JP2005522976A - 電気的な機械のための回転子 - Google Patents

Abstract

本発明は、積層鉄芯（１８）を有している帰磁路（１６）を備えた、電気モータのための回転子に関する。本発明によれば、帰磁路の薄片（１０）を、ばねエレメント（１４）を備えて形成することが提案され、前記ばねエレメント（１４）は、２つの側から回転子の永久磁石（２２）を押圧し、ひいてはこの永久磁石（２２）を製造公差に左右されることなく側方でセンタリングする。ばねエレメント（１４）間への永久磁石の嵌込み後、帰磁路（１６）が永久磁石（２２）に、例えば合成樹脂による注型またはプラスチックによる包囲射出成形によって結合される。本発明は、永久磁石（２２）の製造公差を補償するという利点を有している。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、電気的な機械、特に電気モータのための回転子に関する。

従来技術
例えばブラシレスの直流モータ（ＢＬＤＣモータ）のための回転子を、周囲に永久磁石が配置されている帰磁路を備えて形成することが公知である。帰磁路は、薄片から成る積層鉄芯として構成されていてよい。固定のために、永久磁石を帰磁路に接着すること、または帰磁路と永久磁石とを合成樹脂による注型もしくは流込み充填（vergiessen）またはプラスチックによる包囲射出成形によって結合することが公知である。この場合、合成樹脂による注型は、一種の接着である。永久磁石を備えた帰磁路を保護管内に挿入することも公知である。これら全ての可能な手段に共通するのは、永久磁石が帰磁路において位置決めされなければならず、かつ接着材料、合成樹脂またはプラスチックの硬化中、または保護管内への挿入中、帰磁路に保持されなければならないことである。射出成形の場合、射出成形動作中に永久磁石を帰磁路に位置決めされた状態で保持する保持体が、射出成形用金型内に設けられなければならない。注型の場合、公差の付きまとう（toleranzbehaftet）永久磁石が、帰磁路の、公差のつきまとう切欠に嵌め込まれ、これに基づき不定の位置において注型結合（vergossen）される。

帰磁路における永久磁石の位置決めに際しての問題は、永久磁石の製造公差である。製造公差は、寸法が次第に小さくなっても寸法自体と同じ程度に減少するものではないので、永久磁石および回転子のサイズが減少するにつれて、相対的な不正確さが増大する。この場合、相対的な不正確さとは、絶対的な構成部材寸法に関する公差のことである。特に、汎用のフェライト磁石よりも何倍も高い磁力を有していて、かつそれゆえに、より小さくてよい希土類磁石を使用する場合、位置決めの不正確さは、磁石と回転子との小さい絶対寸法ゆえに顕著になる。したがって本発明は、特に、小さい永久磁石、例えば前記希土類磁石のためのものであり、かつ小さい回転子および小型モータのためのものである。しかしながら本発明は、原則的に、あらゆるサイズの電気的な機械および回転子とあらゆる磁石タイプとに使用可能である。

回転子の永久磁石の不正確な位置決めは、回転子の角度位置に依存した不均等ないわゆる係止トルク（コギングトルク（Rastmoment））によって顕著になる。電気モータの運転に際して、増大したトルクリプル（Momentenwelligkeit）と回転方向に依存した作動特性とが生じることがあり得る。

本発明の説明および利点
請求項１の特徴部に記載したように構成された、本発明による回転子は、薄片から成っている積層鉄芯を備えた帰磁路と、この帰磁路に配置された所定の数の永久磁石とを有している。回転子の帰磁路の積層鉄芯の薄片は、少なくとも１つの位置固定エレメントを有しており、この位置固定エレメントは薄片と一体的である。永久磁石は２つの位置固定エレメントの間に固定されており、両位置固定エレメントは、固定された永久磁石に関して有利には互いに反対の側に位置するように配置されている。各薄片は、有利には、一対または複数対の位置固定エレメントを有しており、この場合、一対の位置固定エレメントの間に永久磁石が固定されている。ただし、永久磁石は、異なる薄片の２つの位置固定エレメントの間に固定されていてもよい。したがって、一対または複数対の位置固定エレメントの代わりに、１つの位置固定エレメントまたは個別的な位置固定エレメントを備えた薄片が可能である。本発明による回転子は、位置固定エレメントを備えた薄片のほかに、位置固定エレメントなしの薄片を有していてもよい。薄片は、一対の位置固定エレメントを有しているかまたは複数対の位置固定エレメントを有しているかによって、回転子の１つの永久磁石、複数の永久磁石、場合によってはさらに全ての永久磁石を、その位置固定エレメントで固定する、特に緊締固定する。１つの永久磁石の固定のために、複数の薄片の位置固定エレメントが設けられている。

位置固定エレメントは、永久磁石の製造公差を補償するという利点を有している。位置固定エレメントが永久磁石を、この永久磁石の、互いに反対の側に向けられた面で位置固定する、特に緊締固定するので、位置固定エレメントは永久磁石を、この永久磁石の製造公差に左右されることなく位置固定エレメント間で中央に位置決めする。

さらなる利点は、位置固定エレメントが回転子の永久磁石を、接着中、注型または流込み充填中または射出成形中、接着材料、プラスチックまたは合成樹脂が硬化完了するまで、位置決めされた状態で保持することである。保護管内への回転子の挿入に際しても、位置固定エレメントは永久磁石を位置決めされた状態で保持する。

位置固定エレメントの付加的な利点は、位置固定エレメントがトルク伝達に寄与し、かつ電気的な機械の機械的な故障に際して変位防護装置（Verschiebeschutz）を提供することである。

従属請求項には、請求項１に記載した本発明の有利な実施態様および構成を記載してある。

請求項３によれば、帰磁路は、相互に回動させられた複数の薄片を有しており、これらの薄片の位置固定エレメントの間に、異なる永久磁石が緊締固定されている。前記薄片は３６０°にわたって、永久磁石の数またはその整数倍で割った角度だけ相互に回動させられている。複数の薄片を相互に回動させることによって、回転子が永久磁石を有しているよりも少ないばねエレメント対を、１つの薄片に設けることが可能である。例えば、１つ置きの永久磁石のためのばねエレメント対が、１つの薄片に設けられていてよい。このことは、ばねエレメント対を全ての永久磁石のために１つの薄片に設けることがスペース上の理由から困難であるかまたは可能ではない場合、有利であるかまたは不可欠である。さらに、複数の薄片を相互に回動させることは、次のような利点を有している。すなわち、薄片の面にわたってばらつく薄片厚さおよび反り返った薄片が、特にこのような形状欠陥が系統的である場合に、つまり全ての薄片において与えられている場合に補償されるという利点を有している。薄片は、例えば、金属薄板のローラ圧延によって種々異なる厚さの面を有していてよく、この場合、この形状欠陥はどの薄片でも同じである。

本発明による回転子は、特に、帰磁路の積層鉄芯の外周部に配置された永久磁石を備えたいわゆるインナロータとして設けられている（請求項５）。ただし、回転子を、積層鉄芯の内周部に配置された永久磁石を備えたいわゆるアウタロータとして形成することも、原則的に可能である。この事例では、積層鉄芯の薄片は、リング状でなければならない、すなわち、孔を有していなければならない。

有利には、位置固定エレメントはばねエレメントであり（請求項６）、このばねエレメントはそのばね弾性に基づいて、永久磁石をばねエレメント自体の間に緊締固定する。これにより、種々異なる幅の永久磁石の補償が達成される。

実施例の説明
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１に示した薄片１０は、金属薄板から打ち抜かれている。薄片１０は、中央孔１２を備えたほぼ正方形の形状を有している。薄片１０は各角隅にばねエレメント１４を有している。このばねエレメント１４は、薄片１０と一体的なばね舌片として形成されていて、１つの作業工程において薄板１０の打抜きと同時に製造されている。ばねエレメント１４を備えた薄片１０は、打ち抜かれている代わりに、レーザ切断、ウォータジェット切断、エロージョンまたはその他の方法によって製造されていてもよい。それぞれ隣り合った２つのばねエレメント１４は互いに向かい合っていて、互いに対応配置されていて、一対のばねエレメント１４を成している。図１では、上方に示した両ばねエレメント１４および下方に示した両ばねエレメント１４が、互いに対応配置されていて、１つの対を成している。

本発明による回転子の、図２に示した帰磁路１６を形成するために、薄片１０は積層鉄芯１８になるように構成されている。積層鉄芯１８の全ての薄片１０は同一のものであって、図１に示した形状を有している。それぞれ所定の数例えば５〜６つの薄片１０が、合同に構成されている。例えば５〜６つの次の薄片１０は、９０°だけ回動させられている。９０°の回動角度が、図示および記載の本発明の実施例について当てはまり、本実施例では、回転子は４つの永久磁石を有している。薄片１０の回動角度は、一般的に、３６０°を永久磁石の数で割った角度である。個々の薄片１０がばねエレメント対１４を４つの外面のうちの２つの外面にしか有していないにもかかわらず、複数の薄片１０の相互の回動によって帰磁路１６は、その軸方向長さにわたって分配された状態で全ての４つの外面もしくは周面２０に配置されたばねエレメント対１４を有している。

例えば５〜６つのさらに次の薄片１０は、さらに９０°だけ回動させられており、つまり第１の薄片１０に対して１８０°だけ回動させられている。これにより、薄片１０の、製造に起因した系統的な厚さ誤差および形状欠陥が補償される。「系統的」とは、各薄片１０における不正確さが同じ箇所に存在するという意味である。このような製造不正確さは、例えば、各薄片１０において同じ箇所に存在する、薄片１０の局部的な厚さ差または局部的な反りであってよい。複数の薄片１０を相互に９０°、１８０°、２７０°および０°／３６０°だけ回動させることによって、前記のような系統的な形状不正確さが補償される。

本発明による回転子１６は、４つの永久磁石２２を有している（図３）。これらの永久磁石２２は、Ｄ字形の横断面（「パン塊形状」）を有している。すなわち、永久磁石２２は平坦なベース面を有しており、このベース面によって永久磁石２２は回転子１６の外面２０に接触している。永久磁石２２の、回転子に対して軸線平行な長手方向側面２４は、ベース面に対して垂直に立っていて、ベース面の幅に比べて低い。永久磁石２２の、帰磁路１６とは逆の側に向けられた外面２６は、円柱形に湾曲している。この場合、円柱半径は、外面２６と仮想の回転子軸線との間隔に合致する。

永久磁石２２の数および形状は、本発明の別の構成では、上記の説明から逸脱してよい。永久磁石２２は、例えば、Ｄ字形の代わりに円筒シェル形（zylinderschalenfoermig）であってよい（図示せず）。この事例では薄片１０は、有利には、正方形の代わりに円形の基本形状を有しており、永久磁石は凹状の内面によって、薄片の、凸状に湾曲した周縁部に接触している。さらに、永久磁石２２の外面２６の円柱半径が、仮想の回転子軸線からの間隔に合致することに、強制はない。

永久磁石２２は、ばねエレメント対１４間に嵌め込まれており、この場合、ばねエレメント１４は、永久磁石２２の長手方向側面２４をばね弾性的に押圧しており、これにより永久磁石２２をばねエレメント１４自体の間でひいては帰磁路１６において緊締固定している。ばねエレメント１４は両側から均等に永久磁石２２を押圧するので、ばねエレメント１４は永久磁石２２を側面（接線または周）の方向において位置決めし、永久磁石２２の製造公差を補償する。ばねエレメント１４は、例えば接着、合成樹脂による注型もしくは流込み充填、またはプラスチックによる包囲射出成形によって永久磁石２２を帰磁路１６に結合する間、永久磁石２２を保持している。永久磁石２２を備えた帰磁路１６は、例えばいわゆる保護管（図示せず）内に挿入することもできる。本発明による回転子を製造するためには、孔１２内に回転子軸（図示せず）が圧入されるか、または他の方式で回動阻止されるように挿入される。

図１および図２に示してあるように、帰磁路１６は、同一の２つの積層鉄芯１８を有しており、両積層鉄芯１８はそれぞれ固有の永久磁石２２を備えている。両積層鉄芯１８が例えば１５°の角度だけ相互に回動させられているので、回転子の永久磁石２２によって形成された磁極は、準スキュー（eine quasi-Schraegung）を有している。これにより、回転子の係止トルクおよびトルクリプルが小さくされる。回転子は、２つよりも多くの、相互に回動させられた積層鉄芯１８を有していてよい。

本発明による回転子の薄片を示す図である。

図１による薄片から構成された積層鉄芯を備えた、本発明による回転子の帰磁路の斜視図である。

図２による帰磁路に永久磁石を備えて示す図である。

Claims (7)

1. 電気的な機械のための回転子であって、帰磁路が設けられており、該帰磁路が、薄片を有している積層鉄芯を有しており、所定の数の永久磁石が設けられており、該永久磁石が、帰磁路に配置されている形式のものにおいて、薄片（１０）が、少なくとも１つの位置固定エレメント（１４）を有しており、該位置固定エレメント（１４）が、薄片（１０）と一体的であり、永久磁石（２２）が、回転子の１つまたは複数の薄片（１０）の２つの位置固定エレメント（１４）の間に保持されていることを特徴とする、電気的な機械のための回転子。
2. 薄片（１０）が、少なくとも一対の位置固定エレメント（１４）を有しており、両位置固定エレメント（１４）の間に、永久磁石（２２）が保持されている、請求項１記載の回転子。
3. 帰磁路（１６）が、相互に回動させられた複数の薄片（１０）を有しており、これらの薄片（１０）の位置固定エレメント（１４）の間に、異なる永久磁石（２２）が保持されている、請求項１記載の回転子。
4. 永久磁石（２２）が、積層鉄芯（１８）の周囲に配置されており、位置固定エレメント（１４）が、永久磁石（２２）の、回転子に対して軸線平行な側面（２４）を押圧している、請求項１記載の回転子。
5. 永久磁石（２２）が、積層鉄芯（１８）の外周部に配置されている、請求項４記載の回転子。
6. 薄片（１０）が、位置固定エレメントとしてのばねエレメント（１４）を有しており、永久磁石（２２）が、１つまたは複数の薄片（１０）の２つのばねエレメント（１４）の間に緊締固定されている、請求項１記載の回転子。
7. 回転子が、相互に回動させられた複数の積層鉄芯（１８）を有しており、これらの積層鉄芯（１８）がそれぞれ固有の永久磁石（２２）を備えており、積層鉄芯（１８）の相互の回動角度が、積層鉄芯（１８）の、相互に回動させられた複数の薄片（１０）の回動角度とは異なっている、請求項１記載の回転子。

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