JP6691244B2 - 永久磁石ロータ - Google Patents

Description

本発明は、二つの部分シートパケット（３、４）からまとめられたシートパケット（２）、シートパケットの磁石ポケット（５）内に力結合で収容された多数の永久磁石（６）を有し、これらが二つの部分シートパケット（３、４）にわたって延びている、電気モータの永久磁石ロータ（１）に関する。

既知の多数の永久磁石ロータにおいて、永久磁石は磁石ポケット内で径方向あるいは接線方向の延び方向を有している。径方向に配置された永久磁石においては、著しく高い磁気効率が得られ、したがってこれらの使用が増大している。

独国特許出願公開第 102015222271（A1）号明細書からは、種概念に基づく永久磁石ロータが知られており、それにおいて磁石は接線方向に配置されている。二つ以上のロータ部分ボディが存在しており、それらはシートパケットとして形成することもでき、かつそれらにおいて永久磁石はこれらの複数のロータ部分ボディにわたって延びている。ロータ部分ボディの一方は、ロータ軸線に関して垂直の回転軸に関しても１８０°の角度回転することができる。この既知の文献においては、磁石ポケットの内部で永久磁石が軸方向にどのように保持されているか、についての記載はない。

独国特許出願公開第１０２０１５２２２２７１（Ａ１）号明細書

本発明の課題は、種概念に基づく永久磁石ロータにおいて、永久磁石を磁石ポケット内により確実かつ寿命にわたって耐えるように固定し、その場合にできる限り簡単な組立てが可能であるようにすることである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴と請求項１５に記載の方法とによって解決される。

永久磁石と磁石ポケットとの間の力結合を維持する、変位可能なシート舌片（７）は、第一の部分シートパケット（３）内で第一の方向に変位されており、第二の部分シートパケット（４）内では第二の方向に変位されており、その場合に第一の方向は第二の方向とは逆である。この措置によって、指向性のマイクロ運動をもたらすことがあり得る、温度変動に基づく磁石の移動が阻止される。というのは、その運動方向が互いに逆を向いているからである。部分シートパケット（３、４）は、打ち抜かれたシートからなる。滑らかな圧入プロセスを達成するために、永久磁石は打ち抜き方向において磁石ポケット（５）内へ圧入される。

本発明の展開が、下位請求項に詳細に記載される。本発明の第一の実施形態によれば、二つの部分シートパケット（３、４）のシート小片は、同一に形成されている。それによって第二の打ち抜きプロセスが省かれて、経済的な製造が可能になる。

この実施形態の展開において、シート舌片（７）が磁石ポケット（５）用の切り欠き内へ張り出し、かつシート小片はシート舌片（７）を有する磁石ポケット（５）用の切り欠きと、シート舌片をもたない磁石ポケット（５）用の切り欠きと、を有している。それによってシート小片の数を増大させずに、バリエーション可能性が生じる。

変形例において、シート小片のシートは部分シートパケットの内部で互いに対して回動されているので、磁石ポケット（５）の内部に軸方向においてシート舌片（７）と間隙が交代する。間隙は、磁石が圧入される場合に、シート舌片をその固有の弾性のみに基づいて曲げることを許す。

第二の実施形態においては、部分シートパケット（３、４）のシート小片は少なくとも二つの異なるシート小片からなり、その場合にシート舌片（７）はすべてのシート小片内には存在せず、かつ／又は異なるように形成されたシート舌片が異なるシート小片内に存在する。このようにしてシート舌片の間に同様に間隙が形成される。異なる積層によって、永久磁石の圧入距離を介して圧入力を所望に調節することができる。

シート舌片が永久磁石によって変位されているので、外側のシート舌片が永久磁石によって捕捉されることはない。したがってロータシートパケットの軸方向の端部から見て、最初の一つ、又は最初の二つ、又は最初の三つ、又は最初の四つ、又は最初の五つのシート内には、シート舌片は存在しない。この措置は、組立てを容易にするためにも用いられる。というのは、永久磁石が径方向外側へ押圧される前に、その永久磁石はまずあそびをもって磁石ポケット内へ挿入することができるからである。

シート舌片（７）が径方向外側へ延びて、それに応じて永久磁石（６）を径方向外側へ押しだし、その永久磁石が径方向に極（８）に、あるいは部分シートパケット（３、４）の極片（９）に支持されると、効果的である。これは特に、永久磁石が接線方向の磁化をもって径方向に配置される場合に効果的である。というのは、シート舌片（７）の領域内にはメイン場の磁場線が延びていないからである。シート舌片の回りには、シート舌片の変位を可能にする間隙が必要である。この間隙がさらに、漏洩磁束効果と磁気的短絡とを最小限に抑える、磁束バリアを形成する。

極片の領域内かつ永久磁石のエッジには、製造に基づいて常にアールが存在する。組み立てる場合に永久磁石を正確に接合することができるようにするために、極片（９）から連続する磁石ポケットの側面へ移行する移行部の領域内のアールが、永久磁石（６）の対向するエッジアールよりもずっと小さく形成されることが、提案された。

シート舌片は基部において、その径方向外側の舌片端部と等しい幅を有している。

シート舌片における曲げ力は、通常、中央のリング（１０）の基部において最大となる。曲げ力が永久磁石との径方向の接触位置にできるだけ依存しないようにするために、シート舌片（７）はその自由端部へ向かって先細るようにされる。それによってシート舌片の長さにわたって均一な力推移が生じる。これは、先細りの寸法によって任意に調節することができる。

磁石ポケット（５）の幅は、接線方向におけるよりも径方向にずっと大きくすることができ、あるいはその逆にすることができる。

第二の解決は、以下の方法ステップによって与えられる：ａ）二つの部分シートパケット（３、４）と多数の永久磁石（６）を用意し；ｂ）永久磁石（６）を第一の部分シートパケット内へ軸方向に圧入し、それによって永久磁石（６）の第一のセクションが第一の部分シートパケットの磁石ポケット（５）内に収容されて、永久磁石（６）の第二のセクションは磁石ポケット（５）から軸方向へ露出して張り出し；ｃ）第二の部分シートパケット（４）を永久磁石（６）の自由端部上へプレスする。このやり方によってシート舌片が交互に変位されるので、温度変動負荷によって磁石の移動がもたらされることがない。

組み立てる場合に、永久磁石は前もって磁化しておくことができ、あるいは変形例においては、それぞれ第二の磁石ポケットのみに永久磁石が装填されている限りにおいて、部分パケット内で初めて磁化することもできる。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて詳細に説明する。

部分シートパケットを示す斜視図である。 図１に示す部分シートパケットの断面図である。 永久磁石を装填した部分シートパケットを示す斜視図である。 図３に示す装填済みの部分シートパケットを示す断面図である。 部分装填された磁石ポケットを有する二つの部分シートパケットを示す斜視図である。 異なるシート舌片の選択を示している。 組み立てられた永久磁石ロータを示す斜視図である。 図７に示す永久磁石ロータを示す断面図である。 完全装填された部分シートパケットの第二の実施形態を、未装填の部分シートパケットと共に示す斜視図である。 第二の実施形態に基づく組み立てられた永久磁石ロータを示す斜視図である。 第二の実施形態に基づく完全装填された部分シートパケットを示す断面図である。 図１０に示す永久磁石ロータを示す断面図である。 第二の実施形態に対する変形例を示している。

注：添字を有する参照符号と添字をもたない参照符号とは、図面と図面説明とにおいて名前の等しい個々の事物を表す。それは、他の実施形態、従来技術における使用であり、かつ／又は個々の事物は変形例である。請求項、明細書導入部、参照符号リスト、及び要約は、簡単にするために添字なしの参照符号のみを有している。

図１は、異なるように形成された多数のシートからなる、部分シートパケット３を示している。第一のシート小片は、ウェブ１１を介して中央のリングと結合された、径方向に延びる極８を有しており、それらの極が磁石ポケット５を形成する切り欠きによって互いに分離されている。第二のシート小片においては、付加的に各磁石ポケット５内に中央のリングから始まって径方向に延びるシート舌片７が存在している。これら二つのシート小片が互いに交代するので、二つの軸方向に隣接するシート舌片７の間に間隙１２が残る。極８は、接線方向に隣接する極片９を有しており、その極片が取り付けるべき永久磁石のための径方向のストッパとして用いられる。

図２は、図１に示す部分シートパケット３の簡略化した断面図（シート層の分解なし）であって、その場合にシート舌片７の間の間隙１２がはっきりと認識される。さらに極８、極片９、中央のリング１０及びウェブ１１が示されている。

図３は、永久磁石６を装填した部分シートパケット３を示しており、それは極８、極片９、シート舌片７、中央のリング１０、ウェブ１１及び間隙１２を有している。永久磁石は、二つの部分シートパケット３、４にわたって延びるので、この図において永久磁石はその長さの半分をもって第一の部分シートパケット３を軸方向に越えて延びている。

図４は、図３に示す永久磁石６を装填した部分シートパケット３の簡略化した断面図（シート層の分解なし）を示しており、それは中央のリング１０、シート舌片７、ウェブ１１、間隙１２、極８、及び極片９を有している。永久磁石６は、径方向においてシート舌片７と極片との間にあそびなしに挟持されている。シート舌片７は、永久磁石６の圧入方向に湾曲されている。シート舌片は、弾性的あるいは弾性的かつ可塑的に変形することができる。

図５は、二つの部分シートパケット３ａ、４ａを示しており、それらは永久磁石６ａを装填されている。その場合に、図示される中間状態において、一つおきの磁石ポケット５ａのみが永久磁石６ａを支持している。二つの部分シートパケット３ａ、４ａは等しく形成されており、かつ、ロータ軸線上に垂直に延びる軸線を中心に互いに対して１８０°回動されている。付加的に、二つの部分シートパケット３ａ、４ａは、ロータ軸線を中心とするロータ極分割の分だけ揺動されている。永久磁石を装填されていない磁石ポケット５ａ内にシート舌片７ａが認識できる。中央の切り欠き１５ａ内に突出部１４ａが設けられており、その突出部は収容すべき軸を挟持するために用いられる。この突出部も切り欠きを有しており、ばね舌片７ａと同様に作用する。シートパケットの始端には、軸の挿入を容易にするために、突出部１４ａは設けられていない。永久磁石を圧入する場合には、これらの永久磁石は良好に案内されなければならない。部分装填された部分シートパケットは、特に小さめの組立て高さに適している。というのは、永久磁石の間に取付け装置用に多くのスペースが残るからである。さらに、図５には、極８ａ、極片９ａが示されている。

図６は、様々なシート舌片７ａ、７ｂ及び７ｃの選択を示している。シート舌片７ａ、７ｂ及び７ｃは、サイドエッジ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを有しており、かつその自由端部の角部が面取りされている。シート舌片７ｂにおいて、サイドエッジ１３ｂは平行に延びている。シート舌片７ａと７ｃにおいては、サイドエッジ１３ａ、１３ｃは、シート舌片７ａにおいてはより小さい角度で、シート舌片７ｃにおいてはより大きい角度で、互いに近づくように延びている。サイドエッジの間の角度が大きくなるほど、シート舌片のばね定数がそれだけ小さくなる。平行なサイドエッジ１ｂを有するシート舌片７ｂにおいては、曲がる際に小さいばね変位距離において迅速に高い圧接力が得られる。より大きい角度を有するシート舌片７ｃにおいては、よりソフトなばね特性が得られる。それによってより大きい誤差領域がカバーされる。そのサイドエッジ１３ａがよりフラットな角度を有するシート舌片７ａによっては、シート舌片７ｃにおいて生じるのと同様な力がもたらされるが、ばね作用によってより大きい側方の力が発生されることが、阻止される。ばね力を調節するために、シート舌片の幅を中央のリングの領域内で変化させることも、可能である。

図７は、シートパケット２、第一の部分シートパケット３、第二の部分シートパケット４、永久磁石６、シート舌片７、中央のリング１０、極８、極片９、ウェブ１１、及び間隙１２を有する、組み立てられた永久磁石ロータ１を斜視図で示している。永久磁石６は、二つの部分シートパケット３、４にわたって延びている。

図８は、部分シートパケット３と４、シート舌片７、永久磁石６、中央のリング１０、ウェブ１１、間隙１２、極８、及び極片９を有する、図７に示す永久磁石ロータの簡略化した断面図（シート層の分解なし）を示している。はっきりと認識されるように、シート舌片７は部分シートパケット３内では、部分シートパケット４内のシート舌片とは逆に変位されている。

図９は、装填されない部分シートパケット４ｄ、接線状に配置された永久磁石６ｄと共に、完全装填された部分シートパケット３ｄの第二の実施形態を示しており、その永久磁石は第一の部分シートパケット３ｄの磁石ポケット５ｄ内に収容されている。

図１０は、第二の実施形態に基づく、組み立てられた永久磁石ロータ１ｄを斜視図で示しており、それは、一緒になってシートパケット２ｄを形成する第一の部分シートパケット３ｄと第二の部分シートパケット４ｄ、磁石ポケット５ｄ、取り付けられた永久磁石６ｄ、シート舌片７ｄ、中央の切り欠き１５ｄ、中央のリング１０ｄ、中央のリング１０ｄと極８ｄとの間のウェブ１１ｄ、及び打ち抜き１６ｄを有している。

図１１は、第二の実施形態に基づく、完全装填された部分シートパケット３ｄを断面で示しており、それは極８ｄ、永久磁石６ｄ、中央のリング１０ｄ、間隙１２ｄによって分離されたシート舌片７ｄ、及び中央の切り欠き１５ｄを有している。

図１２は、図１０に示す永久磁石ロータ１ｄを断面で示しており、それは部分シートパケット３ｄと４ｄ、極８ｄ、永久磁石６ｄ、シート舌片７ｄ、間隙１２ｄ、中央のリング１０ｄ、及び中央の切り欠き１５ｄを有している。

図１３は、第二の実施形態に対する変形例を示しており、それは第一のシートパケット３ｅ、永久磁石６ｅ、極８ｅ、シート舌片７ｅ、間隙１２ｅ、中央のリング１０ｅ、中央の切り欠き１５ｅ及び、シート舌片を持たない複数の始端シートの形式の接合補助１７ｅを有している。それによって永久磁石６ｅの取り付けが容易になる。

１ 永久磁石ロータ
２ シートパケット
３ 第一の部分シートパケット
４ 第二の部分シートパケット
５ 磁石ポケット
６ 永久磁石
７ シート舌片
８ 極
９ 極片
１０ 中央のリング
１１ ウェブ
１２ 間隙
１３ サイドエッジ
１４ 突出部
１５ 中央の切り欠き
１６ 打ち抜き
１７ 接合補助

Claims (15)

1. 電気モータの永久磁石ロータ（１）であって、二つの部分シートパケット（３、４）からまとめられたシートパケット（２）、シートパケットの磁石ポケット（５）内に力結合で収容された多数の永久磁石（６）を有し、その場合にこれらの永久磁石が二つの部分シートパケット（３、４）にわたって延びている、ものにおいて、
   変位可能なシート舌片（７）が設けられ、前記シート舌片が前記永久磁石（６）と前記磁石ポケット（５）との間の力結合を維持し、第一の部分シートパケット（３）内で第一の軸方向に変位されており、第二の部分シートパケット（４）内では、第一の方向とは逆の第二の軸方向に変位されており、その場合に部分シートパケット（３、４）が打ち抜かれたシートからなり、かつ永久磁石が打ち抜き方向において磁石ポケット（５）内へ圧入されている、ことを特徴とする永久磁石ロータ。
2. 二つの部分シートパケット（３、４）のシート小片が、同一に形成されている、ことを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石ロータ。
3. シート舌片（７）が磁石ポケット（５）用の切り欠き内へ張り出し、かつシート小片がシート舌片（７）を有する磁石ポケット（５）用の切り欠きと、シート舌片を持たない磁石ポケット（５）用の切り欠きと、を有している、ことを特徴とする、請求項２に記載の永久磁石ロータ。
4. 部分シートパケット（３、４）内でシート小片のシートは、前記シート舌片（７）を有するシートと前記シート舌片（７）を有さないシートとが互いに交互に積層されることにより、前記磁石ポケット（５）の内部で前記シート舌片（７）と間隙（１２）とが軸方向に交互に形成されている、ことを特徴とする、請求項３に記載の永久磁石ロータ。
5. 部分シートパケット（３、４）のシート小片が、少なくとも二つの異なるシート小片からなり、その場合にシート舌片（７）がすべてのシート小片内に存在しておらず、かつ／又は異なるように形成されたシート舌片が異なるシート小片内に存在している、ことを特徴とする、請求項１に記載の永久磁石ロータ。
6. 部分シートパケット（３、４）内で一つ又は複数の第一のシート小片と一つ又は複数の第二のシート小片とが互いに交互に形成されている、ことを特徴とする、請求項５に記載の永久磁石ロータ。
7. ロータ薄板パケットの軸方向の端部から見て、最初の一つ又は最初の二つ又は最初の三つ又は最初の四つ又は最初の五つのシート内に、シート舌片が存在していない、ことを特徴とする、請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
8. シート舌片（７）が径方向外側へ延びて、それに応じて永久磁石（６）を径方向外側へ押しやり、その場合に永久磁石（６）が径方向に極（８）に、あるいは部分シートパケット（３、４）の極片（９）に、支持される、ことを特徴とする、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
9. 極片（９）と、連続する磁石ポケット（５）の側面と、の間の移行領域内のアールが、永久磁石（６）の対向するエッジアールよりもずっと小さい、ことを特徴とする、請求項８に記載の永久磁石ロータ。
10. 一つ又は複数のシート舌片（７）がその径方向内側に位置する基部において、その径方向外側の舌片端部と同じ幅を有している、ことを特徴とする、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
11. 一つ又は複数のシート舌片（７）がその径方向内側に位置する基部において、その径方向外側の舌片端部よりも少し幅広に形成されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
12. 一つ又は複数のシート舌片（７）がその径方向内側に位置する基部において、その径方向外側の舌片端部よりもずっと幅広に形成されている、ことを特徴とする、請求項１から請求項１１までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
13. 磁石ポケット（５）の幅は、接線方向における幅よりも径方向における幅の方が大きい、ことを特徴とする、請求項１から請求項１２までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
14. 磁石ポケット（５）の幅は、径方向における幅よりも接線方向における幅の方が大きい、ことを特徴とする、請求項１から請求項１３までのいずれか一項に記載の永久磁石ロータ。
15. 二つの部分シートパケット（３、４）からまとめられたシートパケット（２）、シートパケットの磁石ポケット（５）内に力結合で収容された多数の永久磁石（６）を有し、その場合に前記永久磁石が二つの部分シートパケット（３、４）にわたって延びている、電気モータの永久磁石ロータ（１）を形成する方法において、
    以下の方法ステップ：
    ａ）二つのシートパケット（３、４）と多数の永久磁石（６）とを用意し、
    ｂ）永久磁石（６）を第一の部分シートパケット内へ軸方向に圧入し、それによって永久磁石（６）の第一の半分が第一の部分シートパケットの磁石ポケット（５）内に収容されており、かつ永久磁石（６）の第二の半分は磁石ポケット（５）から軸方向に露出して張り出し、
    ｃ）第二の部分シートパケット（４）を永久磁石（６）の自由端部上へ軸方向にプレスする、
    方法ステップを特徴とする、電気モータの永久磁石ロータを形成する方法。