JP2006109693A - 電動機用回転子及び対応する電動機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】この回転子は、回転子の回転軸Aの回りに分布配置されている複数の磁気駆動要素17を備えており、各磁気駆動要素は、回転子の磁極を画定し、実質的に半径方向の磁軸を有しており、各磁気駆動要素は、少なくとも1つの永久磁石18を備えている。 或る態様によれば、磁気駆動要素の少なくとも1つは、複数の分離した永久磁石であって、前記又は各磁気駆動要素の磁石が、磁軸に実質的に平行な少なくとも1つの分離面に沿って互いに分離されている。また永久磁石は、各磁気駆動要素の磁石の間に、各分離面に沿って挟まれている絶縁体とを備えている。
【選択図】図2
Description
作動時、永久磁石の間を循環する磁束は、回転子の材料を通って伸張している。これらの磁束は、永久磁石自体と、電動機の固定子によって誘起される磁界から始まっている。
回転子内の軸方向の電流の形成を制限するために、例えば、文献EP 1 239 569号にあるように、磁界を伝導し且つ電磁要素の絶縁体となるプレートが挟まれているプレートから成る積層アッセンブリで構成されている回転子を提供し、磁石を、このアッセンブリの周辺に固定することができる。アッセンブリは、シャフト上に直接配置されている。
軽くて剛性があると同時に安価に製造できる回転子を設計する試みがなされてきた。
EP 1 239 569号 EP 0 854 558号 EP 1 050 946号
このため、本発明は、上記型式の電動機回転子において、磁気駆動要素の少なくとも1つは、複数の分離した永久磁石であって、前記又は各磁気駆動要素の磁石が、前記又は各磁気駆動要素の磁軸と実質的に平行な少なくとも1つの分離面に沿って互いに分離されている、永久磁石と、前記又は各磁気駆動要素の磁石の間に、前記又は各分離面に沿って挟まれている電気絶縁体と、を備えていることを特徴とする電動機回転子を提案している。
−絶縁体は各磁石の全面を覆っており、
−前記又は各磁気駆動要素は、回転子の軸と平行な少なくとも1つの分離面を有しており、
−前記又は各磁気駆動要素は、回転子の軸に対して垂直な少なくとも1つの分離面を有しており、
−回転子は、ハブをシャフトに取り付けるための穴が設けられているハブと、ハブを取り囲んでいるリムと、リムを取り囲み且つリムに取り付けられている積層アッセンブリと、を備えており、積層アッセンブリは、磁界を伝導する積み重ねられた環状のプレートを備えており、磁気駆動要素は、積層アッセンブリの外周上に分布配置されており、リムは、磁束がリムを通って伸張できるように、中実で、磁界を伝導する金属又は金属合金で構成されており、前記磁束は、回転子が装着されている電動機が作動しているときに、磁気駆動要素の間を循環しており、
−ハブは、中実で、磁界を伝導する金属又は金属合金で構成されており、
−リムは、ハブと一体になっており、
−リム及び/又はハブは、磁界を伝導する鉄又は鋼で構成されており、
−磁気駆動要素は永久磁石であり、
−回転子が、その軸方向端部の少なくとも一方に、リムによって半径方向に、ハブによって軸方向に境界が定められている中心凹部を有するように、リムはハブより軸方向に長くなっており、
−ハブは、中心管状部分と、中心管状部分をリムに半径方向に接続する半径方向ウェブとを備えており、
−中心管状部分は、半径方向ウェブより軸方向に長くなっており、
−積層アッセンブリの半径方向厚さは、2から100mm、望ましく5から50mmであり、
−積層アッセンブリの半径方向厚さとハブの半径方向厚さの比は、0.2から5の間にあり、
−積層アッセンブリの半径方向厚さとリムの半径方向厚さの比は、0.25から1の間にあり、
−積層アッセンブリとリムの厚さは、調波によって誘起される磁界が積層アッセンブリ内を循環し、基本波によって誘起される磁界がリムと積層アッセンブリ内を循環するように選択され、
−積層アッセンブリは、磁界を伝導し、且つ電磁絶縁体である材料で構成されている第2環状プレートと交互になっている第1環状プレートを備えている。
或る実施形態では、回転子と固定子は、ハウジング内に収容されており、固定子は、ハウジングに固定的に連結されており、回転子は、シャフトに固定的に連結されており、電動機は、ハウジングとシャフトの間に配置され、回転時にガイドするための軸受を備えており、少なくとも1つの軸受は、少なくとも部分的には、回転子の凹部の中に収容されている。
図1に示しているように、電動機1は、ハウジング5に固定的に接続されている固定子3と、シャフト9に固定的に接続されている回転子7を備えている。
リム13は、半径方向ウェブ23及び中心部分19より軸方向に長い。その結果、リム13は、ハブ11と、リム13の内側表面25の軸方向に限定された部分だけで接続されている。
従って、凹部26が、回転子7の各軸方向端部に形成されている。凹部26は、半径方向にはリム13の内側表面25によって、軸方向にはハブ11によって、境界が定められている。
少なくとも第1プレート29は、これらのプレート29とハブ11の間に磁気導通状態を作るため、その内縁部でリム13の外側表面27に接触しているのが望ましい。
図2に示しているように、磁気駆動要素17は、例えば、円周状に規則的に間隔を空けて配置されており、回転子7の円周に沿って見たとき、半径方向の磁気軸と、交互に変わる極性とを有している。各磁気駆動要素17は、回転子7の磁極、即ち磁界線が集中する領域を形成している。
各磁気駆動要素17は、以下に更に詳しく説明するが、複数の永久磁石18を備えている。
金属合金は、この例では、1つ又は複数の要素を金属の中に組み込むことによって得られる金属製品を指している。
ハブ11も中実で、専ら、磁界を伝導する金属又は金属合金、特に強磁性金属で構成されているのが好都合である。
積層アッセンブリ15の第1プレート29も、例えば、磁界を伝導する金属又は金属合金、特に強磁性金属で構成されるが、リム13及び/又は回転子7の材料と同じでも、異なっていてもよい。
積層アッセンブリ15の半径方向厚さは、例えば、2から100mmの間であり、5から50mmの間であるのが望ましい。
半径方向に回転子7の積層アッセンブリ15と固定子3の積層アッセンブリ35の間に位置している環状の空間は、電動機1の空隙40を構成している。
ハウジング5は、その両端が、電動機1の半径方向中心面に関して実質的に対称な2つの環状フランジ43によって、軸方向に閉じられている。
より正確には、各フランジ43の内側部分47は、軸方向に回転子7の方向に伸張しており、部分的に、対応する凹部26の中に突き出ている。
巻き線37は、固定子3の内側で調整可能な電磁励起界を作り出す。この電磁励起界が加えられる磁気駆動要素17は、円周方向に向かう力を受ける。回転子7は、その結果、シャフト9の軸の回りに回転駆動される。
これらの電流は、回転子7内を主として軸方向に移動する。積層アッセンブリ15が在るので、この種の電流の形成を防ぐことができ、結果的に、電磁損失、特にジュール効果による損失を抑制することができる。
基本信号によって誘起される電磁界は、主に回転子7を回転駆動することができる。
基本又は調波信号それぞれによって誘起される電磁界の半径方向透過の深さは、その周波数に逆比例する。
積層アッセンブリ15の半径方向厚さは、作動時に、その厚さが、調波信号によって誘起される電磁界の透過深度より大きくなるように選択される。
リム13は、実質的に管状で、その内側表面の限定された軸方向領域だけでハブ11に接続されているので、回転子7は、強くて磁束が循環できるようになっているのに軽い。
図2を見れば分かるように、各磁気駆動要素17は、隣接しており且つ隣接する磁石18の間の電流の循環を防ぐ電気絶縁体55によって互いに分離されている、例えば4つのような複数の永久磁石18に分割され、それで構成されている。
各要素17の磁石18は、同じ極性の実質的に半径方向の磁軸を有している。従って、各要素17は、半径方向に向き、要素17を構成している磁石18と同じ極性を有する合成磁軸を有している。
その結果、回転子内のジュール効果による電磁損失は、磁石18の領域で低減する。
或る変更例では、磁石18の間の分離は、1つ又は複数の左側表面に沿って実行される。
まず最初に、要素17が分割されればされるほど、電磁損失は少なくなる。図5と図6に示すように、粗い分割でも、相当に少なくすることができる。
図6では、図5の磁気駆動要素と同じ寸法の磁気駆動要素17が、図6の面に垂直な分離面に沿って分離された複数の磁石18で構成されており、各分離面に沿って、電気絶縁体55が伸張している。
図6のループ65の長さの合計は、図5の単一のループ57の長さより長い。従って、誘起される電流は、図6の要素17内の循環に対するより大きな抵抗に遭遇し、誘起される電流は、より大きな困難さを伴って要素17内に形成されることになる。結果的に、要素17と58を貫いて伸張する磁束が同じであれば、要素17内で誘起される電流とジュール効果による損失は、要素58内のそれより少なくなる。
理解頂けるように、図1の回転子7は、それぞれが単一の永久磁石又は巻き線の形態である磁気駆動要素を備えている場合でも、電磁損失、強度、製造経費及び重量を抑制することに関して、固有の特性を有している。
3 固定子
5 ハウジング
7 回転子
9 シャフト
11 ハブ
13 リム
15 積層アッセンブリ
17 磁気駆動要素
18 永久磁石
19 中心管状部分
21 ハブを取り付けるための穴
23 半径方向ウェブ
26 凹部
29 第1環状プレート
31 第2環状プレート
51 軸受
55 絶縁体
Claims (19)
- 電動機用の回転子であって、前記回転子の回転軸(A)の回りに分布配置されている複数の磁気駆動要素(17)を備えており、前記各磁気駆動要素(17)が、前記回転子の磁極を画定し、実質的に半径方向の磁軸を有しており、前記各磁気駆動要素が、少なくとも1つの永久磁石(18)を備えている、電動機用の回転子において、
前記磁気駆動要素(17)の少なくとも1つは、複数の分離した永久磁石(18)であって、前記又は各磁気駆動要素(17)の磁石(18)が、前記又は各磁気駆動要素(17)の磁軸と実質的に平行な少なくとも1つの分離面に沿って互いに分離されている、永久磁石(18)と、前記又は各磁気駆動要素(17)の前記磁石(18)の間に、前記又は各分離面に沿って挟まれている電気絶縁体(55)と、を備えていることを特徴とする回転子。 - 前記絶縁体(55)は前記各磁石(18)の全面を覆っていることを特徴とする、請求項1に記載の回転子。
- 前記又は各磁気駆動要素(17)は、前記回転子の軸(A)と平行な少なくとも1つの分離面を有していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の回転子。
- 前記又は各磁気駆動要素(17)は、前記回転子の軸(A)に対して垂直な少なくとも1つの分離面を有していることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の回転子。
- 前記回転子は、
−ハブをシャフト(9)に取り付けるための穴(21)が設けられているハブ(11)と、
−前記ハブ(11)を取り囲んでいるリム(13)と、
−前記リム(13)を取り囲み、そこに取り付けられている積層アッセンブリ(15)であって、磁界を伝導する軸方向に積み重ねられた環状のプレート(29)を備えている積層アッセンブリ(15)と、を備えており、
−前記磁気駆動要素(17)は、前記積層アッセンブリ(15)の外周上に分布配置されており、
−前記リム(13)は、磁束が前記リム(13)を貫通して伸張できるように、中実で、磁界を伝導する金属又は金属合金で構成されており、前記磁束は、前記回転子が装備されている電動機が作動しているときに、前記磁気駆動要素(17)の間を循環していることを特徴とする、上記請求項の何れかに記載の回転子。 - 前記ハブ(11)は、中実で、磁界を伝導する金属又は金属合金で構成されていることを特徴とする、請求項5に記載の回転子。
- 前記リム(13)は、前記ハブ(11)と一体になっていることを特徴とする、請求項6に記載の回転子。
- 前記リム(13)及び/又は前記ハブ(11)は、磁界を伝導する鉄又は鋼で構成されていることを特徴とする、請求項5から7の何れかに記載の回転子。
- 前記磁気駆動要素(17)は永久磁石であることを特徴とする、請求項5から8の何れかに記載の回転子。
- 前記回転子が、その軸方向端部の少なくとも一方に、前記リム(13)によって半径方向に、前記ハブ(11)によって軸方向に、境界が定められている中心凹部(26)を有するように、前記リム(13)は前記ハブ(11)より軸方向に長くなっていることを特徴とする、請求項5から9の何れかに記載の回転子。
- 前記ハブ(11)は、中心管状部分(19)と、前記中心管状部分(19)を前記リム(13)に半径方向に接続する半径方向ウェブ(23)とを備えていることを特徴とする、請求項5から10に記載の回転子。
- 前記中心管状部分(19)は、前記半径方向ウェブ(23)より軸方向に長いことを特徴とする、請求項11に記載の回転子。
- 前記積層アッセンブリ(15)の半径方向厚さは、2から100mm、望ましくは5から50mmであることを特徴とする、請求項5から12の何れかに記載の回転子。
- 前記積層アッセンブリの半径方向厚さと前記ハブの半径方向厚さの比は、0.2から5の間にあることを特徴とする、請求項5から13の何れかに記載の回転子。
- 前記積層アッセンブリの半径方向厚さと前記リムの半径方向厚さの比は、0.25から1の間にあることを特徴とする、請求項14に記載の回転子。
- 前記積層アッセンブリ(15)と前記リム(13)の厚さは、調波によって誘起される磁界が前記積層アッセンブリ(15)内を循環し、基本波によって誘起される磁界が前記リム(13)と前記積層アッセンブリ(15)内を循環するように選択されることを特徴とする、請求項5から15の何れかに記載の回転子。
- 前記積層アッセンブリ(15)は、磁界を伝導し、且つ電磁絶縁体である材料で構成されている第2環状プレート(31)と交互になっている第1環状プレート(29)を備えていることを特徴とする、請求項5から16の何れかに記載の回転子。
- 固定子(3)と回転子(7)を備えている電動機において、上記請求項の何れかに記載の回転子を備えていることを特徴とする電動機。
- 前記回転子(7)と前記固定子(3)は、ハウジング(5)内に収容されており、前記固定子(3)は、前記ハウジング(5)に固定的に連結されており、前記回転子(7)は、シャフト(9)に固定的に連結されており、前記電動機は、前記ハウジング(5)と前記シャフト(9)の間に配置され、回転時にガイドするための軸受(51)を備えており、少なくとも1つの前記軸受(51)は、少なくとも部分的には、前記回転子(7)の前記凹部(26)の中に収容されていることを特徴とする、請求項10に依存する請求項18に記載の電動機。
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