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特許7321099刻み目が付けられたロータシャフトを備えている電気機械と、そのような機械の製造方法

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】

(24)【登録日】2023-07-27

(45)【発行日】2023-08-04

(54)【発明の名称】刻み目が付けられたロータシャフトを備えている電気機械と、そのような機械の製造方法

(51)【国際特許分類】

H02K 1/28 20060101AFI20230728BHJP

H02K 15/02 20060101ALI20230728BHJP

【ＦＩ】

H02K1/28 A

H02K15/02 K

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019563543

(86)(22)【出願日】2018-05-02

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-07-09

(86)【国際出願番号】 EP2018061154

(87)【国際公開番号】W WO2018210561

(87)【国際公開日】2018-11-22

【審査請求日】2021-04-30

(31)【優先権主張番号】1754280

(32)【優先日】2017-05-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR

(73)【特許権者】

【識別番号】591007826

【氏名又は名称】イエフペエネルジヌヴェル

【氏名又は名称原語表記】ＩＦＰＥＮＥＲＧＩＥＳＮＯＵＶＥＬＬＥＳ

(73)【特許権者】

【識別番号】517357424

【氏名又は名称】マヴェルソシエタアレスポンサビリタリミタータ

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＶＥＬＳ．Ｒ．Ｌ．

(74)【代理人】

【識別番号】100123788

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎昭夫

(74)【代理人】

【識別番号】100127454

【弁理士】

【氏名又は名称】緒方雅昭

(72)【発明者】

【氏名】ファブレ、ルカ

(72)【発明者】

【氏名】ベットーニ、ダヴィデ

(72)【発明者】

【氏名】ディブ、ヴィサム

【審査官】中島亮

(56)【参考文献】

【文献】特開平０２－２９４２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－００７８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０６７７７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２３１３１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ１／００－１／１６

Ｈ０２Ｋ１／１８－１／２６

Ｈ０２Ｋ１／２８－１／３４

Ｈ０２Ｋ１５／００－１５／０２

Ｈ０２Ｋ１５／０４－１５／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータとステータとを含む電気機械であって、
前記ロータは、金属板の積層体から形成されたロータ本体を含み、前記ロータ本体は、刻み目が付けられたロータシャフトに固定され、前記ロータシャフトには、少なくとも前記ロータ本体と協働するようになっている部分の長さにわたって刻み目が付けられており、前記ロータシャフトの外径部は前記ロータ本体の穴の内径部と干渉し、
前記ロータ本体は、磁束発生部を収容する一連の軸方向凹部を有し、一連の前記軸方向凹部には、前記ロータシャフトの最も近くに配置された凹部が含まれており、一連の前記軸方向凹部の各々が磁束発生部を収容しており、
前記磁束発生部を収容する、前記ロータシャフトの最も近くに配置された各凹部と、刻み目が付けられた前記ロータシャフトの外面との間を、材料のブリッジが延びており、
刻み目が付けられた前記ロータシャフトの外径は、前記ロータ本体の内径よりも、０．０１５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲内の値だけ大きく、
前記刻み目は、前記ロータシャフトの前記外径部上で一列に並ぶ平坦に研磨された尾根部を有し、
前記ロータ本体の内径部は平滑であり、平坦に研磨された前記尾根部と平行な線を形成するように前記穴の前記内径部を変形させる平坦に研磨された前記尾根部と係合することを特徴とする電気機械。

【請求項2】

前記ロータシャフトには、直線的な刻み目が付けられている、請求項１に記載の機械。

【請求項3】

前記金属板は円形であり、磁石を収容する前記軸方向凹部を有する、請求項１または２に記載の機械。

【請求項4】

前記金属板は、前記ロータ本体を形成するように積層されて一緒に固定されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の機械。

【請求項5】

可変リラクタンス型の同期機械である、請求項１から４のいずれか１項に記載の機械。

【請求項6】

ロータとステータとを含む電気機械の製造方法であって、
ａ）磁束発生部を収容する軸方向凹部を有するロータ本体を形成するように金属板を積層するステップであって、前記ロータの内径部の最も近くに配置された軸方向凹部が、材料のブリッジによって前記ロータ本体の内径部から離れて位置する磁束発生部を収容するようにする、ステップと、
ｂ）ロータシャフトの、少なくとも前記ロータ本体と協働するようになっている部分の長さにわたって刻み目を付けるステップであって、前記ロータシャフトの外径は、前記ロータ本体の平滑な内部よりも、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲内の値だけ大きい、ステップと、
ｃ）前記ロータシャフトを前記平滑な内部に嵌め込むことによって締まり嵌めを形成するステップと、
ｄ）前記ロータシャフトの刻み目が付けられた外表面を研磨して、前記ロータシャフトの外径部である平坦な頂部を形成するステップと、
ｅ）前記平坦な頂部を有する前記ロータシャフトの、研磨された前記外表面を、前記ロータ本体の内径部内に位置させるステップであって、前記ロータシャフトの前記平坦な頂部を、締まり嵌めによって、平滑な表面に係合させ、前記刻み目の平坦な頂部と平行な線を形成するように、前記ロータの穴の内径部を変形させる、ステップと、
ｆ）前記ロータを前記ステータ内に配置するステップと、
を含むことを特徴とする電気機械の製造方法。

【請求項7】

直線的な刻み目を有する外表面を備えた前記ロータシャフトを形成することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項8】

前記ロータシャフトを、前記ロータ本体とともに締まり嵌めを形成するように圧入することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項9】

前記ロータシャフトを、前記ロータ本体とともに締まり嵌めを形成するように圧入することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項10】

少なくとも１つの磁石を少なくとも１つの凹部内に配置することを含む、請求項６に記載の方法。

【請求項11】

少なくとも１つの磁石を少なくとも１つの凹部内に配置することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項12】

少なくとも１つの磁石を少なくとも１つの凹部内に配置することを含む、請求項８に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械およびこの電気機械の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、磁石補助型の同期リラクタンス電気機械に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、電気機械は、互いに同軸に配置された固定部（ステータ）と回転部（ロータ）とを備えている。

【0003】

ロータは、ロータシャフトに配置された金属板の積層体を備えているロータ本体からなる。これらの金属板は、永久磁石のためのハウジングと、磁石の磁束を半径方向にステータの方へ向けることを可能にする磁束障壁（磁束バリア）を形成する孔部（perforations）と、を含む。

【0004】

このロータは、一般に、ロータを回転させることができる磁界を発生可能な電気コイルを支持するステータ内に収容されている。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ロータシャフトと、ロータ本体を構成する金属板の積層体とを固定するために、ロータシャフトは、従来、（例えばプレスを使用して）負荷がかかった状態でロータ本体内に挿入（嵌合）される。従って、ロータシャフトの外径はロータ本体の内径よりも大きい。高いトルク伝達と高い回転速度とを可能にするために、これらの２つの直径の差は大きくなければならない。しかしながら、このように負荷がかかった組立体と、この直径の差とは、ロータ本体を構成する金属板に大きな機械的応力を与え、これは、特に磁気ブリッジにおいて、これらの金属板の著しい変形を生じさせ、電気機械の挙動を変更させることがある。実際に、磁気ブリッジおよび磁束障壁は変形することがある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

これらの課題を解決するために、本発明は、ロータとステータとを含む電気機械であって、ロータはロータ本体とロータシャフトとを組み立てることによって形成されている、電気機械に関する。本発明によると、ロータシャフトには刻み目が付けられ（molete）、ロータシャフトの外径が、ロータ本体の内径よりも、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲内の値だけ大きい。さらに、本発明は、このような電気機械の製造方法に関する。ロータシャフトに刻み目を付けること（moletage）で、ロータシャフトとロータ本体との間の良好な密着性をもたらし、これは、ロータシャフトとロータ本体との直径の差を小さくすることを可能にする。このようにして、ロータ本体を形成する金属板内の応力が小さくなる。

【0007】

一実施形態によれば、ロータシャフトには、直線的な刻み目が付けられている。

【0008】

有利には、ロータシャフトに刻み目を付けることによって形成された尾根部が、研磨されている。

【0009】

一実施形態によれば、金属板は、開口および／または磁石を含む実質的に円形の金属板である。

【0010】

好ましくは、金属板は、ロータ本体を形成するように積層されて一緒に固定されている。

【0011】

１つの特徴によれば、電気機械は可変リラクタンス型の同期機械である。

【0012】

一つの実施オプションによれば、ロータ本体の内径部が平滑である。

【0013】

さらに、本発明は、ロータとステータとを含む電気機械の製造方法に関する。この方法では、以下のステップが実行される。

【0014】

ａ）ロータ本体を形成するように金属板を積層する。

【0015】

ｂ）ロータシャフトの、少なくともロータ本体と協働するようになっている部分の長さにわたって刻み目を付ける。ロータシャフトの外径は、ロータ本体の内径よりも、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲内の値だけ大きい。

【0016】

ｃ）ロータシャフトをロータ本体内に嵌め込むことによってロータを形成する。

【0017】

ｄ）ロータをステータ内に配置する。

【0018】

本発明の一実施形態によれば、ロータシャフトには、直線的な刻み目が付けられる。

【0019】

有利には、ロータシャフトの刻み目が付けられた表面が研磨される。

【0020】

好ましくは、ロータシャフトを、プレスを用いてロータ本体内に嵌め込むことができる。

【0021】

さらに、前記方法は、少なくとも１つの磁石を金属板の少なくとも１つに挿入する準備ステップを含むことができる。

【0022】

本発明の他の特徴および利点は、添付の図面を参照しながら、非限定的な例として提示する以下の説明を読むことによって明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態によるロータシャフトを示す図である。

【図2】本発明の一実施形態による、刻み目が付けられたロータシャフトの一部を示す図である。

【図3】本発明の一実施形態による、刻み目が付けられて研磨されたロータシャフトの一部を示す図である。

【図4】本発明の一実施形態によるロータ本体の一部を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態によるロータシャフトとロータ本体との組立体の一部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

本発明は、ロータとステータとを含む電気機械に関する。ロータは、ロータ本体からなり、ロータ本体自体は、金属板の積層体（金属シートの積み重ね）から構成されている。ロータは、ロータ本体に取り付けられてロータ本体に固定されたロータシャフトも備えており、ロータシャフトは、ロータ本体の中央穴に挿入されている。

【0025】

本発明によると、ロータシャフトは、少なくともロータ本体と協働するようになっている部分の長さにわたって、刻み目が付けられている。刻み目を付けることは、表面上に線を形成する作業である。刻み目をつけることで、部品の密着性を向上させることができる。刻み目をつけることは、ロータシャフトと接触する刻み目付け（ローレット）工具を用いて、あるいは、２つのローラの間または２つのラックの間で拘束された状態で刻み目を付けながら転がすことによって実現できる。さらに、ロータシャフトの外径は、ロータ本体の内径よりも、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲、好ましくは０．１ｍｍから０．１５ｍｍまでの間の範囲の値だけ大きい。このロータの構造により、高速で大きなトルクを伝達するように、ロータシャフトのロータ本体への最適な固定がもたらされる。刻み目をつけることによって得られる密着性の改善と、直径の差を小さくすることとによって、ロータ本体を構成する金属板内の機械的応力が小さくなる。

【0026】

本発明の一実施形態によれば、ロータシャフトに設けられる刻み目は、直線的な刻み目であってよい。直線的な刻み目は、シャフトの軸方向にのみ延びる線を含む刻み目である。したがって、ロータシャフトとロータ本体との間の密着力を最適にし、さらにトルク伝達を最適にすることができる。しかしながら、他の線、例えば傾いた線または交差する線をロータシャフトに形成することもできる。

【0027】

本発明の一実施形態によれば、刻み目付けの深さ、すなわち刻み目の溝部と尾根部との間の高さの差は、０．１ｍｍから０．２ｍｍまでの間の範囲であり、実質的に０．１５ｍｍであってよい。この数値範囲により、ロータ本体を形成する金属板の変形を制限しながら、密着性を最適化することができる。

【0028】

ロータ本体とロータシャフトの圧力の干渉を制御するために、刻み目付けによって形成された尾根部（頂部）を研磨することができる。研磨後に尾根部は平坦な頂部を有する。研磨は、トルクの伝達に適した寸法を提供する非常に厳しい公差を満たすことを可能にする。

【0029】

本発明の一実施例によると、ロータ本体の内径部は、ロータシャフトを挿入する前に平滑であってよく、換言すれば、ロータ本体の内径部には刻み目が付けられていない。実際に、ロータシャフトの刻み目とロータ本体の平滑な穴（l’alesage）とが協働することで、必要なトルクの伝達のために十分な密着性が得られる。しかしながら、いったんロータシャフトがロータ本体内に固定されると、ロータシャフトの刻み目と、直径の差とが、ロータシャフトの刻み目の線に平行な線を形成することによって、ロータ本体の穴の変形を生じさせる。

【0030】

一つの実施オプションとして、ロータ本体を形成する金属板は、開口（orifices）および／または永久磁石を含む実質的に円形の金属板であってよい。したがって、これらの金属板は、永久磁石のためのハウジングと、磁石の磁束を半径方向にステータの方へ向けることを可能にする磁束障壁を形成するための孔部とを備えている。ステータは、従来、磁束を発生させる少なくとも１つのコイルを含む。これらの磁束はロータの回転を発生させる。

【0031】

本発明の一実施例によると、周知のように、ロータ本体を形成する金属板は、接着やプレス等の公知の任意の手段によって穴と凹部とを整合させることで、１つに組み立てることができる。

【0032】

本発明の１つの特徴によると、ロータシャフトは鋼で作ることができる。

【0033】

有利には、電気機械は、可変リラクタンス同期型であってよい。

【0034】

図１は、非限定的な例として、本発明の一実施形態によるロータシャフト１を概略的に示している。ロータシャフト１は、好ましくはシャフトの構成材料の変形によって形成された刻み目２を備えている。図１の例では、刻み目の線がロータシャフトの軸方向に平行である（直線的な刻み目）。従来、ロータシャフトは、その端部３に、トルクの伝達や案内部材の設置等のいくつかの機能を果たす手段を備えている。

【0035】

図２は、非限定的な例として、直線的な刻み目２を含むロータシャフト１の一部を概略的に示している。図２はロータシャフト１の断面図である。

【0036】

図３は、非限定的な例として、研磨された刻み目２’を含むロータシャフト１の一部を概略的に示している。図３はロータシャフト１の断面図である。この図に示されたロータシャフト１は、刻み目の研磨作業の後の、図２のロータシャフト１に対応し、刻み目を付ける際に形成された尾根部は、平坦な頂部を有するように研磨されている。この図は、ロータシャフト１の外径であって刻み目２’の尾根部の直径に対応する直径Ｄ１も示している。

【0037】

図４は、非限定的な例として、図２および図３に示されているロータシャフト１と協働するようになっているロータ本体４の一部を概略的に示している。図４は、ロータ本体の断面図である。この図は、ロータ本体４の内径である直径Ｄ４も示している。ロータ本体の穴は平滑である（すなわち、刻み目が付けられていない）。本発明によれば、密着性およびトルク伝達を実現するために、直径Ｄ１は直径Ｄ４よりも大きい。さらに、直径Ｄ１とＤ４との間の差は、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲である。

【0038】

図５は、非限定的な例として、図３のロータシャフト１と図４のロータ本体４との組立体を概略的に示している。図５は、ロータ本体およびロータシャフトの断面図である。直径Ｄ１は直径Ｄ４よりも大きく、刻み目の存在により、ロータ本体４は内径部に局所的な変形Ｄｅｆが生じている。

【0039】

図６および図７は、非限定的な例として、ステータ（図示せず）とロータ１０とを備えている回転電気機械を概略的に示している。図６は（図７に示す）Ｂ－Ｂ軸に沿う断面図であり、図７は（図６に示す）Ａ－Ａ軸に沿う断面図である。

【0040】

図６に示すように、このロータは、好ましくは磁性を有する、刻み目の付いたシャフト１（刻み目は図示せず）を含み、シャフト１には、複数の磁束発生部１６を支持する、同様な面を有する強磁性金属板１４の積層体が配置されている。

【0041】

図７に関連して、円形の金属板１４には、ロータシャフト１が貫通している中央穴１８と、金属板１４を貫通する複数の軸方向凹部とが設けられている。

【0042】

周知のように、金属板は、接着やプレス等の公知の任意の手段を用いて、穴と凹部とを整合させることによって１つに組み立てられている。

【0043】

このようにして組み立てられた金属板は、中心穴１８を通るシャフト１を支持するロータ１０の本体４を形成する。

【0044】

この構成は、以下により詳細に説明するように、特に可変リラクタンス電気機械に適用される。

【0045】

この構成では、本体は、磁束発生部を収容する第１系列の軸方向凹部と、磁束障壁の形成を可能にする他の系列の軸方向凹部とを備えている。

【0046】

第１系列の凹部２２は、ここでは（非限定的な例として）四角形、この場合は長方形の形状を有する。これらの凹部２２は、磁束発生部、ここでは、同様に長方形であって本体の長さと実質的に等しい長さを有するバーの形態の永久磁石２４を受け入れる。これらの凹部は、以下の説明では「ハウジング」と呼ばれる。

【0047】

これらのハウジング２２は、半径方向に上下に配置され、穴１８の中心Ｏから互いに距離を置いて配置されている。

【0048】

図７にさらに見られるように、これらの長方形のハウジング２２は、中心Ｏを通って実質的に直交するＸ－Ｘ’軸およびＹ－Ｙ’軸に沿って分布される。

【0049】

図７の例では、各半軸（Ｏ－Ｘ、Ｏ－Ｘ’；Ｏ－Ｙ、Ｏ－Ｙ’）は、３つの軸方向ハウジング２２を保持し、ハウジング２２の長さの大きい側は半軸に対して垂直であり、それらの側面の寸法は、中心Ｏから金属板の積層体の外周に向かって小さくなる。同様に、これらのハウジングの高さは、中心Ｏからこの外周に向かって小さくなる。

【0050】

穴１８に最も近いハウジング２２には、この穴を有する材料のブリッジ２６が残っており、材料のブリッジ２８が各ハウジングの間に残っている。

【0051】

穴１８から最も遠いハウジング２２は、本体の周縁部から距離を置いて配置されている。

【0052】

他の系列の凹部は、実質的に一定の高さと傾いた半径方向とを有する孔部３０からなり、孔部は、これらのハウジングから始まり、金属板の縁部の近傍まで延びている。

【0053】

これらの孔部は、ハウジング２２の側縁部３２から始まり、前述した近傍に到達するように、ハウジング２２に平行な線に対して角度をなして上昇している。

【0054】

図６に示すように、傾いた孔部は、ハウジングに対して対称に配置されている。より正確には、一系列の３つの傾いた孔部が半軸の一方の側に設けられ、他の系列の３つの傾いた孔部がこの半軸の他方の側に設けられている。

【0055】

このようにして、ハウジング２２によって形成された平坦な底部と、孔部３０によって形成されたＶ字形の傾いた脚部とを有する、実質的にＶ字形で底部が平坦な幾何形状が、その都度形成されている。このようにして、穴から本体の外周に向かって小さくなる高さおよび幅寸法を有し、互いに距離をおいて重ね合わされたＶ字形状が、各半軸上に設けられている。

【0056】

従って、材料のブリッジ２６，２８の他に、各々がＶ字形である傾いた孔部同士の間に中実部分３４が残っており、一系列の３つのＶ字形の孔部のうち、穴に最も近い孔部と、隣接する系列のＶ字形の孔部のうち、穴に最も近い孔部との間に、中実部分３６が残っている。

【0057】

このようにして、孔部によって形成された磁束障壁４６が生じている。そして、磁石からの磁束は、材料のブリッジおよび中実部分を通過するしかない。

【0058】

さらに、本発明は、電気機械の製造方法に関する。電気機械は、ロータとステータとを備えている。本発明による方法は、以下のステップを含む。

【0059】

ａ）ロータ本体を形成するように金属板を積層し、好ましくは固定する。

【0060】

ｂ）ロータシャフトに、少なくともロータ本体と協働するようになっている部分の長さにわたって刻み目をつける。ロータシャフトの外径は、ロータ本体の内径よりも、０．０５ｍｍから０．３ｍｍまでの間の範囲の値だけ大きい。

【0061】

ｃ）ロータシャフトをロータ本体内に嵌め込むことによって、ロータを形成する。