(57)【要約】  本発明は、複数の外周極部分（１１）を規定するように、軸方向に延在し、かつロータの磁性体（２）の外周部（５）と中心部（６）の間に規則的に分布する第１凹部（４）に配置された複数の永久磁石（３）を含むロータ（１）に関する。磁石は、各々が外周部に近い第１部（７）を含み、前記第１部は、中心部に近い第２部（８）に隣接する。第１部（７）は、周方向の第１所定幅（Ｌ１）を有する第１長方形径方向断面を有し、第２部（８）は、第１幅（Ｌ１）よりも小さい周方向の第２所定幅（Ｌ２）を有する第２長方形径方向断面を有する。本発明によれば、ロータはさらに複数の第２凹部（９）を含み、この複数の第２凹部（９）は軸方向に延在し、その各々が第２部のところで２個の連続した磁石の間に配置される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１凹部（４）に配置された複数の永久磁石（３）から形成される複数の交互に並ぶＮ極（Ｎ）及びＳ極（Ｓ）を含む回転電機のロータ（１）であって、
前記第１凹部は、複数の外周極部分（１１）を規定するように、軸方向に延在し、かつ前記ロータ（１）の磁性体（２）の外周部（５）と中心部（６）の間において規則的に分布し、
前記永久磁石（３）は、各々が前記中心部（６）に近い第２部（８）に隣接した前記外周部（５）に近い第１部（７）を含み、
前記第１部（７）は、周方向の第１所定幅（Ｌ１）を有する第１長方形径方向断面を有し、前記第２部（８）は、前記第１幅（Ｌ１）よりも小さい周方向の第２所定幅（Ｌ２）を有する第２長方形径方向断面を有する前記ロータにおいて、
前記ロータは、複数の第２凹部（９）をさらに備え、当該第２凹部（９）は、軸方向に延在し、当該第２凹部（９）の各々が、前記第２部（８）のところで連続した２個の前記磁石（３）の間に配置されていることを特徴とする回転電機のロータ。
【請求項２】
前記第２凹部（９）は、軸方向に延在し前記極部分（１１）を径方向に保持するリブ対（１０）を画定することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項３】
前記第２凹部（９）は、各々が、略三角形の径方向断面を有することを特徴とする請求項１に記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項４】
前記磁石（３）は、各々が、好ましくは成形フェライトによって構成された、一体成形のアセンブリの形であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項５】
前記第１部（７）は第１磁化バーによって形成され、前記第２部（８）は第２磁化バーによって形成されることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項６】
前記第１及び第２磁化バー（７、８）は、フェライトによって構成されることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項７】
前記第１磁化バー（７）はフェライトによって構成され、前記第２磁化バー（８）は少なくとも１種の希土類、好ましくはネオジム、を含む材料によって構成されることを特徴とする請求項５に記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項８】
前記外周部（５）は、前記永久磁石（３）の反対側に、少なくとも部分的に径方向に開放していることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の回転電機のロータ（１）。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載のロータ（１）を含むことを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、永久磁石を有し、回転電機のために設計されたロータに関する。
【０００２】
本発明は、特に、電気自動車及びハイブリッド自動車における電気トラクションモータ等に用いられる、このタイプのロータを備えた回転電機にも関する。
【背景技術】
【０００３】
永久磁石同期機は、出力及び比出力や出力密度における性能向上の結果、今日、自動車の分野で広範囲に応用されている。
【０００４】
これらの電気機械は、出力や速度を広い範囲として生産でき、「全電気」タイプの自動車と、「マイルドハイブリッド」及び「フルハイブリッド」として知られるタイプの低ＣＯ２排出自動車の両方に応用されている。
【０００５】
マイルドハイブリッド用途は、一般に、約８〜１５ｋＷの電気機械関連で、その例としては、熱機関の前面に取り付けられて駆動ベルトによってその熱機関と結合される電動機がある。このタイプの電動機では、特に再始動中に、追加の出力を供給する、電気式トルクアシストを提供することによって、熱機関の排気量を減少させること（エンジン小型化）が可能である。その上、例えば都市環境での低速牽引も、まさにこの電動機によって確実なものとなる。
【０００６】
フルハイブリッドタイプは、一般に、３０〜５０ｋＷのモータに関連して用いられるが、このモータは直列及び／又は並列タイプの構造をもち、自動車のトラクションチェーンにおける電動機よりも洗練された集積レベルを有する。
【０００７】
永久磁石を有する今日の機械が優れた性能をもつのは、1テスラを超える残留磁束密度を有し得る、ネオジム−鉄−ボロン（ＮｅＦｅＢ）、サマリウム−鉄（ＳｍＦｅ）、又はサマリウム−コバルト（ＳｍＣｏ）タイプの磁石のような希土類磁石の開発によるところが大きい。
【０００８】
しかし一方では、永久磁石を有する機械の中にはいわゆる「磁束集中」構造のロータを有するものがあり、これらは残留磁束密度が低い磁石、例えば焼結磁石やフェライトボンド磁石を用いて、相当量の磁束を得ることを長きにわたって可能にしてきた。
【０００９】
地政学的状況が好ましくないことで希土類磁石のコストが急激に上昇したため、自動車用に設計された電気機械のロータにこのタイプの磁石のみを用いることは、もはや採算が合わず、最近ではフェライトの使用が再注目されるようになった。
【００１０】
しかしながら、フェライトは希土類磁石よりも残留磁束密度が低いので、同等の磁束を得るためにはフェライト磁石の量を増加させる必要がある。
【００１１】
このような磁気的制約があるが、所定のサイズのロータ内では、フェライト磁石の量を際限なく増やすことができないのは理解されるであろう。
【００１２】
ヴァレオ・エキプマン・エレクトリク・モトゥール社は、特許文献１において、ロータ内のフェライトの量を最大にし、それによって機械の電気的性能を最大にするように、磁石をロータの軸方向で、略台形状にすることを提案している。
【００１３】
しかしながら、磁石の形が複雑になると、生産コストが増加し、フェライトが低コストであるというメリットが失われる傾向がある。
【００１４】
また、磁石の形状がくさび形の場合、極部分を径方向に保持するために、磁石間のロータの磁性体内に薄い隔壁のみが残ることとなり、ロータの遠心力に対する機械抵抗が損なわれる傾向がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０６０９６０号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、従って、従来のロータの構造における幾つかの短所を排除しつつ、出願人の会社による前述の先行出願の教示により明らかにされた観点に従ってロータの磁石の量を最適化し、機械の性能を最大にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
具体的には、その対象は、第１凹部に配置された複数の永久磁石からなり交互に並ぶ複数のＮ極及びＳ極を含む回転電機のロータである。
【００１８】
これらの第１凹部は、複数の外周極部分を規定するように、軸方向に延在し、ロータの磁性体の外周部と中心部の間において規則的に分布する。
【００１９】
このロータタイプの永久磁石は、各々が中心部に近い第２部に隣接した外周部に近い第１部を含む。第１部は、周方向に、第１所定幅を有する第１長方形径方向断面を有し、第２部は、周方向に、第１幅よりも小さい第２所定幅を有する第２長方形径方向断面を有している。
【００２０】
本発明によれば、ロータはさらに、軸方向に延在し第２部において連続した２個の磁石の間に配置される複数の第２凹部を含んでいる。
【００２１】
これら第２凹部は、好適には、軸方向に延在し極部分を径方向に保持するリブ対を画定する。
【００２２】
代案として、又は同時に、第２凹部は、好ましくは各々が、略三角形の径方向断面を有する。
【００２３】
本発明による回転電機のロータにおいて、磁石は、好適には各々が、好ましくは型成形フェライトによって構成された、単一のピースのアセンブリの形態である。
【００２４】
代案として、好ましくは、第１部は第１磁化バーによって形成され、第２部は第２磁化バーによって形成される。
【００２５】
第１及び第２磁化バーは、好適にはフェライトによって構成されるが、代案として第１磁化バーは、非常に好適にはフェライトによって構成され、第２磁化バーは、少なくとも１種の希土類（好ましくはネオジム）を含む材料によって構成される。
【００２６】
外周部が、永久磁石の反対側に、少なくとも部分的に径方向に開放していることから、利点が導き出される。
【００２７】
本発明は、上記特徴を有するロータを含む回転電機にも関する。
【００２８】
これら幾つかの不可欠な明細は、先行技術と比較して、本発明による回転電機のロータによって、かつ対応する電気機械によって与えられる利点を当業者に明らかにするであろう。
【００２９】
以下、本発明について、添付図面を参照し詳述する。これらの図の目的としては、単に明細書を例示するだけであり、本発明の範囲を限定するものではないことに注意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による永久磁石を有するロータの径方向断面の簡略化した図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１に表した本発明の好ましい実施態様によれば、永久磁石を有するロータ１の簡略化した径方向断面図は、複数の交互に並ぶＮ極Ｎ及びＳ極Ｓを形成するように、外周部５と中心部６の間において規則的に分布した第１凹部４内の永久磁石３の、磁性体２における配置を明瞭に示す。
【００３２】
このタイプのロータを備えた機械の具体的な実施態様は、いわゆるマイルドハイブリッドタイプの自動車用の８〜１５ｋＷモータ／発電機等である。
【００３３】
この機械は、モータの役割を果たす形態において、低速での自動車の電気トラクション用に加え、熱機関の始動用、熱機関用のトルクアシスト用に設計できる。
【００３４】
この機械の特定の実施態様によれば、１０個の永久磁石３を含むロータ１は、複数のノッチを有するステータ（図示せず）の内側で回転する。
【００３５】
ステータ及びロータ１は、磁性体２を形成する金属板のセットにより、従来の方法で生産される。
【００３６】
ステータのノッチは、ステータ巻線（図示せず）を受け、かつ複数のステータ歯を互いの間に形成するように設計される。実施態様によれば、ノッチは、大きい歯に巻かれる集中巻、又は分布巻を収容するように設計される。
【００３７】
ステータ電流は、ロータ１を駆動する回転磁界を作るステータ巻線を流れる。供給されるモータトルクは、特に、ステータ電流の強度及びロータ１内の磁束によって決まる。
【００３８】
序文に説明したように、希土類磁石をフェライト磁石に置き換える場合、ロータ１内で同様の磁束を得るためには大量の磁石が必要となる。
【００３９】
そのため、同じステータ強度に関して同じモータトルクを維持するために、フェライト磁石の量を最大にしなければならない。
【００４０】
出願人の会社によってすでに提案されたこの問題に対する解決策は、勾配付き磁化バーを、ロータ１の中心部６の近傍に実装することからなる。
【００４１】
序文にすでに示したように、この解決策は、製造コストの観点、及び機械的観点から不都合を有し、最適でない。
【００４２】
前述の不都合を取り除きながら、磁石３の量を最大にするために、本発明は、従って段付きの形状を有する磁石３を提供することを提案する。
【００４３】
従って磁石３は、図１に明瞭に示すように、外周部５の近傍、及び中心部６の近傍の両方でロータ１の磁性体２において大きな体積を占める。
【００４４】
この段付き形状は、好適には、中心部６に近い第２部８に隣接した、ロータ１の外周部５に近い第１部７を含む磁石３によってもたらされる。
【００４５】
第１部７は、第１長方形直線状断面を有する第１磁化バーによって形成され、第２部８は、中心部６の方向に第１磁化バーに対して径方向に並置された第２磁化バーによって形成される。
【００４６】
長方形断面を有する磁化バー７、８は、業界毎に必要とされる残留磁化に従って異なる寸法及び種々の材料で大量に製造される、標準的な工業供給品である。
【００４７】
ロータ１の製造は、このように、その主要素を極めて大量の生産方式で生産するため、規模の面で経済的に有益である。
【００４８】
中心部６に最も近い第２磁化バー８は、第１磁化バー７の第１幅Ｌ１よりも小さい（周方向に）第２幅Ｌ２を有する。
【００４９】
図１に明瞭に示すように、第２凹部９は、第２部８において磁石３の間に配置される。
【００５０】
略三角形の直線状断面を有するこれら第２凹部９は、磁石３の間に径方向に複数の外周極部分１１を保持するリブ１０を画定する。
【００５１】
極部分１１の保持要素１０を二重にすることで、先行技術による磁石の間に位置する単一舌片と比較して、遠心力に対するロータ１の抵抗が増加可能となる。
【００５２】
その上、これら第２凹部９は、ロータ１の磁界の制御に貢献する。
【００５３】
同じ目的で、本発明によるロータ１の第１凹部４は、好ましくは磁性体２の周縁に向けた開口部１２を含む。
【００５４】
これらの開口部は、ロータ１の外周部５の体積減少に貢献しつつも、磁気回路のこれら開口部分の磁気抵抗を増加させ、磁石３の漏れ磁束を抑える効果を有する。このことにより、リブ１０が耐える機械的応力の限度内で、磁石３の量を増加させることが可能となる。
【００５５】
最も量の多い第１磁化バー７は、好適には、フェライトからなり、他方で量の少ない第２磁化バー８は、コストに大きな影響を及ぼすことなく、希土類タイプ、例えばネオジムであっても良い。
【００５６】
代案として、第１及び第２磁化バー７、８は、要求が低い用途において、ともにフェライトからなる。
【００５７】
さらに代案として、特定の用途において、磁石３は、一体成形の成形フェライトアセンブリの形である。第２凹部９の三角形と協働して、本発明による磁石３の階段形は、ロータ１の機械的強度の強化に不可欠であるリブ対１０を作ることを可能にする。
【００５８】
本発明は、上述の好ましい実施態様のみに限定されないことは理解されるであろう。
【００５９】
上に詳述したものよりも複雑な階段形に基づく他の実施態様についても、以下の請求項に由来する限り、本発明の文脈から逸脱しない。
【図１】
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【国際調査報告】
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