JP2022543664A - １つ以上の溝を有する、電気機械で使用するための永久磁石 - Google Patents

Abstract

電気機械で使用するための永久磁石（１）は、１ピースの中空筒、特に中空円筒として形成されている。それは、相互接続された少なくとも２つのセクションに前記永久磁石を分割する１つ以上の溝（２，３）を有する。【選択図】図１ａ

Description

本発明は、電気機械で使用するための、１ピースの中空筒、特に中空円筒の形状を有する永久磁石に関する。

永久磁石機、特に単一歯巻線（single-tooth windings）を有する永久磁石機は、しばしば、永久磁石の内部に誘導された渦電流によって生じる渦電流損失に悩まされる。渦電流は熱の発生を引き起こし、その結果、熱的過負荷及び電気機械の故障が生じる可能性がある。一方において、渦電流は、電気機械の空隙中の変化する／脈動する磁界によって引き起こされ、空隙場の脈動は、溝切り及び電気機械のステータへの電流供給に依存する。他方において、渦電流は、電気機械の単一歯巻線に電流を供給することによって生じる、変化する磁流（magnetic flow）によって引き起こされる。

渦電流損失を低減するために、一方では、永久磁石を、互いに分離された複数の永久磁石セグメントに分割すること（例えば、特許文献１参照）が知られており、複数の永久磁石セグメントは、互いに絶縁され接合されている。分離された永久磁石セグメントの数は、電気機械の特定の幾何学的形状に依存する。

溝は、好ましくは、ワイヤエロージョン切断によって形成される。永久磁石に溝が形成された後、それは、絶縁材料、例えばポリマープラスチック、特にアクリルプラスチックで充填され得る。

欧州特許出願公開第１９７６０９６号明細書

本発明の目的は、製造が容易であり、電気機械で使用するための優れた渦電流損失特性及び機械的安定性を有する、永久磁石を提供することである。

この目的は、独立請求項によって解決される。これによれば、電気機械で使用するための永久磁石は、１ピースの中空筒、特に中空円筒である。永久磁石は、相互接続された少なくとも２つのセクションに永久磁石を分割する１つ以上の溝を有する。

中空筒は、任意の底面と中空の内部を有する筒である。中空円筒は、筒の軸に対して垂直な環状の底面を有する筒である。

「１ピース」は、磁性材料から成る１つの部品を意味する。絶縁材料、特に接着剤を介して相互接続された２つのピースは、磁性材料を介して相互接続されていないため、２ピースであって１ピースではない。

溝は、円筒永久磁石の渦電流損失を低減する。溝を有する１ピースの永久磁石は、接着剤によって接合された複数の永久磁石セグメントを有する永久磁石と比較して、はるかに安価で製造が容易である。更に、磁界は、分離されたセグメントを有する永久磁石と比較して、より均質である。

有利には、１つ以上の溝は螺旋であり、すなわち、１つ以上の溝は、一定の勾配で円筒の外殻に巻き付いている。１つ以上の溝は、ヘリコイドの形状を有する。

螺旋は、溝の一般的な形状である。例えば、溝の端部が異なる形状とされることを排除するものではない。

螺旋溝は、特にワイヤ切断によって、製造するのが非常に容易でコスト効率が高い。第１のステップにおいて、ワイヤが中空筒に対して所定の角度で配置され、第２のステップにおいて、溝を切るために中空筒が回転される。

好ましくは、永久磁石は２つの溝を有する。これは、２つの溝を同時に切ることができるという利点を有し、これにより、製造が更に一層効率的になる。

更に、永久磁石は、互いに接触も交差もしない２つ以上の溝を有することができる。

好ましい実施形態において、１つ以上の溝は、０以上の勾配で、特に変化する勾配で、筒の外殻に巻き付いている。

有利には、中空円筒の形状は下底面及び上底面を有し、１つ以上の溝は下底面に９０°の角度で隣接する、及び／又は、１つ以上の溝は上底面に隣接しない。

９０°の角度は、溝の一端における永久磁石の安定性を向上させる。

特に、１つ以上の溝は、筒軸を対称軸として軸対称に配置されている。溝の対称性は、同時に切ることを可能とし、これにより、永久磁石がより安価になる。
溝を空いたままにすることにより、経年劣化又は温度に関連する問題が回避される。しかしながら、１つ以上の溝が、絶縁材料、特にポリマープラスチック、特にアクリルプラスチックで充填されることが好ましい場合がある。

好ましくは、永久磁石は、ネオジム、鉄及びホウ素の合金若しくはサマリウム及びコバルトの合金から成るか又はそれを含む材料、特に焼結された材料から成るか又はそれを含む。

特に、１つ以上の溝は、中空筒の壁の奥行に等しい深さを有する。

更に、２つの溝を有する永久磁石は、当該２つの溝を同時に切ることができるため、有利である。

以下の詳細な説明を考慮すると、本発明はより良く理解され、上記以外の目的が明らかになるであろう。そのような説明は、添付の図面を参照する。

２つの溝を有する永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す。 ２つの溝を有する永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す。

図１ａ～１ｅは、永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す。図１ａは、上底面１ａ及び座標系ｘ、ｚ、φを含む斜視図を示す。図１ｂは下底面１ｂを含む斜視図を示し、図１ｃは側面図を示し、図１ｄは下面図を示し、図１ｅは上面図を示す。図２ａ～２ｅは、第２の実施形態についての同じ図を示す。

いずれの実施形態も、中空円筒の形状を有する永久磁石１を示す。中空円筒は、厚さｄ及び高さｈを有する合同な円として形成された下底面及び上底面を有する。

永久磁石１は、２つの溝２及び３を有する。溝２及び３が、ｘ方向において永久磁石１を貫通していることが分かる。換言すれば、溝は永久磁石１の壁厚ｄを完全に通り抜けて延びている。

溝２及び３は、下底面１ｂにおいて、垂直なｚ方向に、すなわち下底面１ｂに対して９０°の角度で、始まる。短い垂直セクション２ａ及び３ａの後、溝２及び３は螺旋形の経路を有する。すなわち、溝２及び３は、角度αの一定の勾配で、中空円筒の外殻に巻き付いている。両溝２及び３の勾配は、溝２及び３の端部２ｂ及び３ｂまで、同一かつ一定である。溝２及び３は、上底面１ａには隣接していない。２つの溝２及び３は、筒軸５に対して対称に配置されている。

溝２及び３は互いの間を延び、相互接続されたいくつかのセクション４ａ～４ｅを取り囲んでいる。永久磁石は、１ピースである。

溝２及び３の幅は、好ましくは０.０５ミリメートル～０.数ミリメートルの範囲にある。幅は、好ましい例として、特に０.１４ミリメートル又は０.２５ミリメートルであることができる。好ましくは、溝２及び３の幅は可能な限り小さい。

永久磁石１の奥行ｄは、例えば、１.５～３ミリメートルの範囲にあるが、より大きくても小さくてもよい。円筒の全直径は、例えば５～５０ｍｍの範囲にあり、高さｈは、例えば、１５０ｍｍまでの範囲にある。

永久磁石の材料は、ネオジム、鉄及びホウ素の合金を含むか又はそれから成ることができ、したがって、いわゆるＮｄＦｅＢ永久磁石であることができる。あるいは、永久磁石の材料は、サマリウム及びコバルトの合金を含むか又はそれから成ることができ、したがって、いわゆるＳｍＣｏ永久磁石であることができる。もちろん、他の材料を採用することもできる。そのような磁石の使用は当業者に知られており、そのような磁石は、特に、例えば永久磁石機又は同期機であり得る電気機械用に使用することができる。永久磁石は、電気機械のロータ上又はステータ上に配置することができる。電気機械は、モータとして、例えばサーボモータとして、及び／又は、発電機として、使用することができる。電気機械は、特に、ハイブリッドモータとして、例えば車両のスタータ－ジェネレータとして使用することができる。

図示の実施形態では、溝２及び３は、絶縁材料、例えば接着剤又はポリマープラスチック、特にアクリルプラスチックで充填されている。特に、いわゆる含浸又はトリクル樹脂を使用することができる。

角度αの勾配は一定であるか又は変化することができ、角度αは、特に誘導される渦電流に応じて、任意に選択することができる。

本発明による永久磁石の好ましい製造方法を以下で説明する。

ブランクが、磁界中で、それから永久磁石１が作られるべき粉末材料、例えば上述した材料から、プレスされる。磁界は、既知の態様で、ブランクに好ましい磁気配向を提供する機能を果たす。ブランクは、当業者に知られているように、プレスされ、次いで焼結される。

更なるステップで、ブランクは切断され、所望の筒形状に達するまで研磨される。中空筒が生成されるように、ドリルビットが筒軸に沿って孔を生成する。

例えばエロージョンワイヤ切断機のような既知の機械により行われる切断工程によって、中空円筒に上述したような２つの溝２及び３が設けられる。溝２及び３は中心筒軸に対して軸対称に配置されているので、溝２及び３を単一のエロージョンワイヤで同時に切ることができる。

溝２及び３の端部に到達した後、エロージョンワイヤは切除される。溝は絶縁材料で充填することができ、表面処理が可能である。

図２ａ～２ｅは、第２の例示的な実施形態を示す。参照番号は、図１ａ～１ｅで使用されたものと同じである。第１の例示的な実施形態と第２の例示的な実施形態との差異は、溝２及び３の経路にある。第２の例示的な実施形態において、溝は、概して水平方向に延び、方向が数回、１８０°変化する。方向反転部は、参照番号２ｃ及び３ｃによって示されている。溝２及び３は、筒軸５に対して対称に配置されている。

ここでは本発明の好ましい実施形態が示され記載されているが、本発明はそれに限定されず、他の方法で、以下の請求項の範囲内で、様々に具現化され実施され得ることが、明確に理解されるべきである。

Claims (12)

1. 電気機械で使用するための永久磁石（１）であって、１ピースの中空筒、特に中空円筒であり、前記永久磁石（１）は、相互接続された少なくとも２つのセクション（４ａ～４ｆ）に前記永久磁石を分割する１つ以上の溝（２，３）を有することを特徴とする永久磁石（１）。
2. 前記１つ以上の溝（２，３）は螺旋である、請求項１に記載の永久磁石（１）。
3. ２つの溝（２，３）を有する、請求項１又は２に記載の永久磁石（１）。
4. ２つ以上の溝（２，３）を有し、前記溝（２，３）は互いに接触も交差もしない、請求項１～３のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
5. 前記１つ以上の溝（２，３）は０以上の勾配（α）で、特に一定の勾配で又は変化する勾配で、前記筒の外殻に巻き付いている、請求項１～４のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
6. 前記中空筒の形状は下底面（１ｂ）及び上底面（１ａ）を有し、
   前記１つ以上の溝（２，３）は前記下底面（１ｂ）に９０°の角度で隣接する、及び／又は
   前記１つ以上の溝（２，３）は前記上底面（１ａ）には隣接しない、請求項１～５のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
7. 前記１つ以上の溝（２，３）は、筒軸（５）を対称軸として軸対称に配置されている、請求項１～６のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
8. 前記１つ以上の溝（２，３）のそれぞれは、少なくとも２つの方向反転部（２ｃ，３ｃ）を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
9. 前記１つ以上の溝（２，３）は、絶縁材料、特にポリマープラスチック、特にアクリルプラスチックで充填されている、請求項１～８のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
10. 前記永久磁石（１）は、ネオジム、鉄及びホウ素の合金若しくはサマリウム及びコバルトの合金から成るか又はそれを含む材料、特に焼結された材料から成るか又はそれを含む、請求項１～９のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
11. 前記１つ以上の溝（２，３）は、前記中空筒の壁の奥行と同じ深さｄを有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の永久磁石（１）。
12. 請求項１～１１のいずれか１項に記載の永久磁石（１）を製造するための方法であって、前記永久磁石（１）は２つの溝（２，３）を有し、前記２つの溝（２，３）は、特にワイヤ切断によって、同時に切られる、方法。

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