(57)【要約】  電気機械装置のロータ又はステータであり得る永久磁石キャリアは、第１の非磁性リング及び第２の非磁性リングを含む。リングの間には、軟磁極要素がある。軟磁極要素はそれぞれ、第１及び第２の非磁性リングに接続し、軟磁極要素は、第１及び第２の非磁性リングによって互いに分離されている。永久磁石は、軟磁極要素の間に配設されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
永久磁石キャリアであって、
第１の非磁性リングと、
第２の非磁性リングと、
軟磁極要素であって、前記軟磁極要素は、前記第１及び第２の非磁性リングにそれぞれ接続しており、前記軟磁極要素は、前記第１及び第２の非磁性リングによって分離されている、軟磁極要素と、
前記軟磁極要素の間に配設された永久磁石と、を備える、永久磁石キャリア。
【請求項２】
前記第１及び第２の非磁性リングが、軸方向に分離されたリングである、請求項１に記載の永久磁石キャリア。
【請求項３】
前記磁極要素が、前記磁石の放射状方向の動きを抑制するように成形されている、請求項２に記載の永久磁石キャリア。
【請求項４】
前記磁極要素が、前記磁石の放射状方向の動きを抑制するように成形されたシュー先端を有する、請求項３に記載の永久磁石キャリア。
【請求項５】
前記永久磁石が、放射状方向にテーパ状であり、前記磁極要素が、前記テーパ状永久磁石を収容するように成形された前記磁極要素間のスロットを画定している、請求項３に記載の永久磁石キャリア。
【請求項６】
前記放射状方向が、外側放射状方向であり、前記永久磁石キャリアが、前記第１及び第２の非磁性リングに接続され、前記磁石の放射状方向に内側に位置決めされた第３の非磁性リングを更に備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の永久磁石キャリア。
【請求項７】
前記第３の非磁性リングが、ハブの一部分である、請求項６に記載の永久磁石キャリア。
【請求項８】
前記放射状方向が、内側放射状方向であり、前記永久磁石キャリアが、前記第１及び第２の非磁性リングに接続され、前記磁石の放射状方向に外側に位置決めされた第３の非磁性リングを更に備える、請求項３〜５のいずれか一項に記載の永久磁石キャリア。
【請求項９】
前記軟磁極要素が、前記第１及び第２の非磁性リング内の受容スロットに嵌合されたボスを備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１０】
磁石の周囲の空気流を可能にする輪郭を更に備える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１１】
前記輪郭が、前記第１の非磁性リング及び前記第２の非磁性リングのうちの一方又は両方上のエンボス加工部を含む、請求項１０に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１２】
前記極要素が、前記輪郭のそれぞれの第１の部分に当接している、請求項１１に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１３】
前記磁石が、前記輪郭のそれぞれの第２の部分に当接している、請求項１１又は１２に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１４】
各輪郭が、前記磁石の挿入を補助するランプを含む、請求項１０〜１３のいずれか一項に記載の永久磁石キャリア。
【請求項１５】
永久磁石キャリアを構築する方法であって、
軟磁極要素を受容するためのスロットを画定する整列リングを提供する工程と、
前記整列リングによって画定された前記スロット内に軟磁極要素を位置決めする工程と、
第１の非磁性リングを前記軟磁極要素と接触させて、前記軟磁極要素を前記第１の非磁性リングに接続する工程と、
第２の非磁性リングを前記第１の非磁性リングと反対側の前記軟磁極要素と接触させて、前記軟磁極要素を前記第２の非磁性リングに接続する工程と、
前記整列リングを除去する工程と、
前記軟磁極要素の間に磁石を挿入する工程と、を含む、方法。
【請求項１６】
第３の非磁性リングを用いて前記磁石の放射状方向の移動を抑制する工程を更に含む、請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
電気機械装置。
【背景技術】
【０００２】
電気機械装置は、ステータと、ロータの極と相互作用するステータ内の極を通電することによってステータに関連して駆動されるロータとを含む。磁束対向極を有するロータにおいて、隣接する極間の磁束漏出を低減するための電力及び効率が有利である。
【発明の概要】
【０００３】
電気機械装置の磁束漏出を低減する新たな及び非自明な手法、並びに電気機械装置のロータ又はステータの新たな構造、並びにロータ又はステータの製造方法が開示されている。軟磁性構成要素を有しない軟磁性材料の極を作製することによって隣接する極間を接続することは、理想的な構造であるが、永久磁石が互いに反発しているため、それらの構成要素は、アセンブリ中に常にそれら自体を押し離そうとするので、達成することは非常に困難である。この問題に対する解決策は、ここでは、ロータ形状が、永久磁石の挿入前に剛性構造が組み立てられ、確立され得るように提示される。これにより、ロータはアセンブリ固定具として機能することができ、アセンブリプロセスを劇的に簡素化する。装置の他の利点としては、鋼柱の完全な磁気的分離、及び個々の構成要素の低コスト製造の機会が挙げられる。
【０００４】
一実施形態では、第１の非磁性リングと、第２の非磁性リングと、軟磁極要素と、を備える永久磁石キャリアが開示されており、軟磁極要素は、第１及び第２の非磁性リングにそれぞれ接続しており、軟磁極要素は、第１及び第２の非磁性リングによって分離されており、永久磁石は、軟磁極要素の間に配設されている。
【０００５】
更なる実施形態では、第１及び第２の非磁性リングは、軸方向に分離されたリングである。磁極要素は、磁石の放射状方向の動きを抑制するように成形されたシュー先端を有してもよい。放射状方向は、外側放射状方向であってもよく、永久磁石キャリアは、第１及び第２の非磁性リングに接続され、磁石の放射状方向内側に位置決めされた第３の非磁性リングを更に備えてもよい。第３の非磁性リングは、ハブの一部である。放射状方向は、内側放射状方向であってもよく、永久磁石キャリアは、第１及び第２の非磁性リングに接続され、磁石の放射状方向外側に位置決めされた第３の非磁性リングを更に備えてもよい。軟磁極要素は、第１及び第２の非磁性リング内の受容スロットに嵌合されたボスを含んでもよい。
【０００６】
一実施形態では、永久磁石キャリアを構築する方法が開示され、本方法は、軟磁極要素を受容するためのスロットを画定する整列リングを提供することと、整列リングによって画定されたスロット内に軟磁極要素を位置決めすることと、軟磁極要素を第１の非磁性リングに接触させて、軟磁極要素を第１の非磁性リングに接続することと、第２の非磁性リングを第１の非磁性リングの反対側の軟磁極要素と接触させて、軟磁極要素を第２の非磁性リングに接続することと、整列リングを除去することと、軟磁極要素の間に磁石を挿入することと、を含む。また、第３の非磁性リングを第１及び第２の非磁性リングに接続する工程も提供され得る。
【０００７】
一実施例では、それぞれの軟磁極に対して別個の構成要素を有するロータと、非磁性端部リング及び磁石とが、少なくとも端部リングに接触するＩＤ又はＯＤリングが設置される前に挿入される。
【０００８】
次に例として、図を参照しながら実施形態を説明するが、図中の同様の参照文字は同様の要素を示している。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】例えば、電気機械装置のロータの、キャリア用の磁気構成要素のアセンブリを示す。
【図２】磁石、磁石キャリアインサート、例示的なロータハブ上に取り付けられて示されるキャリアリングを示す。
【図３】電気機械装置のロータ用の極キャリアリングを示す。
【図４】永久磁石と共に使用するための極キャリアリングスロット及びエンボス加工部の調心を示す。
【図５】永久磁石と共に使用するための磁石キャリアインサートを示す。
【図６】軸方向及び放射状方向の位置決めを提供するための整列リングを使用したロータ極の設置を示す。
【図７】磁石キャリアインサート上への極キャリアリングのアセンブリを示す。
【図８】磁石キャリアリング間に取り付けられた、磁石キャリア間の磁石の挿入を示す。
【図９】磁石キャリアインサートによって放射状方向に抑制された磁石を示す。
【図１０】整列リング（円形型）を使用して極キャリアリングに取り付けられたロータ極を示す。
【図１１】切断極を示す、図１のアセンブリの等角切欠き図である。
【図１２】切断磁石を示す、図１のアセンブリの等角切欠き図である。
【図１３】空気チャネルを示す、図２のアセンブリの等角切欠き図である。
【図１４】図２の拡大図である。
【図１５】テーパ状磁石を含むアセンブリの一部分の拡大等角切欠き図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書に記載の実施形態には、「特許請求の範囲」で言及される内容から逸脱しない軽微な変更がなされてよい。「特許請求の範囲」では、用語「含む、備える（comprising）」は、その包含的意味で使用されており、他の要素の存在を除外するものではない。請求特徴の前の不定冠詞「ａ」及び「ａｎ」は、複数の特徴の存在を除外するものではない。本明細書に記載されている個々の特徴のそれぞれは、１つ以上の実施形態で使用されてもよく、本明細書に記載されているという理由だけで、「特許請求の範囲」に定義される全ての実施形態に必須であると解釈されるべきではない。
【００１１】
装置の実施形態では、構造及びアセンブリ手順が開示され、それによって、軟磁極が磁気的に互いに隔離されるが、物理的に互いに接続されており、これにより、全ての関連する意図及び目的のために、ロータが１つのピースの材料で製造されるかのように剛性構造が作製される。この説明では、ＩＤは内径を意味し、ＯＤは外径を意味する。
【００１２】
したがって、例えば、電気機械装置のロータ又はステータであり得る、永久磁石キャリア１０が、軸方向に分離された第１の非磁性リング１２Ａ及び第２の非磁性リング１２Ｂを含んで、図１に示されている。リング１２Ａ及び１２Ｂの間には、軟磁極要素１４がある。軟磁極要素１４はそれぞれ、第１の非磁性リング１２Ａ及び第２の非磁性リング１２Ｂに接触して接続し、軟磁極要素１４は、第１の非磁性リング１２Ａ及び第２の非磁性リング１２Ｂによって互いに分離されている。永久磁石１６は、軟磁極要素１４の間に配設される。
【００１３】
このアセンブリは、永久磁石１６が、例えば、図８に示すようにＩＤ（又は内部ロータ構成のＯＤ）から挿入される前に、軟磁極１４並びに非磁性端部リング１２Ａ及び１２Ｂのアセンブリを作製することによって可能にされる。その後、ＩＤ（又は外部ロータ構成のＯＤ）リング１８を（磁石が挿入されたときと同じＩＤ又はＯＤ上に）挿入する。この第３のリング１８（これは図２に示すような例示的な実施形態ではハブ３６の一部分であり得る）は、好ましくは熱嵌合で組み立てられ、全ての関連する意図及び目的のために、一体化した材料のピースから作製されるかのように、アセンブリ全体を共に保持するように機能し、磁石の放射状方向の動きを抑制することを含む。
【００１４】
図２に示す例示的な実施形態では、第３のリング１８は、磁石への空気流を可能にする窓３８を含む。図１３及び図１４は、ハブ３６の構造をより良く見るために、図２の実施形態の切欠き図を示す。この実施形態では、空気は、図４、図６及び図１２に示される間隙４８を介して磁石の端部の周りに放射状方向に流れることができる。空気はまた、この実施形態では、端部リング１２Ａ及び１２Ｂと、端部リング１２Ａ及び１２Ｂの放射状方向に内側の部分にある支柱１４及び磁石１６との間に円周方向に流れることができる。窓３８を通る磁石への空気流は、湾曲アーム５０を含むロータの回転運動によってモータの動作中に誘導される。
【００１５】
軟磁性材料は、容易に磁化及び消磁される材料である。それらは、典型的には、１０００Ａｍ−１未満の固有の保磁力を有する。軟磁性材料の例としては、鉄、鋼、延性鋼、並びに様々な鉄及び鋼合金が挙げられる。
【００１６】
例示的なロータアセンブリでは、極１４は、磁性材料で作製され、コア構造から引き離される。これにより、極対極接続構造体は、限定するものではないがチタン及びアルミニウムなどの、高磁束抵抗性材料で作製されることが可能になり、その結果、極対極の磁束漏出の削減、ステータとロータとの間の空隙における磁束の増加、並びにトルク及び電流当たりのトルク（Ｋｔ）の増加をもたらす。
【００１７】
放射状マルチピースロータアセンブリの一例では、複数の電磁極要素１４が、非電磁極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂ上に機械的に挿入される。電磁極１４は、限定するものではないが鋼又は鉄などの、軟磁性材料で作製される。図５に示されるように、各極は、主極本体２０と、極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂに嵌合するための両端部に高精度矩形突出ボス２２と、張り出したシュー先端２４と、を備え、極１４の間にある矩形磁石１６を位置付け、磁石１６の放射状方向の動きを抑制する。
【００１８】
示される実施形態では、極は、隣接する極の壁が平行であり、磁石を受容する直線状のスロットを画定する程度にだけテーパ状になっている。直線状のスロット及びシュー先端２４の代替として、又はそれに加えて、極は、増大されたテーパ、あるいは放射状方向に外側の実施形態では低減又は反転されたテーパを有して成形されてもよい。これにより、極間のスロットのテーパが、テーパ状磁石を収容させる。テーパ状スロットは、磁石に対する幅許容要件を低減する利点を有し、また、空隙における鋼を最大化し、テーパ状の鋼極の薄い端部における磁石幅を最大化することによって、所与の体積に対してより多くのトルクを提供する。図１５は、磁石１６、極１４及び１つの極キャリアリング１２Ａを示す、拡大等角切欠き図である。図１５に示す実施形態における磁石は、テーパ面５２を有する。テーパ面５２及び極キャリアリング１２Ａをより良好に示すために、いくつかの磁石及び極は省略されている。示される実施形態では、極１４は依然としてシュー先端２４を有するが、テーパ状磁石はまた、シュー先端２４なしでテーパのみを介して保持され得る。
【００１９】
極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂはそれぞれ、電磁極１４上のインサート又はボス２２に隙間嵌めを提供する高精度矩形受容スロット２６を有する平坦な円形リングであってもよい。受容スロット２６は、エンボス加工部又は輪郭４０を調心することによってスロット２６の１つ以上の側面上に縛られ得る。エンボス加工部４０は、平坦な頂部、あるいは極要素１４及び磁石１６の対応する部分に当接又は嵌合することができる他の構成を有する、リング１２Ａ及び１２Ｂの隆起部分である。ボス２２は、スロット２６内に挿入され、一方、極要素１４の本体は、エンボス加工部４０の一部分４２に当接又は着座する。磁石１６がリング１２Ａ及び１２Ｂの間に挿入されると、磁石１６は、エンボス加工部４０の第２の部分４４に対して着座又は当接する。放射状に内側の方向において厚さが減少する傾斜面又は面取り部４６は、エンボス加工部４０上の磁石１６の位置及び磁石１６の調心を補助する。間隙４８が、エンボス加工部４０と、エンボス加工部４０の隆起した輪郭と組み合わせたものとの間に設けられることにより、磁石１６及び極要素１４の周囲の空気流が可能になる。エンボス加工部４０の様々な構成は、示されるように、平坦などで使用され、スロット２６の２つの側面の周りに延在してもよい。極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂはそれぞれ、図３及び図４に示されるものと同じ構造を有してもよく、また、隣接するＮ極とＳ極との間に高磁気抵抗を提供するために、限定されるものではないがアルミニウムなどの、非磁性材料で作製されてもよい。
【００２０】
図１１及び図１２は、極１４（図１１）又は磁石１６（図１２）を通る切断図を示す。図１１は、極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂの受容スロット２６内の極１４のボス２２を示す。極１４に接触しているエンボス加工部４０の一部分４２もまた、この図において切断されている。図１２では、図の切断は、磁石１６を通り、また、エンボス加工部間の間隙４８も通る。磁石１６に当接する、エンボス加工部４０の第２の部分４４もまた、図１２に見ることができる。
【００２１】
放射状マルチピースロータを組み立てるために、図１０に示す円形の整列リング又は型３０を使用して、極１４を設計位置に予め設置して整列させる必要があり得る。円形型３０は、アルミニウムで作製することができる。円形型の内径は、ロータアセンブリを完成した後に除去することを可能にするために、極キャリアリングの外径よりも大きい必要がある。円形型は、極シュー先端２４の負の輪郭である高精度スロット３２を備える。
【００２２】
具体化されたロータアセンブリでは、ロータは、ステータの内側で回転するように設計されている。放射状マルチピースロータを組み立てるために、円形型３０は、平坦面上に配置される（図６）。次いで、極要素１４を型３０のスロット３２に挿入する。このプロセスは、全ての極１４を位置決めし、スロットを極キャリアリング１２Ａ又は１２Ｂのうちの１つ、例えば、極キャリアリング１２Ａ内に整列させる。極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂのうちの１つ、例えば、極キャリアリング１２Ａは、全ての極１４の上に配置されて、全ての極インサート２２をリング１２Ａに対して一端に係合させる。次いで、セットアップ全体が反転され、他の極キャリアリング１２Ｂもまた、配置され、他端で全ての極インサート２２に係合される。全てのインサート２２が係合されると、ロータコアアセンブリが形成され、円形型３０は、ロータコアアセンブリから軸方向に除去される。
【００２３】
図に示される非限定的な例示的なロータは、外部ステータモータに関するものである。ロータコアアセンブリが形成されると、永久磁石１６は、図８に示されるように、アセンブリの内径から極要素１４間のスロットに挿入され得る。図２は、完全なロータアセンブリを示す。磁石１６は、鋼極１４並びに外側リング１２Ａ及び１２Ｂが組み立てられた後に挿入されるので、磁石１６間の構造が完成する。これにより、特に永久磁石が、隣接する磁石を全て反発するため、整列を非常に難しくさせる、磁石を所定の位置に配置して構造を組み立てることの困難さを排除する。外部ロータモータでは、磁石保持特徴部が反転され（ここに示される例示的な実施形態と比較して裏返され）、極及び端部リングが組み立てられた後に磁石を外側から挿入するであろう。
【００２４】
極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂは、例えば図１、図３及び図４に見られるように、それらのＩＤの周りに位置決定特徴部３４を有する。これらの特徴部は、第３のリング１８のＯＤ内の受容特徴部内に摺動される。次いで、第３のリング１８及びハブ３６は、接着剤及び／又は軸方向クランプリング（複数可）を用いて極１４並びに極キャリアリング１２Ａ及び１２Ｂに固定される。図２に示されるアセンブリは、ここで、ステータを備えた電気モータに組み立てられる準備が整っている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2020535777.tif 000013
【図１２】
2020535777.tif 000014
【図１３】
2020535777.tif 000015
【図１４】
2020535777.tif 000016
【図１５】
2020535777.tif 000017
【国際調査報告】
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2020535777.tif 000019