JP2015510380A - 電気機械用ロータおよびそのアセンブリ方法 - Google Patents

Abstract

主軸線（Ｒ）を有する積層コア（２）と、この主軸線（Ｒ）に沿って延びる複数の半径方向座（３）を画定する複数の磁極（３ａ、３ｂ）とを備え、および、座（４）の各々は第１および第２の磁極（３ａ、３ｂ）によって画定されている電気機械用ロータ（１）であって、このロータは、座（４）内に挿入されている複数の磁石（５）と、座（４）内に磁石（５）を固定するための複数のばね（１０）とを備え、および、ばね（１０）は、座（４）を画定する第２の磁極（３ｂ）に向けて磁石（５）の各々を押すために、磁石（５）の各々と、関連した座（４）を画定する第１の磁極（３ｂ）との間で作用する、電気機械用ロータが説明される。【選択図】図１

Description

本発明は、電気機械用ロータ、特に、永久磁石を有するロータと、関連した座（ｓｅａｔ）の中に磁石を固定するシステムとに関する。本発明は、さらに、このロータをアセンブリするための方法にも関する。

特にブラシレスモータで使用される、既知のタイプの永久磁石を有するモータのロータは、通常は、積層コア、すなわち、薄い金属積層構造のパック（ｐａｃｋ）で作られておりかつモータの回転軸に一致する主軸線を有するコアから成る。

このロータは、一般的に、磁石と駆動軸をべつべつに収容するために、複数の縦方向スロットと中央穴とを有し、これらは主軸線に対して平行に延びる。

このスロットは、積層コア内に、ロータの磁極を形成する一種のセグメント構造を形成し、および、駆動軸の穴を包囲する積層コアの中央部分に連結されたままである各セグメントが、互いに隣接した２つのスロットを隔てる。

磁石はロータの軸線に沿って延び、および、磁石は、一般的に（接触要素を除く）ロータの外側表面上に開いている関連したスロットの外側端部において、それぞれの接触要素の一部分に対して、一般的に、半径方向に配置され、構成されている。

このタイプのロータに関する共通の問題点が、関連したスロット内に磁石を固定する方法に関係している。

磁石は、モータの適正な電磁的動作のために、かつ、モータの動作中に振動を生じさせないように、スロット内の正確な位置に取り付けられなければならない。

本発明に関する基準モータ、すなわち、半径方向に配置された磁石を有するモータでは、１つの従来技術の解決策が、関連した座の中に磁石を接着する。接着剤が表面上に付与された磁石が、その関連したスロットの中に挿入され、および、特殊な器具によって、接着剤が硬化するまで外側の接触要素に対して当接した状態に保持される。

異なる具体例では、磁石が器具によってスロット内の所定位置に保持され、これと同時に、ロータが、プラスチックが注入される型の中に挿入される。このようにして、磁石は積層物と共に同時にプレスされて、プラスチックによって所定位置に保持される。

上述した従来技術の解決策は、そのアセンブリの複雑性のために比較的に高コストである。

最も一般的に使用されている別の具体例では、各々の磁石が、磁石と積層コアの中央部分との間に挿入されている半径方向押圧ばねによって、接触要素に対して当接させられた状態に保持される。

こうしたばねは単一であるか（各磁石毎に１つ）、または、単一の環状要素の形に一体化されている。

この解決策では、主な欠点が、磁石の場合に、対応するばねが、磁石を挿入するための機械的な寸法公差を原因として、完全な半径方向ではない方向に磁石を押すことがあり、この結果として、磁石が、用意された接触要素の１つだけにしか当接せず、すなわち、スロットを画定するセグメントの１つだけにしか当接しないということである。

場合によっては、磁石によって安定化されておらず、かつ、したがってモータの動作中に振動するセグメントが存在することがある。

さらに、磁石は、接触要素の接触表面の減少の故に、その接触要素を削り取ることがある。

したがって、本発明の主要な技術的目的は、上述の欠点がない電気機械用モータを提供することである。

本発明の別の意図が、相対的に経済的でありかつアセンブリが容易であるロータを提供することである。

本発明のさらに別の意図が、使用時に機械的振動の危険性がないロータを提供することである。

上述の目的と意図は、請求項第１項に定義されている特徴を有する電気機械用モータによって実質的に達成される。

添付図面に示されている電気機械用モータの好ましい非限定的な実施形態に関して、本発明のさらに別の特徴と利点が後述の詳細な説明においてより明瞭である。

図１は、本発明による８極ロータの第１の実施形態の部分分解略斜視図である。 図２は、図１のロータの拡大された詳細部分の略斜視図である。 図３は、図２の詳細部分の断面ＩＩＩ−ＩＩＩである。 図４は、上記図面に示されているロータの略斜視図である。 図５は、本発明によるロータの第２の実施形態の詳細部分の略斜視図である。 図６は、本発明による８極ロータの第３の実施形態の部分分解略斜視図である。 図７は、図６のロータの詳細部分の略斜視図である。 図８は、本発明による８極ロータの第３の実施形態の部分分解略斜視図である。 図９は、図８のロータの詳細部分の略斜視図である。

添付図面、特に図１と図６と図８とを参照すると、番号１が、本発明による電気機械用ロータを示す。

ロータ１は、主軸線Ｒを有する積層構造の積層コアまたはパック２と、複数の座４を画定する複数の磁極３ａ、３ｂとを備える。

磁極または歯状突起（ｔｏｏｔｈ）３ａ、３ｂが、積層コア２の中央核（ｃｅｎｔｒａｌ ｎｕｃｌｅｕｓ）から半径方向に延びるセグメントの形である。

座４も、主軸線Ｒに沿って（長さにおいて）半径方向に延び、かつ、第１の磁極３ａによって、および、第２の磁極３ｂによって、各々が画定されている。

ロータ１は、示されている具体例では８つの磁石５を備え、これらの磁石の各々は、対応する座４の中に挿入されている。

ロータ１は、座４を画定する第２の磁極３ｂに向けて各磁石５を押すために、各々の磁石５と、関連した座４を画定する第１の磁極３ａとの間で作用する、座４内に磁石５を固定する弾性手段を備える。

図示されているように、各々の第１の磁極３ａは、隣接する座４を画定する、平らであることが有利な２つの面６を有し、および、各々の第２の磁極３ｂは、隣接する座４を画定する、平らであることが有利な２つの面７を有する。

言い換えると、各々の座４は、第１の磁極３ａの平らな面６と第２の磁極の平らな面７とによって画定されている。

座４の場合には、座を画定する面６、７は、互いに反対側に位置し、および、互いに平行であり、したがって、弾性手段は、第１の磁極３ａからの対応する磁石５を第２の磁極の平らな面７に対して押し付ける。

磁石５は平行六面体の形状であり、および、１対の互いに平行な平らな面８、９を有する。磁石５が、さらに、滑らかに研磨された外側表面を有することが好ましい。

添付図面における番号８が、磁極３ａに面する磁石５の面を示し、および、番号９が、磁極３ｂ、特に、関連した面６と面７とに面する、磁石５の面を示す。

弾性手段は、関連した座４を画定する対応する第２の磁極３ｂの平らな面７に対して磁石５の平らな面９を押し付けるような形状にされている。

図示されている好ましい実施形態では、上述の弾性手段は複数のばね１０を備える。

一般的に、ばね１０はフォーク（ｆｏｒｋ）形であり、および、１つおきの歯状突起上に挿入され、すなわち、単なる例示として示されている添付図面では、磁極３ａ上に挿入される。

各々のばね１０は、互いに隣接する２つの磁石５を押し、これらの磁石５を、より詳細に後述するように、磁石５に対してばね１０とは反対側に位置している歯状突起３ｂの面７に対して押し付ける。

このようにして、各々の強磁性体の歯状突起または磁極３ａ、３ｂは、それを取り囲む磁石５によって静止状態に保持される。

ばね１０の位置決めをさらに詳細に観察すると、各々の磁極３ａは、関連した弾性手段のための係合手段、すなわち、ばね１０のための係合手段を有することに留意されたい。

さらに具体的に述べれば、ばね１０のための係合手段は、磁極３ａの面６上の溝１１の形態である。

溝１１は、主軸線Ｒに対して平行に延び、および、磁極３ａの場合には、主軸線に一致する軸線を有する円筒形表面にしたがって位置合わせされている。

ばね１０は、溝１１を完全に満たすように、磁石５を挿入した後に関連した溝１１の中に押し込まれる形状にされており、および、ばね１０が強磁性体材料で作られていることが好ましいので、磁気回路を最適化する。

したがって、一般的に、この弾性手段は複数のばね１０を備え、各々のばね１０は、関連した座４を画定する磁極３ｂに向かって対応する磁石５を押すために、磁極３ａに関連付けられている。

特に、図３、図４、図５、図７、および、図９を参照すると、本発明によるロータ１のためのばね１０が、より詳細に示されている。

ばね１０は、溝１１の内側に係合するように設計されている、２つの実質的に互いに平行な突起（ｐｒｏｎｇ）１３、１４がそれから延びる、基部長さ部分（ｂａｓｅ ｓｔｒｅｔｃｈ）１２を有する。

この基部長さ部分１２は、磁極３ａを把持するために、かつ、突起１３、１４を所定位置に保持するように協働するように、曲線状であることが好ましい。

さらに、基部長さ部分１２は、ロータ１と同中心である周縁部に沿って延びる。

溝１３、１４は、主軸線Ｒに対して平行に延び、かつ、主軸線Ｒに一致する軸線を有する円筒形表面に沿って位置合わせされている。

突起１３、１４は、第１の直線状の長さ部分１５と、少なくとも、第２の弾性的に屈曲する波状の長さ部分１６とを有する。

この波状の長さ部分１６は、対応する座４に各々が対向しかつ座４の内側に突き出している、磁極３ａに関して互いに反対側に位置した凸状部分（ｃｏｎｖｅｘｉｔｙ）を有する。

この突起１３、１４の波状の長さ部分１６は、互いに隣接した２つの座４の中に挿入された磁石５に作用する。

この突起１３、１４の直線状の長さ部分１５は、ばね１０がロータ内に配置され終わった後に、その関連した磁極３ａ上において、後で座４の内側に押される磁石５を配置することが可能であるように、最初の数ミリメートルに関して座４内にばね１０の一部分を受け入れない。

磁石５とその関連の座４は、およそ１０分の１ミリメートルの非常に小さい組立許容誤差を有し、したがって、座４の開口部における磁石５の適正な位置決めのために、ばね１０の一部分が存在しないことが重要である。

座４内に磁石５を挿入した後に、ばね１０は、（磁石を押すために突き出す凸状部分１６のわずかな部分を除いて）関連した溝１１内で完全に延ばされ、および、磁気回路の完成を可能にする。

好ましくは、約１００−３００ワットの出力と、２０ｍｍまでの長さと１００ｍｍまでの直径とを有する積層パックを有するロータとを有するモータのためのものであることが意図されている、図１から図４に示されている第１の実施形態では、ばね用ワイヤで作られておりかつ各突起１３、１４のための単一の波状長さ部分１６を有するばね１０で十分である。

図５に示されているように、約１００ｍｍまでの、したがって、ロータ１の同一の直径に場合に、より重い磁石５を伴っている、好ましくは、より長いモータのためのものであることが意図されている第２の実施形態では、ばね１０の突起１３、１４の各々が、第１の波状長さ部分１６から延びる第２の波状長さ部分１７を有する。

この第２の波状長さ部分１７は、対応する磁石５上に押圧作用を加えるために、各々が磁石５のための対応する座４に向かって面しておりかつ座４の内側に突き出している、互いに反対側に位置した凸状部を有する。

鋼製ばね用ワイヤが上記実施形態のために使用されることが好ましい。

ばね１０の突起１３、１４、特に、直線状の長さ部分１５が、座４を妨害しないように、そのワイヤの直径が、関連した溝１１の深さより小さい。

第３の実施形態では、２０ｍｍまでの積層パック長さと１００ｍｍよりも大きくまたは著しく大きい直径とを有するロータに対して適合させられていることが好ましく、したがって磁石５が上述の解決策よりも大きい半径方向の長さを有する、図６と図７に示されている第３の実施形態では、ばね１０は、磁石５上に対して適切な押圧作用を加えるように適切な形に形成されている金属ストリップで作られている。

この金属ストリップで作られているばね１０の形状は、ワイヤで作られているばね１０の形状に一致し、すなわち、ばね１０は、頭部または基部部分１２と、基部１２から互いに平行に突き出る２つの突起１３、１４とを有する。

ばね１０は、実質的にロータの全長にわたって延び、および、対応する歯状突起３ａの長さと同じ大きさの長さを有する。

金属ストリップの幅は、磁石５に加えられるべき力とその磁石の重量とに基づいて選択される。

上述の実施形態と同様の仕方で、突起１３、１４は、第１の直線状の長さ部分１５と、少なくとも、第２の弾性的に屈曲する波状長さ部分１６とを有する。

この波状長さ部分１６は、対応する座４に各々が対向しかつ座４の内側に突き出している、互いに反対側に位置した凸状部分を有する。

この突起１３、１４の波状の長さ部分１６は、互いに隣接した２つの座４の中に挿入された磁石５上に作用する。

この突起１３、１４の直線状の長さ部分１５は、ばね１０がロータ内に配置され終わった後に、その関連した磁極３ａ上において、後で座４の内側に押される磁石５を配置することが可能であるように、最初の数ミリメートルに関して座４内にばね１０の一部分を受け入れない。

代替案としては、図示されていない実施形態では、金属ストリップのばねが、適切に寸法決定され、ワイヤから作られており、かつ、磁極３ａに沿って半径方向に互いに間隔を置かれている、上述したタイプの２つ以上のばね１０によって置き換えられる。

図８に示されているように、第４の実施形態では、約１００ｍｍまでかつこれより長い、かつ、１００ｍｍまでかつこれより大きい直径を有する、したがって、より重い磁石を伴っている、より長いモータの場合に、ばね１０の突起１３、１４は、第１の波状長さ部分１６から延びる複数の波状の長部分１８、１９、２０を有する。

この追加の波状長さ部分１８、１９、２０は、対応する磁石５に対して押圧作用を加えるために、磁石５のための対応する座４に各々が対向しておりかつ座４の内側に突き出している、互いに反対側に位置した凸状部分を有する。

金属ストリップで作られているばね１０さえ、磁石５をその対応する座の中に挿入する前に（対応する座４の開口部における）磁石５の適正な位置決めを可能にする、初期直線状長さ部分１５を有するということを理解されたい。

異なるばね１０の波状長さ部分１６、１７、１８、１９、２０が、ばね１０に当接する磁石５の表面に対して垂直な押圧力を、対応する磁石５上に及ぼすように適切に形成されている。

この押圧力は、磁石５の反対側の面９と、ばね１０がそれに押し当てられて支持される磁極の面７との間の接線方向の力に一致する。

有利なことに、ばね１０は、上述したように、強磁性体材料で作られており、および、したがって、隣接する磁石を短絡しないように、かつ、電磁流量を損失しないように、従来技術の解決策で使用される非磁性材料で作られているばねよりも安価である。

ばね１０のために磁性材料を使用することが、ばね１０の座の空気中に存在するであろう流れの分散を実質的に排除することを可能にする。

実際には、ばね１０は、対応する磁極３ｂの隣りに各々の磁石５を動かすために、溝１１を通過する円周に対して接線方向に各々の磁石５を押す。座４内に磁石５を保持する摩擦力が積層物パック２の鉄の上に位置する磁石の面９の全体において発生させられるように、磁石５を押す力は、磁石５に対して垂直方向に作用する。

対応する磁石上にばね１０の力を均一に分散させるために、ばね１０は、対応する磁石５の（半径方向の長さ部分に関して）中間区域上に実質的に位置させられている。

本発明では、ばね１０は屈曲して、可塑的に変形し、磁石５が配置され終わった後に、磁石５を磁極３ｂの面７に対して押し付けるのに十分でありかつ使用中の磁石の熱膨張に対応するのに適している、弾性特性を維持する。

有利なことに、弾性特性の一部分の損失が、磁石５の押圧に対して許容可能でありかつ適している予荷重値（ｐｒｅｌｏａｄ ｖａｌｕｅ）を有する、ばね１０の適正な寸法決定を可能にする。

特に図１と図２と図６と図８とを参照すると、積層コア２は、軸線Ｒに沿って延びる磁極３ａ、３ｂ内の複数の穴２１を有するということに留意されたい。

これらの穴２１の目的は重量削減であり、および、これらの穴２１は、モータのアセンブリ中にロータ１を移動させる器具ための、ロータ内の係合手段を画定する。

積層物のパック２を伴う、ロータ１をアセンブリするための好ましい方法が、ばね１０のすべてを関連した磁極３ａにまたがった形に位置させる段階と、磁石５のすべてを同時に挿入する段階とを含む。

代替案としては、１回毎に１つの磁石５が挿入される場合には、磁極３ａ、３ｂは、上述の穴２１に係合する複数のピンを備えている器具（図示されていない）を使用して、相反した交互の位置に維持される。

特に図２を参照すると、積層コア２が、磁極３の外側周縁端部において磁石５に作用する歯状突起２２を有することに留意されたい。これらの歯状突起２２は軸線Ｒに沿って縦方向に延び、および、磁石５を位置決めするための半径方向基準を画定する。有利なことに、磁石５は、上記の歯状突起２２によってではなく、磁石５の面９と磁極３ｂの面７との間の摩擦によって、上述したように、関連した座４内に保持されている。

１ ロータ
２ 積層コア
３ａ、３ｂ 磁極
４ 座
５ 磁石
１０ ばね
１１ 溝
１２ 基部長さ部分
１３、１４ 溝
１５ 直線状の長さ部分
１６ 波状の長さ部分

Claims (15)

1. 電気機械用ロータであって、
   主軸線（Ｒ）を有する積層コア（２）と、前記主軸線（Ｒ）に沿って延びる複数の半径方向座（４）を画定する複数の磁極（３ａ、３ｂ）とを備え、および、前記座（４）の各々は第１および第２の磁極（３ａ、３ｂ）によって画定されており、
   前記ロータは、
   前記座（４）内に挿入されている複数の磁石（５）と、前記座（４）内に前記磁石（５）を固定するための弾性手段（１０）とを備える電気機械用ロータにおいて、
   前記弾性手段（１０）は、前記座（４）を画定する前記第２の磁極（３ｂ）に向けて前記磁石（５）の各々を押すために、前記磁石（５）の各々と、前記関連した座（４）を画定する前記第１の磁極（３ｂ）との間で作用することを特徴とする
   電気機械用ロータ。
2. 前記第１の磁極（３ａ）は、前記座（４）を画定する第１の面（６）を有し、および、前記第２の磁極（３ｂ）は、前記座（４）を画定する第２の面（７）を有し、前記第１および第２の面（６、７）は互いに平行であり、および、前記弾性手段（１０）は対応する前記磁石（５）を前記第２の面（７）に対して押し付けることを特徴とする請求項１に記載の電気機械用ロータ。
3. 前記弾性手段（１０）は複数のばね（１０）を備え、および、前記ばね（１０）の少なくとも１つは、前記関連した座（４）を画定する前記第２の磁極（３ｂ）に向かって前記磁石（５）の各々を押すために、各々の第１の磁極（３ａ）に関連付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の電気機械用ロータ。
4. 前記弾性手段（１０）は、２つの互いに平行な突起（１３、１４）がそれから延びる基部長さ部分（１２）を有する複数のばね（１０）を備え、および、前記突起（１３、１４）は第１の直線状の長さ部分（１５）と、少なくとも１つの弾性的に屈曲する波状の長さ部分（１６）とを有し、および、前記ばね（１０）の各々は、対応する第１の磁極（３ａ）上に嵌合されており、および、前記突起（１３、１４）の前記波状の長さ部分（１６）は、互いに隣接している２つの前記座（４）の前記磁石（５）に対して作用することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
5. 前記突起（１３、１４）は前記主軸線（Ｒ）に対して平行に延び、および、前記主軸線（Ｒ）に一致する軸線を有する円筒形表面にしたがって位置合わせされていることを特徴とする請求項４に記載の電気機械用ロータ。
6. 前記第１の磁極（３ａ）の各々は、関連した前記弾性手段（１０）に係合するための手段（１１）を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
7. 前記係合手段（１１）は、前記第１の磁極（３ａ）の面（６）上の溝（１１）の形状であり、および、前記突起（１３、１４）は前記溝（１１）の中に挿入されており、および、前記波状の長さ部分（１６）は、隣接した前記座（４）と対向する凸状部分を有することを特徴とする請求項６に記載の電気機械用ロータ。
8. 前記溝（１１）は前記主軸線（Ｒ）に対して平行に延び、および、前記主軸線（Ｒ）に一致する軸線を有する円筒形表面上に位置していることを特徴とする請求項７に記載の電気機械用ロータ。
9. 前記磁石（５）は平行六面体の形状であり、および、関連した前記座（４）の対応する互いに平行な面（６、７）に面する１対の互いに平行な面（８、９）を有し、および、前記弾性手段（１０）は、関連した前記座（４）を画定する対応する前記第２の磁極（３ｂ）の前記面（７）に対して前記磁石（５）の面（９）を押し付けるための形状にされていることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
10. 前記弾性手段（１０）は、強磁性体材料で作られている複数のばね（１０）を備えることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
11. 前記弾性手段（１０）は、金属ストリップで作られている複数のばね（１０）を備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
12. 前記弾性手段（１０）は、ばね用ワイヤで作られている複数のばね（１０）を備えることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の電気機械用ロータ。
13. 前記第１の磁極（３ａ）の各々にまたがって前記弾性手段を配置する段階と、
    関連した前記座（４）に各々の磁石（５）を配置する段階と、
    関連した前記座（４）内に前記磁石（５）を挿入する段階
    とを含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の電気機械用ロータをアセンブリする方法。
14. 前記挿入段階は全ての前記磁石（５）に関して同時に生じることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 穴（２１）を使用して前記第１および第２の磁極（３ａ、３ｂ）を相対的に固定する段階を含み、および、前記挿入段階は１回毎に１つの前記磁石（５）を生じさせることを特徴とする請求項１３または１４に記載の方法。

Images