JP2005506819A - シェル状磁石 - Google Patents

Abstract

２つの正面（１）と、２つの側面（２、３）と、正面（１）の間を側面（２、３）に沿って湾曲した２つの上面（７、８）とを有する電動機用のシェル状の磁石において、側面（２、３）が接線方向にｖ字状にスキューさせられる。

Description

【０００１】
本発明は２つの正面と、２つの側面と、正面の間を側面に沿って湾曲した２つの上面とを有する電動機用のシェル状の磁石に関する。
【０００２】
電動機では電機子（スロッティング）および励磁システム（極の形作り）の共同作用からたいてい望ましくない高調波が生じ、この高調波はリラクタンスモーメントおよび励磁磁界により惹起される高調波として誘導電圧中に現れる。リラクタンスモーメントの問題は独国特許出願公開第 １９６ ３３ ２０９ Ａ１号明細書に述べられている。
【０００３】
これらの高調波を抑制するための有効な手段として一般にスロット分割またはその特定の大きさだけ固定子および（または）回転子のスキューが行われる。周縁方向に延びているこのスキュー角は以下でαと呼ばれる。永久磁石により励磁される回転電気機械では、スロッティングをされた電機子の、たとえばプルイン技術を用いての、または巻線アームを用いての自動化された巻線は困難ないしは不可能になる。従ってここでは斜めスロットが励磁部分において、すなわち永久磁石において行われなければならない。
【０００４】
長さに換算された軸線方向のスキュー角βは、半径方向のスキューα、回転子半径Ｒ（同心のシェルではＲ_ａに等しく、非同心のシェルではＲ_ｉ＋ｈ_Ｍに等しい）から
β＝ａｒｃｔａｎ（２Ｒ／Ｉ_Ｍ・ｓｉｎ （α／２）） （１）
として得られる。
【０００５】
焼結法で製造された永久磁石は、製造プロセスでの許容差を有する収縮に基づいて研磨による機械な後処理を必要とする。シェルの研磨は高い生産性をもって連続法で別々の保持および掴みメカニズムなしに、単に側縁および相応の押圧および輸送装置により案内されて行われる。
【０００６】
シェルは、軸線方向に磁石の端面に向かって垂直に延びている少なくとも１つの、しかしたいていは２つの、湾曲した表面７、８を有する部分である。湾曲した表面７を有するシェルは例えば図１に示されている。２つの湾曲した表面８を有する構成は図２に示されている。湾曲した表面７、８はその際に軸線方向に以下では正面１と呼ばれる磁石の端面に向かって垂直に延びている。直線的なシェルでは、図２中に示されているように、側面２は軸線方向の研磨方向に対して平行に延びている。斜めにされたシェルでは、図３中に示されているように、側面３はもはや案内縁として機能し得ない。なぜならば、これらは軸線の研磨方向に対してスキュー角αおよび磁石長さｌ_Ｍに応じて数度ないし数１０度の角度β（軸線スキュー）をなして延びているからである。この斜めにされたシェル（図３）の研磨はその場合に各磁石幾何学的形状に対して別々に調製すべき掴み装置において、また内側および外側半径に対して別々の通過においてのみ可能である。磁石幅ｂ_Ｍおよび磁石長さｌ_Ｍの研磨は付加の作業過程および装置を必要とするであろう。
【０００７】
研磨の際の手作業による装着のための時間的および装置的な費用は、スキューしていないシェルの完全な断面プロフィル（脚形状、幅、磁石厚みｈ_Ｍを含む内側半径および外側半径）の連続研磨にくらべて、スキューされたシェルに対するコストを明らかに高める。
【０００８】
さらに粉末プレスの際にもたとえば離型（プレス孔からの磁石の押し出し）、輸送および焼結ボックス内での積み重ねの際にシェルが傷つくという困難および問題が生ずる。なぜならば、シェル磁石は２つの点でしか載っていないからである。これらの点は図３中に符号ＡおよびＢを付されている。
【０００９】
すなわち研磨のためには、長さ平行な案内面としての役割をする脚幅ｆを有する側面２および脚４が不可欠である。プレスのためには、側面２または３が少なくとも特定の部分だけ磁石高さに対して平行に延びていなければならない。たとえば冒頭に記載した独国特許出願公開第 １９６ ３３ ２０９ Ａ１号明細書に説明されているような従来の技術から、組み合わされたシェルを回避しながら、上記の製造問題をなくすため、直線的なスキューされていないシェルに基づくロックモーメントを減ずるための解決策は知られている。しかしこれらの解決策はスキューのようにロックモーメントを完全に抑制することはできない。軸線方向の磁石長さの段付けの際の特定ののこぎり歯状配列または不均等な極分割は確かにスロットロックモーメントを減ずるが、非常に敏感に幾何学的形状許容差に反応し、不均等な励磁極分割の際に並列に接続されている巻線における循環電流の危険が生ずる。
【００１０】
従って本発明の課題は、電動機に使用するためのシェル状の磁石であって、一方では電動機におけるリラクタンスモーメントをほぼ抑制することができ、他方では製造費用をわずかですますことのできるシェル状の磁石を提供することである。
【００１１】
この課題は請求項１によるシェル状の磁石により解決される。本発明思想の構成は請求項２以下の対象である。
【００１２】
これまでは、必要な半径方向のスキュー角（たとえばスロット分割だけ）を磁石側縁の軸方向スキュー角にすべての磁石長さにわたって均等にプロジェクトするのが通常であった。平面図で見て平行四辺形の形態を有し、蛇行している湾曲した上面および底面を有するシェル、すなわち立体、が生ずる。軸線方向に見た正面図では平行な、直径方向に向けられた側縁を有する円環セクションとして現れ、その際に両正面はスキュー角だけ回転されている。しかしながら両外側の互いに最も離れて位置しているコーナーによっては、安定な載置および軸線方向の案内は達成され得ない。
【００１３】
本発明によれば、いまスキューを既にたとえば半分の長さでプロジェクトし、次いで第２の正面に向かって再び逆戻りさせる。それにより、平面図で見て、等しい高さレベルに３つの安定な支え点を有するｖ字状の磁石が生ずる。このシェルはより簡単にプレスされ、なかんずく固定せずに連続的に研磨され得る。それにより従来の製造方法および製造過程にくらべて顕著なコスト上の利点が生ずる。
【００１４】
さらに、好ましくは、完全なスキューが既に軸線方向の長さのほぼ中央で到達される。その際に中央とは、実際の中央点の前後両方向に約１０％だけ延びている範囲を指している。
【００１５】
好ましくは、その際正面が軸線方向に完全に一致して存在する。この形式のｖ字状のスキューにより、軸受に負荷をかける軸線方向の力が回避される。特により大きい機械の際にはこのことは従来通常のスキューの際の問題に通ずる。対称に両周辺方向に延びているスキューフランクにより軸線方向の力が完全に補償される。
【００１６】
磁石材料としてはなかんずく希土類化合物または硬フェライトまたはＡｌＮｉＣｏ材料が使用される。さらに磁石は、好ましくは、焼結法で製造される。
【００１７】
本発明の１構成例では、複数の部分磁石が軸線方向に段状にされており、その際に数ｎの部分磁石のうち部分磁石のスキュー角が全スキューのｎ分の１の部分のみの大きさで、部分磁石がこの部分だけ接線方向にずらされて相前後して配置されている。
【００１８】
最後に本発明の１構成では、偶数の部分磁石が軸線方向に段状にされており、その際に部分磁石のスキューが全スキューの半分のみの大きさであり、部分磁石が互いに交互に並べられている。
【００１９】
以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳細に説明する。その際に同一の要素には同一の符号が付されている。
【００２０】
スキューされているシェル状の磁石を研磨する際の主要な問題は、連続的プロセスにおいて安定な側面案内および安定な支え点が存在しないことである。本発明による磁石Ｍにおける３点支えは平行な案内板において十分な保持を与える。これは、図４及び５における一方の側に存在する両点Ｃ及びＤが可能なかぎり互いに遠く離されて配置されており、また他方の側に位置している点Ｅがほぼこれら両点の中央に位置しているほど良好になる。全面的な案内は必要不可欠なものではない。同じことが、図４および５に示されているように、脚Ｆ、ＧおよびＨによる平面支えに対しても当てはまる。
【００２１】
図４および５に相応して本発明により磁石Ｍはいま、必要なスキューβが連続的に正面１の間を延びているのではなく、磁石Ｍがｖ字状の屈曲している互いにセクションごとに平行に延びている側面４を有するように、形成されている。磁石Ｍはその際にほぼ半分の長さの後に既にその完全な磁石スキューに到達し、次いで再びその元の状態に逆戻りする。当接個所Ｃ、ＤおよびＥにおける半径Ｒ_ｅを有するある程度の直線フランク状の移行範囲５または弧状の移行範囲６は許されており、スキュー角の計算の際に一緒に考慮に入れられ得る。しかし、このことは必ずしも必要ではない。
【００２２】
式（１）からいま半分の長さの考慮のもとに
β＝ａｒｃｔａｎ（４Ｒ／ｌ_Ｍ・ｓｉｎ （α／２ｎ）） （２）
が得られる。
【００２３】
機械長さあたりの複数の磁石のｎ回の軸線方向の段付けの際には、すべての必要なスキューが磁石のなかで行われてもよいし、又は図６ａに示されているように、このスキューのｎ分の１の部分のみが行われてもよい。図６ａにおけるような複数の磁石Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３の接線方向にずらして軸線方向に並べて配置することにより、完全な全スキュー角βが形成される。図６ｂはそれに対し分割なしの磁石Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３の配置を示す。
【００２４】
ただ２回（または複数回の偶数）の段付けの際には磁石（Ｍ_４、Ｍ_５）のスキューは全スキュー角の半分で十分であり、また磁石Ｍ_４、Ｍ_５はその場合に、図７中に示されているように、相並んで交互に置かれる。その際に正面は互いにずれなしに移行する。式（２）からいま長さのｎ分割の際には
β＝ａｒｃｔａｎ（４Ｒ／ｌ_Ｍ・ｓｉｎ （α／２ｎ）） （３）
が得られる。
【００２５】
磁石材料として実施例では希土類化合物または硬フェライトまたはＡｌＮｉＣｏ材料が焼結法と結び付けて使用される。
【００２６】
要約すると、スロッティングによる高調波をほぼ抑制するためには、スキューが必要であることが確認されている。これは一般にスロットまたは極システムのスキューにより（永久磁石による励磁の際には磁石側縁のスキューにより）行われる。直流電動機、ブラシレス直流電動機および永久磁石励磁による三相交流駆動技術のための同期電動機においては、スキューされたスロットを有する電機子または固定子はもはや自動的に巻線を施すことができない。従って磁石がスキューさせられなければならない。しかし、スキューされた磁石はもはや緩やかに並べて連続的に研磨することができない。なぜならば、側面の軸線方向の案内および支えがシェルのスキューしかつねじれた形によりもはや与えられていないからである。しかし研磨は焼結ひずみに基づいて無条件に必要である。これらの斜めにされたシェルはこれまで強固な保持装置において、すなわち特別に各加工すべき面および各磁石寸法に対して調製すべき保持装置においてのみ別々の作業過程で研磨することが可能であった。
【００２７】
本発明による磁石形態により、一方ではスキュー効果が完全に達成され、従ってリラクタンスモーメントの発生が有効に防止される。他方では、研磨を連続的に付加の保持装置なしに可能にする安定な載置および当接点が作られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
一方の側に湾曲部を有する電動機に使用するための公知のシェル状磁石の構成。
【図２】
２つの側に湾曲部を有する公知のシェル状の磁石の構成。
【図３】
スキューさせられた縁を有するシェル状磁石。
【図４】
本発明によるシェル状磁石の第１の実施例。
【図５】
本発明によるシェル状磁石の第２の実施例。
【図６】
ｎ回の軸線方向の段付けを有する本発明による磁石の第３の実施例。
【図７】
２回の段付けを有する本発明による磁石の第４の実施例。
【符号の説明】
１ 正面
２ 側面
３ 側面
４ 脚
５ 移行範囲
６ 移行範囲
７ 上面
８ 上面
Ｍ_１〜Ｍ_５ 部分磁石
α スキュー角
β スキュー角

Claims (7)

1. ２つの正面（１）と、２つの側面（２、３）と、正面（１）の間を側面（２、３）に沿って湾曲した２つの上面（７、８）とを有する電動機用のシェル状の磁石において、側面（２、３）が接線方向にｖ字状に傾斜させられていることを特徴とするシェル状磁石。
2. 完全な傾斜が軸線方向の長さの中央で到達されるように、側面（２、３）が傾斜させられていることを特徴とする請求項１記載のシェル状磁石。
3. 正面（１）が軸線方向にぴったりと存在していることを特徴とする請求項１または２記載のシェル状磁石。
4. 磁石材料として希土類化合物または硬フェライトまたはＡｌＮｉＣｏ材料が使用されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載のシェル状磁石。
5. 磁石（Ｍ）が焼結法で製造されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載のシェル状磁石。
6. 複数の部分磁石（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３）が軸線方向に段状にされており、その際数ｎの部分磁石（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３）のうち部分磁石（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３）の傾斜角度が全傾斜（β）のｎ分の１のみの大きさであり、部分磁石（Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３）がこの部分だけ接線方向にずらされて相前後して配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載のシェル状磁石。
7. 偶数の部分磁石（Ｍ_４、Ｍ_５）が軸線方向に段状にされており、その際部分磁石（Ｍ_４、Ｍ_５）の傾斜が全傾斜（β）の半分のみの大きさであり、部分磁石（Ｍ_４、Ｍ_５）が互いに交互に並べられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記載のシェル状磁石。

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