JP6894793B2 - 同期モータ用のロータ - Google Patents

Description

本発明は同期モータ用のロータに関するものであり、同期モータの磁石は、接線方向に磁化されているとともに、ロータの歯の間の隙間に配置されている。この配置は、磁束の集中に寄与するものである。なぜなら、各歯が隣接するその両磁石によって磁化されるためである。

特許文献１から、同期モータのロータにおいてそれらの間でロータの中心へ向けて先細のロータの歯を台形形状の断面を有する接線方向に磁化された磁石に配置することが知られている。歯の間に位置し、ロータの中心へ向けて拡がる中間空間又は隙間は、断面において台形形状の磁石によって直接埋められる。

磁石の接線方向の磁化により、歯が磁極としてのステータに対して作用する。磁石の磁束は、磁石を包囲する両歯を介してほぼ完全にステータとロータの間の空隙へ向けてう回される。一方、同様に磁石の通常の径方向の磁化においても、磁場の一部のみが空隙へ偏向される一方、他の部分はロータ内部の磁気的なヨークを介して隣接する磁石へ導かれる。

ロータからステータへの磁束を最大化することができるこのような、及び類似の配置の形成に際しての問題は、磁石の形状の形成に起因する公差にある。この公差が径方向への磁化に際してロータに接着された磁石に問題を生じさせない一方、この公差は、接線方向への磁化に際してはロータの歯の間に嵌入された磁石に問題を生じさせることとなる。歯の間の隙間は、公差範囲の上限における磁石を収容できる必要があるため、小さくされた磁石においては、磁石と歯の間に隙間が生じ得る。このような隙間により、磁石が必要な強度でロータに設置されず、動作中に外れてしまうことがあり得る。ロータの対称性も失われ、その結果、周囲の大部分において、例えば正確な位置決め時にモータによって阻害的に作用する追加的な係止力が生じる。

欧州特許出願公開第２６９６４６９号明細書

したがって、本発明の課題は、製造に起因する磁石の形状における公差にもかかわらずロータにおける磁石の対称かつ安定した位置決めを可能とする、同期モータのためのロータ及びこのロータを製造するための方法を提供することにある。

この課題は、請求項１によるロータによって解決される。このロータの有利な詳細及び対応する製造方法は、請求項１に従属する請求項から得られる。

同期モータのためのロータが記載されており、このロータは、規則的な間隔で配置された、ロータコアから径方向に突出し、断面においてロータコアへ先細となった複数の歯と、これら歯の間の隙間に配置され、接線方向に磁化され断面において台形形状の複数の磁石とを備えている。ロータは、歯が複数の屈曲継ぎ目を介してロータコアに結合されていること、及び歯が、２つの歯の間における１つおきの隙間において第１の磁石が歯におけるロータコアとは反対側の範囲における外側のストッパに接触するように接線方向へ偏向されていることを特徴としている。

このロータの製造時にまず第１の磁石を嵌入すれば、これら磁石は、生じる磁気抵抗力によってできる限りロータコアから離れるように歯の端部へ向けて移動され、この端部では、最終的にそこに設けられた外側のストッパに接触する。寸法が規格の上限にある磁石もこの位置に到達する。なぜなら、歯が屈曲継ぎ目により接線方向へ偏向されることができ、これによりより大きな磁石について十分な空間も生じるためである。次のステップにおいて残りの磁石が嵌入されると、これら磁石についてよりわずかな空間が利用可能であり、歯ももはや接線方向へ側部に対して押圧されることがない。したがって、残りの磁石は、その傾斜した側壁が歯の先細となった側壁と係合する位置までのみ外方へ押圧される。

結果的に、磁石の寸法におけるある程度のぱらつきにもかかわらず各磁石が接線方向において安定してその隣接する歯によってその各位置に保持されるロータが得られる。各磁石の磁力線は、側方の歯へ向けて空隙を乗り越える必要がない。

本発明の他の利点及び詳細は、図面に基づく実施例の説明において開示される。

ロータセグメントを分解図において示す図である。 ロータセグメントを断面において示す図である。

図１及び図２には、本発明によるロータ１のセグメントが示されている。ロータを製造するための方法も理解することができる図１にはロータ１の分解図が示されている一方、図２にはロータ１の断面が示されており、ロータ軸線は紙面に対して垂直となっている。

ロータ１の中心に対向するロータコア１．１には外方へ突出する複数の歯１．２が配置されており、これら歯は、それぞれ屈曲継ぎ目１．３として作用する脆弱箇所を介してロータコア１．１に結合されている。できる限り薄く形成された屈曲継ぎ目１．３は、わずかな磁束のみがロータコアへ至るという利点を有しており、このロータコアでは、磁束がモータのトルクに寄与することがない。

そのほか、歯１．２は、外方へ向いた、したがってロータコア１．１とは反対側のその端部において、第１の磁石２ａのための外側のストッパ１．４を備えている。そのほか、ロータコア１．１では、外方へ突出した内側のストッパ１．５も見て取れ、これら内側のストッパは、各歯１．２の間の隙間へのロータコア１．１における突出部として形成されている。

ロータ１は、積層された薄板パッケージとして構成されることができる。個々の薄板の形状は、図１の平面図において見て取ることができる。磁石２ａ，２ｂは断面において対称な台形形状を有しており、したがって、これら磁石は、断面において外方へ向けて先細となっているか、あるいはロータコア１．１へ向けて、ロータコア１．１とは反対側よりも幅広となっている。

このとき、磁石２ａ，２ｂの形状は、各歯１．２の間の隙間の形状にほぼ対応している。なぜなら、これら歯がロータコア１．１へ向かって広がっているためである。互いに接触する歯１．２及び磁石２ａ，２ｂの側面は、径方向に対して同一の角度だけ傾斜している。

そのほか、好ましい実施形態によれば、磁石２ａ，２ｂが、それぞれ外側の磁石部分２．１と内側の磁石部分２．２に分割されている。このとき、両磁石部分２．１，２．２は、少なくとも外側の磁石部分２．１が断面において対称な台形形状を備えるように分割されている。好ましい実施形態によれば、このことは内側の磁石部分２．２についても当てはまるが、この内側の磁石部分は、例えば断面において長方形である直方体のような他の形状を有することも可能である。

各歯１．２の間の１つおきの隙間を埋める第１の磁石２ａがロータコア１．１からやや離間して設置されているとともにこのとき歯１．２の外側のストッパ１．４に接触することが図２において見て取れる。これに対して、残りの磁石２ｂは、ロータコア１．２においてややより深くあるいは近くで設置されている。これら磁石２ｂは、外側のストッパ１．４に到達しない。歯１．２の側方での画成部と残りの磁石２ｂの側方での画成部の間の係合は、磁石２ｂが更に外方へ至ることを阻止するものである。

好ましい実施形態により分割された磁石２ａ，２ｂの構成により、外側の磁石部分２．１が上述のように交互にロータコア１．１から更に離れて、あるいはロータコア１．１に更に近づいて設置されることとなる。それぞれ対状に同一の方向に磁化された内側及び外側の磁石部分２．１，２．２の間の反発によって、内側の磁石部分２．２は、これら磁石部分がロータコア１．１の内側のストッパ１．５に接触するまで全体的に内方へ押圧される。これにより、両磁石部分２．１，２．２の間の隙間２．３が径方向において異なる幅となる。第１の磁石２ａにおいては、この磁石は、極端な場合に他の磁石２ｂが見えなくなる、この他の磁石２ｂにおけるよりも幅広となり、その結果、磁石部分２．１，２．２が接触する。これは、関与する磁石２ａ，２ｂあるいは磁石部分２．１，２．２の寸法が規格の上限にある場合に該当する。

磁石２ａ，２ｂあるいはその磁石部分２．１，２．２のこの配置の実現は、ロータ１を製造するための方法を考察すれば理解可能である。この方法は、図１に基づき良好に説明され得る。

第１のステップＳ１において、第１の磁石２ａの外側の磁石部分２．１が、歯１．２の間の２つの隙間ごとにロータ１へ挿入される。これら磁石部分は、磁気抵抗力によって外側のストッパ１．４まで押圧される。屈曲継ぎ目１．３により歯１．２が接線方向あるいは側方で偏向可能であるため、隙間は、寸法に基づき規定又は生産ばらつきの上限にある第１の磁石２ａも収容することが可能である。

好ましくは更なる第２のステップＳ２では、全ての内側の磁石部分２．２がロータ１へ押し込まれ、これら磁石は、直接的な反発又は磁気抵抗力によって内側の位置にとどまる。

好ましくは更なる第３のステップＳ３では、残りの磁石２ｂの外側の磁石部分２．１が、まだ空いている隙間へ押し込まれる。あらかじめ第１の磁石２ａの外側の磁石部分２．１によって接線方向に偏向された歯１．２によって、これら歯は、もはや完全に外側のストッパ１．４へ至ることがなく、したがって、ロータコア１．１にやや近く設置されるとともに内側の磁石部分２．２によって径方向へ反発される。このとき、内側の磁石部分２．２は、ロータコア１．１へ押圧されるか、あるいは内側のストッパ１．５へ押圧される。

第２及び第３のステップＳ２，Ｓ３は、方法の変更において入れ換えることも可能である。

したがって、歯１．２及び磁石２ａ，２ｂの特別な形態は、磁石２ａ，２ｂが寸法のある程度の生産ばらつきにかかわらず常に非常に規定どおりの位置を占めることを生じさせるものである。残りの磁石２ｂ（あるいはその外側の磁石部分２．１）の径方向の位置における小さな変動が残るため、全体として非常に対称なロータが得られ、その磁石は、所定の、したがって安定した位置を占める。ロータ１は、規定どおりに偶数個の磁石２ａ，２ｂを備えている。

磁石２ａ，２ｂの寸法の変動は、遅くとも隣接する磁石の径方向の位置の適合によって補償されるとともに、かなりの非対称及び緩く設置された磁石をもたらし得る複数の磁石を越えて累積されることがない。したがって、本発明は、磁石の寸法の公差を容易に補償するものである。

そして、この補償効果は、磁石２ａ，２ｂが図示のような特に有利な実施形態のように２つに分割されていなくても得られ得る。しかし、磁石２ａ，２ｂは、３つ又はそれ以上の部分に分割されることも可能であるか、又は唯一の台形形状の磁石部分で構成されることが可能である。

特に迅速に回転すべきモータのために、内側の磁石部分２．２及び／又は残りの磁石２ｂを省略することも可能である。そして、安定性の理由から、省略された要素は、対応するように成形された、非磁性材料から成るプレースホルダで置換されるべきである。そして、本発明は、接線方向に偏向可能な歯１．２により、更にそのポジティブな、磁石の異なる大きさを平均する機能を発揮する。

外側のストッパ１．４は必ずしも歯１．２に取り付けられる必要はなく、例えば、それぞれ第１の磁石２ａがロータ１から脱落するのを阻止する、ロータ１に周設されたリング又はスリーブである、他の形態のストッパを選択することも可能である。

本発明は、回転式のモータに限定されていない。リニアモータのセカンダリ部分は同様の原理に基づいて構成されることが可能であり、これは、無限の曲率半径を有するロータセグメントの極端な場合である。したがって、請求項における「ロータ」は、回転式のモータに限定されるべきではない。

Claims (8)

1. 同期モータ用のロータであって、該ロータ（１）が、規則的な間隔で配置された、ロータコア（１．１）から径方向へ突出し断面において前記ロータコア（１．１）へ向けて先細となっている複数の歯（１．２）と、これら歯（１．２）の間の隙間に配置され、接線方向に磁化された、断面において台形形状の複数の磁石（２ａ，２ｂ）とを備えている、前記ロータにおいて、
   前記歯（１．２）が複数の屈曲継ぎ目（１．３）を介して前記ロータコア（１．１）に結合されていること、前記歯（１．２）が、２つの歯（１．２）の間における１つおきの隙間において第１の磁石（２ａ）が前記歯（１．２）における前記ロータコア（１．１）とは反対側の範囲における外側のストッパ（１．４）に接触するように接線方向へ偏向されていること、及び残りの磁石（２ｂ）が、前記歯（１．２）の側方の画成部との係合によって、前記第１の磁石（２ａ）よりも径方向内方で保持されていることを特徴とするロータ。
2. 前記歯（１．２）の間に配置された前記磁石（２ａ，２ｂ）が、断面において台形形状の外側の磁石部分（２．１）と、断面において好ましくは台形形状又は長方形状の内側の磁石部分（２．２）の２つに分割されていることを特徴とする請求項１に記載のロータ。
3. 前記内側の磁石部分（２．２）が、前記歯（１．２）の間で前記ロータコア（１．１）に形成された内側のストッパ（１．５）に接触し、これにより、前記内側の磁石部分（２．２）の全てが前記ロータコア（１．１）に対して同一の間隔を有していることを特徴とする請求項２に記載のロータ。
4. 前記第１の各磁石（２ａ）の前記外側の磁石部分と前記内側の磁石部分（２．１，２．２）の間に隙間（２．３）が存在し、該隙間が、前記残りの磁石（２ｂ）の間でより小さくなっているか、又は完全に閉鎖されていることを特徴とする請求項２又は３に記載のロータ。
5. 前記ロータ（１）が回転式又はリニア式の同期モータのセカンダリ部分であり、リニア式の場合には、前記ロータ（１）が、リニアモータの直線状のセグメントであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のロータ。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のロータを製造するための方法であって、第１のステップ（Ｓ１）において、前記第１の磁石（２ａ）の全ての外側の磁石部分（２．１）が前記歯（１．２）の間における１つおきの隙間へ嵌入され、それぞれ前記第１の磁石（２ａ）のうち１つに隣接する歯（１．２）が、初めに嵌入された前記外側の磁石部分（２．１）が前記歯（１．２）における前記ロータコア（１．１）とは反対側の端部の範囲において前記外側のストッパ（１．４）に接触するように接線方向へ偏向されていることを特徴とする方法。
7. 更なるステップ（Ｓ２）において前記内側の磁石部分（２．２）が嵌入され、これら内側の磁石部分が、前記外側の各磁石部分（２．１）による磁気的な反発によって、これら内側の磁石部分が内側のストッパ（１．５）に接触するまで前記ロータコア（１．１）に対して押圧されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 更なる第３のステップ（Ｓ３）において、前記残りの磁石（２ｂ）の前記外側の磁石部分（２．１）が前記歯（１．２）の間のまだ空いている隙間へ嵌入され、前記残りの磁石（２ｂ）の前記外側の磁石部分（２．１）が、これら外側の磁石部分が前記歯（１．２）の側方の画成部との係合によって保持されるように前記ロータコア（１．１）から離間することを特徴とする請求項６又は７に記載の方法。

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