＭＣ材料（soft magnetic compound）としての軟鉄で高充填されたポリアミドが使用される。この際、実際の充填度は５７％である。このポリマー材料は、典型的なプラスチック射出成形法において安価にプロセス確実性をもって処理され、それにより、対応して構成されたトルク伝達領域１３への直接的な接続のもと、対応する肉厚部１４ａを有する各々の図面による最適化された配置構成も可能である。この種のプラスチックを用いて達成可能な比透磁率μｒは、この材料において、典型的な「金属薄板構造」の実施形態におけるよりも１０のべき乗分だけ小さく、飽和状態も明らかにより早く達成される。しかし試験では、金属薄板を伴わないでそのように構成された磁石結合領域においてそのように達成された透磁率は、電動モータの稼働には極めて十分であることが分かった。高充填された熱可塑性プラスチック材料を用いたこの種の実施形態は、更に明らかな質量減少をもたらす。軟磁性充填材の選択により材料を粒子の大きさについて各々の適用に適合させることも可能であり、このことは、コンパウンドの期待すべき流動性に影響を及ぼし、それによりこのことに関しても各々の使用目的に対する構造的な最適化が可能である。充填材粒子又は充填材板片は、それらを包囲する熱可塑性プラスチックにより被覆され、電気的に絶縁され、絶縁するプラスチック内で空間的に分散されて埋設されており、このことは、正に射出成形において及び材料の対応の均質化において保証されており、それによりロータ内の渦電流損失をほぼ除去することができる。
【００３６】
質量減少は、高密度のプラスチック材料の幾何学形状、即ち高充填された熱可塑性プラスチックないしコンパウンドの幾何学形状が、正に磁気的に重要な領域に制限されることによっても達成される。つまり磁石結合領域１４においてはこの材料が処理される一方、トルク伝達領域１３におけるモータ軸１２へのトルク伝達は、明らかに密度がより小さい他のプラスチックにより行うことが可能である。トルク伝達は、機械的な特性を改善するために繊維強化材料として構成されるプラスチックを用いて行うことが可能である。従ってトルクを伝達する構成部材の幾何学形状は、最適の機械的な特性のもとできるだけ少ない質量で最適化することができる。有利で軽量のこの材料も、安価にプラスチック射出成形法において成形可能であるので、有利で軽量に製造すべき軽量構造ロータを得ることができる。
【００３７】
図１ｂと図２ｂから、磁石１６の外側輪郭の幾何学形状と磁場案内領域１５の外側輪郭の幾何学形状とが対応して互いに適合されていることにより、磁石１６が形状結合（互いの形状のありつぎ式係合による結合）により保持されることが明らかである。本実施例において磁石１６は、所謂ありつぎ案内部１９により保持されるが、これは、可能な形状結合による保持の一例に過ぎない。
【００３８】
ロータ１０は、少なくとも１つのディスク１０ａから成り、この際、１つのディスク１０ａの長さＬは、ほぼ、１つの磁石１６の長さｌ、又は１つの磁石１６の長さｌの複数倍の長さに相当する（図２ａ参照）。この種の構造は、特に図３から見てとれるようなモジュール構造を可能とする。先ずロータ１０は、そこでは個々のディスク１０ａから構成されており、それにより図３によるロータ長は、所定の限界内で自由に選択することも可能である。従って全ロータの長さは、個々のディスク１０ａの長さの整数倍である。しかし様々な厚さのロータディスクを１つのロータのために使用するというバリエーションも可能であり、このことは、各々の出力要求に個別に適合された可変のロータ長をもたらしてくれる。
【００３９】
ロータ１０の各ディスク１０ａは、それらに固有のトルクを伝達し、つまり各ディスク１０ａは、独立して（自己支持式で）構成されている。このことは、モータ軸１２に関して更なる質量減少も可能にする。つまり例えば、モータ軸１２を、Ｂ軸受に向かい、即ち図３では左側に設けられている動力出力部（従動部）１８から離れてエンコーダ（Geber）に向かい、より細くなるようにすることが可能である。このことは、複数のディスク１０ａから構成されたロータ１０が、様々な内径を有する力伝達領域１１をディスクごとに有するということを伴い、この際、その内径は、動力出力部１８からの距離が増していくにつれて小さくなる。必要に応じ、個々のディスク１０ａの各々のトルク伝達領域１３をそれに対応して適合させることも可能であり、そうするとトルク伝達領域１３は、ディスク１０ａ内で（モータ軸１２とは逆に）より太くなっていく。従って慣性モーメントは、それ以上基本的に減らされないが、全質量を良好に減らすことができる。また力伝達領域１１をモータ軸１２と一体的に構成することも可能である。
【００４０】
軽量構造軸としてモータ軸１２は、例えば、ガラス繊維材料、炭素繊維材料、又は複合繊維材料から成る繊維強化チューブとして製造することが可能であろう。この種のモータ軸１２は、例えば、動力出力部１８に対するＡ軸受としての軸受点と、エンコーダに向かうＢ軸受としての軸受点とを構成するその両端部において金属製の短軸部（ジャーナル）１２ａ、１２ｂを有するハイブリッドシャフトとして構成することが可能である。この種のモータ軸１２は、遠心法（遠心成形法）により、ロータ１０の複数の組み合わされたディスク１０ａ内へ注入成形することが可能であろう。そのためにロータ１０のディスク１０ａには、好ましくはシーリングが設けられる。この種の製造ステップは、例えば図５に図示されているように行うことが可能であろう。力伝達領域１１の内部空間へ、繊維２６を有するチューブが、所定量の樹脂２５と共に導入され、樹脂２５は、引き続き遠心法により分散される。この際、チューブと樹脂２５は、内部空間の壁部に接触し、力伝達領域１１の材料がそのための可能性を提供するならば、力伝達領域１１に含浸し、又は内部空間の壁部に付着し、この箇所において硬化する。
【００４１】
同様に、トルクを伝達する部分を、繊維強化チューブで完全に置き換えることも可能であり、つまりモータ軸１２と力伝達領域１１を共に１つの材料から製造することも可能である。この場合、モータ軸１２は、軸受の後方で直径の変化を伴い、それからトルク伝達領域１３へ接続するであろうが、場合により、モータ軸１２と力伝達領域１１とトルク伝達領域１３から成るこの全部分を繊維強化プラスチックから製造することも可能であると言え、それによりこの領域が磁石結合領域１４に至るまで延在する。これらの措置により再度明らかな質量減少が可能であろう。
【００４２】
モータ軸１２は、円錐形又は階段状で構成することが可能であり、この際、モータ軸１２は、動力出力部１８からの距離が増すにつれて先細りとなる。従って質量慣性が減少され、また軸直径がエンコーダへ適合される。本実施例においてモータ軸１２は、図３の左側の第１ディスクの高さにおいてトルクの１００％を支持し、図３の右側の他方の端部に配置されたディスクが支持するトルクは５％よりも少ない。選択的に又は追加的にモータ軸１２は、片側に先細りし、動力出力部１８からの距離が増すにつれて大きくなる、円錐形の穿孔部を有することも可能である。
【００４３】
ロータの簡単なバランス調整を可能とするために、供給される磁石１６を形状と質量に関して検知することが可能である。このことは、目標を定めた磁石供給とディスク上の位置決めとによる個々のディスク１０ａのインラインバランス調整に対応する。磁石１６は、質量に関して許容差を有し、従って目標を定めてバランス調整のために使用することが可能である。それによりディスク１０ａごとにセットとして最適な質量配分を有する複数の磁石１６を組み立てのために準備することが可能である。対応する装備順番（装備順番の表示）を例えば直接的に磁石１６に設けることが可能である。磁石結合領域１４と磁場案内領域１５の場合によるアンバランスは、モータ軸１２の取り付け前に検出され、軸上の角度位置の適切な選択により十分に除去される。従ってモータ軸１２上の個々のディスク１０ａの適合された角度位置により第２のインラインバランス調整が行われる。
【００４４】
補足として従来技術では、バランスゲル（ウェイト調整ゲル Wuchtgel）を用いてバランスを達成することが既知である。使用開始前にロータ自体がバランス調整を行うために、この種のバランスゲルは、力伝達領域１１の内部空間内、又はトルク伝達領域１３の内部空間内にも取り付け可能である。バランスゲルは、回転する中空空間内でアンバランスな箇所へ動的に置かれる。この種のバランスゲルは、対応の方法においてＤＦＣ（登録商標）システムとして市場で公知である。
【００４５】
渦電流損失を最小化するため及び動性やトルクのようなモータ特性を各々の要求に簡単に適合させるために使用される、容積配分に応じてバリアブルな磁石結合材料として、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックを使用することにより、全体として有利に製造すべき電動モータ用のロータが得られる。実質的にこのロータ１０は、磁場案内領域１５と、適切に高充填された熱可塑性プラスチックから成る磁石結合領域１４と、好ましくは繊維強化プラスチックから成り且つ軽量構造と剛性に関して最適化されたトルク伝達領域１３と、軽量構造軸への結合部を有する力伝達領域１１とを備えた三部分殻構造を有する。
【００４６】
方法として、電動モータ用のロータ１０は、場合によりモータ軸１２と一緒に、好ましくはプラスチック射出成形機において射出成形により製造される。この際、図４ａによると、スプルボディ２０及びスプル（ランナ）２０ａを介し、繊維強化プラスチックが射出される。それにより力伝達領域１１及び／又はトルク伝達領域１３が製造される。そのように製造されたこのトルク伝達領域１３に対し、金属薄板を伴わない磁石結合領域１４と、磁場案内領域１５が、同様に、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックを、図４ｂによりスプルボディ２１及びスプル（ランナ）２１ａを介して射出成形することにより成形される。好ましくはこの製造は、射出成形機において、好ましくはプラスチック射出成形機において二成分射出成形により１つの作業工程で行うことが可能であり、この際、第１の射出時には、一方の材料が力伝達領域１１及び／又はトルク伝達領域１３の型中空空間内へ射出される。この材料が硬化したら、既に製造されたトルク伝達領域１３へ接続する第２の型中空空間を用い、磁石結合領域１４と磁場案内領域１５のための第２の材料が射出される。この際、磁石は、インサート部材として組み込むことが可能であり、それによりロータ１０は、完成状態で射出成形機から取り出すことが可能である。
【００４７】
プラスチック射出成形により、好ましくは二成分射出成形により処理可能な磁石結合材料により、材料に適したインライン法を用いて効果的で効率的なモータ軸１２の軽量構造結合を実現することが可能である。
【符号の説明】
【００４８】
１０              ロータ
１０ａ            ディスク
１１              力伝達領域
１２              モータ軸
１２ａ、１２ｂ    短軸部（ジャーナル）
１３              トルク伝達領域
１３ａ            ウェブ形状の要素
１３ｂ            先端部
１４              磁石結合領域
１４ａ            肉厚部
１５              磁場案内領域
１６              磁石
１８              動力出力部（従動部）
１９              ありつぎ案内部
２０、２１        スプルボディ
２０ａ、２１ａ    スプル（ランナ）
２２              粒子
２５              樹脂
２６              繊維
ｌ                １６の長さ
Ｌ                １０の長さ
【図１ａ】
2018511288.tif 000003
【図１ｂ】
2018511288.tif 000004
【図２ａ】
2018511288.tif 000005
【図２ｂ】
2018511288.tif 000006
【図３】
2018511288.tif 000007
【図４ａ】
2018511288.tif 000008
【図４ｂ】
2018511288.tif 000009
【図５】
2018511288.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月2日(2016.12.2)
【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】
−  モータ軸（１２）との力を伝達する作用結合のために適している又は定められている力伝達領域（１１）と、
−  前記力伝達領域（１１）に隣接した、繊維複合材料から成るトルク伝達領域（１３）と、
−  磁石結合領域（１４）と、
−  複数の磁石（１６）が備えられている磁場案内領域（１５）と
を有する電動モータ用のロータ（１０）であって、
前記磁石結合領域（１４）と前記磁場案内領域（１５）は、前記トルク伝達領域（１３）において前記力伝達領域（１１）の反対側に配設されているという構成であり、
射出成形により成形された、金属薄板を伴わない前記磁石結合領域（１４）は、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックを有すること
を特徴とするロータ。
【請求項２】
前記充填材は、軟磁性充填材であること、及び前記熱可塑性プラスチックには、ポリマー材料として前記充填材が高充填されており、好ましくは、充填度は、７０体積百分率よりも高い値を有すること
を特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記充填材は、軟磁性充填材であること、及び該軟磁性充填材の粒子（２２）は、前記熱可塑性プラスチックにより電気絶縁されていること
を特徴とする、請求項１又は２に記載のロータ。
【請求項４】
前記力伝達領域（１１）も、繊維複合材料から構成され、及び／又は射出成形により成形されていること
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。
【請求項５】
前記トルク伝達領域（１３）における前記繊維複合材料の密度は、前記磁石結合領域（１４）における磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた前記熱可塑性プラスチックの密度よりも小さいこと
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項６】
前記磁石（１６）は、前記磁場案内領域（１５）において形状結合により保持されていること
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。
【請求項７】
前記ロータ（１０）は、インナロータとして構成されており、及び／又は、少なくとも１つのディスク（１０ａ）として構成されていること
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。
【請求項８】
１つのディスク（１０ａ）の長さ（Ｌ）は、ほぼ、１つの磁石（１６）の長さ（ｌ）又は１つの磁石（１６）の長さ（ｌ）の複数倍の長さに対応すること
を特徴とする、請求項７に記載のロータ。
【請求項９】
前記ロータ（１０）は、様々な長さをもつ複数のディスク（１０ａ）を有すること
を特徴とする、請求項７又は８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記ロータ（１０）は、複数の独立したディスク（１０ａ）から構成されており、これらのディスク（１０ａ）は、好ましくは、様々な内径をもつ力伝達領域（１１）を有し、前記内径は、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて小さくなること
を特徴とする、請求項７〜９のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１１】
前記力伝達領域（１１）の内部空間、及び／又は、前記トルク伝達領域（１３）の内部空間には、所定のバランスゲルが取り付けられていること
を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１２】
前記力伝達領域（１１）は、前記モータ軸（１２）と一体的であること
を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の電動モータ用のロータ（１０）と共に使用するためのモータ軸（１２）であって、
前記モータ軸（１２）は、繊維複合材料から構成され、及び／又は射出成形により成形されていること
を特徴とするモータ軸。
【請求項１４】
前記モータ軸（１２）は、その両端部（１２ａ、１２ｂ）において金属製の短軸部を有すること
を特徴とする、請求項１３に記載のモータ軸。
【請求項１５】
前記モータ軸（１２）は、円錐形又は階段状で、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて先細りし、及び／又は、動力出力部（１８）からの距離が増すにつれて大きくなり且つ片側で先細りする円錐形の穿孔部を有すること
を特徴とする、請求項１３又は１４に記載のモータ軸。
【請求項１６】
−  モータ軸（１２）との力を伝達する作用結合のために適している又は定められている力伝達領域（１１）と、
−  前記力伝達領域（１１）に隣接した、繊維複合材料から成るトルク伝達領域（１３）と、
−  磁石結合領域（１４）と、
−  複数の磁石（１６）が備えられている磁場案内領域（１５）と
を有する電動モータ用のロータ（１０）の製造方法であって、
前記磁石結合領域（１４）と前記磁場案内領域（１５）は、前記トルク伝達領域（１３）において前記力伝達領域（１１）の反対側に配設されており、
前記力伝達領域（１１）及び／又は前記トルク伝達領域（１３）は、繊維強化プラスチックの射出成形により製造されるという方法であり、
金属薄板を伴わない前記磁石結合領域（１４）も、磁気的な又は磁化可能な充填材を備えた熱可塑性プラスチックの射出成形により製造されること
を特徴とする方法。
【請求項１７】
前記ロータ（１０）は、射出成形機において、好ましくはプラスチック射出成形機において、二成分射出成形により１つの作業工程で製造されること
を特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記モータ軸（１２）と一緒に前記ロータ（１０）を製造するために、前記力伝達領域（１１）の内部空間に、複合繊維材料から成るチューブが、所定の樹脂（２５）と共に導入され、前記ロータ（１０）をその縦軸線の周りで遠心回転することにより前記樹脂（２５）及び／又は所定のバランスゲルが、前記内部空間の壁部へ付着され、そこで硬化すること
を特徴とする、請求項１６又は１７に記載の方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
【特許文献１】DE 10 2004 014 640 A1
【特許文献２】US 2003/0063993 A1
【特許文献３】US 2003/0062790 A1
【特許文献４】DE 10 2007 006 986 B3
【特許文献５】DE 10 2008 026 648 A1
【特許文献６】US 6,081,052 A
【特許文献７】US 2012/0091832 A1
【特許文献８】US 2014/239748 A1
【特許文献９】GB 1 307 831 A
【国際調査報告】
2018511288.tif 000011
2018511288.tif 000012
2018511288.tif 000013
2018511288.tif 000014
2018511288.tif 000015
2018511288.tif 000016