特開 2023-8983 回転電気機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023008983

(43)【公開日】2023-01-19

(54)【発明の名称】回転電気機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/278 20220101AFI20230112BHJP

【ＦＩ】

H02K1/278

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2022107013

(22)【出願日】2022-07-01

(31)【優先権主張番号】2107191

(32)【優先日】2021-07-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(71)【出願人】

【識別番号】506390465

【氏名又は名称】モトゥール・ルロワ－ソマー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】エドゥアール・ボンメ

(72)【発明者】

【氏名】ジアン・ジャン

(72)【発明者】

【氏名】ハナコ・フリジリンク

(72)【発明者】

【氏名】アイケル・ジェライリ

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA02

5H622CA02

5H622CA03

5H622CA05

5H622CA10

5H622CB01

5H622CB04

5H622DD01

5H622DD02

5H622DD03

5H622PP10

5H622PP19

(57)【要約】

【課題】無負荷状態または負荷が非常に低い場合にトルクリップルが小さい回転電気機械を提供すること。
【解決手段】回転電気機械（１）であって、－ステータ（１０）と、－ロータ質量体（２５）と、ロータ質量体の表面上に配置され、ステータの方に向いた略凹形の形状の面を備える永久磁石（２２）と、を備える、ロータ（２０）と、を備え、ロータの永久磁石（２２）が、ロータの極を形成し、同じ極の永久磁石（２２）が、機械の２つの長手方向端間に角度オフセット（α）を有する、回転電気機械（１）。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転電気機械（１）であって、
－ ステータ（１０）と、
－ ロータ質量体（２５）と、前記ロータ質量体の表面上に配置され、前記ステータの方に向いた略凹形の形状の面を備える永久磁石（２２）と、を備える、ロータ（２０）と、
を備え、
前記ロータの前記永久磁石（２２）が、前記ロータの極を形成し、同じ極の前記永久磁石（２２）が、前記回転電気機械の２つの長手方向端間に角度オフセット（α）を有する、
回転電気機械（１）。

【請求項2】

前記ロータ質量体（２５）が、特に接着結合によって前記永久磁石（２２）が固定されるソケット（３５）を備える、請求項１に記載の電気機械。

【請求項3】

各極が、少なくとも１つの捩じられた永久磁石（２２）を備える、請求項１または２に記載の電気機械。

【請求項4】

前記永久磁石（２２）の前記２つの長手方向端間のそれぞれの前記角度オフセット（α）が、１°から５°の間、好ましくは２．５°から５°の間、または３°から４．５°の間、より好ましくは３．２°から４°の間である、請求項３に記載の電気機械。

【請求項5】

各極が、互いに対して角度的にオフセットされた複数の永久磁石（２２）を備える、請求項１または２に記載の電気機械。

【請求項6】

前記ロータ（２０）が、ソケット（３５）と、前記ソケット（３５）に固定されかつ円周方向列に配置された永久磁石（２２）と、からなる少なくとも２つの組立体を備え、前記２つの組立体が、前記回転電気機械の横断面に対して互いに対して対称に配置される、請求項５に記載の電気機械。

【請求項7】

同じ極の２つの連続した永久磁石（２２）同士の間の前記角度オフセット（α）が、０．８°から２．５°の間、好ましくは１°から２°の間、または１．１°から１．７°の間、より好ましくは１．２０°から１．５°の間である、請求項５または６に記載の電気機械。

【請求項8】

前記ロータ（２０）が、１６の極を備え、特に前記ロータ（２０）が内側にある、請求項１から７のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項9】

前記ロータの永久磁石の凹面（２３）が、２ｍｍから５６ｍｍの間、より好ましくは８ｍｍから１２ｍｍの間の、前記ロータの半径に対して垂直方向に測定される幅（ｌ）を有する凹部（２４）を備え、前記ロータの半径に沿って測定される前記凹部（２４）のくぼみの最大深さ（ｐ）が、特に０．０５ｍｍから３ｍｍの間である、請求項１から８のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項10】

前記凹部（２４）の断面が、円形部または楕円形部である、請求項８または９に記載の電気機械。

【請求項11】

凹面の前記凹部（２４）が、２つの平坦な側方部（２６）の間に配置される、請求項８から１０のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項12】

前記ロータの前記永久磁石（２２）が、１．５ｍｍから１０ｍｍの間、好ましくは２ｍｍから５ｍｍの間の、前記ロータの半径に沿って測定される厚さ（ｈ）を有する、請求項１から１１のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項13】

前記ロータの半径に沿って測定される凹部（２４）のくぼみの最大深さと永久磁石（２２）の厚さとの比（ｐ／ｈ）が、０．０１から０．９の間、好ましくは０．１から０．４の間である、請求項１から１２のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項14】

前記永久磁石（２２）が、接着結合によって前記ロータの前記ロータ質量体に、特に前記ロータ質量体の円筒面に固定され、または、ハウジング（２９）内に固定され、前記ハウジング（２９）は、前記ロータ質量体の前記円筒面にこの目的のために設けられる、請求項１から１３のいずれか一項に記載の電気機械。

【請求項15】

前記永久磁石（２２）が、前記ステータの方に向いた凹面の反対側に平坦な固定面（２８）を備え、前記ステータ（１０）が、特に、歯（１１）および前記歯上に配置されたコイル（１２）を備える集中巻線を有する、請求項１から１４のいずれか一項に記載の電気機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転電気機械の分野に関し、より詳細には、限定されるわけではないが、ロボットの電動化のために使用される回転電気機械に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、負荷の小さいトルクリップルの回転電気機械であって、リフト車を駆動することが意図され、ステータの方に向いた実質的に平坦な面を有する外側ロータを備える、回転電気機械に関する。

【0003】

外側ロータを含む回転電気機械であって、外側ロータの永久磁石が、ステータの方に向きかつ回転によって生成される円筒形状を有する主面を有する、回転電気機械も知られている。

【0004】

内側ロータの場合、ステータの方に向いた磁石の主面は、略凸状である。

【0005】

特許文献２では、永久磁石は、凹部を含む凹面を備える。特許文献２では、磁石は直線状である。

【0006】

特許文献３では、外側ロータの磁石の表面は、外側ロータ上に磁石が配置されることから曲がった凹状となり得る。

【0007】

特許文献４では、リングに配置された永久磁石を用いたコギングの低減が教示され、隣接するリングの永久磁石は、軸方向において互いに対してオフセットされ得る。さらに、ロータは外側にあり、いかなる凹状の磁石も備えない。最後に、ステータは、オフセットされ得るセグメントを備える。

【0008】

特にロボットの電動化の分野では、具体的には例えば可変周波数駆動装置によって制御される永久磁石を含むモータについて、回転電気機械の磁石によるコギングをさらに低減させることが必要なことがある。磁石によるコギングは、コギングとも呼ばれ、無負荷状態または負荷が非常に低い場合でのトルクリップルに相当する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】欧州特許出願第１７９３４８２号

【特許文献2】仏国特許出願第３０６７８８０号

【特許文献3】米国特許第６７２７６３０号明細書

【特許文献4】米国特許第６７２７６２９号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

したがって、特にロボットの電動化の分野において、無負荷状態または負荷が非常に低い場合にトルクリップルが小さい回転電気機械を提供することが必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、この要件を完全にまたは部分的に満たすことが意図され、その態様のうちの１つによれば、回転電気機械であって、
－ ステータと、
－ ロータ質量体(rotor mass)、およびロータ質量体の表面上に配置された永久磁石を備える、ロータと、
を備え、
永久磁石が、ステータの方に向いた略凹形の面を備え、ロータの永久磁石の凹面が特に凹部を備え、
ロータの永久磁石が、ロータの極を形成し、同じ極の永久磁石が、機械の２つの長手方向端間に角度オフセットを有する、
回転電気機械に関する。

【0012】

本発明によるロータは、いずれの場合においても、機械の全体的な性能レベル、特に電磁的な性能レベル、起電力、とりわけトルクを損なうことなく、磁石によるコギングを非常に低いレベルにすることができる。

【0013】

したがって、予め固定された機械的空隙についての最小ピークトルクの達成を得つつ、トルクリップルの最小化を図ることが可能である。

【0014】

さらに、ロータは、消磁に抵抗するより良好な能力を有する。

【0015】

ロータの永久磁石にステータの方に向いた略凹面があることによって、無負荷状態または負荷が非常に低いときのトルクリップルの最適化が可能になる。

【0016】

特に、永久磁石のくぼみによって、コギング、より詳細には例えば高調波１６および１８である低周波数の高調波の低減が可能になる。

【0017】

さらに、角度オフセットによって、特に、高周波数の高調波が低減され得る。

【0018】

最後に、角度オフセットによって、特に、磁石によるコギングの高調波がなくされ、それによってくぼみのある磁石の使用が増加傾向を有することができる。

【0019】

角度オフセットが小さいので、モータの電磁的な性能レベル、特に起電力、トルク、パワーはほとんど変化しない。

【0020】

このように、永久磁石のくぼみと角度オフセットとの組合せでの補強効果があることを理解されよう。

【0021】

発明の明細
ロータ
用語「略凹面」は、ステータの方に向いたロータの永久磁石の面が、くぼんだ表面をもたらす湾曲を有することを意味するものと理解されることが意図される。この面は、全体的に凹形であってもよく、または１つもしくは複数の凹部と１つもしくは複数の平坦部とを備えてもよい。

【0022】

平坦部があることによって、ロータとステータとの間の干渉がより良好に回避され得る。

【0023】

ロータ質量体は、特に接着結合によって永久磁石が固定されるソケット(socket)を備えることができる。

【0024】

ソケットは、金属シートの積層体によって形成され得る。ソケットは、ロータのすべての永久磁石を支持する単一のものとすることができる。一変形形態では、ロータ質量体は、例えば永久磁石の円周方向列と同じ数である、複数のソケットを備えることができる。

【0025】

ソケットは、例えば、接着結合によって機械のシャフトに固定され得る。シャフトは滑らかであり得る。

【0026】

１つの実施形態では、各極は、少なくとも１つの捩じられた永久磁石を備えることができる。各極は、単一の捩じられた永久磁石を備える、または、一変形形態では、複数を備えることができる。用語「捩じられた永久磁石」は、永久磁石の２つの長手方向端間のそれぞれに角度オフセットがあることを意味するものと理解されることが意図される。

【0027】

対応する永久磁石は単一片とすることができる。

【0028】

永久磁石は、例えば、成形によって製造され得る。一変形形態では、それらは機械加工され得る。

【0029】

永久磁石の２つの長手方向端間のそれぞれの角度オフセットは、１°から５°の間、好ましくは２．５°から５°の間、または３°から４．５°の間、より好ましくは３．２°から４°の間、例えば３．５°である。

【0030】

１つの変形形態では、各極は、互いに対して角度的にオフセットされた複数の永久磁石を備えることができる。各極は、例えば、特定の角度だけ互いに対してオフセットされた２つの永久磁石を備えることができる。

【0031】

このように、ロータは、永久磁石の複数の円周方向列、例えば２つの円周方向列を備えることができる。同じ円周方向列のすべての磁石が、上述した同じソケットに固定され得る。

【0032】

ロータは、ソケットおよび円周方向列に配置された永久磁石からなる複数の組立体、例えば２つの組立体、あるいは３つまたは４つの組立体を備えることができる。すべての組立体は、全く同じであり得る。機械は、すべて全く同じである１種類の組立体のみから構成されることが有利であり得、それによって製造費用を減少させることができる。

【0033】

１つの変形形態では、同じソケットが永久磁石の複数の円周方向列を支持することができる。

【0034】

この例では、永久磁石は直線状であってよく、すなわち捩じられなくてよく、または一変形形態では、それらは捩じられてもよい。

【0035】

１つの実施形態では、ロータは、ソケットと、ソケットに固定されかつ円周方向列に配置された永久磁石と、からそれぞれ構成された少なくとも２つの組立体を備えることができ、２つの組立体は、機械の横断面に対して互いに対して対称に配置される。

【0036】

そのような構成は、一方の組立体を他方に対してひっくり返したことによる角度オフセットの生成を可能にする。

【0037】

角度オフセットは、ソケットを機械のシャフト周りでクランプすることができるようにするために、組立体がソケット内にロッドのための貫通孔を備えることができる結果として得られ得る。孔は、一方のソケットが他方のソケットに対して対称的に配置されるとき、それらが支持する永久磁石同士の間に角度オフセットが得られるように配置され得る。

【0038】

孔は、磁石の中央の下および中央に位置することができる。このように、これらの孔は、対応する磁石の磁束場線(flux field line)と交差しない。

【0039】

組立体は、実質的に１８０°だけ互いに対してオフセットされる２つの孔を備えることができる。これらの２つの孔は、磁石の中心の軸に精確に位置しなくてよく、代わりに、角度オフセットの半分に等しい角度、すなわち例えば０．６２５°だけオフセットされ得る。

【0040】

各ソケットは、全く同じであってよい。軸Ｘ周りに１８０°だけ２つのソケットのうちの１つをひっくり返すことによって、ソケット同士の間に角度オフセットが生まれる。

【0041】

同じ極の２つの連続した磁石同士の間の角度オフセットは、０．８°から２．５°の間、好ましくは１°から２°の間、または１．１°から１．７°の間、より好ましくは１．２０°から１．５°の間、例えば１．２５°とすることができる。

【0042】

同じ極の最初の磁石と最後の磁石との間の角度オフセットは、０．８°から２．５°の間、好ましくは１°から２°の間、または１．１°から１．７°の間、より好ましくは１．２０°から１．５°の間、例えば、１．２５°とすることができる。

【0043】

かなり小さな角度の角度オフセットを選択すれば、トルク高調波を減少させるのに十分であり得る。具体的には、角度オフセットの角度の選択によって、高調波１４４を減少させることが可能であり得る。これは、凹状磁石の存在がこの高調波１４４の増加を引き起こし得る限り、特に有利である。

【0044】

過度に大きな角度を選択することは、機械の性能レベルの低下を引き起こす危険を伴うおそれがある。

【0045】

１つの実施形態では、ロータは、１６の極を備えることができる。

【0046】

１つの実施形態では、ロータは、内側にあり得る。この例では、磁石におけるステータの方に向いた面は、磁石における機械の回転軸Ｘとは反対の面に相当する。

【0047】

一変形形態では、ロータは、外側にあってもよく、それによって磁石の係合解除の危険を制限しつつ特に比較的高速での回転が可能になり得る。この例では、磁石におけるステータの方に向いた面は、磁石における機械の回転軸Ｘの方に向いた面に相当する。

【0048】

外側ロータの場合、ロータの永久磁石におけるステータの方に向いた面のくぼみは、ステータがその内部に配置され得るようにするため、かつロータとステータとの間に十分な空隙をもたらすために、ロータの外側配置から生じる、面の円筒形状によって単にもたらされるくぼみよりも大きい。換言すると、ロータの永久磁石におけるステータの方に向いた面のくぼみは、回転によって生成される円筒面よりも深い。

【0049】

ロータのシャフトは、大質量(massive)であり、例えば、中空または中実であってよい。

【0050】

一変形形態では、シャフトは、大質量でなくてもよく、例えば薄層状の金属シートの積層体を備える。金属シートは、誘導電流による損失を制限するために、絶縁塗料でそれぞれ覆われ得る。

【0051】

ロータの永久磁石の凹面は、凹部を備えることができる。ロータの半径に対して垂直方向に測定される凹部の幅ｌは、０．１π（Ｄｓ－２ｄ）／Ｐから２π（Ｄｓ－２ｄ）／Ｐｍｍ（ミリメートル）の間であってよく、
ここで、Ｄｓは、ステータの口径、
Ｐは、ロータの極の数、および、
ｄは、シンプルな空隙、すなわち空隙の最小幅である。

【0052】

ロータの半径に対して垂直方向に測定される凹部の幅ｌは、２ｍｍから５６ｍｍの間、好ましくは４ｍｍから４０ｍｍの間、または８ｍｍから２０ｍｍの間、より好ましくは８ｍｍから１２ｍｍの間とすることができる。

【0053】

回転軸に対して垂直方向に測定されるロータの永久磁石の幅は、例えば、０．１π（Ｄｓ－２ｄ）／Ｐから２π（Ｄｓ－２ｄ）／Ｐｍｍ（ミリメートル）の間である。

【0054】

回転軸に対して垂直方向に測定されるロータの永久磁石の幅は、例えば４ｍｍから５６ｍｍの間、好ましくは６ｍｍから５０ｍｍの間、または８ｍｍから４０ｍｍの間、より好ましくは１０ｍｍから２０ｍｍの間、例えば約１９ｍｍである。

【0055】

ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さｐは、０．０１ｍｍから対応する磁石の厚さｈの間、特に０．０５ｍｍから３ｍｍの間とすることができる。

【0056】

ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さは、対応する永久磁石の凹面の中心に位置することができる。好ましくは、永久磁石は、永久磁石の中心で永久磁石と交差する面に対して対称であり、この面は、機械の回転軸およびロータの半径を通って延びる。一変形形態では、ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さは、対応する永久磁石の凹面の中心以外の位置にある。永久磁石は、永久磁石の中心で永久磁石と交差する面に対して対称でなくてもよい。

【0057】

凹部の断面は、円形部または楕円形部とすることができる。円の半径または楕円の長軸は、例えば、０．１ｈ^＊から１００ｈｍｍの間、特に４ｍｍから５６ｍｍの間、より好ましくは６ｍｍから４０ｍｍの間、例えば約１３ｍｍとすることができ、ｈが磁石の厚さである。

【0058】

凹面の凹部は、２つの平坦な側方部同士の間に配置され得る。略凹面における平坦な側方部の存在によって、ロータとステータとの間に十分な空隙を有しつつ、ステータの方に向いた磁石の面についてのくぼみから利点が引き出され得る。

【0059】

ロータの半径に対して垂直に測定される平坦な側方部の幅は、例えば、０から磁石の幅Ｌの間、好ましくは０．７５ｍｍから７ｍｍの間、例えば約２ｍｍである。

【0060】

凹部は、対応する磁石の全幅の２０％から１００％まで、好ましくは２５％から９０％の間、または４０％から８０％の間を構成することができる。１つの実施形態では、凹部は、対応する磁石の全幅の７５％を構成する。平坦な側方部がない他の実施形態では、凹部は、対応する磁石の全幅の１００％を構成する。

【0061】

ロータの永久磁石は、回転軸に沿って機械を見た場合、細長い形状の断面を有することができる。具体的には、ロータの永久磁石は、ロータの回転軸に沿って機械を見た場合、機械の半径に対して垂直方向に向いた長辺を有する略矩形の形状の断面を有することができる。

【0062】

ロータの永久磁石は、０．５から３２ｄの間、特に１ｍｍから２０ｍｍの間、好ましくは１．５ｍｍから１０ｍｍの間、または２ｍｍから５ｍｍの間の、ロータの半径に沿って測定される厚さｈを有することができ、ｄが空隙の最小幅である。

【0063】

ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さと永久磁石の厚さとの比ｐ／ｈは、例えば、０．０１から０．９の間、好ましくは０．１から０．４の間である。

【0064】

ロータおよびステータは、それらの間に空隙をもたらす。空隙は、０．５ｍｍから３ｍｍの間、好ましくは０．６ｍｍから１．４ｍｍの間、例えば約０．９ｍｍの、機械の半径に沿って測定される幅を有することができる。空隙は、好ましくは、ステータ内またはその周りにおけるロータの回転を可能にするために、５／１０ｍｍよりも大きい、好ましくは７／１０ｍｍよりも大きい。

【0065】

磁石の中心を通って延びる半径に沿って測定される空隙の幅ｄ_０は、０．５ｍｍから５ｍｍの間、好ましくは０．７５ｍｍから３ｍｍの間、例えば約１．６ｍｍとすることができる。本発明による機械の場合、空隙は、磁石ｙの凹面のくぼみが最も深い限り、磁石の中心で最も幅広になり得る。

【0066】

内側ロータの場合にロータの外径に相当するロータの口径Ｄ_Ｒは、例えば、１５ｍｍから１５０ｍｍの間、好ましくは２０ｍｍから１２０ｍｍの間、例えば約１０５ｍｍである。

【0067】

磁石は、モノリシックであっても、そうでなくてもよい。１つの実施形態では、ロータの極は、単一ブロックの永久磁石によって形成される。一変形形態では、ロータの極は、ロータの回転軸に沿った運動の間に交互に配置され得るいくつかの磁石によって形成される。

【0068】

永久磁石は、フェライト、プラストフェライト、希土類元素またはプラスト希土類元素(plasto rare earth)、またはＡｌＮｉＣｏから製造され得る。

【0069】

永久磁石は、粉から形成されてから機械加工され得る。

【0070】

ロータの極の永久磁石の残留誘導(remanent induction)は、０．２テスラから１．８テスラの間、好ましくは０．３テスラから１．５テスラの間、例えば約１．２テスラとすることができる。

【0071】

ロータの永久磁石は、ステータの方に向いた凹面の反対側に固定面を備える。固定面は平坦とすることができる。平坦面は、ロータ質量体上に磁石を設置し易くすることができる。一変形形態では、固定面は、凸状とすることができ、それによって機械の電磁的な性能レベルの向上が可能になる。固定面の凸面は、内側ロータの場合は回転軸の方、または外側ロータの場合は外側の方に向けられ得、それによって機械の電磁的な性能レベルの向上が可能になり得る。

【0072】

平坦面の場合、平坦面は、回転軸を通って延びかつ対応する磁石を中間長で横切る半径に対して垂直方向に向けられる。

【0073】

永久磁石は、接着結合によって、例えばロータ質量体の円筒面上またはハウジング内でロータのロータ質量体に固定され、ハウジングは、この目的のためにロータ質量体の表面に設けられ得る。一変形形態では、それらは、ロータ質量体の対応するハウジング内にクリンプされ(crimp)得る。ハウジングは、磁石の固定面の形状に従って平坦または凹状の表面を有することができる。

【0074】

ロータ質量体および／またはロータのシャフトは、磁性金属シートを積み重ねることによって製造され得る。

【0075】

ステータ
ステータは、集中巻線を有することができる。ステータは、歯と、歯上に配置されたコイルと、を備えることができる。したがって、ステータは、歯に巻き付けられ、換言すると、非分布巻きで巻き付けられ得る。一変形形態では、ステータは分布巻線を有することができる。

【0076】

ステータの歯は、極片を備えることができる。一変形形態では、ステータの歯は、極片を有さない場合もある。

【0077】

極片同士の間の円周方向に測定されるステータのノッチの開口は、適切な場合、例えば、
０．１７５ｍｍからπ^＊Ｄｓ－Ｎ^＊Ｌｓｍｍ（ミリメートル）の間であり、
ここで、Ｄｓは、ステータの口径であり、
Ｎは、ステータの歯の数であり、かつ、
Ｌｓは、ステータの歯の幅であり、
例えば、８ｍｍ未満、特に０．５から３ｍｍの間、例えば約１．５ｍｍである。

【0078】

ステータの歯は、特に内側ロータの場合、凹形ロータの方に向いた端面を有することができる。一変形形態では、外側ロータの場合、ステータの歯は、凸形ロータの方に向いた端面を有することができる。

【0079】

ステータの歯の端面は、例えば、機械の回転軸Ｘの歯のピークを隔てる距離に相当する湾曲の半径を有することができる円筒部とすることができる。

【0080】

外側ステータの場合、ステータの内径に相当するステータの口径Ｄｓは、例えば、２０ｍｍから２２０ｍｍの間、好ましくは２５ｍｍから１６０ｍｍの間、例えば約１１０ｍｍである。

【0081】

ステータの歯は、一片であってもよい、または一変形形態では材料のブリッジによって互いに連結された一連の歯によってもしくは複数の別個の歯によって形成され得る、ステータのシリンダヘッド(cylinder head)を形成する。いずれの場合においても、ステータは、シリンダヘッドを囲繞する外側フレームを備えることができる。

【0082】

ステータの歯は、誘導電流による損失を制限するために、絶縁塗料でそれぞれ覆われた磁性金属シートの積層体で製造され得る。

【0083】

１つの実施形態では、ステータは、１８の歯を備えることができる。

【0084】

ステータは、その２つの端部間に任意の角度オフセットを備えなくてもよい。

【0085】

機械
機械は、発電機またはモータを構成することができる。

【0086】

本発明による回転電気機械は、例えば４０ｍｍから２８０ｍｍの間、好ましくは５０ｍｍから２２０ｍｍの間、例えば約１８５ｍｍの外径を有することができる。直径は、例えば、２４０ｍｍ以下、特に４０ｍｍから１９０ｍｍの間とすることができる。

【0087】

機械の電力は、０．１ｋＷから１．５ｋＷの間、例えば約０．７５ｋＷとすることができ、この値は、限定的なものではない。

【0088】

機械は、単一の内側ロータ、または一変形形態では単一の外側ロータ、または他の変形形態では径方向においてステータの一方側と他方側とに配置されかつ回転という観点から結合された内側ロータと外側ロータとを備えることができる。

【0089】

極あたりおよび相あたりのノッチの数は、整数または分数とすることができる。

【0090】

ロータの極の数Ｐは、例えば、４から４０の間であり、ステータの歯の数Ｓは、例えば６から４８の間である。

【0091】

機械は、閉じられていなくてもよい。

【0092】

本発明はさらに、電動化のために上述したような回転電気機械を備えるロボットに関する。

【0093】

本発明は、以下にある本発明の非限定的な実施形態の詳細な説明を読み添付の図面を考察すればより良く理解することができる。

【図面の簡単な説明】

【0094】

【図1】本発明による回転電気機械の部分概略図である。

【図1a】図１のロータの概略的な部分斜視図である。

【図2a】図１の機械の永久磁石の断面図である。

【図2b】図１の機械の永久磁石の縦断面図である。

【図3】一変形形態の図１と同様の図である。

【図4】一変形形態の部分概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0095】

図１および図１ａは、外側ステータ１０と内側ロータ２０とを備える、本発明による回転電気機械１を示す。内側ロータ２０は、シャフト２１を備えるロータ質量体２５と、ロータ質量体２５の表面に配置された永久磁石２２と、を備える。

【0096】

ステータ１０は、記載の例では、集中巻線を有する。ステータ１０は、歯１１を備え、歯１１は、対応する歯上に配置された個別のコイル１２をそれぞれ支持する。コイル１２は、三相電流によって供給されるように互いに電気的に接続されている。

【0097】

ステータの歯は、極片１３を備える。極片１３間の円周方向に測定されるステータのノッチの開口ｏは、例えば、約１．５ｍｍである。

【0098】

ステータの内径に相当するステータの口径は、約９０ｍｍである。

【0099】

ステータは、シリンダヘッドを囲繞する図には示されない外側フレームをさらに備える。

【0100】

ロータのシャフト２１は、大質量であり、その中心は中空であり、空間２７をもたらす。

【0101】

本発明によれば、図２ａおよび図２ｂに詳しく示されるように、ロータの永久磁石２２は、ステータの方に向いた略凹形の形状の面２３を備える。ステータの方に向いた磁石の面２３は、磁石における機械の回転軸Ｘとは反対の面に相当する。

【0102】

ロータの永久磁石２２の凹面２３は、凹部２４を備える。

【0103】

断面において、ロータの半径に対して垂直方向に測定される凹部２４の幅ｌは、記載の例では、約９ｍｍである。

【0104】

断面において、回転軸に対して垂直方向に測定されるロータの永久磁石２２の幅Ｌは、約１９ｍｍである。

【0105】

断面において、ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大幅ｐは、約０．５ｍｍである。

【0106】

ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さは、記載の例では、対応する永久磁石の凹面の中心に位置する。永久磁石は、永久磁石の中心で永久磁石と交差する面Ｐに対して対称であり、この面は、機械の回転軸およびロータの半径を通る。

【0107】

凹部２４は、記載の例では、断面において、約２０ｍｍの半径Ｒを有する円形部である。

【0108】

凹面２３の凹部２４は、２つの平坦な側方部２６の間に配置される。

【0109】

断面において、ロータの半径に対して垂直方向に測定される平坦な側方部の幅ｅは、約２ｍｍである。

【0110】

凹部は、記載の例では、対応する磁石の全幅の約７５％を構成する。

【0111】

ロータの永久磁石は、回転軸に沿って機械を見た場合、長辺が機械の半径に対して垂直方向に向いた略矩形の断面を有する。

【0112】

ロータの永久磁石２２は、断面において、ロータの半径に沿って測定される約３ｍｍの厚さｈを有する。

【0113】

ロータの半径に沿って測定される凹部のくぼみの最大深さｐと永久磁石２２の厚さｈとの比ｐ／ｈは、約０．２である。

【0114】

ロータおよびステータは、それらの間に空隙３０をもたらす。空隙は、断面において、約０．９ｍｍの、機械の半径に沿って測定される幅を有する。断面において、磁石２２の中心を通って延びる半径に沿って測定される空隙の幅ｄ_０は、約１．５ｍｍである。

【0115】

ロータの外径に相当するロータの口径は、約５０ｍｍである。

【0116】

ロータの永久磁石２２は、ステータの方に向いた凹面２３の反対側に、記載の例では平坦形状の固定面２８を備える。平坦面は、回転軸を通って延びかつ対応する磁石を中間長で横切る半径に対して垂直方向に向けられる。

【0117】

永久磁石２２は、接着結合によって、ハウジング２９内でロータ質量体２５に固定され、ハウジング２９は、この目的のためにロータ質量体２５の表面に設けられる。ハウジング２９は、磁石の固定面の形状に対応する平坦面を有する。

【0118】

凹面２３は、上記に示されるように１つまたは複数の凹部２４と１つまたは複数の平坦部２６とを備え、または図３の例により示されるように完全に凹状であってもよい。

【0119】

この例では、平坦な側方部がなく、凹部２４は、対応する磁石の全幅の１００％を構成する。

【0120】

本発明によれば、図１ａで見ることができるように、ロータ２０の永久磁石２２は、ロータの極を形成する。同じ極の永久磁石は、図１ａに示されるように、機械の２つの長手方向端間に角度オフセットαを有する。

【0121】

記載の例では、ロータ質量体は、ソケット３５を備え、ソケットには、例えば接着結合によって永久磁石が固定される。ソケットは、例えば接着結合によって、機械の滑らかであり得るシャフト２１に固定され得る。

【0122】

ソケット３５は、金属シートの積層体によって形成され得る。ソケット３５は、ロータのすべての永久磁石を支持する単一のものとすることができる。一変形形態では、ロータ質量体は、複数のソケットを備えることができる。

【0123】

さらに、ロータの各極は、特定の角度だけ互いに対して角度的にオフセットされた２つの永久磁石２２を備える。永久磁石は、直線状であり、すなわち捩じられていない。

【0124】

同じ極の２つの連続した磁石同士の間の角度オフセットαは、記載の例では、１．２５°である。さらに、同じ極の最初の磁石と最後の磁石との間の角度オフセットは、この例では、１．２５°である。

【0125】

このように、ロータは、永久磁石２２の複数の円周方向列、すなわちこの例では２列を備える。同じ円周方向列のすべての永久磁石２２が、上述した同じソケット３５に固定される。

【0126】

したがって、ロータは、ソケット３５および円周方向列に配置された永久磁石２２からそれぞれ構成される２つの組立体を備える。２つの組立体は、全く同じであり得る。

【0127】

記載の例では、それらはともに、機械の横断面に対して互いに対して対称に配置される。そのような構成は、一方の組立体を他方に対してひっくり返すことによる角度オフセットの生成を可能にする。

【0128】

この目的のため、ソケット３５は、ソケット３５が機械のシャフト２１周りでクランプされ得るようにするため、ロッドのための２つの貫通孔３６を備える。孔３６は、一方のソケット３５が他方のソケット３５に対して対称的に配置されるとき、それらソケットが支持する永久磁石同士の間に角度オフセットが得られるように配置される。

【0129】

孔３６は、磁石の中央の下および中央に位置する。それらは、実質的に１８０°だけ互いに対してオフセットされる。これらの２つの孔３６は、磁石の中心の軸に精確に位置せず、代わりに、角度オフセットの半分に等しい角度、すなわち例えば０．６２５°だけオフセットされる。各ソケットは全く同じであり、軸Ｘ周りに１８０°だけ２つのソケットのうちの１つをひっくり返すことによって、ソケット同士の間に角度オフセットが生じる。

【0130】

一変形形態では、接着結合なしに、ソケットを食い込ませる(fret)こともできる。食い込ませることは、ソケットを膨張させてシャフトに嵌合するために、非常に狭い内径のソケットを加熱することを含む。他の可能性は、シャフトに磁石のハウジングを直接機械加工することである。

【0131】

図４に示される一変形形態では、各極は、機械の軸Ｘに対して角度αだけ傾けられた長手方向軸Ｙに沿って延在する捩じられた永久磁石２２を備えることができる。この例では、各極は、単一の捩じられた磁石を備えるが、一変形形態では、複数を備えることができる。

【0132】

このように、永久磁石２２の２つの長手方向端間のそれぞれに角度オフセットαがある。各永久磁石２２の２つの長手方向端間のそれぞれの角度オフセットαは、例えば２．５°である。

【0133】

検討例では、ロータは、１６の極を備え、ステータは、１８の歯を備える。その数が異なっても本発明の範囲から逸脱しない。

【0134】

本発明は、上述した実施形態に限定されず、ロータは、例えば、異なる数の極を備えることができ、それは、ステータの歯にも適用される。

【0135】

さらに、記載の例ではロータは内側であるが、ロータが外側にある場合、または、機械が、径方向においてステータの一方側と他方側とにそれぞれ配置されかつ回転という観点から結合された内側ロータと外側ロータとの両方を備える場合も、本発明の範囲内に留まる。

【0136】

機械は、モータとしてだけでなく、例えばエネルギー回収を行うために発電機として使用されてもよい。

【0137】

本発明による機械は、ロボットの電動化以外の用途を有することもできる。

【符号の説明】

【0138】

１ 回転電気機械
１０ 外側ステータ
１１ 歯
１２ コイル
１３ 極片
２０ 内側ロータ
２１ シャフト
２２ 永久磁石
２３ 面、凹面
２４ 凹部
２５ ロータ質量体
２６ 側方部、平坦部
２７ 空間
２８ 固定面
２９ ハウジング
３０ 空隙
３５ ソケット
３６ 貫通孔
Ｄｓ ステータの口径
Ｄ_Ｒ ロータの口径
ｄ 空隙の最小幅
ｄ_０ 空隙の幅
ｅ 側方部の幅
ｈ 磁石の厚さ、永久磁石の厚さ
Ｌ 磁石の幅、永久磁石の幅
Ｌｓ ステータの歯の幅
ｌ 凹部の幅
Ｎ ステータの歯の数
ｏ 開口
Ｐ 交差する面
ｐ 凹部のくぼみの最大深さ、凹部のくぼみの最大幅
Ｒ 半径
Ｓ 歯の数
Ｘ 軸、回転軸
Ｙ 長手方向軸
α 角度オフセット、角度

【図1】

【図1a】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【外国語明細書】