JP2016520278A - 反作用電動機のための、特に同期型反作用電動機のためのロータ、このようなロータを製造するための方法、およびこのようなロータを備えた反作用電動機 - Google Patents

Abstract

ロータは、磁気伝導性材料から成る複数のロータセグメントを備えている。これらロータセグメントはロータケーシングの周方向に配分して配置されている。前記複数のロータセグメントの間に、前記ロータケーシングの、磁気伝導性に劣る領域が設けられている。前記複数のロータセグメントは本体内に次のように埋設され、すなわち前記本体の内面または外面が閉じたケーシングを形成するように、埋設されている。このロータを製造するため、薄板から星状の未加工体を押し抜き、該未加工体のアームを、該アームを結合させている中央部材に対し折り曲げてロータセグメントを形成させる。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の反作用電動機のための、特に同期型反作用電動機のためのロータ、請求項１７の上位概念部に記載のこのようなロータを製造するための方法、および請求項１９に記載のこのようなロータを備えた反作用電動機に関するものである。

電子モータ制御のパワーが増大するにつれて、従来コスト上の理由から主に電力周波数に依存する固定回転数で作動されていた適用分野にとっては、回転数可変駆動装置が興味の対象になっている。たとえば、冷却分野のためのベンチレータは必要な最大負荷に対して設計されるが、主に部分負荷範囲で作動する。この場合に得られる作用効率は、ベンチレータのために使用される電動機の種類によっては、設計点よりも小さい。

最近では、回転数可変な適用例において、永久磁石型同期機械（ブラシレス電子整流モータ）が定評を得てきている。ほぼ１０ｋＷのパワー以下のベンチレーション技術的駆動に対しては、永久磁石型同期機械に、組み込み型電子制御装置を備えさせる。パワー下部範囲およびパワー中央範囲でのこのような永久磁石型モータの作用効率は、交流かご形電動機の作用効率よりもはるかに上であり、比較的小型の構成でも、将来の作用効率クラスＩＥ４を達成するポテンシャルを持っている。

しかしながら、永久磁石に必要な材料は狭い温度範囲でしか使用できないという欠点がある。また、特にたとえばネオジウム・鉄・ホウ素のような高出力材に対するコスト状況が非常に不安定であり、世界的に需要が多いために上昇する傾向がある。さらに、接着および磁石の磁化のような組立てプロセスに特別な配慮が必要であり、従って製造コストに少なからず影響する。

駆動部のエネルギー消費量は、ベストケースの条件のもとで検出されるばかりでなく、実際の負荷条件または平均的な負荷条件のもとでも検出される頻度が増えている。特にベンチレーション技術では、必要な駆動力はピーク負荷に対し設計される。しかしながら、最も頻繁に生じる作動状態はこの値よりも明らかに下にある。設計によっては、永久磁石型同期電動機の作用効率は部分負荷範囲で著しく低くなることがある。いわゆるライフサイクルコストを考慮すれば、これは欠点である。

磁石が完全になくても反作用電動機は作動し、反作用電動機と同期型反作用電動機とを接続して区別する。反作用電動機が接続されれば、該反作用電動機は原理的に発生する高いモーメントリップルを有する。この高いモーメントリップルは、同期型反作用電動機により、永久磁石型モータに比較しうるような量へ低減させることができる。

永久磁石の材料費は常に上昇しているので、数１０ｋＷ以下の出力範囲では、インナーロータ式モータとして同期型反作用電動機を使用する頻度が多くなっている。これには、センサによるロータ位置検知システムが改善されてより簡単に実現できたことも寄与している。

原理的には、反作用電動機は通常の多相分布巻線または多相トラックコイル巻線で作動する。ステータ巻線部によって生成される多極磁場は、ロータに対し磁気的な引き寄せ力を及ぼし、ロータはステータの極数だけに従って整数の磁気的成形物を有している。これにより、ロータの磁気的成形物は、回転するステータ磁場の方向へ配向され、その結果ロータはステータ磁場の極に同期して回転する。磁気抵抗（磁気伝導性）により、磁気的成形物によって設定される優先方向において、各極対（ポールペア）により動力が発生し、この動力がステータの励磁場とロータの成形物との間で同期回転を生じさせる。

公知の反作用電動機は、磁気伝導性材料から成る複数のロータセグメントを有し、これらのロータセグメントは、より磁気伝導性に優れた材料から成るロータケーシングの本体内で保持されている。同期回転は、励起磁束のリップルまたは負荷交替による振動モーメントによって損なわれ、ロータセグメント内に磁束変化を生じさせる。これによってこのような反作用電動機の同期作動が損なわれる。

本発明の課題は、ロータを簡単に、コスト上好ましく製造、作製でき、該ロータにより反作用電動機の優れた同期回転が保証されるように、この種のロータ、この種の方法、この種の反作用電動機を構成することである。

この課題は、この種のロータにおいては、本発明によれば請求項１の特徴ある構成により、この種の方法においては、本発明によれば請求項１７の特徴ある構成により、この種の反作用電動機においては、本発明によれば請求項１９の特徴ある構成により解決される。

本発明によるロータでは、ロータセグメントは、本体がロータセグメントを内側または外側で完全に覆うように、本体内に埋設されている。このようにして、本体はロータの内面または外面に閉じたケーシングを形成させる。内面に閉じた回転ケーシングを備えたロータは、インナーロータ式モータに対し使用でき、外面に閉じた回転ケーシングを備えたロータは、エクスターナルロータ式モータに対し使用できる。本体はロータに対し高い強度と安定性とを付与する。

本体はプラスチックから成っていてよい。このケースでは、短絡巻線部を形成するため、対応的に伝導性のある付加的な材料を使用する必要がある。

有利な実施形態では、本体は金属材料、特にアルミニウムから成っていてもよい。この場合ロータは、アルミニウムダイカストから信頼性のある態様で作製できる。このような構成では、金属材料は本体の形成のために用いられるばかりでなく、磁束安定化を実現させるためにも用いられる。

ロータセグメントは１つの一体の薄板から成っていてよい。

しかし、ロータセグメントが層状の薄板積層部から成っていてもよい。薄板積層部は上下に設置されて、適当な態様で互いに結合され、たとえば接着される。

有利な実施態様では、ロータセグメントの長手中心面は、ロータの軸線に対し横方向に見て、ロータの軸面と角度を成している。このような構成は、ロータを備えている反作用電動機の優れた同期回転に寄与する。

この場合、ロータセグメントは、有利には、ロータセグメントの縦縁が、ロータの軸線に対し横方向に見て、ロータセグメントの長手中心面に対し平行に延びているように構成されている。

本発明によるロータでは、ロータセグメントは、有利には、２つのヨークリングの間に位置している。磁束線はヨークリングから互いに逆方向にそれぞれロータセグメント内へ延び、周方向にそれぞれ隣接しているロータセグメントを介してヨークリングへ戻る。このようにして、各ロータセグメントには２つの磁束循環系が割り当てられ、これら磁束循環系のうち１つの磁束循環系は１つのヨークリングを介して、他の磁束循環系は対向するヨークリングを介して延在している。このような構成により、ロータを備えた反作用電動機の優れた同期回転が得られる。

このように磁束を軸線方向に誘導する場合、ステータから来る磁束は２つの軸線方向成分に分割される。分割線は、周方向においてロータセグメントの中心で延びている。ヨークリングを介してこれら２つの磁束成分に対しそれぞれ推論する(Rueckschluss)ことで、ロータの磁束誘導鉄部分の最適な活用が可能になる。また、これによって軸線方向の力を非常に簡単に補償できる。

同期型反作用電動機のロータ内での磁束誘導が時計方向に行われる場合、ステータから半径方向に来る磁束（ｄ軸線）は２つの周方向成分に分割され、これら２つの周方向成分は互いに逆方向に２つの隣接しあうロータセグメントによって誘導される。

ヨークリングがロータセグメントと着脱可能に結合され、有利にはねじを用いて着脱可能に結合されているならば、簡単でコスト上好ましいロータの作製が得られる。

ねじは有利にはロータセグメントの幅狭側にねじ込まれ、ロータセグメントはその幅狭側でもってヨークリングに面当接している。これにより、ロータセグメントからヨークリングへの磁束線の好適な移行が得られる。

ヨークリングはリング状に形成されて、それぞれロータの１つのラジアル面内にある。

有利には、１つのヨークリングにキャップが接続し、該キャップは有利には１つのヨークリングと一体に形成されている。キャップによりロータを一端で閉鎖させることができる。

有利な実施態様では、キャップは、内面に、導電性材料から成るカバーを備えている。

この場合、カバーが本体と一体に形成されているのが有利である。

キャップから突出部が突出し、該突出部内でロータ軸の一端が固定されているならば、ロータの簡潔な構成に寄与する。

本発明の他の実施態様では、ロータセグメントはロータ底部と一体に形成されている。このケースでは、ロータセグメントをロータ底部とともに１つの薄板から簡単に押し抜くことができる。ロータ底部からロータセグメントへの移行領域には、少なくとも１つの短絡巻線部が設けられている。

この場合、すべてのロータセグメントが１つの共通の短絡巻線部を有するように構成されていてよい。このケースでは、１つの共通の短絡巻線部はリング状に形成されている。

しかし、各ロータセグメントが移行領域に固有の短絡巻線部を有していてもよい。

本発明による方法では、ロータセグメントを製造するための出発材料として薄板が使用され、薄板から星状の未加工体を押し抜く。次に、未加工体のアームを、該アームを結合させている中央部材に対し折り曲げてロータセグメントを形成させる。このようにして、押し抜き工程によってロータセグメントを簡単に且つコスト上好ましく製造することができる。次に、ロータ底部と一体に形成したロータセグメントを本体の材料によって保持させる。このために、ロータセグメントおよびロータ底部のプラスチック射出成形またはアルミニウムダイカスト法も使用できる。

ロータセグメントを層状の積層板から構成すべき場合には、１つの薄板から複数の星状の未加工体を押し抜き、次にこれら星状の未加工体を互いに積層して互いに結合させる。次に、このように形成した層状未加工体のアームを、この未加工体の面から折り曲げてロータセグメントを形成させる。

この場合、曲げ工程でロータセグメントが所望の均一な輪郭形状を有するようにするため、個々の未加工体の輪郭形状をサイズの点でわずかに異ならせるのが有利である。

ロータを備えた本発明による反作用電動機は、同期回転が非常に優れていることを特徴としている。この反作用電動機を用いると、特に該反作用電動機が同期型エクスターナルロータ式反作用電動機として構成されている場合には、永久磁石式同期型電動機の作用効率に比較しうるモータ作用効率を達成できる。反作用電動機は永久磁石を必要としない。ステータは従来の非同期型電動機のステータに対応している。堅牢性および温度感度は非同期型電動機のそれに比較しうる。

本願の対象は、個々の請求項の対象から明らかであるばかりでなく、図面および以下の説明に開示された記載および構成からも明らかである。図面の記載事項および以下の説明の記載事項は、請求の範囲の対象でなくとも、個別にまたは組み合わせて技術水準に比べ新規なものである限りは、本発明の主要な事項として請求される。

本発明の他の構成は、他の請求項、以下の説明および図面から明らかである。

次に、図面に図示した実施形態に関して本発明を詳細に説明する。
エクスターナルロータ式モータのために使用される本発明によるロータの斜視図である。 図１のロータの軸断面図である。 図１のロータの半径方向断面図である。 図１のロータの内部の磁束を示す図である。 本発明によるロータのロータセグメントの１実施形態の斜視図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の斜視図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の斜視図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の斜視図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の平面図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の斜視図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の平面図である。 本発明によるロータのロータセグメントの変形実施形態の平面図である。 エクスターナルロータ式モータのための本発明によるロータの第２実施形態の斜視図である。 図１３のロータの軸断面図である。 エクスターナルロータ式モータのための本発明によるロータの第３実施形態の斜視図である。 図１５のロータの軸断面図である。 図１５のロータの成形したロータコアの斜視図である。 図１５のロータの成形したロータコアの他の実施形態を示す図である。 インナーロータ式反作用電動機の内部の磁束を示す図である。 エクスターナルロータ式モータ用の本発明によるロータの他の実施形態を半径方向断面図で示した図である。 本発明によるエクスターナルロータ式モータ用ロータの他の実施形態の斜視図である。 図２１のロータの別の斜視図である。 図２１および図２２のロータ内部での磁束の推移を示す図である。 図２１ないし図２３のロータの軸断面図である。 本発明によるインナーロータ式モータ用ロータの他の実施形態の軸断面図である。

以下に説明するロータは反作用電動機のために使用され、特にエクスターナルロータ式同期型反作用電動機のために使用される。ロータは、その周方向に配分して配置される、磁気伝導性が高い領域と低い領域とを有している。ロータの構成は、磁気伝導性に優れたゾーンと磁気伝導性に劣るゾーンとが周方向に交互に存在するように行われている。

図１は、筒状ケーシング１を備えたエクスターナルロータ式反作用電動機を示している。筒状ケーシング１は一端で底部２に移行している。ケーシング１は他端で開口している。底部２は中央にブシュ状突起３を備え、該ブシュ状突起内でロータ軸４の一端が固定されている。ロータ軸４の他端はケーシング１の端面５の高さにある。

ケーシング１は本体６を有し、本体６は磁気伝導性が小さな材料、たとえばプラスチックまたはアルミニウムから成っている。本体６の外面は閉じた外側面７（図３）を形成している。本体６の内面８には４つの凹部９が設けられ、これら凹部９は互いに同一に形成され、４極モータの実施形態の場合にはたとえば９０゜の角度間隔で配置されている。これら凹部９はそれぞれ半径方向断面にて円弧状の底部１０を有し、円弧状の底面１０はロータのそれぞれの軸面１１に関して対称に形成されている。隣接しあっている凹部９の間には、軸線方向に延在する細条部１２が延在し、該細条部の端面はケーシング１の内面８内にある。

なお、図１および図３の図示では、本体６の内面に一例として４つの凹部９しか設けられていないが、凹部の数量はロータの極数に依存しており、従ってロータの使用例に依存しており、３６０゜／極数の関係に従って決定される。

凹部９内にはロータセグメント１３がある。ロータセグメント１３は磁気伝導性に優れた材料、特に鉄、鋼等から成っている。ロータセグメント１３は次のように構成され、すなわち凹部９の底部に面当接し、そのロータ軸４側の内面１４がケーシング１の内面８に位置するように構成されている。

ロータの製造の際、本体６はプラスチック射出成形により、または、アルミニウムダイカスト法により製造される。これによってロータセグメント１３は本体６内に固定して埋設されている。

図５ないし図１２はロータセグメント１３の種々の構成を示している。図５および図９のロータセグメント１３は、図３のロータセグメントに対応している。ロータセグメントは互いに積層された同一の薄板部材１３’から成り、これら薄板部材は１３’は適当な態様で互いに結合されている。薄板部材１３’は、たとえばコイルから巻き戻される薄板から押し抜きされる。薄板部材１３’はロータのラジアル面内にある。薄板部材１３’はそれぞれその内面１４に円弧状の凹部１５を備えている。この凹部は、すべての薄板部材１３’において、それぞれの薄板部材の幅の半分の幅である。これにより、積層されている薄板部材１３’は軸線方向に延びる溝１５を形成し、溝１５はロータの付属の軸面１１に関し対称に配置されている（図３）。これらの溝１５は導電性材料で充填されている（図１）。本体６がたとえばアルミニウムから成っている場合には、溝１５内にある材料も同様にアルミニウムである。ロータセグメント１３の溝１５は両端で開口しているので、凹部１５内にあって細条部１５’を形成している材料は、本体６の残りの部分と一体に形成されている。溝係止モーメントを少なくさせるために、溝１５は斜めに延びるように設けられていてもよい。

本体６が非磁気伝導性材料、たとえばプラスチックから成っている場合には、溝１５内に導電性材料を挿入し、ロータセグメント１３の上面および下面に短絡リングを設け、該短絡リングにて導電性材料を溝に結合させ、短絡リングを本体６内に埋設する。

図６と図１０とに記載の実施形態では、ロータセグメント１３は、半径方向に直列に位置している個々の薄板部材１３’から形成され、これらの薄板部材１３’は互いに面当接して、適当な態様で、たとえば接着によって互いに固定結合されている。薄板部材１３’の、その周方向に測った幅は、本体６の凹部９の形状に対応して減少している。薄板部材１３’も、前記実施形態の場合のようにロータセグメント１３の横中心面に関し対称に位置している凹部１５を半分の幅でそれぞれ備えている。凹部１５も同様に円弧状の輪郭を持ち、導性材料で充填されている。

図５および図６の実施形態または図９および図１０の実施形態のロータセグメント１３は、横中心面を起点として周方向に連続的に先細りになっている。従って、ロータセグメントはそのサイドエッジ１６，１７において最も狭い幅を有している。サイドエッジ１６，１７はそれぞれ平らな端面１８，１９を有し、この端面でもってロータセグメント１３は凹部９の対応する平らな側面２０，２１（図３）に当接している。これらの側面２０，２１は、互いに隣接しあっている凹部９の間の細条部１２の側面を形成している。

図５および図９の実施形態の薄板部材１３’は、ロータのラジアル面内にある。ロータセグメント１３は、連続的に湾曲している外面２２と、連続的に湾曲している内面１４とを有している。図６および図１０の実施形態では、ロータセグメント１３の内面１４だけが連続的に湾曲し、他方外面２２は、薄板部材１３’が半径方向に直列に配置されているために階段状に構成されている。しかしながら、ロータセグメント１３は本体６内に埋設されているので、ロータセグメント１３の外面２２のこの構成は欠点ではない。

図７および図１１のロータセグメント１３も、ロータのラジアル面内で積層されている同一の薄板部材１３’から成っている。前記２つの実施形態とは異なり、湾曲した薄板部材１３’はその周長にわたって一定の幅を有している。これに対応して、本体６の凹部９も、周方向に一定の深さを有するように形成されている。薄板部材１３’も半分の長さで凹部１５を有し、凹部１５はラジアル面内に形成されてロータセグメント１３内で軸線方向に延在する溝を形成している。

図８および図１２のロータセグメント１３が図７および図１１のロータセグメントと異なっているのは、中央凹部１５の形状の点のみである。中央凹部は半径方向断面にて長方形に形成され、ロータセグメント１３の横中心面に関し対称である。前記実施形態の場合と同様に、凹部１５はロータセグメント１３内で軸線方向に延在する溝を形成している。

図１ないし図４のロータを備えたモータは、永久磁石励起型エクスターナルロータ式電動機に対応している。公知のエクスターナルロータ式電動機で設けられているマグネットセグメントの代わりに、ロータケーシング１の内面に、磁気伝導性材料から成る個々の薄板部材１３’から構成された前述のロータセグメント１３が設けられている。ロータセグメント１３の数量は、それぞれのモータの極数に対応している。ロータセグメントは、その内面を除いて、本体６の材料によって完全に取り囲まれている。この材料は小さな磁気伝導性を有しているにすぎず、たとえばプラスチックまたはアルミニウムである。前述の構成により、磁気伝導性に優れたゾーンと磁気伝導性に劣るゾーンとがロータケーシング１の周方向に交互に生じる。鍋状のロータがキャップ状にオーバーラップしている、概略のみを図示したステータ２３（図４）は、公知のエクスターナルロータ式電動機（たとえば歯付きコイル巻線または分割型マルチストランド巻線を備えた同期電動機または非同期電動機）と同じ構成で構成されていてよい。

ステータ２３により、好ましくは位置検出器を有しない電子制御部を介して発生させた多極回転磁場は、ロータセグメント３によって磁束を発生させ、ロータセグメントはこの磁束を増大させようとする。ロータの回転磁場の一例を図４に示す。図４では、磁力線はロータを備えたモータに対して図示されている。ステータは半径方向に延びる歯２４を有し、これらの歯はステータの周方向に公知の態様で均等に配分して配置されている。各歯２４は、ロータケーシング１の内面８に対向している端面２５を有し、該端面はロータケーシング１の内面８に対し平行に延びている。図４からわかるように、それぞれのステータ歯２４において半径方向に延びている磁力線は、周方向にある端部においてロータセグメント１３内へ到達し、そこから周方向においてロータセグメント１３の他端へ誘導される。ここから、ロータセグメント１３の軸線方向高さにわたって延びている磁力線は、対応する他のステータ歯２４を介して内側へ戻ってステータへ延びている。このようにして、対応するステータ歯２４とロータセグメント１３とを介して延びる閉じた磁気回路が生じる。ロータセグメント１３の形状により、モータの２つのロータ固定のｄ軸線およびｑ軸線（図４）での磁気抵抗が可能な限り大きく異なることを可能にする。

回転磁場であるので、ロータセグメント１３には、ロータが先行する回転磁場に同期して追従するようにトルクが作用する。モータの電子制御部のロータ位置検出により、適当な牽引角(Schleppwinkel)を備えた効率的に最適な磁場制御が最大トルクに至るまで行われる。

ステータ２３の歯２４は、公知の態様で適当な巻線部を備えている。巻線部は、三相交流電流を供給したときに、ステータ２３とロータとの間のエアギャップ内で周回する回転磁場を発生させる。巻線部に通電されたステータ歯２４は、それぞれ次にあるロータのロータセグメント１３を引き寄せ、ロータのロータセグメント１３がこれを引き寄せるステータ歯２４に接近したときに、公知のようにその通電量を正弦状に減少させる。同時に、他のステータ歯２４に対する次の位相は、より強く通電量を増大させられ、他のステータ歯も他のロータセグメント２３を引き寄せる。ロータの位置検出により、ステータ電流の最適な位相位置が制御されるよう保証されている。これに付属する電流推移は好ましくは正弦状に制御され、その結果トルクに影響するリップルが十分に回避される。

図２からわかるように、前述した短絡巻線部のコンダクタループ２６がロータの軸線方向においてロータセグメント１３のまわりに磁力線に対し垂直に延びている。

図１ないし図４によるロータを備えたモータは、図４からわかるように、ロータセグメント１３が互いに切り離されたエクスターナルロータ式電動機を形成する。電動機はベンチレータに対し有利に使用される。このケースでは、ロータの外面７にファンブレードが設けられる。

図１３ないし図１８の実施形態では、ロータセグメント１３は底部２を介して互いに結合されている。ロータは、底部部分２７と一体に形成されたロータセグメント１３（図１７）を有している。１枚の薄板から星状の未加工体を押し抜く。ロータセグメント１３を形成させるため、未加工体のアームを、該未加工体の平面から折り曲げる。未加工体の中央部分は底部部分２７を形成する。上述した押し抜き・曲げ方法により、図１７の構成が得られる。

図１８からわかるように、押し抜いた複数の薄板を積層して互いに結合させ、その後ロータセグメント１３を底部部分２７に対し折り出すことも可能である。

図１７と図１８の２つの実施形態では、非常に簡単でコスト上好ましい製造が得られる。

ロータセグメント１３と底部部分２７とは本体６内に埋設され、本体６はプラスチックまたはアルミニウムのような磁気伝導性が小さな材料から成っている。図１４が示すように、本体６は外面においてロータセグメント１３を完全に取り囲み、ロータセグメント１３の自由端２８をも覆っている。底部部分２７は下面において同様に本体６によって被覆されている。互いに隣接しあっているロータセグメント１３間の軸線方向の中間空間２９（図１７と図１８）は、本体６の材料によって完全に充填されている。このようにして、周方向にほぼ一定の厚さを有する閉じたケーシング１を備えたロータが得られる。

ロータセグメント１３はそれぞれ同一に構成され、ほぼ長方形の形状を有している。ロータセグメントは、その高さ方向と周方向において、該ロータセグメントの内面１４がケーシング１の内面８に位置するように、湾曲して形成されている。ロータセグメント１３の自由縁２８は、周方向にあるその両端部において傾斜している。ロータセグメント１３は幅狭の中間部材３０を介して底部部分２７と結合されている。これらの中間部材はロータセグメント１３よりも幅狭であり、該ロータセグメントに関し対称に位置している。これにより、本体６とロータセグメント１３との間の確実な結合が保証されている。

底部部分２７上には、ロータセグメント１３の下縁まで延びている短絡リング３１が取り付けられている（図１４）。短絡リング３１は３６０゜にわたって延在している。

図１５および図１６の実施形態では、周回するように延在しているロータセグメント１３用短絡リング３１の代わりに、適当な短絡部材３１が設けられている。その他の点では、図１５および図１６のロータは図１３および図１４のロータと同一に構成されている。

図１３ないし図１６の実施形態では、ロータセグメント１３内での磁束誘導は、図１ないし図４の実施形態とは異なり、軸線方向に行われる。ステータから来る磁束は、まず半径方向において対応するロータセグメント１３内へ流れ、該ロータセグメント内で磁束は軸線方向において底部部分２７のほうへ延びる。底部部分を介して磁力線は隣接しているロータセグメント１３へ進入する。

図１５ないし図１８の実施形態では、各ロータセグメント１３に、該ロータセグメントの足領域にある短絡リング３１が付設されているので、図１７および図１８に示した、ロータセグメント１３の足領域を取り囲むコンダクタループ３２が生じる。コンダクタループ３２はそれぞれの短絡巻線部３１を特徴づけている。閉じたコンダクタループ３２内での誘導電流により磁束安定作用が生じ、これによって、励磁により発生するリップルがかなり減少する。このリップルは、レーストラックコイルの場合にかなりの程度で発生するような交替磁束を発生させる。ロータセグメント１３と中間部材３０との間の前述した狭隘部３３により、それぞれの短絡部分３１を簡単に且つ確実にロータに設けることができる。短絡部分３１を使用するケースは、本体６（たとえばアルミニウムから成る）が同じ材料から成っている場合である。本体６に対しプラスチックを使用する場合は、短絡部分３１に対し、導電性材料から成る別個の部材をロータセグメント１３の足領域に取り付ける。

励起磁束のリップルまたは負荷交替による振動モーメントによって生じるロータセグメント内の磁束変化は、短絡巻線部内に二次流を生じさせ、二次流はこれらの変化に反作用して、ロータのステータ回転磁場との同期回転を維持させようとする。これによって、反作用電動機の同期回転が生じる。

図１７および図１８から明らかなように、互いに隣接しあっているロータセグメント１３の短絡部分３１は周方向に互いに間隔を有する。

ロータセグメント１３の足領域には、狭隘部３３を設けなくてもよい。このケースでは、中間部材３０はロータセグメント１３と同じ周幅を持っている。図１３および図１４の実施形態では、個々の短絡部分の代わりに、周回するように延在する短絡リング３１が使用され、該短絡リング３１はロータセグメント１３に付設される個々の短絡部分３１と同じ作用を有している。

図１３ないし図１８のロータは第１実施形態の場合と同様に構成されて、ステータ２３を取り囲んでいる（図４）。

図１３ないし図１８の実施形態では、コンダクタループ３２はロータセグメント１３の足端に設けられて足領域を取り囲んでいるが、図１ないし図４のロータでは、コンダクタループ２６は、ロータセグメント１３の高さ方向において、ロータセグメント１３の周幅の半分で前述のように設けられている細条部１５’を貫通するように延在している。図１ないし図４のロータにおいて本体６がプラスチックから成っている場合には、凹部１５内にある細条部１５’は導電性材料から成り、上端および下端において、本体６の材料に埋設されている短絡リングに接続している。これに対し本体６が導電性材料、たとえばアルミニウムから成っている場合には、ロータセグメント１３の凹部１５内にある細条部１５’に対して別の材料は必要ない。

すべての実施形態において、磁気伝導性材料から成る付加的な細条部と付加的な短絡リングとにより、非同期電動機に比較可能に、固定供給周波数で自動回転作動することのできる同期型反作用電動機を得ることができる。

説明している実施形態では、ロータはエクスターナルロータ式反作用電動機のために設けられている。それぞれの短絡巻線部３１は磁束方向に対し法線方向の面内にある。図１ないし図４のロータでは、短絡巻線部３１はスラスト面内にあり、他方図１３ないし図１８のロータでは、短絡巻線部はラジアル面内に延在している。

ロータに対し必要な機械的強度および安定性を付与する本体６に対しアルミニウムを使用する場合、この材料は同時に磁束安定化を実現するためにも用いられる。本体６に対しプラスチックを使用する場合、短絡を得るために、付加的に導電性材料を使用しなければならない。ロータセグメント１３と底部部分２７とは、たとえばプラスチック射出成形またはアルミニウムダイカストによって埋設される。

図１９は、インナーロータ式反作用電動機内部での磁束を示している。磁力線は、ロータの歯から半径方向にステータ内へ延び、ステータ内部で磁力線は周方向にロータの次の歯へ延び、次の歯へ再び半径方向に進入する。磁力線はロータ内部で１つの歯から隣接する歯へ延びている。

このインナーロータ式同期型反作用電動機の場合、実質的に、半径方向の磁束方向が生じることが分かる。これにより、モーメント形成のために必要なＬＤ／ＬＱ比率の実現を、溝１５の形状によって、特に溝の深さによって制御することが可能である。前述したエクスターナルロータの実施形態の場合と同様に、電気短絡リングによって溝細条部の周囲で磁束変化の抑圧が達成され、従ってリップルおよび振動モーメントの抑圧が達成される。

図２０は、複数のロータセグメントを公知の態様で組み立てて１つのロータパケットを形成させ、たとえばプラスチック射出成形またはアルミニウムダイカスト法によってロータセグメント１３を本体６内へ埋設する可能性を示している。次に、このようにして製造したロータを回転加工によって次のように加工し、すなわち周方向において直列に位置しているロータセグメント１３の間に残っている細条部３４が除去されるように、加工する。このようにして、ロータセグメント１３間での磁気伝導性を減少させる。アルミニウムダイカストプロセスまたはプラスチック射出成形の際のロータセグメント１３の位置決めを容易にするため、ロータセグメント１３の間に比較的薄い細条部３４が設けられる。これら細条部３４を介してロータセグメント１３は互いに正確に配向されている。ロータセグメント１３をプラスチック内またはアルミニウム内へ埋設した後、細条部３４を回転加工によって簡単に除去することができる。

好ましくは、ステータ２３のレーストラックコイル巻線部として、三相交流電流システムによって構成された巻線システムが使用される。しかし、モータの作動中に回転磁場を発生させるために、配分型巻線システムも使用することができる。

ロータセグメント１３は、前述したように、図１７に例示したような完全な薄板形状部材として製造されるか、或いは、層状の電気薄板（鉄板）として製造されていてよい。

図２１ないし図２４のロータは、エクスターナルロータ式反作用電動機のために設けられ、図１５および図１６のロータと同様に構成されている。ロータは本体６（図２４）を有し、本体６は内面に複数の凹部を備え。これら凹部内にロータセグメント１３がある。本体６は鋳造方法で製造され、本実施形態ではアルミニウムから成っている。ロータセグメント１３はロータの周方向に均等に配分して配置され、ロータ軸４側のその内面１４が本体６のケーシング１の内面８に位置するように、本体６に埋設されている。

ロータセグメントはロータ内に次のように配置されており、すなわち側面図で見て、または、ロータの軸線に対し垂直に見て、その長手中心面３５（図２１）がロータの長手中心面３６に対し鋭角αを成して延びるように、配置されている。ロータセグメント１３の縦縁３７，３８は互いに平行に且つ長手中心面３５に対し延びている。ロータセグメント１３のこのような傾斜は、ステータの傾斜によって生じるモーメントリップルを減少させるために用いる。

ロータセグメント１３は２つのヨークリング３９，４０を結合させ、これらヨークリングは好ましくはねじ４１を介してロータセグメント１３と結合されている。ヨークリング４０は、対向しているヨークリング３９よりも半径方向に大きな幅を有している。ヨークリング４０の内縁４２は、ロータセグメント１３の内面１４と本体６の内面８とを含んでいる筒面に位置している。ヨークリング４０は半径方向において本体６から突出し、ファンホイールのような組み付け部品のための固定フランジとしても用いられる。

対向しているヨークリング３９は、外縁４３において本体６によって覆われる。ヨークリング３９は内側でフード状キャップ４４へ移行し、該フード状キャップは外側へ湾曲し、中央にブシュ状の突出部３を有している。突出部３はロータ軸４の一端を受容し、ロータ軸４の他端は、ヨークリング４０の、ヨークリング３９とは逆の側の外面４５と、ほぼ同じ高さにある。突出部３は有利にはキャップ４４と一体に形成されている。キャップ４４は内側で被覆部４６によって覆われ、被覆部４６は本体６と一体に形成されている（図２４）。被覆部４６は突出部３まで延びている。

図２１ないし図２３は、磁気伝導性が小さな材料から成っているロータを、本体６なしで示したものである。この実施形態では、本体６は有利にはプラスチックから成っている。

ロータセグメント１３は、その内面１４を除いて、本体６の材料によって完全に取り囲まれる。隣接しあっているロータセグメント１３の間には、前記実施形態の場合と同様に本体６の細条部１２があり、これら細条部１２はロータセグメント１３の軸線方向高さにわたって延在している。

図２３は、図２１ないし図２４によるロータ内部での磁束線の延在態様を示している。磁束線は、（図示していない）ステータの半径方向に延びている歯からそれぞれのロータセグメント内へ延びている。図２３が示すように、磁束線の一部はロータセグメント１３の長手方向においてヨークリング３９の方向へ延び、他の部分はロータセグメントの長手方向においてヨークリング４０の方向へ延びている。両ヨークリング３９，４０の内側で磁束線は周方向に延びて、隣接しているロータセグメント１３内へ進入する。ここでは、磁束線はロータセグメントの長手方向において内側へ延びて、ロータセグメント１３の長さの半分にわたって、半径方向において、ロータによって取り囲まれているステータの歯に到達する。磁束線は、このケースでもロータの周方向に延びて、戻って前のロータセグメント１３へ到達する。このようにして、互いに隣接しあっているロータセグメントの間に２つの循環系が形成され、これら循環系では、磁束線は１つのロータセグメント１３内でヨークリング３９，４０のほうへ延び、これらヨークリングを介して磁束線は隣接しているロータセグメント１３へ到達し、この隣接しているロータセグメントにおいて磁束線は互いに逆方向に内側へ向けて延びている。

周方向において互いに隣接している循環系の間での磁束方向は互いに逆方向である。図２３の流れ矢印が示しているように、１つのロータセグメント１３の、図２３で右側の縦縁では、磁束線はヨークリング３９，４０の内側で時計方向に延び、他方このロータセグメントの、左側の縦縁では、磁束線は反時計方向で隣接のロータセグメント１３のほうへ延びている。

前述したように、各ロータセグメント１３には全部で４つの磁束線の循環系が割り当てられ、この場合各ロータセグメント１３の内側では、磁束線はヨークリング３９，４０からほぼロータセグメント１３の軸線方向の長さの半分にわたって延びている。

ステータから来る磁束は、前述の態様で２つの軸線方向の成分に分割される。分割線は、ロータの周方向においてロータセグメント１３の中心に延びている。

図２１ないし図２４のロータのロータセグメント１３は、図５ないし図８を用いて例を説明したように、層状の積層板から成っていてもよい。

ロータの磁束を軸線方向に誘導するようにした、図２１ないし図２４に図示した実施形態は、同期型反作用電動機のためのロータ構成の機械的に好ましい形状を示しており、エクスターナルロータ型モータに対しても、インナーロータ型モータに対しても適している。磁気ヨークは、ロータの機械的構成を改善させる組み付け部品３９；４０，４４を介して行われる。

図２５からわかるように、上述した作用原理は、同じようにしたインナーロータ式同期型反作用電動機に対しても適用可能である。このような実施形態では、図２４のヨークリング４０の代わりに、フード状のキャップ４４を備えたヨークリング３９が設けられ、フード状のキャップ４４は、対向しているキャップ４４とは逆方向に外側へ湾曲して延びており、内側にブシュ状の突出部３を有している。突出部３は同様にキャップ４４と一体に形成されているのが有利である。キャップ４４は内側に同様に被覆部４６によって覆われ、該被覆部４６は本体と一体に形成されている。

ロータセグメント１３は外面で露出している。ロータ軸４は、その一端でもって、図２５で右側の突出部３に固定され、対向する突出部３を貫通してキャップ４４から突出している。ロータは概略のみを図示した、一点鎖線で示唆したステータによって取り囲まれる。

Claims (19)

1. 磁気伝導性材料から成る複数のロータセグメント（１３）を備え、これらロータセグメントがロータケーシング（１）の周方向に配分して配置され、前記複数のロータセグメントの間に、前記ロータケーシング（１）の、磁気伝導性に劣る領域（１２）が設けられている、反作用電動機のための、特に同期型反作用電動機のためのロータにおいて、
   前記複数のロータセグメント（１３）が本体（６）内に次のように埋設され、すなわち前記本体（６）の内面または外面が閉じたケーシングを形成するように、埋設されていることを特徴とするロータ。
2. 前記本体（６）がプラスチックまたは金属材料、特にアルミニウムから成っていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
3. 前記ロータセグメント（１３）が一体の薄板から成っていることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ。
4. 前記ロータセグメント（１３）が層状の薄板積層部から成っていることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ。
5. 前記ロータセグメント（１３）の長手中心面（３５）が、前記ロータの軸線に対し横方向に見て、前記ロータの軸面（３６）と角度（α）を成していることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一つに記載のロータ。
6. 前記ロータセグメント（１３）の縦縁（３７，３８）が、前記ロータの軸線に対し横方向に見て、前記ロータセグメント（１３）の前記長手中心面（３５）に対し平行に延びていることを特徴とする、請求項５に記載のロータ。
7. 前記ロータセグメント（１３）が２つのヨークリング（３９，４０）の間に次のように位置しており、すなわち磁束線が前記ヨークリング（３９，４０）から互いに逆方向にそれぞれ前記ロータセグメント（１３）内へ延び、周方向にそれぞれ隣接している前記ロータセグメント（１３）を介して前記ヨークリング（３９，４０）へ戻るように、位置していることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一つに記載のロータ。
8. 前記ヨークリング（３９，４０）が前記ロータセグメント（１３）と着脱可能に結合され、有利にはねじ（４１）を用いて着脱可能に結合されていることを特徴とする、請求項７に記載のロータ。
9. 前記ねじ（４１）が前記ロータセグメント（１３）の幅狭側にねじ込まれ、前記ロータセグメントがその前記幅狭側でもって前記ヨークリング（３９，４０）に面当接していることを特徴とする、請求項８に記載のロータ。
10. １つの前記ヨークリング（４０）にキャップ（４４）が接続し、該キャップが有利には前記１つのヨークリング（４０）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項７から９までのいずれか一つに記載のロータ。
11. 前記キャップ（４４）が、内面に、導電性材料から成るカバー（４６）を備えていることを特徴とする、請求項１０に記載のロータ。
12. 前記カバー（４６）が前記本体（６）と一体に形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載のロータ。
13. 前記キャップ（４４）から突出部（３）が突出し、該突出部内でロータ軸（４）の一端が支持されていることを特徴とする、請求項１０から１２までのいずれか一つに記載のロータ。
14. 前記ロータセグメント（１３）がロータ底部（２７）と一体に形成されていること、前記ロータ底部（２７）から前記ロータセグメント（１３）への移行領域に少なくとも１つの短絡巻線部（３１）が設けられていることを特徴とする、特に請求項１から１３までのいずれか一つに記載のロータ。
15. すべてのロータセグメント（１３）が１つの共通の短絡巻線部（３１）を有していることを特徴とする、請求項１４に記載のロータ。
16. 各ロータセグメント（１３）が短絡巻線部（３１）を有していることを特徴とする、請求項１４に記載のロータ。
17. 反作用電動機のためのロータを、特に同期型反作用電動機のためのロータを、特に請求項１から１６までのいずれか一つに記載のロータを製造する方法において、
    薄板から星状の未加工体を押し抜き、該未加工体のアームを、該アームを結合させている中央部材に対し折り曲げてロータセグメント（１３）を形成させることを特徴とする方法。
18. 層状の前記ロータセグメント（１３）を形成するため、複数の前記星状の未加工体を押し抜き、これら星状の未加工体を互いに積層して互いに結合させること、次に前記アームを折り曲げることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 請求項１から１６までのいずれか一つに記載のロータを備えた反作用電動機、特に同期型反作用電動機。

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