JP6799923B2 - 電気モータ回転子と関連電気モータ - Google Patents

Description

本発明は、磁界を伝導し、少なくとも２つの永久磁石を含む一群の磁石を受容する少なくとも一つのハウジングを画定する実質的に円筒状の本体を含む電気モータ回転子に関する。

特許文献１は、電気モータ回転子を記載する。これは、管状積層アセンブリと、「埋め込み」磁石、すなわち回転子の周縁に全体に延びるわけではない磁石とを含む。このアセンブリに形成されるハウジングはそれぞれが、永久磁石の群を受容し、各群の永久磁石が回転子の磁極を形成する。同じ群の磁石はすべて、各表面が電気的絶縁材料によって覆われる。当該絶縁材料は、磁石を互いからかつ積層アセンブリに対して絶縁するべく設計される。

かかる回転子は十分に満足のいくものではない。実際のところ、磁石を個々に取り囲む絶縁材料を各表面に付加することは、回転子の製造コストを増大させ、かつ、組み付け方法を複雑にする。

欧州特許出願公開第２，２６４，８６０号明細書

本発明の一つの目的は、十分な磁気的特性を有する一方で容易かつ迅速な組み付けが可能な電気モータ回転子を提案することにある。

それゆえ、本発明は、上述の電気モータ回転子であって、ハウジングの周方向に隣接する２つの磁石が、エアナイフを介して互いから分離された電気モータ回転子に関する。

本発明により、永久磁石の各表面への絶縁材料の付加を回避することができる。これにより、回転子の組み付け方法が容易となり、互いに接着かつ絶縁された磁気素子の複数ブロックを備えた回転子よりも安価に回転子を実装することができる。

本発明に係る回転子は、以下の特徴の一以上を、単独又は技術的に可能な任意の組み合わせを考慮して含み得る。
・エアナイフは０．０１ｍｍ以上の厚さを有する。
・ハウジングは、複数の永久磁石を受容する複数の切欠きを画定し、各磁石は、長手方向端の一方が各切欠きに挿入され、当該切欠きは、同じハウジングにおいて周方向に隣接する２つの磁石が、両端が各切欠きに係合される場合にエアナイフを介して互いから分離される。
・ハウジングの切欠きに挿入された周方向に隣接する２つの磁石それぞれが径方向にずらされる。
・切欠き及び磁石間の調整が少なくとも、当該磁石を損傷せずに当該磁石をその切欠きに手で配置し、当該磁石をその切欠きに固定し、及び当該磁石をその切欠きから外すことを許容する摺動調整である。
・磁石は、その各縁端に面取りを有する独特なブロック形状を有する。
・本体の周縁が、当該本体の金属マトリクスによって形成され、ハウジングは、当該周縁から離間して延びる。
・ハウジングの主軸が、本体の径方向に対して非ゼロ角度を形成する。
・周方向に隣接しかつ本体の径方向において対称的な２つのハウジングが、Ｖ字状の磁極又は実質的に平坦な磁極を形成する。
・回転対称により対称的に分散された、いくつかの極を含む。
・本体は、当該本体の周縁において、周方向に隣接する２つの極同士の間に延びる実質的に平坦な表面を含む。
・積層アセンブリを形成する本体の積層体を含む。

本発明はまた、上述の回転子を含む電気モータにも関する。

一例としてのみ与えられかつ図面を参照してなされる以下の説明を読むことにより、本発明が良好に理解される。

本発明に係る回転子の径方向断面図である。 図１の回転子の極の断面詳細図である。 本発明の第２実施形態に係る回転子の単純な径方苦断面図である。

以下、本明細書において、「軸」方向はモータ１の回転軸に沿って延びる方向として理解され、「径」方向は当該回転軸に直交する方向を言及する。

図１に示されるように、電気モータ１は、ケーシング（図示せず）に固定された固定子と、シャフトに固定されて当該固定子に対して軸まわりに回転可能な回転子２とを含む。

回転子２は、回転駆動手段（図示せず）を使用してシャフトに固定されたハブ（図示せず）と、回転軸に沿って延びて当該ハブを取り囲みかつ各軸方向端が当該ハブの周縁に緊密に嵌合された実質的に円筒管状の積層アセンブリと、当該積層アセンブリの内周に分散された例えば永久磁石のような磁気素子４とを含む。

磁気素子４は複数の永久磁石である。各永久磁石は、以下で述べるように、例えば、実質的に平行六面体とされて積層アセンブリへの挿入を容易にするべく縁端が面取りされた一つの素子ブロックの形態をなす。

永久磁石４は例えば、サマリウム・コバルト（ＳｍＣｏ）又はネオジム・鉄・ボロン（ＮｄＦｅＢ）から作られる。ネオジム・鉄・ボロン製の永久磁石４は、有利には、永久磁石４の外表面が、腐食から保護する表面コーティングを含む。

積層アセンブリは、磁気伝導性の機械加工又は切削金属板の形態にある本体６の積層体により形成される。積層アセンブリは、径方向外側面が、永久磁石４の積層体内収容を維持するべく設計された磁気絶縁板（図示せず）によって覆われる。換言すれば、積層体の軸方向両端に配置された金属板が、例えば絶縁材料板から形成された絶縁板によって覆われる。

磁気絶縁板は、永久磁石４の軸方向の動きを阻止することができる。磁気絶縁板は、電磁流量の短絡を防止することができる。

絶縁板は、有利には、アルミニウム合金製の非磁性板を含む。絶縁板はハブにねじ留めされる。

本体６は、回転軸に沿って積層されて積層アセンブリを形成する。本体６は、金属マトリクスから形成される。

各本体６は、回転子２の回転軸に沿って延びる。本体６は、実質的に円筒形状を有し、かつ、環形状を有する。

本体６は、径方向平面に延びるすなわち回転子の軸２に実質的に直交する平坦な第１及び第２主面８と、第１及び第２主面８を当該主面８の径方向外側端に接続して軸方向に延びる周縁面１０とを含む。

図１に例示されるように、積層アセンブリは、当該アセンブリを軸沿いに横切って貫通して軸方向に延びるハウジング１２を画定する。ハウジング１２は磁極１４を形成する。各極が、一対のハウジング１２によって形成される。図示の実施形態によれば、積層アセンブリは例えば、６個の磁極１４を形成する１２個のハウジング１２を含む。

本体の周縁面１０は、複数の表面１６を有する。各表面１６は、周方向に隣接する２つの極１４に沿って延びる。例えば実質的に平坦な表面１６が、当該アセンブリの半径に等しい半径の円弧を有する曲線セグメントを介して互いに接続される。各曲線セグメントは、隣接する２つのハウジング１２の向かい側に延びる。周縁面１０及び表面１６が、生成される電磁流量の外観を画定する。

本体の各ハウジング１２は、極性が同じ複数の永久磁石４を受容するべく設計される。

各ハウジング１２は実質的に、回転子２を横切って貫通するとともに積層アセンブリの外側主面において軸方向に現れる長円孔である。ハウジング１２は、本体の周縁面１０から一定距離に存在する。ハウジング１２は、断面すなわち径方向平面において、周縁面１０に近い第１端１８と、周縁面１０から一定距離に延びて回転軸に近い第２端２０との間に主軸Ｄに沿って延びる。

ハウジング１２の主軸Ｄは軸方向に実質的に直交するとともに、図２に示されるように当該ハウジング及び隣接ハウジング間を通る径方向軸Ｄ’に対して非ゼロ角度θを形成する。

周方向に隣接する２つのハウジング１２は、当該２つのハウジング１２同士の間を通る径方向軸Ｄ’に対して実質的に対称的であって一の極１４を形成する。２つのハウジング１２はそれゆえ、Ｖ字を形成する。図示の実施形態によれば、６個の極１４が、本体の主面８上に対称的に分散される。各極１４のハウジング１２は、同じ極性の永久磁石４を有する。周方向に隣接する２つの極１４は連続的に、永久磁石４の交互の極性を有する。

代替的に、図３に例示されるように、ハウジング１２は主軸Ｅに沿って延びる。主軸Ｅは、ハウジング１２の対称軸を通る径方向軸に実質的に直交する。

ハウジングの第１端１８は、例えば、実質的に半円の外形を有する。その半円の半径は、ハウジング１２の主軸Ｄに沿って延びる。

ハウジングの第２端２０は、歪みのない半円の外形を有する。第２端２０は、ハウジング１２内での材料除去に関連する内部応力を均一に分散するように構成された外形を有するのが有利である。

ハウジング１２はさらに、切欠き２２及び中間領域２３を有する。ハウジング１２の主軸Ｄに沿って連続する２つの切欠き２２が、中間領域２３を介して分離される。切欠き２２は、ハウジング１２の主軸方向に直交する方向において、同じハウジング１２の中間領域２３に対向する。

切欠き２２は、永久磁石４の長手方向端を受容するべく設計される。ハウジング１２の、周方向に隣接する２つの磁石４は、エアナイフ２４を介して互いから分離される。

切欠き２２は、回転子２の回転軸に平行に延び、ハウジング１２の主軸Ｄ及び軸方向に直交する軸に沿ったハウジング１２の一方の端部分を形成する。ハウジング１２の主軸Ｄに直交する方向に沿った隣接する及び／又は対向する２つの切欠き２２は、周方向にずらされる。

切欠き２２は、永久磁石４の挿入を容易にするべく実質的に鳩尾型容器形状とされる。図２に例示されるように、切欠き２２は、回転子２の回転軸沿いの長手方向に、かつ、ハウジング１２の主軸Ｄ沿いの短手方向に延びる平坦な底辺２６を有する。底辺２６は、主軸Ｄに実質的に直交する軸沿いに延びる２つの表面を介して中間領域２３に接続される。

切欠き２２はまた、底辺２６と、中間領域２３に接続する表面との交差部においてクリアランス角度２８を有する。

底辺２６は、主軸Ｄ沿いに、永久磁石４の幅よりも大きい幅を有する。底辺２６の幅と永久磁石４の幅との間隙は、近似的に０．１ｍｍである。

中間領域２３は、ハウジング１２の主軸Ｄ及び軸方向に直交する軸に沿ってハウジング１２の他方の端部分を形成するとともに、２つの表面と、ハウジング１２の主軸Ｄに沿って連続する２つの切欠き２２間に延びる中間表面２９とを有する。

中間表面２９は、底辺２６の幅よりも大きな幅を有するので、絶縁エアナイフを形成することができる。中間表面２９の幅と底辺２６の幅との偏差は近似的に０．１ｍｍである。

２つの表面と中間表面２９との交差部は丸められるのが有利である。

そして、各切欠き２２及び各中間領域２３は、各永久磁石４を周方向に隣接する他方の永久磁石４から分離するのに適した形状を有する。その結果、周方向に隣接する永久磁石４同士間にエアナイフ２４による絶縁がもたらされる。すなわち、隣接する永久磁石が互いに接触することがなくなる。

切欠き２２は、同じハウジング１２において周方向に隣接する２つの磁石４が、永久磁石４の両端が各切欠き２２に係合する場合にエアナイフ２４を介して互いから分離されるように構成される。

エアナイフ２４は、ハウジング１２の主軸Ｄに実質的に直交する平面内に延びる。

エアナイフ２４はそれゆえ、周方向に隣接する２つの永久磁石４の側部表面間に延びる。エアナイフ２４は有利には、０．０１ｍｍよりも大きな厚さを有し、例えば０．１ｍｍに等しい。

さらに、切欠き２２は、永久磁石４と回転子の本体６との接触を最小にするのに適した形状を有する。

底辺２６の表面と中間表面２９との間における永久磁石４の調整は、磁石４を損傷せずに磁石４を手で配置し、固定し、及び切欠き２２から外すことが許容されるような、摺動調整である。この配置は、上述のように、磁石の縁端に面取りが存在することによって容易となる。

複数の永久磁石４はそれゆえ、ハウジングの切欠き２２において摺動させて取り付けられ、ハウジングの切欠き２２から個々に動かすことができる。複数の永久磁石４は、振動の影響並びに／又は速度及び磁界のばらつきのもとでも動くことができるが、接触に至ることがない。

複数の永久磁石４は、磁石４と本体のハウジング１２との間に調整によって画定される遊びにより、自由に動く。ハウジング１２及び永久磁石４間に画定されるこの調整により、周方向に隣接する２つの磁石４同士の任意の接触が防止される。

かかる回転子２は、エアナイフ２４が磁石４を分離することに起因して、永久磁石４同士の絶縁を保証する絶縁材料を加えることが回避できる。かかる回転子２は、切欠き２２に挿入された永久磁石４を、互いに接着かつ絶縁された磁気素子の複数ブロックよりも安価に使用できるという利点を有する。

かかる回転子２は、いわゆる「表面」ハウジングと対照されるいわゆる「埋め込み」ハウジング１２において、永久磁石４の配置が容易になるという利点を有する。

回転子２は、本体の切欠き２２の形状ゆえに、永久磁石４が互いに接触し合うのを防止するという利点を有する。周方向に隣接する２つの磁石４が又は永久磁石４と本体６とが接触するとしても、当該接触は局所化されかつ周期的となる。したがって、磁石の損失の増加が極めて小さいままとなるので、モータの性能は極めて高いままとなる。

Claims (14)

1. 電気モータ（１）の回転子（２）であって、
   磁界を伝導し、少なくとも２つの永久磁石（４）を含む一群の磁石（４）を受容する少なくとも一つのハウジング（１２）を画定する実質的に円筒状の本体（６）を含み、
   前記ハウジング（１２）の周方向に隣接する２つの磁石（４）が、エアナイフ（２４）を介して互いから分離され、
   前記ハウジング（１２）は、複数の切欠き（２２）及び複数の中間領域（２３）をさらに有し、
   前記ハウジング（１２）の主軸（Ｄ）に沿った２つの連続する切欠き（２２）が一つの中間領域（２３）によって分離され、
   前記ハウジング（１２）の主軸（Ｄ）に直交する方向において一つの切欠き（２２）が同じハウジング（１２）の対応中間領域（２３）に対向し、
   各中間領域（２３）は、前記ハウジング（１２）の主軸（Ｄ）に沿った２つの連続する切欠き（２２）の間に延びる中間表面（２９）を含み、
   前記中間表面（２９）は、前記対応中間領域（２３）に対向する切欠き（２２）の底辺（２６）の幅よりも大きな幅を有することにより前記エアナイフ（２４）を形成することができる回転子（２）。
2. 前記エアナイフ（２４）は０．０１ｍｍ以上の厚さを有する請求項１の回転子（２）。
3. 前記ハウジング（１２）は、複数の永久磁石（４）を受容する複数の切欠き（２２）を画定し、
   各磁石（４）は、長手方向端の一方が各切欠き（２２）に挿入され、
   前記切欠き（２２）は、同じハウジング（１２）において周方向に隣接する２つの磁石（４）が、両端が各切欠き（２２）に係合（２２）される場合に前記エアナイフ（２４）を介して互いから分離される請求項１又は２の回転子（２）。
4. 前記ハウジング（１２）の切欠き（２）に挿入された周方向に隣接する２つの磁石（４）それぞれが径方向にずらされる請求項３の回転子（２）。
5. 前記磁石（４）は前記切欠き（２２）に、前記切欠き（２２）から個々に動かすことができるように摺動可能に取り付けられる請求項３又は４の回転子（２）。
6. 前記磁石（４）は、その各縁端に面取りを有する独特なブロック形状を有する請求項５の回転子（２）。
7. 前記本体（６）の周縁（１０）が、前記本体（６）の金属板によって形成され、
   前記ハウジング（１２）は、前記周縁（１０）から離間して延びる請求項１から６の一つの回転子（２）。
8. 前記ハウジング（１２）の主軸が、前記本体（６）の径方向に対して非ゼロ角度を形成する請求項１から７の一つの回転子（２）。
9. 周方向に隣接しかつ前記本体（６）の径方向において対称的な２つのハウジング（１２）が、Ｖ字状の磁極（１４）又は実質的に平坦な磁極（１４）を形成する請求項１から８の一つの回転子（２）。
10. 前記本体（６）は、回転対称性により対称的に分散された、いくつかの極（１４）を含む請求項９の回転子（２）。
11. 前記本体（６）は、前記本体（６）の周縁（１０）において、周方向に隣接する２つの極（１４）同士の間に延びる実質的に平坦な表面（１６）を含む請求項９又は１０の回転子（２）。
12. 積層アセンブリを形成する本体（６）の積層体を含む請求項１から１１のいずれか一項の回転子（２）。
13. 各切欠き（２２）は前記永久磁石（４）の挿入を容易にするべく実質的に鳩尾型とされる請求項１から１２のいずれか一項の回転子（２）。
14. 請求項１から１３のいずれか一つの回転子（２）を含む電気モータ（１）。

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