JP6475431B2 - 電気機械の突出回転子を滑らかにするためのシステムおよび方法 - Google Patents

電気機械の突出回転子を滑らかにするためのシステムおよび方法 Download PDF

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Description

本発明は、一般に、電気機械に関し、より詳細には、高速での遠心力に耐えることのできる機械的に頑丈な回転子組立体を提供しながら、機械の摩擦損失および風損を低減するために電気機械の突出回転子(salient rotor)を滑らかにするためのシステムおよび方法に関する。
様々な産業での電気機械の使用は、多くの工業、商業および輸送産業において徐々に広がり続けている。そのような電気機械の内、例えばリラクタンスモータや固定子永久磁石モータなどのいくつかのタイプでは、回転子に突極すなわち突出した歯を使うことが必要となる。これらのタイプの回転子は、一般に受動的で頑丈であるので、高速用途に適している。しかしながら、このような回転子の突出構造は、回転子が回転するときに突出部が空気を捉えやすくなるために過大な風損を生じさせる一因となることが認識されている。
突出回転子の使用に伴う風損の問題に対処する一つの方法は、回転子歯の間の極間の空間を埋めることによって、回転子の外表面を「滑らか」にすることである。極間の空間を埋めるための従来技術の機構の一つに、隣接する回転子極の先端をつなげるように回転子極の間に配置する磁気ブリッジがあり、それによって回転子を滑らかにする。しかしながら、そのような磁気ブリッジは、磁気の突極性にマイナスの影響を与え、したがって、電気機械の性能を下げる働きをする。極間の空間を埋めるための別の従来技術の機構としては、米国特許第4,916,346号に記載されているように、回転子を滑らかにし、かつ磁気の突極性に影響を与えない非磁性体(例えば、ステンレス鋼)のセグメントを回転子極の間に配置することである。しかしながら、この従来技術では、そのような非磁性のセグメントは、中実で単一材料の金属インサートとして形成され、それは、電気機械の全体質量を大きく増大させる。さらに、そのような非磁性のセグメントは、回転子極に溶接されるか、または単に切欠きを形成することによって回転子極に固定されるが、それらは共に、回転子極の間のセグメントを保持するためには理想的ではないかもしれないし、および/または、回転子組立体に対して所望の頑丈さを与えないかもしれない。さらに、金属製インサートおよびそれに関係する溶接部は、機械の効率を低下させる渦電流損を受けやすい。
それゆえ、突出回転子を滑らかにするためのインサートを備えて、磁気性能に影響することなく風損の問題に対処することが望ましい。そのようなインサートが、回転子に加えられる質量を最小化しつつ、高速での遠心力に耐えることができる機械的に頑丈な方法で突出回転子とともに組立てられることがさらに望ましい。
米国特許出願公開第2012/0306297号公報
本発明の一態様によれば、電気機械は、固定子と、固定子内に配置され、固定子に対して回転するように構成された回転子組立体とを含み、回転子組立体は、突出回転子極の各隣接対の間に極間空隙が形成されるように内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む回転子鉄心であって、回転子鉄心によって開口が各極間間隙に画定される、回転子鉄心と、複数の突出回転子極の間に形成された空隙内に配置され、非導電性および非磁性材料で形成された複数のインサートとを含む。複数のインサートのそれぞれは、回転子鉄心によって画定された各開口と嵌合するように構成された、インサートの軸方向内側端に形成された嵌合機構を含み、それによってインサートは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して回転子鉄心に固定される。
本発明の別の態様によれば、電気機械の製造方法は、固定子を提供するステップと、固定子内に配置可能で、中心軸回りの回転のために取付け可能な回転子組立体を提供するステップとを含み、回転子組立体を提供するステップは、極間空隙が突出回転子極の各隣接対の間に形成されるように内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む突出回転子鉄心であって、ダブテール形の開口が回転子鉄心によって各極間空隙に画定された突出回転子鉄心を提供するステップを含む。回転子組立体を提供するステップは、非導電性および非磁性材料で形成された複数のインサートを提供するステップと、複数のインサートを、複数の突出回転子極の間に形成された極間空隙に固定するステップとをさらに含み、複数のインサートのそれぞれを、突出回転子極の隣接対の間に形成された極間空隙内に固定するステップにおいて、インサートの嵌合機構が、回転子鉄心によって画定される各開口と嵌合し、それによってインサートは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して、回転子鉄心に固定される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、電気機械用の回転子組立体は、極間空隙が突出回転子極の各隣接対の間に形成されるように、内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む突出回転子と、複数の突出回転子極の間に形成された極間空隙内に配置され、複数の突出回転子極と組み合わさって回転子組立体に滑らかな外表面を形成するように構成された複数のインサートとを含む。複数のインサートは、非導電性および非磁性材料で形成されたT形インサート、非導電性および非磁性材料で形成された外殻を有する中空インサート、または非導電性および非磁性材料で形成されたダブテール形インサートのうちの1つを含む。複数のインサートのそれぞれは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して、突出回転子にインサートが固定されるように、突出回転子と嵌合するように構成される。
種々の他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになるであろう。
図面は、本発明を実行するために現在考えられている好ましい実施形態を示している。
本発明の実施形態で使用可能な電気機械の概略図である。 本発明の実施形態で使用可能な電気機械の回転子の側面図である。 本発明の実施形態で使用可能な歯付き回転子の概略図である。 本発明の実施形態で使用可能なセグメント回転子の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるセグメント回転子および非導電性、非磁性回転子インサートを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態による歯付き回転子と、非導電性、非磁性回転子インサートと、非導電性、非磁性エンドプレートとを含む回転子組立体の概略図である。 本発明の実施形態によるセグメント回転子と、非導電性、非磁性回転子インサートと、非導電性、非磁性エンドプレートとを含む回転子組立体の概略図である。
本発明の実施形態は、磁気性能に影響することなく摩擦損失と風損の問題に対処するように、回転子を滑らかにするためにインサートを備えた突出回転子を組み込んだ電気機械を対象とする。本発明の実施形態は、回転子と固定子が半径方向の磁場によって相互作用する電気機械に関して説明されるが、本発明の実施形態は、インサートが半径方向を向き、回転子/固定子相互作用のための軸方向磁場を用いる電気機械にも用いることができるのは、当業者には理解されよう。
図1を参照すると、本発明の実施形態から恩恵を受けることができる典型的な電気機械1が示されている。電気機械1は、半径方向に回転子3を取り囲み、回転子3に沿って軸方向に延びる固定子2(例えば、積層鉄固定子)を含む。固定子2は、複数の固定子極4をさらに含み、各固定子極4は半径方向に対向する固定子極と合わさって1つの固定子極対を形成する。固定子極対4a、4bは、離れた電源(図示せず)から従来の方法で駆動されることができる相巻線5で巻かれている。別の相巻線(図示せず)もまた、同様な方法で他の固定子極4に含まれる。
図1に示すように、回転子3は、複数の突極部6を有する突出回転子として形成される。1つの実施形態によれば、図2の回転子3を見ると分かるように、回転子3は一体積層体7のスタックで構成されているが、回転子鉄心は単一ピースとしても形成され、例えば鋼鉄から機械加工して作られるか、または焼結磁性材から形成されることができることが認識されている。回転子3は、突出磁極として作用する複数の突起/歯6を含む。回転子3の中央部は、駆動軸が挿入され回転子3がその回りを回転できる回転子穴8を含む。
本発明の実施形態によれば、電気機械の正確な構造は、多くの形態のうちの1つを取ることができる。例えば、電気機械は、固定子3の相巻線5が所定の順序で駆動されて回転子3を回転させる、非永久磁石磁極を誘導するリラクタンスモータとして構成されることができる。このリラクタンスモータは、固定子極と回転子極が同じ数の同期リラクタンスモータであってもよいし、固定子の極対の数が回転子の極対の数より1つだけ多いスイッチトリラクタンスモータであってもよい。別の例としては、電気機械は、固定子に埋め込まれた永久磁石9(仮想線で示す)を含む固定子永久磁石機械(例えば、永久磁石磁束スイッチング機械、永久磁石磁束反転機械、または二重突極永久磁石機械)として構成されてもよい。そのような固定子永久磁石機械では、巻線5の電流は磁石9に関係した磁場と相互作用して回転子3を回転させる。
図1および図2は、本発明の実施形態を利用して恩恵を受けることができる電気機械の例を単に図示したことを意味していることが分かる。すなわち、本発明の実施形態は、回転子の突極、すなわち突出した歯を利用することが必要な複数の異なったタイプの電気機械で実施することができる。このように、本発明の実施形態は、本明細書に示し説明されるタイプの電気機械にのみ限定されることを意味しない。
ここで図3および図4を参照すると、本発明の実施形態を適用することのできる突出回転子の実施形態が示されている。まず図3を参照すると、歯付き回転子10の構造が示されており、ここでは、複数の回転子歯すなわち極12が、歯12と一体で形成された内側ハブ14または回転子の一部から半径方向外向きに延びている。図4を参照すると、セグメント回転子20の構造が示されており、ここでは、各突出回転子極22は他の回転子極とは独立した部品として形成されている。図4に示すように、独立した回転子極は、非磁性の回転子ハブ26の回りに周方向に配置されており、各回転子極22は、回転子極の最下部に(すなわち、各回転子極積層体に)形成された嵌合機構28によって回転子ハブ26と嵌合している。セグメント回転子20の各回転子極22の間の凹部30は、以下の詳述するように、インサートをその中に受け入れて、回転子の回転によって生じる遠心力に抗してインサートを回転子極22の間で半径方向に保持するように構成されている。
本発明の実施形態によれば、図3および図4に示すような突出回転子10、20は、回転子極の間の極間の空間を部分的に埋め、回転子極と組み合わさって機械的に「滑らか」な外表面を回転子上に形成する非導電性および非磁性のインサートを備えることによって、機械的に滑らかに作られることができる。本明細書で使用する「滑らか」は、必ずしも回転子組立体の外表面が丸い、または完全に滑らかであることを要求せず、単に、インサートが、隣接する回転子極の間を横断し、それらの間を本質的に閉じた表面とすればよい、と理解される。したがって、例えば、これらのインサートが、(より安価なインサートを提供するために)隣接する回転子極を橋渡しする円弧状のセグメントよりはむしろ直線状の外面/セグメントを有するように構成され、これによっても回転子に機械的に滑らかな外表面を与えると見られることが想像される。非導電性および非磁性の回転子インサート片は、磁気性能に影響することなく突出回転子に関連する風損の問題に対処する。非導電性および非磁性のインサートは、回転子に加えられる質量を最小化しつつ、高速での遠心力に耐えることができる機械的に頑丈な方法で、突出回転子とともに構成され組立てられる。例示的な実施形態によれば、インサートのそれぞれは、突出回転子の全長にわたって軸方向に延びる中実の一体部分として形成される。
ここで図5〜7を参照すると、本発明の様々な実施形態による回転子組立体の部分が示されている。各実施形態の回転子組立体は、歯付き回転子、および歯付き回転子の隣接する回転子歯の各対の間の極間の空間に挿入された非導電性、非磁性のインサートを含む。図示のように、回転子インサートは、本発明の実施形態に従った様々な形状/断面をもつことができ、インサートの形状は、使用される個々の突出回転子の回転子極の形状、および回転子の速度を支えるために必要な遠心強度に適合する。
図5に示すように、回転子組立体32は、回転子歯36のそれぞれの半径方向の最も外側の部分にフランジ状の突起38を有する回転子歯36を含む歯付き回転子34を有して提供され、その突起38は、歯36の各側面に歯36に垂直に延びている。非導電性、非磁性のインサート40は、隣接する歯36の間の極間の空間41内に配置されたT形インサートとして形成され、このT形インサート40は、軸方向に延びる縦方向部材42および2つの隣接する回転子歯36の間を直角方向に延びる横方向部材44を有し、この横方向部材44は、一対の隣接する回転子歯36と組み合わさって歯付き回転子34に滑らかな外表面を形成する。横方向部材44は、回転子歯の各突起38に当接する横方向部材44の各端部の肩部46を含むように形成され、突起38はT形インサート40の肩部46と嵌合して、回転子の回転中に受ける遠心力に抗してインサートを所定位置に保持する。縦方向部材42の内側端に形成された嵌合機構48もまたT形インサート40に含まれる。嵌合機構48は、歯付き回転子34のバック鉄心/内側ハブ52に形成された開口50と嵌合するように構成され、それにより、インサート40と歯付き回転子34との嵌合はさらに補強され、回転子組立体32はそれに働く遠心力に対してより頑丈になる。例示的な実施形態によれば、嵌合機構48は、ダブテール形の開口50と嵌合するダブテール機構として構成され、遠心力に対する頑丈さを強化する。しかしながら、他の形状/構成の嵌合機構が使用されることも想像されることを認識される。
図6は、図5の回転子組立体と同様な回転子組立体54を(類似の要素は図5と同様の番号を付して)示すが、歯付き回転子58の歯56およびT形インサート60に形成された機構は異なる。すなわち、回転子歯56は、それぞれが各回転子歯56の半径方向の最も外側の部分の近くに、軸方向に延びる切欠き62を含むように形成されている。T形インサート60の横方向部材64は、隣接する歯56の切欠き62と嵌合する横方向部材64の各端部の肩部66を含むように形成され、回転子の回転中に受ける遠心力に抗してインサート60を所定位置に保持する。縦方向部材42の内側端に形成された嵌合機構48もまたT形インサート60に含まれる。嵌合機構48は、歯付き回転子58のバック鉄心/内側ハブ52に形成された開口50と嵌合するように構成され、それにより、インサート60と歯付き回転子58との嵌合はさらに補強され、回転子組立体54はそれに働く遠心力に対してより頑丈になる。
ここで図7Aを参照すると、回転子組立体68は、図6の歯付き回転子と同じ歯付き回転子58を有して示され、歯付き回転子58は、それぞれが各回転子歯56の半径方向の最も外側の部分の近くに、軸方向に延びる切欠き62を含むように形成されている回転子歯56を有する。しかしながら、回転子組立体68の非導電性、非磁性のインサート70は、隣接する回転子歯56の間の極間の空間すなわち空隙41の一部を空けて残すT形よりむしろ空隙41のすべてを埋めるように構成されている点で、回転子組立体54(図6)のインサート60とは異なる。インサート70は、T形インサート40、60(図5および図6)より大きなサイズなので、その質量はT形インサートよりも大きく、そのことは、回転子の回転中にインサートによって生じる遠心力に関しては望ましくないことは認識される。インサート70の質量を可能な限り最小化するために、高密度の材料で形成されない内部領域を含む、ここでは「中空」インサートと称する、非導電性、非磁性のインサートが形成される。「中空」インサートは、非導電性、非磁性材料で形成される外殻72を含み、外殻72はある区域すなわち開口73を画定する。例示的な実施形態によれば、外殻72は、高い機械的強度および剛性をインサートに与える非導電性、非磁性材料で形成される。本発明の1つの実施形態によれば、開口73は、外殻72を形成するのに使用される材料とは異なる非導電性、非磁性材料で形成される内部充填体74を含み、その結果、インサート70は複数材料のインサートとして形成される。内部充填体74は、外殻材料よりも低密度の非導電性、非磁性材料で形成され、例えば、非常に軽量である誘電発泡体で形成されてもよい。外殻72の内部にインサート70の内部充填体74を包含することは、インサート70の全体重量を大きく低減し、その結果、インサート70によって生じる遠心力を大きく低減する働きがあり、それによって回転子組立体68の機能および寿命は改善される。さらに、外殻72内に内部充填体74を包含することは、回転子組立体68の動作中に空気の撹拌および歪みを防ぎ、それによって、回転子組立体の効率が改善される。
他の実施形態によれば、外殻72によって画定される区域73は、空いた(または、部分的に空いた)ままにしてもよく、その結果、インサート70の質量は低減される。すなわち、1つの実施形態では、図7Bに示すように、開口73は完全に充填されないままでもよい。別の実施形態では、図7Cに示すように、外殻72によって画定された中空区域73は、その中に形成された重量低減構造体を含むことができ、それには、例えば、インサートの全体質量を低減する機能を果たしながら、インサート70に剛性を与える、外殻72とともに押し出されたハニカム構造体75がある。ハニカム構造体75の内部は空のままか、または発泡材を含むことができる。
図7に示すように、インサート70の外殻72は、T形インサート60(図6)に形成されたのと同様な保持機構を含む。すなわち、外殻72は、隣接する回転子歯56の切欠き62と嵌合する外殻の各端部の肩部66を含むとともに、歯付き回転子58のバック鉄心/内側ハブ52に形成された対応する開口50と嵌合する、外殻の軸方向内側表面に形成された嵌合機構48(例えば、ダブテール)を含む。肩部66および嵌合機構48は、回転子の回転中に受ける遠心力に抗してインサート70を所定位置に保持し、回転子組立体68に働く遠心力に対して頑丈となる回転子組立体を形成することに役立つ。
ここで図8を参照すると、回転子組立体76の一部が本発明の別の実施形態により示されている。ここで、回転子組立体76は、ハブ82に形成された開口/受け部86と嵌合する回転子極80の嵌合機構(例えば、ダブテール機構)84によって非磁性の回転子ハブ82の回りを周方向に嵌合された複数の独立した回転子極80で形成されたセグメント回転子78を有する。回転子組立体76は、隣接する回転子極80の各対の間に、すなわち、隣接する回転子極80によって形成された極間空隙91に挿入された非導電性、非磁性のインサート88も含む。図8に示すように、非導電性、非磁性のインサート88は、空隙91の形状に適合する形状を有して、回転子極80の各隣接対の間に形成された極間空隙91の中に受け入れられるように構成されたインサートとして形成される。例示的な実施形態によれば、インサートは、回転子の回転によって生じる遠心力に抗して、インサートを回転子極80の間で半径方向に保持できるダブテール構造を有する。
例示的な実施形態によれば、インサート88は、第1の非導電性、非磁性材料で形成された外殻90および第2の非導電性、非磁性材料で形成された内部充填体92を有する複数材料のインサートとして形成される。例示的な実施形態によれば、外殻90は、高い機械的強度および剛性をインサートに与える非導電性、非磁性材料で形成される。内部充填体92は、外殻90の材料よりも低密度の非導電性、非磁性材料で形成され、例えば、非常に軽量である誘電発泡体で形成されてもよい。インサートの内部にインサートの内部充填体92を包含することは、インサート88の全体重量を大きく低減し、その結果、インサート88によって生じる遠心力を大きく低減する働きがあり、それによって回転子組立体76の機能および寿命は改善される。あるいは、前述のように、インサート88は、中実であることの重量面の不利さなしに、高い強度を提供する内側機構を有する押出し品として形成されることもできることが理解される。
ここで図9および図10を参照すると、本発明の追加的な実施形態による、歯付き回転子とセグメント回転子に対する回転子組立体94、96がそれぞれ示されている。回転子組立体94、96のそれぞれにおいて、回転体組立体をより頑丈にするために、回転子組立体94、96を拘束し、回転子の突出回転子極102、104の間に配置された非導電性、非磁性材料のインサート98、100を保持する強度を追加するために、「鳥かご状」の組立体が提供される。鳥かご状組立体を形成するために、非導電性、非磁性のエンドプレート106が、回転子組立体94、96の両端に配置され、それは、1つの実施形態によれば、回転子積層体108、110(あるいは、単一ピースとして形成されてもよい)のスタックで形成された歯付き回転子またはセグメント回転子112、114の両側に、配置される。図9および図10に示すように、回転子積層体108、110のスタックの全長にわたって軸方向に延びる非導電性、非磁性のインサート98、100は、その各端に形成された嵌合機構116を含み、その嵌合機構は、エンドプレート206に形成された対応する開口118と嵌合するように構成される。インサート98、100に形成された嵌合機構116は、インサートをエンドプレート106に嵌合するように、エンドプレート106に形成された開口118の中に受け入れられ、それによって、「鳥かご状」回転子組立体を形成する。エンドプレート106は、回転子組立体94、96を拘束する(すなわち、もし回転子が積層体で形成されているならば、歯付き回転子112またはセグメント回転子114の回転子積層体108、110のスタックを拘束する)とともにインサート98、100を保持する強度を追加するように機能し、それによって回転子組立体94、96をより頑丈にする。
有益なことには、このように本発明の実施形態は、様々なタイプの突出回転子を滑らかにする非導電性、非磁性のインサートを提供する。回転子極の隣接対の間にインサートを配置することよって、回転子表面が機械的に滑らかになるので、回転子インサートによって、摩擦損失および風損は大幅に低減でき、それにより、特に高速用途において、大幅な効率改善(すなわち、滑らかでない回転子より良い効率)が得られる。非導電性、非磁性の回転子のインサートは、嵌合(例えば、ダブテール)機構をインサートに使用するなどの機械的に頑丈な方法で突出回転子とともに組立てられ、それによってインサートは高速での遠心力に耐えることができる。非導電性、非磁性の回転子のインサートは、隣接する回転子極の間の極間の一部のみを埋めるように形成して、および/または、部分的に低密度材料で形成して、回転子に付加される質量を最小化するようにさらに構成される。
したがって、本発明の1つの実施形態によれば、電気機械は、固定子と、固定子内に配置され、固定子に対して回転するように構成された回転子組立体とを含み、回転子組立体は、突出回転子極の各隣接対の間に極間空隙が形成されるように内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む回転子鉄心であって、回転鉄心によって開口が各極間空隙に画定される、回転子鉄心と、複数の突出回転子極の間に形成された空隙内に配置され、非導電性および非磁性材料で形成された複数のインサートとを含む。複数のインサートのそれぞれは、回転子鉄心によって画定された各開口と嵌合するように構成された、インサートの軸方向内側端に形成された嵌合機構を含み、それによってインサートは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して回転子鉄心に固定される。
本発明の別の態様によれば、電気機械の製造方法は、固定子を提供するステップと、固定子内に配置可能で、中心軸回りの回転のために取付け可能な回転子組立体を提供するステップとを含み、回転子組立体を提供するステップは、極間空隙が突出回転子極の各隣接対の間に形成されるように内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む突出回転子鉄心であって、ダブテール形の開口が回転子鉄心によって各極間空隙に画定された突出回転子鉄心を提供するステップを含む。回転子組立体を提供するステップは、非導電性および非磁性材料で形成された複数のインサートを提供するステップと、複数のインサートを、複数の突出回転子極の間に形成された極間空隙に固定するステップとをさらに含み、複数のインサートのそれぞれを、突出回転子極の隣接対の間に形成された極間空隙内に固定するステップにおいて、インサートの嵌合機構が、回転子鉄心によって画定される各開口と嵌合し、それによってインサートは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して、回転子鉄心に固定される。
本発明のさらに別の実施形態によれば、電気機械用の回転子組立体は、極間空隙が突出回転子極の各隣接対の間に形成されるように、内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む突出回転子と、複数の突出回転子極の間に形成された極間空隙内に配置され、複数の突出回転子極と組み合わさって回転子組立体に滑らかな外表面を形成するように構成された複数のインサートとを含む。複数のインサートは、非導電性および非磁性材料で形成されたT形インサート、非導電性および非磁性材料で形成された外殻を有する中空インサート、または非導電性および非磁性材料で形成されたダブテール形インサートのうちの1つを含む。複数のインサートのそれぞれは、回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して、突出回転子にインサートが固定されるように突出回転子と嵌合するように構成される。
本明細書は、最良の態様を含む例を用いて本発明を開示し、さらに、あらゆる当業者があらゆる装置またはシステムを作製および使用すること、ならびにあらゆる包含の方法を実施することを可能にしている。本発明の特許性を有する範囲は、請求項によって定義され、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、請求項の文言と違いのない構造要素を有する場合、または請求項の文言と実質的に違わない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にあるものとする。
1 電気機械
2 固定子
3 回転子
4 固定子極
5 相巻線
6 突極部
7 一体積層体
8 回転子穴
9 永久磁石
10 歯付き回転子
12 歯
20 突出回転子
22 回転子極
26 回転子ハブ
28 嵌合機構
30 凹部
32、54、68、76、94、96 回転子組立体
34 歯付き回転子
36、56 回転子歯
38 突起
40、60、70、88、98、100 インサート
41 極間空間
42 縦方向部材
44、64 横方向部材
46 肩部
48 嵌合機構
50 開口
52 内側ハブ
58 歯付き回転子
62 切欠き
66 肩部
72 外殻
73 開口
74 内部充填体
75 ハニカム構造体
78、112、114 セグメント回転子
80 回転子極
82 ハブ
84 嵌合機構
86 開口
90 外殻
91 極間空隙
92 内部充填体
102、104 突出回転子極
106 エンドプレート
108、110 回転子積層体
116 嵌合機構
118 開口

Claims (7)

  1. 固定子と、
    前記固定子内に配置され、前記固定子に対して回転するように構成された回転子組立体と
    を含む電気機械であって、
    前記回転子組立体が、
    突出回転子極の各隣接対の間に極間空隙が形成されるように内側ハブの回りに互いに離間した複数の突出回転子極を含む回転子鉄心であって、前記回転子鉄心によって開口が各極間空隙に画定される、回転子鉄心と、
    前記複数の突出回転子極の間に形成された空隙内に配置された複数のインサートと
    を含み、
    前記複数のインサートのそれぞれは、
    第1の非導電性、非磁性材料で形成され、中空区域をその中に画定する外殻と、
    前記外殻によって画定された前記中空区域の中に配置され、前記第1の非導電性、非磁性材料より密度が低い第2の非導電性、非磁性発泡材料で形成された内部充填体と、
    を含む、電気機械。
  2. 前記回転子鉄心が、前記複数の突出回転子極が前記内側ハブと一体で形成された複数の回転子歯を備える歯付き回転子を含み、
    前記複数のインサートのそれぞれは、インサートの軸方向内側端に形成された嵌合機構を含み、
    前記複数のインサートの前記嵌合機構が、前記回転子鉄心の前記内側ハブに形成された開口と嵌合するように構成されたダブテール機構を含む、請求項1記載の電気機械。
  3. 前記複数のインサートのそれぞれが、
    軸方向に延びる縦方向部材と、
    2つの隣接する回転子歯の間を直角に延び、一対の隣接する回転子歯と組み合わさって歯付き回転子上に滑らかな外表面に形成する横方向部材と
    を含むT形インサートであって、
    前記ダブテール機構が、前記縦方向部材の内側端に形成され、前記回転子鉄心の前記内側ハブに形成された前記開口と嵌合するように構成されたT形インサートを含み、
    前記複数の回転子歯それぞれが、前記回転子歯の半径方向の最も外側の部分に形成された一対のフランジ状の突起、または前記回転子の歯の半径方向の最も外側の部分の近くに形成された一対の軸方向に延びる切欠きのうちの一方を含み、
    前記横方向部材は、前記回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗して前記インサートを所定位置に保持するために、前記フランジ状の突起の対または前記回転子歯に形成された前記軸方向に延びる切欠きの対のうちの前記一方と嵌合するように構成された前記横方向部材の各端部に肩部を含む、請求項2に記載の電気機械。
  4. 前記複数のインサートのそれぞれが、
    前記ダブテール機構が、前記外殻に形成され、前記回転子鉄心の前記内側ハブに形成された前記開口と嵌合するように構成され、
    前記中空区域の中に形成され、前記外殻と一体で形成されたハニカム構造体をさらに含む、請求項2に記載の電気機械。
  5. 前記回転子鉄心が、前記複数の突出回転子極のそれぞれが他の突出回転子極とは独立した部品を含み、前記複数の独立した突出回転子極は非磁性の内側ハブの回りに周方向に配置され、前記非磁性の内側ハブと嵌合しているセグメント回転子を含み、
    前記セグメント回転子の独立した突出回転子極の各隣接対が、極間空隙を形成し、前記複数のインサートのそれぞれが、独立した突出回転子極の隣接対の間に形成された各極間空隙と嵌合するように、前記極間空隙に対応する形状を有する、請求項1乃至4のいずれかに記載の電気機械。
  6. 前記回転子組立体が、前記回転子鉄心の両端に配置された一対のエンドプレートであって、前記エンドプレートの対それぞれが、非導電性および非磁性材料で形成され、前記エンドプレートに形成された複数の開口を含むエンドプレートを、さらに含み、
    前記複数のインサートのそれぞれが、前記回転子鉄心の全長にわたって軸方向に延びる一体部分として形成され、前記インサートの両端のそれぞれには嵌合機構が形成され、前記インサートの両端の前記嵌合機構は、前記回転子組立体の回転中に受ける遠心力に抗する前記インサートへの保持強度を付加するように、各エンドプレートの各開口と嵌合するように構成される、請求項1乃至5のいずれかに記載の電気機械。
  7. 複数の突出回転子極の各々は、前記内側ハブに形成された受け部と嵌合する嵌合機構を備え、
    前記複数のインサートの各々は、前記極間空隙の形状に適合する形状を有し、
    前記複数の突出回転子極は、前記回転子の回転によって生じる遠心力に抗して、前記インサートを対応する一対の突出回転子極の間で半径方向に保持する、請求項1に記載の電気機械。
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