特許 5662557 埋込型永久磁石を備えた電気機械の回転子及び電気機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5662557

(24)【登録日】2014年12月12日

(45)【発行日】2015年1月28日

(54)【発明の名称】埋込型永久磁石を備えた電気機械の回転子及び電気機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20060101AFI20150108BHJP

   H02K 1/22 20060101ALI20150108BHJP

【ＦＩ】

   H02K1/27 501C

   H02K1/22 A

【請求項の数】19

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-502521(P2013-502521)

(86)(22)【出願日】2010年3月30日

(65)【公表番号】特表2013-524757(P2013-524757A)

(43)【公表日】2013年6月17日

(86)【国際出願番号】SE2010000080

(87)【国際公開番号】WO2011122996

(87)【国際公開日】20111006

【審査請求日】2013年3月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】502196511

【氏名又は名称】ボルボ テクノロジー コーポレイション

(74)【代理人】

【識別番号】100098729

【弁理士】

【氏名又は名称】重信 和男

(74)【代理人】

【識別番号】100116757

【弁理士】

【氏名又は名称】清水 英雄

(74)【代理人】

【識別番号】100123216

【弁理士】

【氏名又は名称】高木 祐一

(74)【代理人】

【識別番号】100163212

【弁理士】

【氏名又は名称】溝渕 良一

(74)【代理人】

【識別番号】100173048

【弁理士】

【氏名又は名称】小椋 正幸

(74)【代理人】

【識別番号】100148161

【弁理士】

【氏名又は名称】秋庭 英樹

(74)【代理人】

【識別番号】100156535

【弁理士】

【氏名又は名称】堅田 多恵子

(72)【発明者】

【氏名】チラーニ，マッダレーナ

(72)【発明者】

【氏名】エリクソン，ストゥーレ

【審査官】 田村 耕作

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−２１８６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４３９３３２０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７８２５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３５５９８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３２４９２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０５５８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第１３００２０８（ＥＰ，Ａ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ １／２７

Ｈ０２Ｋ １／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）によって形成された磁極によって励起される電気機械（１０；２００）用の回転子（４０，２４０）であって、
磁性体（１４０，２１４）と、前記磁性体（１４０；２１４）と共に回転方向に沿って交互の磁気極性を持つ第１磁極（Ｎ）及び第２磁極（Ｓ）を形成する前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）と、からなっており、前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）のうちの少なくとも１つに関しては、回転子セグメント（４４，４４ａ，４４ｂ；２４４）が前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）と前記磁性体（１４０；２１４）が固定子に面する第１表面（４０ａ；２４０ａ）との間に配設される回転子において、
互いに分離した、前記磁性体（１４０）の軸方向長さもしくは磁性体（２１４）の半径方向長さと略等しい少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）が、前記磁性体（１４０，２１４）の一部に係合して、前記回転子セグメント（４４；２４４）を前記磁性体（１４０，２１４）の一部に接続し、
前記回転子セグメント（４４，４４ａ，４４ｂ）及び／又は前記埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４）のうちの少なくとも１つは、前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）によって連結され、磁性体（１４０，２１４）の半径方向もしくは軸方向の位置を固定され、
非導磁性領域（６０ａ，７０ａ，９０ａ；１６０ａ，１７０ａ，１８０ａ，１９０ａ）が前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）のうちの少なくとも１つに割り当てられており、前記非導磁性領域（６０ａ，７０ａ，９０ａ；１６０ａ，１７０ａ，１８０ａ，１９０ａ）が前記少なくとも１つ保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）に含まれることを特徴とする回転子。

【請求項2】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０；２６０）は、（ｉ）形状固定、（ｉｉ）摩擦固定、又は（ｉｉｉ）前記保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）が前記回転子セグメント（４４；２４４）と一体的に連結することのうちの少なくとも１つによって、前記回転子セグメント（４４，４４ａ，４４ｂ；２４４）及び／又は前記埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）を固定することを特徴とする、請求項１に記載の回転子。

【請求項3】

前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４）は、前記磁性体（１４０）に円周方向（１０２）に交互に配設されて、前記円周方向（１０２）に交互の磁気極性を持つ第１磁極（Ｎ）及び第２磁極（Ｓ）を形成すること、及び／又は、前記回転子セグメント（４４，４４ａ，４４ｂ）は、前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４）と前記磁性体（１４０）の前記第１表面（４０ａ）との間に略半径方向に配設されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転子。

【請求項4】

前記保持要素は、埋込型永久磁石の近傍で幅が狭く、前記第１の表面で幅が広い楔形状を有することを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の回転子。

【請求項5】

前記保持要素は、前記第１の表面から離れた径方向内側端部（９０ｂ）と前記第１の表面に近い径方向外側端部とに二重楔の構造を有し、該二重楔が保持要素（９０）及び回転子セグメント（４４）を磁性体（１４０）に固定することを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の回転子。

【請求項6】

前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４）は、互いに半径方向距離をおいて前記磁性体（１４０）の半径方向に積み重ねられることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の回転子。

【請求項7】

前記１つ以上の埋込型永久磁石（２５０，２５２）は、前記磁性体（２１４）の少なくとも１つの正面に交互に配設されて、前記磁性体（２１４）の前記正面（２４０ａ）に交互の磁気極性を持つ第１磁極（Ｎ）及び第２磁極（Ｓ）を形成すること、及び／又は、前記回転子セグメント（２４４）は、前記１つ以上の埋込型永久磁石（２５０，２５２）と前記磁性体（２１４）の前記第１表面（２４０ａ）との間に略軸方向に配設されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の回転子。

【請求項8】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）は、前記磁性体（１４０；２１４）の前記第１表面（４０ａ；２４０ａ）と同一面上に配設された外縁部（６２，７２，９２；２６２）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の回転子。

【請求項9】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）は、前記１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）の外縁部に配設されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の回転子。

【請求項10】

前記少なくとも１つの保持要素（９０；１６０，１７０，１８０，１９０）は、２つの隣接する埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４，２５０，２５２）の間に配設されることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の回転子。

【請求項11】

前記埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４）のうちの少なくとも１つの外縁部（５０ａ，５２ａ）の前記非導磁性領域（６０ａ，７０ａ）はエアポケットを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれかに記載の回転子。

【請求項12】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０）は、前記磁性体（１４０）の軸方向スロット（４２ａ，４２ｂ，４２ｃ）に配設されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれかに記載の回転子。

【請求項13】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）は、炭素繊維、炭素繊維複合材、ガラス繊維、ガラス繊維複合材、ポリマー繊維、ポリマー繊維複合材、セラミック、プラスチックの少なくとも１つからなることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれかに記載の回転子。

【請求項14】

前記磁性体（１４０；２１４）は、（ｉ）積み重ねられた積層板、（ｉｉ）鉄粉の少なくとも１つから作られることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれかに記載の回転子。

【請求項15】

前記少なくとも１つの保持要素（６０，７０，９０；１６０，１７０，１８０，１９０，１９２，１９４；２６０）は、粉末から製造され、前記磁性体（１４０；２１４）と同時焼結されることを特徴とする、請求項１４に記載の回転子。

【請求項16】

前記磁性体（１４０；２１４）の適切な位置に前記少なくとも１つの回転子セグメント（４４；２４４）を保持することをサポートするために、１つ以上のバンデージ（５６）が設けられることを特徴とする、請求項１〜１５のいずれかに記載の回転子。

【請求項17】

固定子（２０；２２０）を備えると共に、請求項１〜１６のいずれかに記載の１つ以上の埋込型永久磁石（５０，５２；１５０，１５２，１５４；２５０，２５２）によって形成された磁極を備えた回転子（４０；２４０）によって励起される電気機械（１０；２００）。

【請求項18】

前記回転子（４０；２４０）が半径方向磁束機（１０）、軸方向磁束機（２００）又はリニア機用に構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の電気機械。

【請求項19】

半径方向磁束機（１０）用の前記回転子（４０）が前記固定子（２０）を囲む外部回転子（４０）として構成されること、或いは前記回転子（４０）が前記固定子（２０）に囲まれた内部回転子（４０）として構成されること、或いは軸方向磁束機（２００）用又はリニア機用の前記回転子（２４０）が２つの外部回転子（２４０）間に配設された固定子（２２０）を備える外部回転子（２４０）として構成されるか、又は２つの固定子（２２０）に囲まれた内部回転子（２４０）として構成されることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の電気機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１つ以上の埋込型永久磁石によって形成された磁極によって励起される電気機械用の回転子、及び１つ以上の埋込型永久磁石によって形成された磁極からなるそのような回転子によって励起される電気機械に関する。

【背景技術】

【0002】

永久磁石（ＰＭ）回転子を備えた電気機械は、従来技術において周知である。そのようなＰＭ機は、モータ、発電機及び電動発電機として利用される。回転子内で永久磁石を一体化する様々な方法が知られている。埋込型永久磁石からなるＰＭ機は、とりわけ、より高い突極比、より高いリラクタンストルク、磁石の消磁に対する保護の強化を提供し、更に内部回転子機械の場合には、回転子の周囲の外部保持スリーブを排除する。

【0003】

一般に、従来技術において周知のＰＭ機回転子トポロジーには、表面磁石、挿入磁石及び埋込磁石回転子トポロジーの３つのタイプが存在する。表面磁石トポロジーでは、永久磁石が、回転子と固定子との間の空隙に向かって空隙に対して直角のスポーク状のようにして回転子積層面に位置している。空気は、永久磁石間の隙間を満たしている。挿入磁石トポロジーでは、永久磁石は同様に、表面磁石の場合と同じように回転子と固定子との間の空隙に面しているが、鉄が磁石間の隙間を満たしている。第３のトポロジーでは、磁石は、前のケースのように空隙と接触して配置されてはいないが、異なる構成で回転子鉄の内部に挿入されている。従来の埋込型ＰＭ機は、機械的回転子構造を固定するために狭いブリッジを利用している。これらのブリッジを空隙に又は磁石間に配置することができることによって、回転子が中速又は高速で回転することが可能になるが、通常は漏れ磁束がまだいくらか存在している。回転子積層内のスリット及び空隙は、鉄ブリッジで発生する漏れ磁束を大幅に削減するために利用され、機械性能が向上することになる。

【0004】

特許文献１は、埋込型永久磁石を備えた電気機械の構造的にロバストな回転子であって、埋込型永久磁石の端部間に非導磁性バリア要素が配置されており、粉末材料から作られている回転子を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第６，８８８，２７０号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、一般的な埋込型永久磁石回転子と比べて重量を削減する性能及び可能性が向上し、埋込型永久磁石の利点を維持しながら機械性能が向上することになった埋込型永久磁石（ＰＭ）回転子を提供することである。

【0007】

別の目的は、同じ量の埋込型永久磁石が利用されている埋込型永久磁石を備えた従来のＰＭ機と比べて、埋込型永久磁石の利点を維持しながら性能が向上した埋込型永久磁石（ＰＭ）電気機械を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。その他の請求項及び説明は、本発明の有利な実施形態を開示している。

【0009】

１つ以上の埋込型永久磁石によって形成された磁極によって励起される電気機械用の回転子であって、磁性体と、該磁性体と共に回転子方向に沿って交互の磁気極性を持つ第１磁極及び第２磁極を形成する該１つ以上の埋込型永久磁石とからなっており、該１つ以上の埋込型永久磁石のうちの少なくとも１つに関しては、回転子セグメントが該１つ以上の埋込型永久磁石と該磁性体の第１表面との間に配設される回転子が提供される。少なくとも１つの保持要素が、該回転子セグメントを該磁性体の一部に接続する。

【0010】

回転子セグメントは、半径方向磁束機用の回転子シェル、軸方向磁束機用の回転子の正面、又はリニア機の縦方向延長部に円周方向に配置することができる。好都合なことに、保持要素は、埋込型永久磁石及び回転子セグメントを磁性体に直接的又は間接的に固定する。保持要素は、例えば、半径方向磁束機の場合には断面から、又は軸方向磁束機の場合には側面から見ると、磁性体の１つ以上の凹部に突出する、又は磁性体が突出する１つ以上の凹部を有する楔のように形成してもよい。例えば、保持要素が、回転子セグメントと磁性体の主要部との間に配設されているため、回転子セグメントには当接して固定するが埋込型永久磁石自体には当接して固定しない場合、回転子セグメントが保持要素によって磁性体に直接的に固定されていれば、埋込型永久磁石は間接的に固定されることになる。保持要素は、埋込型永久磁石の１つ以上の縁部に有利に配設することができる。保持要素は、非導磁性領域を含んでもよい。半径方向磁束機の内部回転子設計の場合、そのような保持要素は、便宜上、求心力によって生じる負荷に耐えるための高い機械強度も有している。好都合なことに、非導磁性材料を使用することによって、漏れ磁束を減らす、又はなくすことさえもできる。

【0011】

本発明は、あらゆる電気機械トポロジー（例えば、内部及び外部回転子機械、内部又は外部回転子を備えた半径方向磁束機、内部又は外部回転子を備えた軸方向磁束機、リニア機等）、あらゆる種類の埋込型回転子トポロジー（例えば、単一の埋込型永久磁石、複数の積層化された埋込型永久磁石、整列した又はＶ字形の埋込型永久磁石構成を備えたもの）、及びあらゆる形状の永久磁石（長方形、ブレッドローフ型等）に適用可能である。回転子は、回転子の回転軸に沿って軸方向に積み重ねられた積層鉄板（半径方向磁束機では一般的である）、回転軸の周囲に巻き付けられた、即ち半径方向に積み重ねられた（軸方向磁束機では一般的である）積層鉄板、鉄粉材料又は強磁性材料によって製造することができる。

【0012】

好ましい実施形態によれば、非導磁性領域は、１つ以上の埋込型永久磁石のうちの少なくとも１つに割り当てられる。好都合なことに、保持要素は非導磁性領域を含んでもよい。特に、保持要素は非導磁性領域を構成する。そのため、非導磁性領域の形状は、保持要素の形状によって決定することができる。保持要素は、回転子の磁性体の所要の剛性に容易に適応させることができる。例えば、剛性は、磁性体の剛性と同じであってもよく、通常は電気機械の動作中に構成部品に作用する力を考慮して、回転子の所望のレイアウトに必要とされるように高くすることができる。回転子材料、例えば鉄の積層板を別の非導磁性材料によって置き換えた結果として、磁気回転子損失もまた減少することになる。

【0013】

有利な実施形態では、少なくとも１つの保持要素は、（ｉ）形状固定、（ｉｉ）摩擦固定、及び／又は（ｉｉｉ）保持要素が回転子セグメントと一体的に連結することのうちの少なくとも１つによって、回転子セグメント及び／又は１つ以上の埋込型永久磁石を固定することができる。好都合なことに、少なくとも１つの保持要素は、回転子セグメントの位置を安定させることができる。埋込型永久磁石及び回転子セグメントの安定配置を達成することができる。追加的又は代替的には、保持要素は、埋込型永久磁石及び／又は回転子セグメントの１つ以上の凹部に係合させてもよい。

【0014】

好ましい実施形態によれば、特に半径方向磁束機では、回転子セグメント及び／又は埋込型永久磁石のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの保持要素によって半径方向位置に固定される。保持要素は、一般的には磁性体の内部に、代替的には少なくとも部分的に磁性体の外部に配設することができる。

【0015】

好都合なことに、半径方向磁束機では、１つ以上の埋込型永久磁石は、磁性体に円周方向に交互に配設されて、円周方向に交互の磁気極性を持つ第１磁極及び第２磁極を形成することができ、且つ／又は、回転子セグメントは、が１つ以上の埋込型永久磁石と磁性体の第１表面との間に略半径方向に配設することができる。少なくとも１つの保持要素は、電気機械の実際の回転子設計に容易に適応させることができる。有利には、回転子上の埋込型永久磁石及び回転子セグメントの安定配置は、回転子の回転速度が高くても、また固定子コイル内の高電流によって発生した力が大きくても、確立することができる。好都合なことに、磁性体の第１表面は固定子に面して設けられる。内部回転子の場合、第１表面は回転子の内面である。特に、第１表面は、回転子の外側のシェル表面（回転子が固定子に囲まれて設けられている場合）又は回転子の内側のシェル表面（回転子が固定子を囲んで設けられている場合）である。

【0016】

一般的に、あらゆるタイプの電気機械及び回転子では、少なくとも１つの保持要素は各埋込型永久磁石及び／又は各磁極の両方の外側に配設することができる。保持要素の目的は、回転子セグメント及び永久磁石を固定し、それらを適切な位置に固定し続けると共に、非導磁性領域を含んでいる場合、漏れ磁束を減らす又はなくすことである。半径方向磁束機の外部回転子設計の場合、固定子が回転子に囲まれている場合には、回転子セグメント及び埋込型永久磁石は、固定子に面して設けられた回転子の内側に配設される。遠心力は回転子の外側に向けられるので、遠心力は、埋込型永久磁石及び／又は回転子セグメントに、それらの半径方向位置を安定させるように作用する。そのため、そのような外部回転子構成における保持要素の目的は、主に漏れ磁束を減らす又はなくすことである。

【0017】

好ましい実施形態によれば、特に半径方向磁束機では、１つ以上の埋込型永久磁石は、互いに半径方向距離をおいて磁性体の半径方向に積み重ねられる。このことは、特に、多層埋込型永久磁石を備えた半径方向磁束機用の回転子にとって有利である。多層埋込型永久磁石を備えたある構成では、１つの埋込型永久磁石が半径方向において２つの回転子セグメントの間に挟まれており、その場合、各々が回転子セグメント間に挟まれる２つ以上の埋込型永久磁石を設けることができる。保持要素は、埋込型永久磁石及び／又は回転子セグメントの両側に配設されて、各々が埋込型永久磁石及び／又は回転子セグメントを磁性体の適切な位置に固定することができる。１つの保持要素は、回転子の所望の設計に応じて、２つの埋込型永久磁石の間、及び／又は埋込型永久磁石の対向する外側端部の各々に配設することができる。別の構成では、保持要素は、埋込型永久磁石の外縁部にのみ円周方向に配設することができる。

【0018】

好ましい実施形態によれば、特に軸方向磁束機用の回転子では、回転子セグメント及び／又は埋込型永久磁石のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの保持要素によって軸方向位置に固定される。このことは、軸方向磁束機用の回転子にとって有利である。回転子セグメントは、電気機械の傾斜に関係なくしっかりと固定される。

【0019】

好ましい実施形態によれば、特に軸方向磁束機用の回転子では、１つ以上の埋込型永久磁石は、磁性体の少なくとも１つの正面に交互に配設されて、磁性体の正面に交互の磁気極性を持つ第１磁極及び第２磁極を形成することができる。回転子セグメントは、１つ以上の埋込型永久磁石と磁性体の第１表面との間に略軸方向に配設することができる。回転子セグメントは、使用中の電気機械の配向に関係なく軸方向にしっかりと固定される。保持要素の適切な形状と高い機械強度によって、回転子の回転速度が高くても、埋込型永久磁石の位置を半径方向にも固定することができる。

【0020】

別の有利な実施形態では、少なくとも１つの保持要素は、磁性体の第１表面と同一面上に配設された外縁部を有する。回転子の表面は、製造時に容易に整えることができる。

【0021】

代替的実施形態では、保持要素は、前記第１表面と非同一面上に配設することができる。そのような構成では、保持要素は磁性体から空隙に向かって突き出ている。この解決策によって、突出部分がファンの羽根のような働きをすることができるので、空隙の冷却を向上させることもできる。

【0022】

更に、磁性体の第１表面と同一面上に配設された保持要素の外縁部によって、特にセラミック又はその他の非導電性材料が炭素繊維の代わりに利用されている場合は、非導磁性領域と磁性体の第１表面との間で磁性体の一部において急冷された磁束によって生じる磁気損失を減少させることができる。重複領域のために、埋込型永久磁石は、半径方向磁束機用の回転子の場合には（回転速度が高くても）、回転子セグメントによって半径方向位置に直接的又は間接的に保持される。保持要素は、回転子の回転中の振動を避けるため、また固定子巻線を流れる電流によって生じる埋込型永久磁石に作用する力を防ぐために、埋込型永久磁石（及び回転子セグメント）を磁性体の適切な位置に保持するだけでなく、埋込型永久磁石を安定させることもできる。好都合なことに、回転子特性の劣化を減らすことが可能である。例えば、３つの異なるタイプの関連要素、即ち、埋込型永久磁石、保持要素及び積層板の間の公差があまりに大きい場合は、回転子の製造時に生じる可能性がある望ましくない隙間を、回転子本体に加えられたエポキシで満たすことができる。

【0023】

便宜上、保持要素は、１つ以上の埋込型永久磁石の外縁部に配設することができる。従って、回転子セグメントは、埋込型永久磁石の縁部を実質的に覆うことになる。保持要素の導入により磁性体の有効磁気領域及び／又は有効磁気容積が減少することが、回転子の設計において様々な要素（構成部品）の公差の原因となる。

【0024】

このことは、磁性体の埋込型永久磁石が回転子の円周方向の延長部の各端部にそのような保持要素を備えることができる場合に有利である。埋込型永久磁石に対する保持要素の配置により、シェル表面から材料を除去することによって磁性材の第１表面を整えて、第１表面と保持要素の同一面関係を提供することができる。好ましくは、第１表面は固定子に面して設けられる。便宜上、回転子の磁性体に配設された各埋込型永久磁石は、少なくとも１つの回転子セグメントを備えている。このことは、回転子の全ての埋込型永久磁石が、特に各埋込型永久磁石の両方の自由端、例えば両方の円周方向端部に少なくとも１つの保持要素を備えている場合に好都合である。保持要素の形状は、回転子の所望の磁気特性及び機械強度に関して最適化することができ、埋込型永久磁石の数、寸法及び形状、埋込型永久磁石の半径方向位置、並びに回転子の特性を決定するその他の設計パラメータに適応させることができる。

【0025】

少なくとも１つの保持要素が２つの埋込型永久磁石の間に配設される場合、内部に配設された保持要素を設けることができる。外縁部において、更なる保持要素を配設すること、又はエアポケットを配設することさえも可能である。後者の場合、回転子の重量を更に削減することができる。

【0026】

好都合な実施形態では、少なくとも１つの保持要素を磁性体の軸方向スロットに配設することができる。一般的に、回転子の保持要素は同一断面を備えて作ることができる。しかしながら、回転子設計に応じて、様々な断面の保持要素を使用することもできる。しかしながら、磁極の対向端部に配設された保持要素は、通常は鏡面対称形状を持っている。

【0027】

好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの保持要素は、炭素繊維、炭素繊維複合材、ガラス繊維、ガラス繊維複合材、例えばアラミド繊維のようなポリマー繊維、ポリマー繊維複合材、セラミック、及び積層板と同様の又は積層板より優れた機械強度を有するプラスチックの少なくとも１つからなっている。特に、材料は非導磁性材料であってよい。保持要素は、磁性体又は埋込型永久磁石とは別に製造することができる。そのため、保持要素は、回転子の磁性体の埋込型永久磁石の実際の形状及び／又は配置に従って成形することができる。例えば、炭素繊維複合材はロバストであって、低比重量を有する。便宜上、炭素繊維複合材で作られた保持要素は、例えば、保持要素の表面にワニスポリマー樹脂のような材料を堆積させることによって、低い導電率を有するように構成することができる。

【0028】

別の好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの保持要素は、１つ以上の埋込型永久磁石の外面形状の一部に当接することができ、且つ／又は、埋込型永久磁石及び／又は磁性体及び／又は回転子セグメントの凹部に係合することができる。追加的又は代替的には、埋込型永久磁石及び／又は磁性体及び／又は回転子セグメントは、保持要素の凹部に係合させてもよい。埋込型永久磁石及び／又は磁性体及び／又は回転子セグメントに関する保持要素のそのような交差指型又は鋸歯状構成によって、各々の前記構成部品は、固定子巻線の回転速度が非常に高かったり高電流であったりしても、確実に半径方向位置に直接的又は間接的に固定することができる。

【0029】

別の好ましい実施形態によれば、磁性体は積み重ねられた積層板から作ることができる。この実施形態では、埋込型永久磁石及び保持要素のための開口部は、シート材料から打ち抜きによって容易に製造することができる。この製造ステップは、そのような回転子の大容量連続生産に特に役立つ。好都合な製造プロセスは、（ｉ）磁性体及び回転子セグメントが小さな鉄ブリッジによって最初に取り付けられるように回転子積層板を打ち抜くステップと、（ｉｉ）埋込型永久磁石及び保持要素を磁性体の各スロットに配置するステップと、（ｉｉｉ）例えば研削によって、鉄ブリッジを除去するステップとを含む。

【0030】

別の好ましい実施形態によれば、磁性体は鉄粉から作ることができる。埋込型永久磁石のための開口部は、焼結成形で設けることができる。磁性体は、粉末を焼結することによって製造することができる。このことは、少なくとも１つの保持要素が粉末から製造し、磁性体と同時焼結させることができる場合に好都合である。そのような場合、磁性体及び保持要素は１つのステップで製造することができる。そのため、保持要素の開口部と保持要素との間の製造公差を減少させることができる。好都合な実施形態では、回転子セグメント及び回転子セグメントと関連する保持要素は、同時焼結させて、積み重ねられた積層板から構成されるか又は鉄粉材料から焼結される回転子磁性体に配設することができる。

【0031】

別の好ましい実施形態によれば、保持要素は、磁性体の適切な位置に回転子セグメントを保持する１つ以上のバンデージによってサポートすることができる。このことは、それほど高くない負荷が回転子にかかっている場合、及び保持要素がそれに匹敵して小さく設計されている場合に有利である。

【0032】

本発明の別の態様は、上記の特徴のいずれか１つに従った、固定子を備えると共に、１つ以上の埋込型永久磁石によって形成された磁極を備えた回転子によって励起される電気機械に関する。

【0033】

好都合なことに、電気機械の回転子は上記の利点のいずれか１つを提供することができる。

【0034】

電気機械は、半径方向磁束機、軸方向磁束機又はリニア機用に構成されている回転子を有する。

【0035】

追加的又は代替的には、半径方向磁束機用の回転子は固定子を囲む外部回転子として構成するか、又は固定子に囲まれた内部回転子として構成することができ、軸方向磁束機用又はリニア機用の回転子は２つの外部回転子間に配設された固定子を備える外部回転子として構成するか、又は２つの固定子に囲まれた内部回転子として構成することができる。

【0036】

保持要素は、電気機械の所望の用途に合わせて容易に配設及び成形することができる。内部又は外部回転子のそのような設計は、半径方向磁束機を参照している。機械は、軸方向磁束機又はリニア機として設計することもできる。多層の埋込型永久磁石の場合には、上の２層の埋込型永久磁石と下の層に別の埋込型永久磁石とが存在することになる。

【0037】

電気機械は、低損失及び高トルク密度が必要とされる様々な用途、便宜上、車両の発電機又は車両のドライブトレインを駆動するためのモータとしての用途に有利である。

【図面の簡単な説明】

【0038】

本発明は、上述及びその他の目的及び利点と共に、実施形態の以下の詳細な説明から最も良く理解することができるが、実施形態に限定されるものではない。

【0039】

【図1】本発明による半径方向磁束機の回転子の例示的実施形態の斜視図である。

【図2a】本発明によるＶ字形構成の埋込型永久磁石を備えた電気機械の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図2b】前記構成の変形例の断面図の詳細図である。

【図2c】前記構成の変形例の断面図の詳細図である。

【図3】保持要素を含む、本発明による回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図4】略Ｕ字形保持要素を含む、本発明による回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図5】回転子セグメントに向かって屈曲した保持要素を含む、本発明による回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図6】回転子の磁性体との鋸歯状接続部を備えた保持要素を含む、回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図7】保持要素を含む、本発明による回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図8】保持要素を含む、本発明による回転子の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図9】複数の埋込型永久磁石及び保持要素を示す、本発明による回転子の別の例示的実施形態の断面図の詳細図である。

【図10】回転子セグメントを保持するための保持要素及びバンデージを含む、本発明による回転子の別の実施形態の断面図の詳細図である。

【図11】半径方向の多層埋込型永久磁石を含む半径方向磁束機の一部の断面図である。

【図12】従来技術による、固定子によって分離される２つの軸方向に離間配置された回転子を備えた軸方向磁束機の部分斜視図である。

【図13】図１３ａは軸方向磁束機用の回転子の第１実施形態の正面図であり、図１３ｂは図１３ａの線１３ｂ−１３ｂに沿った切断図であり、図１３ｃは図１３ａに示す回転子の側面図である。

【図14】図１４ａは軸方向磁束機用の回転子の第２実施形態の正面図であり、図１４ｂは図１４ａの線１４ｂ−１４ｂに沿った切断図であり、図１４ｃは図１４ａに示す回転子の側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0040】

図面において、同じ又は同様の要素は同じ参照番号によって引用される。図面は単なる概略図であって、本発明の特定のパラメータを描写しようとするものではない。更に、図面は本発明の代表的な実施形態だけを表そうとするものであるため、本発明の範囲を制限するものとみなすべきではない。不要な繰り返しを避けるために、図の説明は主に個々の実施形態間の違いに注目しているので、前の図で既に説明されている場合は特に、必ずしも図面の全ての要素が説明される訳ではない。

【0041】

図１は、埋込型永久磁石５０，５２を含む内部回転子電気機械（図示せず）の回転子４０の実施形態の全体的な概観を斜視図で概略的に表している。電気機械は、埋込型永久磁石５０，５２によって励起される半径方向磁束機として設計されており、回転子４０の磁束は回転子４０の回転軸１００に関して半径方向に固定子（図示せず）に広がる。

【0042】

埋込型永久磁石５０，５２は長方形要素として表されているが、その他の形状を有することもできる。

【0043】

回転子４０は回転軸１００の周囲に配設され、埋込型永久磁石は、回転子４０の円周方向１０２において交互に第１磁極Ｎ及び第２磁極Ｓを形成する埋込型永久磁石５０，５２の対のセット（より多い又は少ない埋込型永久磁石の対を使用してもよい）として配設される。回転子４０は略円筒状磁性体１４０を含み、埋込型永久磁石５０，５２は、従来技術において一般に公知のように、少なくとも各磁極Ｎ，Ｓの縁部に取り付けられており、図面において回転子４０のシェル表面４０ａ上の磁極セクターによって示されている（図の磁極Ｎ及び磁極Ｓに対応する領域を分離する点線を参照のこと）。

【0044】

この磁石構成によって、回転子は反対方向に励起されることになる。シェル表面４０ａは、回転子４０の第１表面４０ａとも呼ばれる。埋込型永久磁石５０，５２は、回転子４０の円周方向１０２に沿って等距離に分配され、回転軸１００と平行に軸方向スロット１４４ａ及び１４４ｂに挿入することができる。表示されない実施形態によれば、磁極Ｎ，Ｓ（即ち、埋込型永久磁石５０，５２の対のセット）は、等距離ではなく互いに対して様々な距離で分配することもできる。回転子４０は、回転軸１００に沿って配設されたシャフト（図示せず）上に取り付けてもよい。

【0045】

この実施形態では、例えば、保持要素６０，７０は埋込型永久磁石５０，５２の両側に配設され、保持要素６０，７０は、回転子４０のシェル表面４０ａ（第１表面４０ａとも呼ばれる）と同一面上にある外縁部６２，７２を有している。

【0046】

回転子セグメント４４は、埋込型永久磁石５０，５２の各々の正面に配設される。回転子セグメント４４はシェル表面４０ａと同一面上にあり、回転子４０の半径方向位置に保持要素６０，７０によって固定される。

【0047】

埋込型永久磁石５０，５２の磁化は一般的に略半径方向であるため、交互の磁極Ｎ，Ｓが回転子４０のシェル表面４０ａに発生する。特に、磁化は、埋込型永久磁石５０，５２の縦方向主延長部に対して横方向、例えば垂直である。

【0048】

形状に応じて、一対の埋込型永久磁石の代わりに埋込型永久磁石が１つだけしか存在しないこともあり得る。Ｖ字形構成では、便宜上、少なくとも一対の埋込型永久磁石が設けられる。直線的構成では、１つ以上の埋込型永久磁石、例えば、一対の埋込型永久磁石であってよい。回転子４０の磁極は、各埋込型永久磁石５０，５２によって覆われる領域として理解すべきである。埋込型永久磁石は、通常は磁極の２／３を覆う。特に、電子機械の回転子４０が８つの磁極を（図１に示すように）有する場合、回転子４０は同じサイズの８つのセクションに分割することができる。各セクションは、磁極（Ｓ又はＮ）を交互に表す。

【0049】

埋込型永久磁石５０，５２は、回転子４０の円周方向１０２において平行に対をなして配設される。しかしながら、埋込型永久磁石５０，５２の構成は、その他の実施形態では異なって配設してもよい。例えば、埋込型永久磁石５０，５２は、円周方向１０２に対して横方向に配向して（図１）、Ｖ字形構成（上から見た場合）を形成することができる。埋込型永久磁石５０は、図に示すように、埋込型永久磁石５２に当接してもよく、或いは鉄ブリッジ又は非導磁性材料（「磁性絶縁体」とも呼ばれる）によって分離させてもよい。

【0050】

回転子４０は、例として、図２に示すように固定子２０に囲まれる内部回転子として示されている。しかしながら、回転子４０は、固定子を囲むリング状の外部回転子として設計することもできる（図示せず）。磁極Ｎ，Ｓは、回転子４０のシェル表面４０ａに面する固定子の電気巻線と相互に作用するように設けられる。

【0051】

図２ａは、リング状固定子２０に囲まれる回転子４０からなる電気機械１０の詳細を断面上面図で表している。固定子２０は、固定子２０の軸方向スロット２６に差し込まれたコイル２２の形の電気巻線を備えている。固定子２０のスロット２６の均等に離間配置された開口部は、固定子歯部によって分離され、空隙３０に向かって開口する。

【0052】

固定子２０は回転子４０を囲んでおり、空隙３０は固定子２０と回転子４０との間に配設される。その内面２０ａに関して、固定子２０は、Ｖ字形構成（上から見た場合）の埋込型永久磁石５０，５２をその円筒状磁性体１４０に含む回転子４０のシェル表面４０ａに面している。

【0053】

埋込型永久磁石５０，５２の対を備えたそのようなＶ字形構造は、回転子４０の円周方向において軸方向スロット１４４ａ（埋込型永久磁石５０用）及び１４４ｂ（埋込型永久磁石５２用）に等距離に配設される。一対の埋込型永久磁石５０，５２を備えたそのような構造が、１つだけ図に示されている。埋込型永久磁石５０，５２は、埋込型永久磁石５０，５２の主縦方向延長部に対して横方向の、例えば主縦方向に対して垂直の、又は垂直方向に関して傾斜した磁化角を持って磁化される。埋込型永久磁石５０，５２は、２つの対向する短辺及び２つの対向する長辺を備えた長方形形状を有する。第１の埋込型永久磁石５０はスロット１４４ａに配設され、第２の埋込型永久磁石５２はスロット１４４ｂに配設される。埋込型永久磁石５０，５２と空隙３０との間に、回転子４０の磁性体１４０と磁気的に関連している回転子セグメント４４ａ，４４ｂが配設される。

【0054】

回転子４０の磁性体１４０は軸方向スロット４２ａ，４２ｂ，４２ｃを含んでおり、そこに埋込型永久磁石５０，５２に割り当てられた保持要素６０，７０，９０が配設される。保持要素６０，７０，９０は非導磁性材料で作ることができ、非導磁性領域６０ａ，７０ａ，９０ａを形成する。要素９０ａは、内部回転子機械の場合には高い機械強度を有することもできる。

【0055】

図示の実施形態では、埋込型永久磁石５０，５２は、空隙３０から離れた半径方向内側位置の部分９０ｂと、空隙３０に向かって半径方向に延在する部分９０ｃとを備えた保持要素９０によって分離される。埋込型永久磁石５０，５２は、円周方向１０２に対して横方向に配向されて（図１）Ｖ字形構成（上から見た場合）を形成するが、シェル表面４０ａに対して平行に配置することもできる。幾何学的配置を考慮して、埋込型永久磁石５０，５２は、保持要素９０の中央の局所的（半径方向に配向された）対称軸５５の両側に配設される。

【0056】

保持要素９０の反対側の埋込型永久磁石５０の外端において、保持要素６０が配設され、保持要素６０が高い機械強度を有する非導磁性材料で作られている場合には、非導磁性領域６０ａを形成する。同様に、保持要素９０の反対側の埋込型永久磁石５２の外端において、保持要素７０が配設され、保持要素７０が非導磁性材料で作られている場合には、非導磁性領域７０ａを形成する。

【0057】

保持要素６０，７０は、埋込型永久磁石５０，５２の両側に配設される。保持要素６０，７０及び９０の全ては、回転子４０の内部領域からシェル表面４０ａまで延在する。保持要素６０，７０，９０は、シェル表面４０ａから離れた埋込型永久磁石５０，５２の内側半径方向位置から空隙３０まで延在し、それらの外縁部６２，７２，９２によって形成される空隙３０との接触面と共にシェル表面４０ａと同一面上にある。シェル表面４０ａから離れた保持要素６０，７０，９０の半径方向内端において、保持要素６０，７０，９０が上面図で見て磁性体１４０を切り下げることによって、回転子４０の磁性体１４０に保持要素６０，７０，９０を半径方向において固定する。

【0058】

空隙３０に当接する回転子セグメント４４ａ，４４ｂは、埋込型永久磁石５０，５２とシェル表面４０ａとの間に配設され、保持要素６０及び９０並びに９０及び７０それぞれに横から囲まれる。保持要素６０，７０，９０は回転子４０のシェル表面４０ａと同一面上にあるので、回転子セグメント４４ａ及び４４ｂは、埋込型永久磁石５０及び５２それぞれ、並びに保持要素６０，９０及び９０，７０それぞれによって、磁性体１４０の主部分から幾何学的に分離される。しかしながら、回転子セグメント４４ａ及び４４ｂはそれでも、磁気的に磁性体１４０の一部を形成する。

【0059】

図２ａに示す実施形態では、保持要素６０，７０は保持要素６０，７０の円周方向延長部にオフセットして略半径方向に埋込型永久磁石５０，５２の縁部５０ａ，５２ａに当接するが、埋込型永久磁石５０，５２間に配設された中央の保持要素９０は縁部５０ａ，５２ａの反対側の埋込型永久磁石５０，５２の縁部に当接する。埋込型永久磁石５０，５２の上で、保持要素６０，７０は、各保持要素６０，７０が埋込型永久磁石５０，５２の縁部５０ａ，５２ａに重なるように、局所的対称軸５５に向かって傾斜している。回転子セグメント４４ａの片側に、保持要素６０は回転子セグメント４４ａに係合する部分６８を有し、回転子セグメント４４ｂの円周方向延長部に関して反対側に、保持要素７０は反対側から回転子セグメント４４ｂに係合する部分７８を有する。部分６８，７８は、局所的対称軸５５に向かって保持要素６０，７０の半径方向延長部のオフセットを確立する。保持要素６０，７０の部分６８，７８は、回転子４０の半径方向に関して回転子セグメント４４ａ，４４ｂの位置の安定固定を確立する。保持要素９０は、埋込型永久磁石５０，５２の近くで幅が狭く、空隙３０の近くで幅が広くなっており、回転子セグメント４４ａ，４４ｂの形状固定も行なう。この構成は、回転子セグメント４４ａ，４４ｂ、保持要素６０，７０，９０及び埋込型永久磁石５０，５２の形状固定構成である。

【0060】

図２ｂは、楔状保持要素９０の構成の代替的実施形態を示している。埋込型永久磁石５０，５２に関連してたった１つの保持要素９０が設けられており、保持要素９０は埋込型永久磁石５０，５２間に配設される。単一の回転子セグメント４４が埋込型永久磁石５０，５２間に配設され、埋込型永久磁石５０，５２は実質的に上から見るとＶ字形構成で配設されている。保持要素９０は、シェル表面４０ａから離れた半径方向内端９０ｂとシェル表面４０ａに近い半径方向外端９０ｃとに二重楔の形の構造を有し、これが保持要素９０及び回転子セグメント４４を磁性体１４０に固定する。エアポケットを形成する空気充填スロット４２ａ及び４２ｂは、磁性体１４０内で形作られる。磁性体１４０は、スロット４２ａ，４２ｂに対して切り下げ領域を形成する、埋込型永久磁石５０，５２のためのスロット１４４ａ，１４４ｂによって、埋込型永久磁石５０，５２を適所に保持することをサポートする。埋込型永久磁石５０，５２は、その短辺が保持要素９０の中央部分９０ｄに当接する。中央部分９０ｄは、短い首部９０ｅを有してシェル表面４０ａに近い保持要素９０の半径方向外端９０ｃに突出するため、埋込型永久磁石５０，５２の半径方向外側長辺が磁性体１４０の回転子セグメント４４に当接するようになっている。

【0061】

埋込型永久磁石５０，５２の対向する外端は、空気充填スロット４２ａ，４２ｂに当接する。この実施形態では、保持要素９０は完全に磁性体１４０の内部にあり、空隙３０（図２ａ）との接触面を有していない。保持要素９０及び空気充填スロット４２ａ，４２ｂは、回転子４０の磁性体１４０に非導磁性領域を形成する。保持要素９０は、高い機械強度も有することができる。

【0062】

図２ｃは図２ｂの代替的実施形態を示しており、埋込型永久磁石５０，５２間に配設された保持要素９０は同様に、シェル表面４０ａから離れた半径方向内端９０ｂとシェル表面４０ａに近い半径方向外端９０ｃとにおいて二重楔を有する。中央部分９０ｄは、保持要素９０の半径方向内端９０ｂ及び半径方向外端９０ｃを接続する。保持要素９０は、図２ｂに示す保持要素９０よりも短く、埋込型永久磁石５０，５２の内側の対向する短辺が保持要素９０と、埋込型永久磁石５０，５２の外側の長辺の内側部分とに当接するように形成される。埋込型永久磁石５０，５２の外側の短辺の各々において、保持要素６０，７０が図２ａのように配設されており、それらはそれらの縁部６２，７２によって形成される空隙３０との接触面を有し、回転子４０のシェル表面４０ａと同一面上にある。

【0063】

図３は、代替的な形状の保持要素６０，７０を備えた回転子４０の別の実施形態を図示している。この実施形態では、回転子の磁性体１４０の軸方向スロット１４４ａ，１４４ｂに配設された２つの埋込型永久磁石５０，５２間に設けられた保持要素は存在しない。保持要素６０，７０は、軸方向スロット４２ａ，４２ｂに配設される。

【0064】

図でわかるように、各保持要素６０，７０の空隙接触面を形成する縁部６２，７２は回転子４０のシェル表面４０ａと同一面上にあるため、空隙３０に当接する。回転子セグメント４４は、埋込型永久磁石５０，５２と回転子４０のシェル表面４０ａとの間に配設される。埋込型永久磁石５０，５２及び保持要素６０，７０の構成は、局所的対称軸５５に対して対称である。

【0065】

保持要素６０，７０は、シェル表面４０ａから離れた埋込型永久磁石５０，５２の半径方向内端からシェル表面４０ａ及び空隙３０まで延在する。それらの半径方向延長部に沿って、保持要素６０，７０が磁性体１４０に向かって凹形状を有するため、シェル表面４０ａから離れたそれらの半径方向下端において、各保持要素６０，７０の部分６４，７４が埋込型永久磁石５０，５２から離れて向くように磁性体１４０に突出すると共に、シェル表面４０ａに近い各保持要素６０，７０の上端において、部分６６，７６が磁性体１４０に同じ方向に突出するようになっている。

【0066】

回転子４０のシェル表面４０ａに近い各保持要素６０，７０の上端において、部分６８，７８は、埋込型永久磁石５０，５２の外縁部５０ａ及び５２ａから始まるように回転子セグメント４４に突出して、半径方向に回転子セグメント４４の形状固定を形成する。

【0067】

保持要素７０の別の変形例が図４に表示されており、局所的対称軸５５に対して鏡面対称に配設されている埋込型永久磁石５０，５２及び保持要素６０，７０の構成のうちの１つの埋込型永久磁石５２（軸方向スロット１４４ｂに差し込まれている）だけを示している。

【0068】

非導磁性領域７０ａを形成する保持要素７０は、軸方向スロット４２ｂに配設され、空隙３０に当接するシェル表面４０ａと同一面上にある。

【0069】

保持要素７０は略Ｕ字形であり、シェル表面４０ａから離れた埋込型永久磁石５２の下端と水平に始まるその下端に、シェル表面４０ａから離れて回転子４０の磁性体１４０に半径方向下方に突出する部分を有する。埋込型永久磁石５２とシェル表面４０ａとの間に配設された回転子セグメント４４は、部分４６がＵ字形の保持要素７０に延在し、略半径方向の第１脚部４４ａ及び円周方向の第２脚部４４ｂを有している。回転子４４の脚部４４ａ及び埋込型永久磁石５２は、保持要素７０の部分８０を囲む。回転子セグメント４４は、部分４６を介して保持要素７０に形状固定される。

【0070】

シェル表面４０ａに近い保持要素７０の上端において、保持要素７０の部分７８は回転子セグメント４４に突出して半径方向に形状固定を形成するが、保持要素７０の対向部分７６は回転子セグメント４４から離れて磁性体１４０に突出する。磁性体１４０の部分１４２は保持要素７０の凹部に係合して、磁性体１４０において保持要素７０に対する形状固定を提供する。保持要素７０は、保持要素７０が非導磁性材料で作られている場合には、磁性体１４０に非導磁性領域７０ａを形成する。

【0071】

図５は、回転子４０の磁性体１４０の軸方向スロット４２ｂに配設された保持要素７０の別の実施形態を図示している。局所的対称軸５５に対して鏡面対称である構成（図４の構成と同様）の半分だけが表示されている。

【0072】

空隙３０に当接するシェル表面４０ａから離れた半径方向下端において、保持要素７０はシェル表面４０ａから離れた埋込型永久磁石５２の下端と水平であり、軸方向スロット１４４ｂに配設された埋込型永久磁石５２に当接する。保持要素７０の外縁部は、埋込型永久磁石５２から離れて埋込型永久磁石５２の上端の半径方向位置の屈曲部８２に至るまで傾斜し、そこから局所的対称軸５５に向かって傾斜して回転子セグメント４４及び埋込型永久磁石５２が円周方向において重なる。

【0073】

保持要素７０は、空隙３０に当接するシェル表面４０ａと同一面上にある縁部７２を有し、部分７８が回転子セグメント４４に向かってシェル表面４０ａの近くに傾斜している。それによって保持要素７０は、磁性体１４０において回転子セグメント４４及び埋込型永久磁石５２に形状が適合することによって固定している。

【0074】

図６は、回転子４０の回転子セグメント４４が回転子４０の磁性体１４０の主部分と一体的である例示的実施形態を示している。局所的対称軸５５に対して鏡面対称である構成（図４及び５の構成と同様）の半分だけが表示されている。

【0075】

回転子セグメント４４は、ブリッジ１４６を介して磁性体の主部分と接続される。ブリッジ１４６と埋込型永久磁石５２の短辺との間に、エアポケット５４が配設される。埋込型永久磁石５２は、磁性体１４０の軸方向スロット１４４ｂに配設される。

【0076】

保持要素７０が非導磁性である場合に非導磁性領域７０ａを形成する保持要素７０は、ブリッジ１４６に当接し、領域８４がブリッジ１４６と保持要素７０との間の接触面に設けられる。領域８４において、保持要素７０はブリッジ１４６に対して鋸歯状になっている。

【0077】

保持要素７０は、回転子４０のシェル表面４０ａから離れた半径方向内側部分から空隙３０に当接するシェル表面４０ａまで延在する。保持要素７０は、シェル表面４０ａと同一面上にある縁部７２を有する。シェル表面４０ａに近い上端において、保持要素７０の部分７８が局所的対称軸５５の方に向いていることによって、回転子セグメント４４を半径方向位置に安定させる。

【0078】

図７は、図６の実施形態と同様の別の例示的実施形態を図示している。局所的対称軸５５に対して鏡面対称である構成（図４，５及び６の構成と同様）の半分だけが表示されている。

【0079】

この実施形態では、保持要素が非導磁性である場合に非導磁性領域７０ａを形成する保持要素７０は、エアポケット５４及びブリッジ１４６なしで（図６に示す実施形態と比べた場合）埋込型永久磁石５２に当接する。保持要素７０はシェル表面４０ａと同一面上にあり、その縁部７２が空隙３０に当接する。埋込型永久磁石５２は、回転子４０の磁性体１４０の軸方向スロット１４４ｂに配設される。

【0080】

回転子４０の回転子セグメント４４は、回転子４０のシェル表面４０ａに近い保持要素７０の上端の部分７８の下の凹部に突出する部分４６を有する。部分７８は、部分４６が半径方向において回転子セグメント４４を保持要素７０に（形状適合様式で）固定し、円周方向において埋込型永久磁石５２に部分的に重なるように、局所的対称軸５５の方に向いている。

【0081】

保持要素７０は、埋込型永久磁石５２に当接し、埋込型永久磁石５２の短辺の反対側の縁部において埋込型永久磁石５２から離れるように傾斜している。シェル表面４０ａにより近い埋込型永久磁石５２の上端と水平の半径方向位置において、保持要素７０が回転子４０の磁性体１４０の凹部に突出する部分８６を有することによって、保持要素７０を磁性体１４０に固定する。シェル表面４０ａから離れた保持要素７０の部分７４を備えた下端は、埋込型永久磁石５２の下端と水平である。

【0082】

埋込型永久磁石５０，５２がシェル表面４０ａと略平行の直線的構成で配設されている図３〜７に示す実施形態と対称的に、図８は、埋込型永久磁石５０，５２のＶ字形構成（上から見た場合）を示している。より詳細には、図８は、図２ａ〜２ｃに示す構成と同様に、実質的に局所的対称軸５５に関して対称的に配設されたＶ字形状で配設された２つの埋込型永久磁石５０，５２を備えた、本発明による回転子４０の例示的実施形態の断面図の詳細図を示している。しかしながら、図８に表した実施形態では、図２ａ〜２ｃによる実施形態と比較して、埋込型永久磁石５０，５２は、非導磁性保持要素（図２ａ〜２ｃに示す）の代わりに鉄ブリッジ４８によって分離される。保持要素６０，７０は、それぞれ軸方向スロット４２ａ及び４２ｂに挿入される。保持要素６０，７０は、保持要素６０，７０が非導磁性である場合に非導磁性領域６０ａ，７０ａを構成し、それらの縁部６２，７２が空隙３０における回転子４０のシェル表面４０ａと同一面上にある。シェル表面４０ａから半径方向距離をおいた保持要素６０，７０の両側の切り下げは、保持要素６０，７０を回転子４０の磁性体１４０に形状適合様式で固定する。保持要素６０，７０は局所的対称軸５５に関して傾斜している主縦方向延長部を有しているため、回転子セグメント４４は、ブリッジ４８を介した磁性体１４０の主部分との接続部に加えて、両側が保持要素６０，７０によって半径方向位置に固定されるようになっている。

【0083】

図９は、複数の埋込型永久磁石１５０，１５２，１５４を備えた本発明による回転子４０の例示的実施形態の断面図の詳細図を表している。埋込型永久磁石１５０，１５２，１５４は、各々が空隙３０において回転子４０のシェル表面４０ａと同一面上の表面を有する各保持要素１６０，１７０，１８０，１９０によって形成される非導磁性領域１６０ａ，１７０ａ，１８０ａ，１９０ａと交互になっている。この構成は、詳細図の両側に回転子４０の円周全体にわたって続いている。埋込型永久磁石１５０，１５２，１５４とシェル表面４０ａとの間に回転子セグメント４４が配設され、１つの回転子セグメント４４が各埋込型永久磁石１５０，１５２，１５４に割り当てられており、保持要素１６０，１７０，１８０，１９０に横から囲まれている。

【0084】

保持要素１６０に関して更に詳細に説明すると、保持要素１６０，１７０，１８０，１９０は、シェル表面４０ａから半径方向距離をおいた下側１６４において磁性体１４０に両側（上から見た場合）が突出する部分を備えた切り下げを有することによって、保持要素１６０，１７０，１８０，１９０を回転子４０の磁性体１４０に固定する。シェル表面４０ａに近い上部分１６６は、両側（上から見た場合）が回転子セグメント４４に突出することによって、安全に回転子セグメント４４を半径方向に固定する。

【0085】

図１０は、本発明による回転子４０の別の例示的実施形態を表しており、埋込型永久磁石５０，５２とシェル表面４０ａとの間に半径方向に配設された回転子セグメント４４は、保持要素６０，７０と、回転子４０の外側シェル表面４０ａ及び内側シェル表面の周囲に軸方向に巻き付けられたバンデージ５６とによって固定される。ストラップ、バンデージなどのような保持手段は、保持要素６０，７０の保持力をサポートしなければならない場合に使用することができる。

【0086】

上記の様々な実施形態において、保持要素６０，７０，９０；１５０，１６０，１７０，１８０，１９０は好都合なことに非導磁性であってよく、例えば、炭素繊維、炭素繊維複合材、ガラス繊維、ガラス繊維複合材、例えばアラミド繊維のようなポリマー繊維、ポリマー繊維複合材、セラミック、プラスチックからなっていてもよい。保持要素６０，７０，９０；１５０，１６０，１７０，１８０，１９０は、回転子４０の磁性体１４０の対応する軸方向スロット４２ａ，４２ｂに挿入される別個の装置であってもよいが、代替的には粉末材料で作られ、磁性体１４０が鉄粉材料から製造されている場合は磁性体１４０と同時焼結させることができる。一般的に、磁性体１４０は、周知のように、積み重ねられた積層板で作られるか、鉄粉材料から焼結される。

【0087】

保持要素６０，７０，９０，１６０，１７０，１８０，１９０が回転子４０のシェル表面４０ａから離れた内側又は下側半径方向位置からシェル表面４０ａまで延在し、シェル表面４０ａと同一面上にある上記の実施形態において、磁性体１４０内で急冷された磁束による磁気損失は、導磁性材料の磁性体１４０を非導磁性材料の要素６０，７０，９０，１６０，１７０，１８０，１９０に置き換えることによって最小限に抑えることができる。その例が図１，２ａ，２ｃ，３〜１０に表示されているこれらの実施形態では、保持要素６０，７０，９０，１６０，１７０，１８０，１９０は回転子セグメント４４を半径方向位置に固定する。図２ｂに例示したように保持要素９０がシェル表面４０ａに突出していない実施形態では、シェル表面４０ａと同一面上のエアポケットを形成する軸方向スロット４２ａ，４２ｂを有することで、さもなければ磁束が急冷されることになる磁性体１４０の磁性材料を置き換えることが可能である。

【0088】

一般的に、保持要素は要望通りに設計することができ、電気機械の設計のその他の要求に従うように容易に適応させることができる。

【0089】

図１１は、垂直方向スロット２６に配列された固定子コイル２２を備えた固定子２０に囲まれた、半径方向の多層埋込型永久磁石５０，５２を備えた回転子４０を含む、半径方向磁束機１０の１つの磁極の断面図を表しており、空隙３０は固定子２０と回転子４０との間に配設されている。回転子４０は、中心にシャフト用の開口部を備えた略環状断面を有する（回転子４０の半径方向内側の実曲線によって示されている）。

【0090】

図に示す実施形態では、四対の縦方向に延在する埋込型永久磁石５０，５２が半径方向に互いに平行に配設されているため、それらは半径方向に積み重なるようになっており、各回転子セグメント４４ｘ，４４ｙ，４４ｚは埋込型永久磁石５０，５２の２つの隣接する磁石の間に挟まれている。最も外側の埋込型永久磁石５０，５２と空隙３０との間に、回転子セグメント４４が配設される。当然、埋込型永久磁石の対の数は、この例示的実施形態における四対より多くても少なくてもよい。

【0091】

回転子４０のシェル表面４０ａから、埋込型永久磁石５０，５２の対の縦方向延長部が回転子４０の中心に向かって延びている。埋込型永久磁石５０，５２の対の両側には、片側の保持要素１９２，１９２ｘ，１９２ｙ，１９２ｚと反対側の保持要素１９４，１９４ｘ，１９４ｙ，１９４ｚとが配設されて、これらが埋込型永久磁石５０，５２の対を回転子４０の磁性体１４０に固定する。保持要素１９２，１９２ｘ，１９２ｙ，１９２ｚ，１９４，１９４ｘ，１９４ｙ，１９４ｚは、高い機械強度を有する非導磁性領域を含む。

【0092】

保持要素１９２，１９２ｘ，１９２ｙ，１９２ｚ，１９４，１９４ｘ，１９４ｙ，１９４ｚは、それらが回転子４０の磁極のセグメントの内側だけに延在するように、空隙３０に向かって屈曲している。それらの自由端において、保持要素１９２，１９２ｘ，１９２ｙ，１９２ｚ，１９４，１９４ｘ，１９４ｙ，１９４ｚは、上述の実施形態において説明したように楔状形式で成形して、埋込型永久磁石５０，５２と磁性体１４０の回転子セグメント４４，４４ｘ、４４ｙ、４４ｚの固定を行なうことができる。しかしながら、埋込型永久磁石５０，５２のたった１つ又はほんの一部が保持要素１９２，１９２ｘ，１９２ｙ，１９２ｚ，１９４，１９４ｘ，１９４ｙ，１９４ｚを備えていることもあり得る。

【0093】

図１２は、従来技術による表面実装型永久磁石を備えた軸方向磁束機２００の部分斜視図を示している。軸方向磁束機２００では、回転子２４０の磁束が回転子２４０の回転軸に関して軸方向１００に固定子２２０に広がる。固定子２２０は２つの回転子２４０の間に挟まれるか、又はその逆であってもよい。更に、複数の固定子２２０及び回転子２４０が回転軸１００に沿って積み重ねられることもあり得る。

【0094】

図に表した軸方向磁束機２００は、周知のように固定子コイル２２２からなる円筒ディスク状固定子２２０を備えた２つの軸方向に離間配置された円筒ディスク状回転子２４０を有しており、固定子２２０は各固定子２２０に対して軸方向距離をおいた回転子２４０間に配設されている。コイルは異なる構成を有してもよく、図には明確に示されていない。

【0095】

この実施形態では回転子２４０から軸方向に突出する永久磁石２５０，２５２は、軸方向に磁化され、固定子２２０に面する回転子２４０の軸方向内側に配設されており、１つの回転子２４０の永久磁石２５０，２５２がその他の回転子２４０の永久磁石２５０，２５２の方に向いている（その逆の場合もある）。各回転子２４０の永久磁石２５０，２５２は、回転子２４０の円周に関して同じ位置を有する。各永久磁石は、磁気損失を減少させるために、例えばより小さなセグメントに分割することができる。

【0096】

磁束は閉じた円の破線で示されており、そのような円の各々は、２つの隣接する永久磁石２５０，２５２の間の領域と、回転子２４０への一方の分岐及び固定子２２０への一方の分岐とを囲んでいる。

【0097】

前述の実施形態において説明したように半径方向磁束機１０では回転子４０及び／又は固定子２０の鉄積層板が軸方向に積み重ねられているが、鉄積層板で作られた軸方向磁束機２００では、積層板が半径方向に積み重ねられて、即ち、シート材料が回転軸１００の周囲に巻かれて、回転子２４０又は固定子２２０を形成する。そのような構成では、回転子２４０又は固定子２２０を形成する前又は後に積層材料にスロットを形成するために、特別な技術を用いる必要がある。しかしながら、代替的には、回転子２４０及び／又は固定子２２０は、鉄粉材料、例えばいわゆるＳＭＣ（軟磁性複合）材料によって形成することもできる。

【0098】

図１３ａ〜１３ｃは、図１２に示すものと同様の軸方向磁束機２００用の回転子２４０の第１実施形態を、正面図（図１３ａ）、線１３ｂ−１３ｂに沿った切断図（図１３ｂ）及び側面図（図１３ｃ）として図示している。

【0099】

埋込型永久磁石２５０，２５２は、磁性体２１４を有するディスク状回転子２４０の正面２４０ａに配設され、回転子２４０の外側シェル表面２４０ｂからシャフト用に設けられた開口部の内面に向かって、埋込型永久磁石２５０，２５２が埋込型永久磁石２５０，２５２の両側の保持要素２６０によって軸方向凹部に配設されるようにして延在する。上から見ると、埋込型永久磁石２５０，２５２の各々は円のセグメントの形状を有している。各埋込型永久磁石２５０は、反対極性の隣接する埋込型永久磁石２５２を有する。埋込型永久磁石２５０，２５２の形状は任意の形状を有してもよく、例えば、埋込型永久磁石２５０，２５２は、円のセグメントの代わりに直線セグメントとして切断することなどができる。

【0100】

各埋込型永久磁石２５０，２５２の上部（軸方向における）に、回転子セグメント２４４が配設され、保持要素２６０を介して埋込型永久磁石２５０，２５２の上部の軸方向位置に固定される。セグメント２４４は、ＳＭＣ材料で作ることができる。保持要素２６０の外面２６２は、回転子２４０の正面２４０ａと同一面上に図示されている。しかしながら、保持要素２６０及び／又は回転子セグメント２４４は同一面上になく、外面２４０ａから突出することもあり得る。そのような場合、回転子２４０の回転と共に、冷却のプラス効果を得ることができる。突出部分が周囲空気に乱流を発生させるフィンと同様に作用することによって、回転子２４０から空気への熱伝達を向上させることができる。

【0101】

図１４ａ〜１４ｃは、軸方向磁束機２００用の回転子２４０の第２実施形態を、正面図（図１４ａ）、線１４ｂ〜１４ｂに沿った切断図（図１４ｂ）及び側面図（図１４ｃ）として示している。

【0102】

この構成は、回転子２４０がその磁性体２１４の両正面に埋込型永久磁石２５０，２５２を有すること以外は、図１３ａ〜１３ｃにおいて説明した構成と同様である。１つの回転子２４０上の埋込型永久磁石２５０，２５２の位置は、回転子２４０の両側に適合させる。

【0103】

有利なことに、保持要素を含む電気機械の回転子は、埋込型永久磁石によって高い性能を提供することができ、保持要素が非導磁性材料からなる場合は重量及び磁気損失の削減を部分的に可能にすることができる。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】