JP2020520219A - Rotors and electromechanical - Google Patents

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Abstract

本発明は、電気機械用のロータに関する。ロータは、少なくとも１種の金属ガラスからなる円筒形の基体（４）を備える。基体（４）の側面（５）は、少なくとも１つの凹部（８２）を有する。さらに本発明は、電気機械に関する。電気機械は、ロータとステータとを備える。ステータは、少なくとも１種の金属ガラスを含む。The present invention relates to rotors for electric machines. The rotor comprises a cylindrical base body (4) made of at least one metallic glass. The side surface (5) of the base body (4) has at least one recess (82). The invention further relates to electric machines. The electric machine includes a rotor and a stator. The stator includes at least one metallic glass.

Description

本発明は、電気機械用のロータに関する。さらに本発明は、ロータを備える電気機械に関する。 The present invention relates to rotors for electric machines. The invention further relates to an electric machine comprising a rotor.

従来技術
磁性材料からなる部品は、電気機械におけるロータまたはステータとして使用される。これらの部品は、良好な軟磁性特性、特に高い飽和分極値、高い透磁率およびわずかな鉄損失を有しなければならない。 Prior Art Parts made of magnetic materials are used as rotors or stators in electric machines. These parts must have good soft magnetic properties, especially high saturation polarization values, high magnetic permeability and low iron losses.

電気機械の動作時に、ロータに渦電流が発生する。これによって、ロータが加温される。 Eddy currents are generated in the rotor during operation of the electric machine. As a result, the rotor is heated.

発明の開示
電気機械用のロータは、円筒形の基体を有する。このロータは、少なくとも１種の金属ガラス（ｂｕｌｋ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｇｌａｓｓ；ＢＭＧ）からなる。基体の側面は、少なくとも１つの凹部を有する。アモルファス出発粉末および／または顆粒を誘導加熱により処理工程に応じて固形化することによって、金属ガラスを製作することができるので、このようなロータを、たとえば射出成形法などのネットシェイプ法で製造することができる。そのために、ガラス転移温度より高くて結晶化温度より低い温度が必要である。その温度は、特に４００℃〜６００℃の範囲にある。さらに、アモルファス粉末が結晶化温度より高い温度を超えると固形化される生成法または付加法が適用可能である。金属ガラスは、相転移が行われないので、通常、熱固化中に０．２％未満の収縮を有する。これに対応して、ロータは、最終輪郭に近づく。少なくとも１つの凹部は、すでに製作ステップにおいて、後加工なく形成することができる。 DISCLOSURE OF THE INVENTION A rotor for an electric machine has a cylindrical base body. The rotor is made of at least one bulk metallic glass (BMG). The side surface of the base body has at least one recess. Since metallic glass can be produced by solidifying amorphous starting powders and/or granules by induction heating according to a processing step, such a rotor is produced by a net shape method such as an injection molding method. be able to. Therefore, a temperature higher than the glass transition temperature and lower than the crystallization temperature is necessary. The temperature is especially in the range of 400°C to 600°C. Further, a production method or an addition method in which the amorphous powder is solidified when the temperature exceeds the crystallization temperature is applicable. Metallic glasses typically have less than 0.2% shrinkage during thermal solidification because no phase transition occurs. Correspondingly, the rotor approaches the final contour. The at least one recess can already be formed in the fabrication step without post-processing.

金属ガラスは、その組成に応じて、磁性に製作することも非磁性に製作することもできる。これによって、ロータ内の非磁性分離を実現することができる。ただし、電気機械における最適な適用を可能にするために、ロータは、ロータの基体に、少なくとも１０００の最大透磁率を有する好ましくは少なくとも１種のフェライト系金属ガラスを含む。さらに、フェライト系金属ガラスは、好ましくは少なくとも１Ｔの飽和分極値を有する。そのために、フェライト系金属ガラスの出発材料として、特にフェライト系鉄基合金を使用することができる。その透磁率は、このようなロータで通常使用されるような電気鋼板の透磁率よりも大きく上回る。 The metallic glass can be made magnetically or non-magnetically depending on its composition. As a result, non-magnetic separation in the rotor can be realized. However, in order to allow optimal application in electric machines, the rotor comprises in the rotor body preferably at least one ferritic metallic glass having a maximum magnetic permeability of at least 1000. Furthermore, the ferritic metallic glass preferably has a saturation polarization value of at least 1T. Therefore, especially a ferritic iron-based alloy can be used as a starting material for the ferritic metallic glass. Its magnetic permeability is significantly higher than that of electrical steel sheets such as are commonly used in such rotors.

基体は、たとえば、レーザー溶接または接着によって、ロータの他の部品に接続されてもよい。 The substrate may be connected to other parts of the rotor, for example by laser welding or gluing.

さらに好ましくは、ロータは、ロータの基体に少なくとも１つのチャンバを備える。各チャンバ内には、少なくとも１つの永久磁石が配置されている。もちろん各チャンバ内に、複数の永久磁石、特にそれぞれ２つの永久磁石が配置されてもよい。硬磁性材料からなるこれらの永久磁石は、電気機械のロータとステータとの相互作用を強化する。チャンバは、金属ガラスからなる基体の製作時に形成することができ、次いで永久磁石がチャンバ内に挿入される。特に好ましくは、側面とチャンバとの間の最小間隔が、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあり、その上特に好ましくは２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にある。これによって、ステータとの最適な磁気相互作用が可能になる。 More preferably, the rotor comprises at least one chamber in the rotor body. At least one permanent magnet is arranged in each chamber. Of course, a plurality of permanent magnets, in particular two permanent magnets each, may be arranged in each chamber. These permanent magnets made of hard magnetic material enhance the interaction between the rotor and the stator of the electric machine. The chamber can be formed during the fabrication of a substrate made of metallic glass, then permanent magnets are inserted into the chamber. Particularly preferably, the minimum distance between the side surface and the chamber is in the range 1 mm to 10 mm, and particularly preferably in the range 2 mm to 10 mm. This allows optimal magnetic interaction with the stator.

一形態では、ロータは、ロータの基体の側面に、条溝として構成された複数の凹部を備える。これらの条溝の深さは、ロータの直径の１／７０からロータの直径の１／３５の範囲にある。この場合、ロータの直径は、特に極めて小さな機械に対しては少なくとも５ｍｍである。ロータの直径は、用途に応じて、数百ミリメートルまでであってもよい。さらに好ましくは、深さは、０．２ｍｍ〜５．０ｍｍの範囲にある。これらの条溝は、ロータの表面における渦電流を著しく減少させる。さらに、条溝は、エアベーンとして機能し、ゆえに電気機械の冷却を支援する。 In one form, the rotor comprises a plurality of recesses configured as striations on the side surface of the rotor body. The depth of these grooves is in the range 1/70 of the rotor diameter to 1/35 of the rotor diameter. In this case, the rotor diameter is at least 5 mm, especially for very small machines. The diameter of the rotor may be up to hundreds of millimeters depending on the application. More preferably, the depth is in the range of 0.2 mm to 5.0 mm. These grooves significantly reduce eddy currents on the surface of the rotor. Moreover, the grooves function as air vanes and thus help cool the electric machine.

別の一形態では、ロータは、側面からチャンバ内まで貫通する複数の凹部を備える。これらの凹部は、好ましくは、基体の、軟磁性の金属ガラスからなる領域に位置する。凹部は、基体を、磁石の磁気損失が大きい箇所で、軟磁性材料を除去することにより的確に弱化することを可能にする。これによって、局所的な磁束密度の弱化、ひいては誘導渦電流の減少が実現される。 In another form, the rotor comprises a plurality of recesses extending through the sides into the chamber. These recesses are preferably located in regions of the substrate which consist of soft magnetic metallic glass. The recess allows the base to be properly weakened by removing the soft magnetic material at the location where the magnetic loss of the magnet is large. As a result, the local weakening of the magnetic flux density and the reduction of the induced eddy current are realized.

これまでに説明したロータのすべての形態において、好ましくは、少なくとも１つの凹部が、ロータの長さの少なくとも８０％にわたって、特に好ましくは長さの少なくとも９０％にわたって、その上特に好ましくは全長にわたって延在している。凹部が条溝として形成されているとき、これによって、渦電流の減少およびエアベーンの効果が最大になる。側面の個々の位置に局在するだけでなく、ロータ長さのそのような大部分にわたって延在している、側面からチャンバ内まで貫通する凹部は、極輪郭における負の輪郭として機能する。これによって、ロータ磁界内の上部磁界が減少させられる。凹部は、磁性材料における渦電流の誘導にとって極めて重要であるので、これらの構成手段によって、磁気損失を減少させることができる。付加的に、これらの構成手段によって、トルクリップルにポジティブな影響を与えることができる。 In all forms of the rotor described so far, preferably at least one recess extends over at least 80% of the length of the rotor, particularly preferably over at least 90% of the length, and particularly preferably over the entire length. Existence When the recess is formed as a groove, this maximizes the effects of eddy current reduction and air vanes. The recesses not only localized at the individual positions on the side but also extending over such a large part of the rotor length and penetrating into the chamber from the side serve as negative profile in the polar profile. This reduces the upper magnetic field in the rotor field. Since the recesses are very important for the induction of eddy currents in the magnetic material, these constituent measures make it possible to reduce the magnetic losses. In addition, these components make it possible to positively influence the torque ripple.

さらなる一形態では、ロータは、一定でない輪郭を有する負の加圧成形部としてロータの軸方向に側面全体にわたって延在している凹部を備える。そのために、特に、たとえば回転軸線に対して一定に平行に位置する輪郭などの線形の形態は、スプライン状の、二次的なまたは線形の延在経過に相応して変更される。このようにして、上部磁界によって誘導される磁性材料の渦電流損失を減少させることができる。 In a further form, the rotor comprises a recess extending axially across the rotor as a negative pressure profile with a non-constant profile. For this purpose, in particular, the linear form, for example the contours which lie constant parallel to the axis of rotation, is modified in accordance with a spline-like, secondary or linear extension. In this way, the eddy current loss of the magnetic material induced by the upper magnetic field can be reduced.

さらに、少なくとも１種の金属ガラスを基体に使用することによって、セキュリティ特徴を表面に組み込むことができる。これは、たとえば、出発粉末から基体が製作されるプレス装置内にＱＲコードをネガチブとして格納することによって行うことができる。 Furthermore, security features can be incorporated into the surface by using at least one metallic glass for the substrate. This can be done, for example, by storing the QR code as a negative in a pressing machine where the substrate is made from the starting powder.

電気機械は、ロータとステータとを備える。ステータは、少なくとも１種の金属ガラスを含む。好ましくは、ステータは、ロータの基体にも含まれる少なくとも１種の金属ガラスを含む。このようにすると、ステータの磁束は、ロータの磁束に適合させられる。 The electric machine includes a rotor and a stator. The stator includes at least one metallic glass. Preferably, the stator comprises at least one metallic glass which is also contained in the base body of the rotor. In this way, the stator flux is matched to the rotor flux.

本発明の実施の形態を図示し、以下の説明にて詳説する。 Embodiments of the present invention are shown in the drawings and will be described in detail in the following description.

本発明の一実施の形態による電気機械の概略断面図を示す。1 shows a schematic sectional view of an electric machine according to an embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるロータの等角図を示す。FIG. 3 shows an isometric view of a rotor according to one embodiment of the present invention. 本発明の別の一実施の形態によるロータの等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a rotor according to another embodiment of the invention. 本発明のさらに別の一実施の形態によるロータの等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a rotor according to yet another embodiment of the present invention. 本発明の一実施の形態によるロータの、取り出した一部の等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a portion of a rotor according to one embodiment of the invention. 本発明の別の一実施の形態によるロータの、取り出した一部の等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a portion of a rotor according to another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の一実施の形態によるロータの、取り出した一部の等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a portion of a rotor according to yet another embodiment of the present invention. 本発明のさらに別の一実施の形態によるロータの、取り出した一部の等角図を示す。FIG. 6 shows an isometric view of a portion of a rotor according to yet another embodiment of the present invention.

発明を実施するための形態
図１は、永久励磁同期機として構成された電気機械１の一部を示している。電気機械１は、円筒形のロータ２とステータ３とを備える。ロータ２の基体４には、ロータの側面５の内側にチャンバ６が位置する。このチャンバ６は、側面５から５ｍｍの最小間隔Ａを有する。チャンバ６内には、２つの永久磁石７１，７２が配置されている。ステータ３および基体４は、それぞれフェライト系鉄基合金をベースとした軟磁性金属ガラスからなる。フェライト系鉄基合金は、１．６Ｔ超の飽和分極値と１００００超の最大透磁率とを有する。ステータ３および基体４は、それぞれ、出発粉末が射出成形により金型内に送り込まれ、続いて加圧され、熱処理されることによって、所定の生成法でまたは射出成形法によっても製作することができる。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION FIG. 1 shows a part of an electric machine 1 configured as a permanently excited synchronous machine. The electric machine 1 includes a cylindrical rotor 2 and a stator 3. In the base body 4 of the rotor 2, the chamber 6 is located inside the side surface 5 of the rotor. This chamber 6 has a minimum distance A of 5 mm from the side surface 5. Two permanent magnets 71 and 72 are arranged in the chamber 6. The stator 3 and the base body 4 are each made of soft magnetic metallic glass based on a ferritic iron-based alloy. Ferrite-based iron-based alloys have saturation polarization values above 1.6T and maximum permeability above 10,000. The stator 3 and the base body 4 can be respectively manufactured by a predetermined production method or by an injection molding method, in which the starting powder is injected into the mold by injection molding, and subsequently pressed and heat-treated. ..

図２ａ〜図２ｃは、ロータ２の３つの実施の形態を示しており、ロータ２は、ロータの側面に、条溝の形態をした凹部８１を備える。ロータ２は、それぞれ１００ｍｍの直径を有し、凹部８１は、それぞれ１．５ｍｍの深さを有する。すべての凹部は、それぞれロータの全長にわたって延在している。この場合、図２ａによる第１の実施の形態では、凹部は、ロータ２の長手方向軸線に対して平行に延在している。図２ｂによる第２の実施の形態では、凹部は、連続的に斜めに延在している。図２ｃによる第３の実施の形態では、凹部は、Ｖ字形に延在している。 2a to 2c show three embodiments of the rotor 2, which are provided on the side of the rotor with a recess 81 in the form of a groove. The rotors 2 each have a diameter of 100 mm and the recesses 81 each have a depth of 1.5 mm. All recesses extend over the entire length of the rotor. In this case, in the first embodiment according to FIG. 2 a, the recess extends parallel to the longitudinal axis of the rotor 2. In the second embodiment according to FIG. 2b, the recesses extend continuously and obliquely. In the third embodiment according to FIG. 2c, the recess extends in a V-shape.

図３ａに示された第４の実施の形態では、側面５の、磁気損失が大きい箇所に、チャンバ６内まで貫通する円形の凹部８２が位置する。図３ｂに示された第５の実施の形態では、凹部８３は、側面５に、ロータ２の長さの８０％超にわたって不規則に延在している、チャンバ６内まで貫通する負の輪郭の形態を有する。 In the fourth embodiment shown in FIG. 3a, a circular recess 82 penetrating into the chamber 6 is located in the side surface 5 at a location where the magnetic loss is large. In the fifth embodiment shown in FIG. 3b, the recesses 83 have a negative profile penetrating into the chamber 6, which extends irregularly on the side 5 over more than 80% of the length of the rotor 2. Has the form of.

図４ａおよび図４ｂは、ロータ２のさらなる実施の形態を示しており、この形態では、側面５は、それぞれ、ロータ２の軸方向に側面５全体にわたって一定しない輪郭を有する負の加圧成形部として延在している凹部を有する。図４ａによる第６の実施の形態では、凹部８４は、隆起部のないスプラインの形態を有する。図４ｂによる第７の実施の形態では、凹部８５は、複数の隆起部を有するスプラインの形態を有する。 4a and 4b show a further embodiment of the rotor 2, in which the side faces 5 each have a negative pressure forming part with an axially non-uniform contour over the side face 5, respectively. Has a recess extending as. In the sixth embodiment according to FIG. 4a, the recess 84 has the form of a spline without ridges. In the seventh embodiment according to FIG. 4b, the recess 85 has the form of a spline having a plurality of ridges.

Claims (10)

少なくとも１種の金属ガラスからなる円筒形の基体（４）を備え、該基体（４）の側面（５）は、少なくとも１つの凹部（８１，８２，８３，８４，８５）を有する、電気機械（１）用のロータ（２）。 Electric machine comprising a cylindrical base body (4) made of at least one metallic glass, the side surface (5) of the base body (4) having at least one recess (81, 82, 83, 84, 85). A rotor (2) for (1). 前記ロータ（２）の前記基体（４）は、少なくとも１０００の最大透磁率を有する少なくとも１種のフェライト金属ガラスを含むことを特徴とする、請求項１記載のロータ（２）。 Rotor (2) according to claim 1, characterized in that the substrate (4) of the rotor (2) comprises at least one ferritic metallic glass having a maximum magnetic permeability of at least 1000. 前記ロータ（２）は、該ロータ（２）の前記基体（４）内に少なくとも１つのチャンバ（６）を備え、各前記チャンバ（６）内に、少なくとも１つの永久磁石（７１，７２）が配置されていることを特徴とする、請求項１または２記載のロータ（２）。 The rotor (2) comprises at least one chamber (6) in the base body (4) of the rotor (2), in each chamber (6) at least one permanent magnet (71, 72). Rotor (2) according to claim 1 or 2, characterized in that it is arranged. 前記側面（５）と前記チャンバ（６）との間の最小間隔（Ａ）は、１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲にあることを特徴とする、請求項３記載のロータ（２）。 Rotor (2) according to claim 3, characterized in that the minimum distance (A) between the side surface (5) and the chamber (6) is in the range of 1 mm to 10 mm. 前記ロータ（２）は、条溝として構成された複数の凹部（８１）を備え、前記条溝の深さは、前記ロータ（２）の直径の１／７０から前記ロータ（２）の直径の１／３５の範囲にあることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のロータ（２）。 The rotor (2) comprises a plurality of recesses (81) configured as grooves, the depth of the grooves being from 1/70 of the diameter of the rotor (2) to the diameter of the rotor (2). Rotor (2) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is in the range of 1/35. 前記ロータ（２）は、前記側面（５）から前記チャンバ（６）内まで貫通する複数の凹部（８２，８３）を備えることを特徴とする、請求項３または４記載のロータ（２）。 A rotor (2) according to claim 3 or 4, characterized in that the rotor (2) comprises a plurality of recesses (82, 83) extending from the side surface (5) into the chamber (6). 少なくとも１つの前記凹部（８１，８３）は、前記ロータ（２）の長さの少なくとも８０％にわたって延在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１項記載のロータ（２）。 Rotor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that at least one recess (81, 83) extends over at least 80% of the length of the rotor (2). (2). 前記ロータ（２）は、一定でない輪郭を有する負の加圧成形部として、前記ロータ（２）の軸方向に前記側面（５）全体にわたって延在している凹部（８４，８５）を備えることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のロータ（２）。 The rotor (2) is provided with recesses (84, 85) extending over the entire side surface (5) in the axial direction of the rotor (2) as a negative pressure forming part having a non-uniform contour. Rotor (2) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that 請求項１から８までのいずれか１項記載のロータ（２）と、少なくとも１種の金属ガラスを含むステータ（３）とを備える、電気機械（１）。 An electric machine (1) comprising a rotor (2) according to any one of claims 1 to 8 and a stator (3) comprising at least one metallic glass. 前記ステータ（３）は、前記ロータ（２）の前記基体（４）にも含まれる少なくとも１種の金属ガラスを含むことを特徴とする、請求項９記載の電気機械。 The electric machine according to claim 9, characterized in that the stator (3) comprises at least one metallic glass also contained in the base body (4) of the rotor (2).
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