JP2016533148A - 電気機械用のアセンブリ、アセンブリの製造方法、及び、アセンブリを備えた電気機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気機械（１）用のアセンブリ（１０）であって、回転軸線（１１）を中心として回転可能なロータ（１２）と、ロータ（１２）の周面に配置されておりかつロータ（１２）に結合されている複数の磁石エレメント（１５）とを含む、アセンブリに関する。本発明によれば、ロータ（１２）と各磁石エレメント（１５）との結合部は、鑞接部（２５）によって形成されている。

Description

従来技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された電気機械用のアセンブリに関する。また、本発明は、本発明に係るアセンブリを製造する方法、並びに、電気機械、及び、本発明に係るアセンブリの使用に関する。

請求項１の上位概念に記載の電気機械用のアセンブリは、実用上は既に知られている。これは、例えば、回転可能に支承されたロータの周面に複数の永久磁石エレメントが配置されており、これらの永久磁石エレメント（以下では単に磁石エレメントと称する）が特に極ケーシングの領域に位置固定に配置されて通電可能なワイヤコイルと協働する形式の電動機の要素である。ロータの周面へのこのような磁石エレメントの固定は、実際には、各磁石エレメントとロータとの接着又は結束又は相応形状の適合による結合（以下では形状結合とする）によって行われている。また、各磁石エレメントをロータ構造体へ組み込むことも公知である。いずれにしても所望されるのは、各磁石エレメントをロータに機械的に堅固に結合して、ロータの回転時に発生する遠心力によってロータの周面から各磁石エレメントが剥離することによって電気機械の誤動作又は破損が必然的に生じてしまうのを回避することである。さらに、プロセス技術的に特に良好に監視することができる比較的容易な取り付けと、当該アセンブリを備えた電気機械における高い効率とが得られることが望ましい。

しかし、各磁石エレメントが形状結合又はロータ構造体への組み込みによってロータに結合される場合、導磁性のロータ材料との磁気的な相互作用のために電気機械の効率が比較的低くなるという欠点がある。各磁石エレメントが接着によってロータに結合される場合には、接着剤がガス放出を起こしやすく、また、各磁石エレメントをロータに確実に固定するのに所定の完全硬化時間が必要となることが欠点とされる。こうした完全硬化時間中は、電気機械に対するロータのさらなる処理又は取り付けが少なくとも一時的に不可能となる。さらに、接着の際の取り付けの精度は、具体的な状況に応じて、場合により最適でなくなることがある。また、各磁石エレメントが結束によってロータ構造体に結合される場合には、結束材料がワイヤ巻線と各磁石エレメントとの間の空隙を増大するため、達成可能な効率が同様に低下してしまう。

発明の開示
こうした従来技術を起点として、本発明の基礎とする課題は、請求項１の上位概念に記載された電気機械用のアセンブリを、上述した欠点を回避できるように改善することである。この課題は、本発明に従って、請求項１に記載された特徴を有する電気機械用のアセンブリ、即ち、ロータと各磁石エレメントとの結合部が鑞接部（はんだ付け部）として形成されていることを特徴とするアセンブリにより解決される。鑞接部は、材料接続による結合の一形態として、接着結合に比較して、特に、各磁石エレメントが特に堅固にロータに結合されるので、特に高い半径方向力を伝達することができるという利点を有する。このことにより、本発明に係るアセンブリを備えた電気機械は特に高い回転数を形成することができるという利点を有する。また、結合部は鑞（はんだ等）の溶融温度までの負荷耐性を有し、鑞の選択に応じて、動作中、接着結合より高い温度で動作可能である。こうした高い動作温度は、接着結合の場合には、状況によって比較的高価であったり及び／又は処理に手間がかかったりする特別な接着剤を使用しない限り不可能である。さらに有利なのは、接着剤を用いる場合等に生じるガス放出が回避され、各磁石エレメントをロータに特に良好に熱結合することができるということである。また、本発明に係るアセンブリの製造時間又は取り付け時間は、接着剤を用いる場合等に必要な完全硬化時間が不要であるため、従来技術に比較して短縮することができる。

本発明に係るアセンブリの有利な実施形態は、各従属請求項に記載されている。

アセンブリの第１の実施形態では、各磁石エレメントに、鑞接性を改善するためのコーティングが設けられる。このようなコーティングは、例えばＮｄＦｅＢ磁石エレメントでＳｎベースの鑞が用いられる場合、Ｎｉによって行われる。

さらに、可能な限り高い効率を達成するために、磁石エレメントの形状が、ロータと磁石エレメントとの結合領域でのロータの断面形状に少なくとも実質的に対応付けられる。このことは、各磁石エレメントが特には円弧セグメント状に形成され、ロータの外周と各磁石エレメントとの間に比較的薄い鑞層のみを考慮すればよいことを意味する。

例えば各磁石エレメントの磁石材料の熱膨張係数とロータ材料の熱膨張係数との相違によって磁石エレメントの磁石材料に機械的応力が発生するのを防止するために、本発明の別の有利な実施形態では、ロータの各磁石エレメントとの重なり領域に、ロータの周面から延在する、少なくとも１つの、好ましくは複数のスリット状凹部が設けられる。尚、この種のモータ又は磁石エレメントの通常の構造形式では、複数の凹部はさらにロータの回転軸線に対して平行に延在する。

また、ロータと各磁石エレメントとの結合部が、鑞接部のほか、付加的に、対応形状の適合によって結合される部分（以下では、形状結合部とする。）を有する場合、ロータへの磁石エレメントの特に良好な結合が達成される。

こうした形状結合部は、具体的な構成としては、ロータ又は各磁石エレメントの対向する各面に配置された、少なくとも１つの、好ましくは２つの突出部であり、この突出部は、各磁石エレメント又はロータに設けられた対応する凹部と協働する。ここで、１箇所の形状結合部を用いれば、ロータと磁石エレメントとの間の一方側に鑞接部が１箇所設けられ、特に当該鑞接部に対向する他方側に、好ましくは幾らかの遊びを伴って、形状結合部が形成されるという利点が得られる。こうした構成により、磁石エレメント乃至ロータの温度が上昇した場合にも、形状結合部の領域でそれぞれの部材が膨張可能であるため、機械的応力を少なくとも低減することができるか又は回避することができるのである。

各磁石エレメントが材料接続による結合によってロータに結合される、本発明に係るアセンブリの製造方法では、本発明により、各磁石エレメントがロータに鑞接される。

適切な鑞接方法として、塗布鑞接法又は摩擦鑞接法又は接合鑞接法が用いられる。

また、本発明に係る方法の第１の形態では、磁石エレメントとして、ロータとの結合前には磁化されていない磁石エレメントを使用することができる。当該方法は、特に使用される鑞に応じて鑞接時にしばしば生じるような比較的高い温度のもとでも、磁化されている磁石エレメントの脱磁損失を回避することができるという利点を有する。これにより、比較的高い溶融温度を有する鑞を使用することができ（即ち、特に高いロータ熱負荷を許容することができ）、その際、磁化の度合の弱い磁石エレメントによる電気機械の効率低下を甘受せずに済む。

これに代えて、磁石エレメントとして、ロータとの結合前に既に磁化されている磁石エレメントを使用してもよい。こうしたプロセスは、各磁石エレメントの事後的な磁化を省略することができるため、製造技術的に、場合によっては簡単に、取り付けプロセスに統合することができる。

本発明に係る方法の後者の形態、即ち、ロータとの結合前に既に磁化されている磁石エレメントを使用する形態で、各磁石エレメントの脱磁を低減又は回避するために、磁石エレメントの脱磁温度をロータへの鑞接過程中に高めることができる。このような脱磁温度の上昇は、従来技術から公知の適切な装置を使用することによって達成可能である。

さらに、各磁石エレメントとロータとの間で、周方向における重なり領域の一部領域にわたってのみ、鑞接部が形成されるように構成してもよい。このようにすれば、一方では、製造プロセスを簡単化でき、他方では、各磁石エレメントの不均等な温度上昇に基づく応力の不均等のために状況に応じて生じる機械的応力を良好に補償することができる。

尚、本発明は、電気機械、特に自動車におけるコンフォートドライブ装置の要素としての電気機械に関しており、この電気機械は、本発明に係るアセンブリ、又は、上述した方法に従って製造されたアセンブリを含む。この種の自動車におけるコンフォートドライブ装置とは、限定されるものではないが、特にはパワーウィンドウ駆動機構、シート調節機構、スライドルーフ駆動機構その他であると理解されたい。

本発明の別の特徴及び利点並びに個々の態様を、好ましい実施形態及び図に即して、以下に説明する。

磁石エレメントが鑞接部によってロータに結合されている本発明に係るアセンブリを示す概略的な断面図である。 図１のアセンブリの変形形態であって、磁石エレメントが付加的に形状結合部によってロータに結合されているアセンブリを示す図である。 図１のアセンブリの変形形態であって、ロータの長手方向に延在する複数のスリットを使用したアセンブリを示す図である。

図中、同等の要素又は同様の機能を有する要素には、同じ参照番号を付してある。

図１には、非常に概略的にではあるが、本発明に係る第１の形態の電気機械１用アセンブリ１０が示されている。電気機械１は、特には、自動車におけるコンフォートドライブ装置、例えばシート調節機構、パワーウィンドウ駆動機構又はスライドルーフ駆動機構その他の装置の要素としてのモータである。但し、本発明では、アセンブリ１０の適用分野はこれらに限定されない。

アセンブリ１０は、回転軸線１１を中心として回転可能に支承されたロータ１２を含み、このロータ１２は、実際には、図１の平面で相互に垂直に積層された複数の金属板エレメントであって、回転軸線１１を形成する軸（図示せず）に回転可能に支承された複数の金属板エレメントから成る。ロータ１２は理想的には円筒状に構成された周面１３を有しており、この周面１３に、複数の磁石エレメント１５、即ち、少なくとも２個、実際には例えば４個の磁石エレメントが固定されている。但し、この図では、簡明性のために、単一の磁石エレメント１５しか示していない。磁石エレメント１５は、その内周面１６がロータ１２の周面１３に実質的に適合するように、円弧セグメント形状を有する。アセンブリ１０の各磁石エレメント１５は、交番通電可能なワイヤ巻線１８と協働するが、このワイヤ巻線１８のワイヤは、図の平面に対してほぼ垂直に延在しており、かつ、半径方向で小さな間隔又は空隙を置いて磁石エレメント１５を包囲している。このために、ワイヤ巻線１８は、例えば電気機械１のステータ２０の内周に配置され、付加的にステータとともに封止される。

本発明によれば、磁石エレメント１５とロータ１２との結合は、鑞接部２５によって行われる。図１に示されている実施形態では、鑞接部２５の鑞２６は、周面１３と磁石エレメント１５との間に、比較的小さい層厚さで、当該鑞が磁石エレメント１５の円弧セグメントの全体にわたって延在するように設けられる。この場合、図１の平面に対して垂直に配置される例えば複数の円弧セグメントのそれぞれに鑞２６を設けることができ、従って、鑞２６は、ロータ１２と対応する磁石エレメント１５との間の重なり領域の全体には存在しない。図１に示されている実施形態の変形形態として、鑞２６が、例えば磁石エレメント１５とロータ１２との間の円弧セグメントでは一部領域にしか延在せず、例えば図１の平面に対する垂直方向では磁石エレメント１５の長さ全体にわたって延在するように構成してもよい。

図２に示されているアセンブリ１０ａでは、鑞接部２５に加えて、ロータ１２ａと磁石エレメント１５ａとの間に形状結合部３０が設けられている。このために、磁石エレメント１５ａは、長手方向、即ち、図２の平面に対する垂直方向で、対向する各端面に、ほぼ半球状に形成される凹部３１，３２を１つずつ有し、これらの凹部３１，３２がロータ１２ａの対応する突出部３３，３４と協働する。この場合、鑞接部２５の鑞２６は、形状結合部３０の領域、即ち、特に凹部３１，３２及び突出部３３，３４の領域に存在する。当該領域に鑞２６を置くことにより、磁石エレメント１５ａとロータ１２ａとの間に、ロータ１２ａへの磁石エレメント１５ａの取り付けを容易にする、ある程度の大きさの取り付け用の空隙を形成することもできる。

図３に示されているアセンブリ１０ｂは、ロータ１２ｂの周面１３の、ロータ１２ｂと磁石エレメント１５との重なり領域において、長手方向、即ち、図３の平面に対する垂直方向に、少なくとも１つの、図示の実施形態では２つの長手方向スリット３５を有する点で、図１のアセンブリ１０ａと異なる。長手方向スリット３５によって、鑞接部２５を形成するため又は鑞２６を置くための結合ウェブ３６がロータ１２ｂに形成される。さらに、ロータ１２ｂは、図３に示されている２つの結合ウェブ３６間に中央領域３７を有するが、当該中央領域３７と磁石エレメント１５の対向する面との間には鑞接部２５は形成されない。

補足のために言及するならば、アセンブリ１０，１０ａ，１０ｂの総てにおいて、ロータ１２，１２ａ，１２ｂへの鑞接過程前に既に磁化されている磁石エレメント１５，１５ａを使用してもよいし、又は、結合後にはじめて磁化される磁石エレメントを使用してもよい。さらに、各磁石エレメント１５，１５ａに、特に鑞接性を改善するためのコーティングを設けることもできる。また、本発明は、基本的には、他の構造形式の電気機械、例えばリニアモータにも適用可能である。

Claims (13)

1. 電気機械（１）用のアセンブリ（１０；１０ａ；１０ｂ）であって、
   回転軸線（１１）を中心として回転可能なロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）と、
   前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）の周面に配置されており、かつ、前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）に結合されている複数の磁石エレメント（１５；１５ａ）と、
   を含む、アセンブリにおいて、
   前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）と各前記磁石エレメント（１５；１５ａ）との結合部が鑞接部（２５）として形成されている、
   ことを特徴とするアセンブリ。
2. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）には、鑞接性を改善するためのコーティングが設けられている、
   請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）の形状は、前記磁石エレメント（１５；１５ａ）との結合領域における前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）の断面形状に少なくとも実質的に対応しており、特に円弧セグメント状に形成されている、
   請求項１又は２に記載のアセンブリ。
4. 前記ロータ（１２ｂ）は、各前記磁石エレメント（１５）との重なり領域において、前記ロータ（１２ｂ）の周面（１３）から延在する、少なくとも１つの、好ましくは複数のスリット状凹部（３５）を有する、
   請求項１乃至３までのいずれか１項に記載のアセンブリ。
5. 前記ロータ（１２ａ）と前記磁石エレメント（１５ａ）との結合部は、付加的に、形状結合部（３０）を有する、
   請求項１乃至４までのいずれか１項に記載のアセンブリ。
6. 前記形状結合部（３０）は、前記ロータ（１２ａ）又は前記磁石エレメント（１５ａ）の対向する各面に配置された、少なくとも１つの、好ましくは２つの突出部（３３，３４）を含み、
   前記突出部（３３，３４）は、前記磁石エレメント（１５ａ）又は前記ロータ（１２ａ）に設けられた対応する凹部（３１，３２）と協働する、
   請求項５に記載のアセンブリ。
7. 複数の磁石エレメント（１５；１５ａ）を、材料接続による結合によって、ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）に結合する、請求項１乃至６までのいずれか１項に記載のアセンブリ（１０；１０ａ；１０ｂ）を製造する方法において、
   前記複数の磁石エレメント（１５；１５ａ）を前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）に鑞接する、
   ことを特徴とする方法。
8. 鑞接方法として、塗布鑞接法又は摩擦鑞接法又は接合鑞接法を用いる、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）として、前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）との結合後にはじめて磁化される、未磁化の磁石エレメント（１５；１５ａ）を用いる、
   請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）として、前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）との結合前に磁化されている磁石エレメントを用いる、
    請求項７又は８に記載の方法。
11. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）の脱磁温度を、前記ロータ（１２；１２ａ；１２ｂ）への鑞接過程中に高める、
    請求項１０に記載の方法。
12. 前記磁石エレメント（１５；１５ａ）と前記ロータ（１２ａ；１２ｂ）との間の鑞接部（２５）を、周方向における重なり領域の一部領域にわたってのみ形成する、
    請求項７乃至１１までのいずれか１項に記載の方法。
13. 特に自動車におけるコンフォートドライブ装置の要素としての、電気機械（１）であって、
    請求項１乃至６までのいずれか１項に記載のアセンブリ（１０；１０ａ；１０ｂ）を含む、又は、請求項７乃至１１までのいずれか１項に記載の方法に従って製造されたアセンブリ（１０；１０ａ；１０ｂ）を含む、
    ことを特徴とする電気機械（１）。

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