特表 2022-546462 電気機械用のロータ、および電気機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-11-04

(54)【発明の名称】電気機械用のロータ、および電気機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20221027BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022513411

(86)(22)【出願日】2020-08-24

(85)【翻訳文提出日】2022-04-21

(86)【国際出願番号】 EP2020073653

(87)【国際公開番号】W WO2021037809

(87)【国際公開日】2021-03-04

(31)【優先権主張番号】102019123031.4

(32)【優先日】2019-08-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521219051

【氏名又は名称】ヴァレオ、シーメンス、イーオートモーティブ、ジャーマニー、ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ＶＡＬＥＯ ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＡＵＴＯＭＯＴＩＶＥ ＧＥＲＭＡＮＹ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100091487

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 行孝

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100127465

【弁理士】

【氏名又は名称】堀田 幸裕

(74)【代理人】

【識別番号】100196047

【弁理士】

【氏名又は名称】柳本 陽征

(72)【発明者】

【氏名】ボリス、ドッツ

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA02

5H622CA02

5H622CA07

5H622CA10

5H622PP10

(57)【要約】

少なくとも２つの極と、Ｎ≧６の偶数個の積層されたロータモジュール（２ａ～２ｆ）とを有する電気機械（１６）用のロータ（１）であって、各極のロータモジュール（２ａ～２ｆ）が磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）を有し、同じ極を具現化する磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）が対応する磁石構成要素配置（４ａ、４ｂ、４ｆ）を形成し、第１から第Ｎのロータモジュール（２ａ～２ｆ）が、軸方向に指定の昇順で配置されており、第１から第Ｎのロータモジュール（２ａ～２ｆ）の、磁石構成要素配置のうちの１つ（４ａ）に属する各磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）が、それぞれ、周方向に食い違い角α_１…α_Ｎで配置されており、１≦ｉ≦Ｎ／２における食い違い角α_ｉが、値α_ｉ＝α_０＋ｋ・βを有し、式中、０≦ｋ≦［（Ｎ／２）－１］であり、α_０が、周方向の固定角度位置であり、βが、固定オフセット角であり、すべての食い違い角α_ｉが、互いに異なり、［（Ｎ／２）＋１］≦ｍ≦Ｎにおける食い違い角α_ｍが、値α_ｍ＝α_{Ｎ－ｍ＋１}を有する、ロータ（１）において、磁石構成要素配置（４ａ）に属する磁石構成要素（３ｂ）のうちの少なくとも２つの食い違い角α_ｉがα_０＋（ｉ－１）・βと等しくないことを特徴とする、ロータ（１）。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも２つの極と、Ｎ≧６の偶数個の積層されたロータモジュール（２ａ～２ｆ）とを有する電気機械（１６）用のロータ（１）であって、各極の前記ロータモジュール（２ａ～２ｆ）が磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）を有し、同じ極を具現化する磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）が対応する磁石構成要素配置（４ａ、４ｂ、４ｆ）を形成し、
前記第１から第Ｎのロータモジュール（２ａ～２ｆ）が、軸方向に指定の昇順で配置されており、
前記第１から第Ｎのロータモジュール（２ａ～２ｆ）の、前記磁石構成要素配置のうちの１つ（４ａ）に属する各磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）が、それぞれ、周方向に食い違い角α_１…α_Ｎで配置されており、
１≦ｉ≦Ｎ／２における前記食い違い角α_ｉが、値α_ｉ＝α_０＋ｋ・βを有し、式中、０≦ｋ≦［（Ｎ／２）－１］であり、α_０が、前記周方向の固定角度位置であり、βが、固定オフセット角であり、すべての前記食い違い角α_ｉが、互いに異なり、
［（Ｎ／２）＋１］≦ｍ≦Ｎにおける前記食い違い角α_ｍが、値α_ｍ＝α_{Ｎ－ｍ＋１}を有する、ロータ（１）において、
前記磁石構成要素配置（４ａ）に属する前記磁石構成要素（３ｂ）のうちの少なくとも３つの前記食い違い角α_ｉがα_０＋（ｉ－１）・βと等しくないことを特徴とする、ロータ（１）。

【請求項2】

前記オフセット角βが、前記ロータ（１）の出力側（７）から見て時計回りに正または負である、請求項１に記載のロータ。

【請求項3】

α_１＝α_０である、請求項１または２に記載のロータ。

【請求項4】

Ｎ＝６である、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項5】

α_２＝α_０＋２・β且つα_３＝α_０＋βである、請求項３および４に記載のロータ。

【請求項6】

Ｎ≧８である、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項7】

Ｎ＝８である、請求項６に記載のロータ。

【請求項8】

α_２＝α_０＋β且つα_３＝α_０＋３・β且つα_４＝α_０＋２・βである、請求項３および７に記載のロータ。

【請求項9】

α_２＝α_０＋３・β且つα_３＝α_０＋２・β且つα_４＝α_０＋βである、請求項３および７に記載のロータ。

【請求項10】

α_２＝α_０＋３・β且つα_３＝α_０＋β且つα_４＝α_０＋２・βである、請求項３および７に記載のロータ。

【請求項11】

前記第１から第（Ｎ／２）のロータモジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）の［（Ｎ／２）－１］個の連続するロータモジュール（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）の配置ごとに、前記磁石構成要素配置（４ａ）の最大で［（Ｎ／２）－３］対の直接隣接する磁石構成要素（３ａ～３ｆ；３ａ～３ｈ）が前記単一のオフセット角βだけ互いにオフセットされている、請求項６から１０のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項12】

各ロータモジュール（２ａ～２ｆ）の軸方向幅が、少なくとも５ｍｍ、好ましくは少なくとも１０ｍｍ、特に好ましくは少なくとも１５ｍｍおよび／または最大で４５ｍｍ、好ましくは最大で３５ｍｍ、特に好ましくは最大で３０ｍｍである、請求項１から１１のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項13】

ステータ（１７）と、前記ステータ（１７）の内側にある、請求項１から１２のいずれか一項に記載のロータ（１）とを備える、電気機械（１６）。

【請求項14】

前記ステータ（１７）が、歯の角度だけ互いからそれぞれ離間された複数のステータ歯（１８）を有し、前記オフセット角βが、前記歯の角度の正の整数倍である、請求項１３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、少なくとも２つの極と、Ｎ≧６の偶数個の積層されたロータモジュールとを有する電気機械用のロータであって、各極のロータモジュールが磁石構成要素を有し、同じ極を具現化する磁石構成要素が対応する磁石構成要素配置を形成し、第１から第Ｎのロータモジュールが、軸方向にそれらの指定の昇順で配置されており、第１から第Ｎのロータモジュールの、磁石構成要素配置のうちの１つに属する各磁石構成要素が、それぞれ、周方向に食い違い角α_１…α_Ｎで配置されており、１≦ｉ≦Ｎ／２における食い違い角α_ｉは、値α_ｉ＝α_０＋ｋ・βを有し、式中、０≦ｋ≦［（Ｎ／２）－１］であり、α_０は、周方向の固定角度位置であり、βは、固定オフセット角であり、すべての食い違い角α_ｉは、互いに異なり、［（Ｎ／２）＋１］≦ｍ≦Ｎにおける食い違い角α_ｍは、値α_ｍ＝α_{Ｎ－ｍ＋１}を有する、電気機械用のロータに関する。

【0002】

加えて、本発明は、電気機械に関する。

【背景技術】

【0003】

電気機械の動作中のコギングトルクおよびトルクリップルを低減するために、極が軸方向に直線状に連続的に延在しない積層ロータが使用される。

【0004】

独国特許出願公開明細書第１０２０１２２０５１９１号は、例えば、回転方向に対して垂直に延びる層方向に配置された６つの極構成要素の配置を有するロータを開示している。第１の極構成要素と第２の極構成要素との間、および第３の極構成要素と第２の極構成要素との間にもオフセットが存在する。第４の極構成要素は、第３の極構成要素に対してオフセットを有さない。第５の極構成要素および第６の極構成要素は各々、それらの反対方向の前の極構成要素に対してオフセットを有する。

【0005】

そのような対称的なＶ字形配置は、ロータの回転動作中に生じる第１のロータモジュールから第３のロータモジュールにかかる軸力を、最初に言及した軸力と実質的に同じ値を有するが反対に向けられた第４のロータモジュールから第６のロータモジュールにかかる軸力によって相殺することを可能にする。しかしながら、これはロータの測定可能な軸方向変形をもたらし、震えや揺れを引き起こす可能性がある。好ましくないシナリオでは、軸力がステータに伝達される可能性があり、その結果、ステータの固有振動数が励起され、これは特にＮＶＨの観点から望ましくない（騒音、振動、ハーシュネス）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】独国特許出願公開明細書第１０２０１２２０５１９１号

【発明の概要】

【0007】

ゆえに、本発明の目的は、ＮＶＨの観点から考慮されたような改善された方法で電気機械を動作させる方法を説明することである。

【0008】

この問題を解決するために、本発明によれば、冒頭で説明した種類のロータにおいて、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素のうちの少なくとも２つの食い違い角α_ｉが、α_０＋（ｉ－１）・βと等しくないものとする。

【0009】

磁石構成要素配置に属する磁石構成要素は各々、円筒座標系における中心角である食い違い角α_１…α_Ｎで配置されている。この座標系は、ここでは他のすべての食い違い角について同一である。各食い違い角は、ここでは、磁石構成要素の規定点に基づくものであり、これはすべての磁石構成要素について同じである。例えば、板状磁石構成要素の場合、これは、食い違い角を垂直に配置することができる構成要素の中心点とすることができる。

【0010】

食い違い角α_ｉは、ここでは、第１から第（Ｎ／２）のロータモジュールの、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素に基づくものである。これらの磁石構成要素は、以下、第１グループとも呼ばれる。食い違い角α_ｉは互いに異なるため、第１グループの各磁石構成要素は異なる食い違い角を有する。言い換えると、どの食い違い角も第１グループにおいて複数回発生しない。

【0011】

食い違い角α_ｍは、第１から第［（Ｎ／２）＋１］からＮのロータモジュールの、磁石構成要素配置に属する、磁石構成要素に基づくものである。これらの磁石構成要素は、以下、第２グループとも呼ばれる。これには、α_ｍ＝α_{Ｎ－ｍ＋１}が当てはまる。これは、第２グループが、座標系の軸に垂直であり、第（Ｎ／２）のロータモジュールと第［（Ｎ／２）＋１］のロータモジュールとの間を通る対称面に関して、第１グループに対して鏡面対称に配置されていることを意味する。

【0012】

本発明によるロータは、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素のうちの少なくとも２つの食い違い角α_ｉが、α_０＋（ｉ－１）・βと等しくないことを特徴とする。これは、第１グループが、また鏡面対称配置に起因して、第２グループも、周方向に少なくとも１つのオフセットを有することを意味する。言い換えると、第１グループの磁石構成要素が、それぞれ、先行する磁石構成要素から固定角度だけオフセットされる（本発明によらない）Ｖ字形配置の食い違い角と比較して、第１グループの少なくとも１対の食い違い角が入れ替えられる。鏡面対称配置により、本発明によるロータでは、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素のＭ字形、Ｗ字形またはジグザグ配置に言及することができる。

【0013】

本発明によるロータでは、回転動作中に第１から第（Ｎ／２）のロータモジュール内で反対向きの軸力が形成されるが、Ｖ字形配置では、第１から第（Ｎ／２）のロータモジュールおよび第［（Ｎ／２）＋１］から第Ｎのロータモジュール内の軸力は均一に向けられる。本発明によるロータでは、よって、軸力の少なくとも部分的な補償が、一方では第１から第（Ｎ／２）のロータモジュール内で、他方では第［（Ｎ／２）＋１］から第Ｎのロータモジュール内ですでに発生しており、これは、有利には、回転動作における騒音および振動の発生に好影響を有する。

【0014】

一般に、Ｎ≦２０、好ましくはＮ≦１２、特に好ましくはＮ≦１０である。本発明によるロータは、好ましくは少なくとも４つ、特に好ましくは少なくとも６つ、非常に特に好ましくは少なくとも８つの極を有する。各ロータモジュールまたは磁石構成要素配置の極または磁石構成要素は、通常、周方向に互いに等距離に配置される。一般に、Ｎ極またはＮ極を径方向外方に具現化する磁石構成要素配置は、Ｓ極またはＳ極を径方向外方に具現化する磁石構成要素の配置と周方向に交互になっている。隣接する磁石構成要素配置は、通常、重なり合わない。第１の磁石構成要素配置において、α_１，ｎ＝α_ｎ、式中１≦ｎ≦Ｎであり、２≦ｐ≦Ｐであるα_２，ｎ…α_Ｐ，ｎが、それぞれ、第ｎのロータモジュールの第ｐの磁石構成要素配置に属する磁石構成要素の食い違い角であり、式中、Ｐが極の数である場合、これはよって、通常、α_ｐ，ｎ＝α_ｎ＋［（ｐ－１）・２π／Ｐ］になる。

【0015】

好ましい実施形態では、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素のうちの少なくとも３つの食い違い角α_ｉはα_０＋（ｉ－１）・βと等しくないものとする。第１から第（Ｎ／２）のロータモジュールの、磁石構成要素配置に属するすべての磁石構成要素食い違い角α_ｉがα_０＋（ｉ－１）・βと等しくないことも考えられる。

【0016】

本発明によるロータでは、ロータの出力側から見たオフセット角は、時計回りに正であるものとすることができる。あるいは、ロータの出力側から見たオフセット角は、時計回りに負である。

【0017】

本発明によるロータの好ましい実施形態では、α_１＝α_０である。言い換えると、第１のロータモジュールの磁石構成要素配置に属する磁石構成要素は、周方向のエッジ位置に配置される。

【0018】

本発明によるロータの特に単純な実施形態が、Ｎ＝６の場合に提供される。しかしながら、この場合には、Ｍ字形またはＷ字形の配置のみを実現することができる。この場合、より具体的には、以下の表の各行で指定された、ロータの以下の実施形態が好ましい。

【0019】

【表1】

【0020】

これらのうち、α_２＝α_０＋２・β、α_３＝α_０＋βであれば特に好ましい。

【0021】

一般に、より複雑なロータの場合、Ｎ≧８とすることができる。Ｎ＝８の場合、ロータの複雑さと軸力の分布を修正する可能性との間の良好な妥協点が提供される。

【0022】

８つのロータモジュールを有するロータでは、以下の各実施形態が可能である。

【0023】

【表2】

【0024】

α_１＝α_０の特に好ましい実施形態として、以下を記す。
α_２＝α_０＋β且つα_３＝α_０＋３・β且つα_４＝α_０＋２・βまたは
α_２＝α_０＋３・β且つα_３＝α_０＋２・β且つα_４＝α_０＋βまたは
α_２＝α_０＋３・β且つα_３＝α_０＋β且つα_４＝α_０＋２・β。

【0025】

第１から第（Ｎ／２）のロータモジュールの［（Ｎ／２）－１］個の連続するロータモジュールの配置ごとに、磁石構成要素配置の最大で［（Ｎ／２）－３］対の直接隣接する磁石構成要素が単一のオフセット角だけ互いにオフセットされる場合、Ｎが８以上での特にバランスのとれた力分布が生じる。

【0026】

本発明によるロータでは、好都合には、各ロータモジュールの軸方向幅は、少なくとも５ｍｍ、好ましくは少なくとも１０ｍｍ、特に好ましくは少なくとも１５ｍｍおよび／または最大で４５ｍｍ、好ましくは最大で３５ｍｍ、特に好ましくは最大で３０ｍｍであるものとする。

【0027】

加えて、本発明によるロータでは、各ロータモジュールは、磁石構成要素が配置された、特に埋め込まれるかまたは表面実装された、部分積層鉄心を有するものとすることができる。部分積層鉄心は、典型的には、凝集ロータ積層鉄心を具現化する。

【0028】

ロータは、シャフトを有することもできる。

【0029】

本発明が基づく目的はさらに、ステータと、ステータの内側に配置された本発明によるロータとを備える電気機械によって達成される。

【0030】

ここでは、ステータが複数のステータ歯を有するものとすることができる。ステータ歯は、好ましくは、歯の角度だけ互いから離間され、オフセット角βは、歯の角度の正の整数倍である。代替的または追加的に、ステータ歯は、軸方向に直線状に延びることもできる。

【0031】

本発明のさらなる利点および詳細は、以下で説明する図面から明らかになる。これらは概略図であり、以下を示す。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】本発明によるロータの第１の例示的な実施形態の側面図である。

【図2】図１に示されるロータの切断詳細図である。

【図3】図１に示されるロータの軸力の指示を伴う食い違いスキーマの図である。

【図4】先行技術によるロータの軸力の指示を伴う食い違いスキーマの図である。

【図5】Ｎ＝６の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図6】Ｎ＝６の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図7】Ｎ＝６の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図8】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の軸力の指示を伴う食い違いスキーマを示す図である。

【図9】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の軸力の指示を伴う食い違いスキーマを示す図である。

【図10】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の軸力の指示を伴う食い違いスキーマを示す図である。

【図11】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図12】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図13】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図14】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図15】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図16】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図17】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図18】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図19】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図20】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図21】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図22】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図23】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図24】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図25】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図26】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図27】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図28】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図29】Ｎ＝８の本発明によるロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示す図である。

【図30】本発明による電気機械の例示的な実施形態を示す基本図である。

【発明を実施するための形態】

【0033】

図１は、ロータ１の第１の例示的な実施形態の側面図である。

【0034】

本実施形態のロータは、例として、Ｐ＝６極、Ｎ＝６個の積層されたロータモジュール２ａ～２ｆを有する。ロータ１の各極について、各ロータモジュール２ａ～２ｆが磁石構成要素を有し、同じ極を具現化するロータモジュール２ａ～２ｆの磁石構成要素は、磁石構成要素配置４ａ、４ｂ、４ｆを形成する。明確にするために、図１では、共に第１の磁石構成要素配置４ａを形成する第１のロータモジュール２ａの１つの磁石構成要素３ａ、第２のロータモジュール２ｂの１つの磁石構成要素３ｂ、第３のロータモジュール２ｃの１つの磁石構成要素３ｃ、第４のロータモジュール２ｄの１つの磁石構成要素３ｄ、第５のロータモジュール２ｅの１つの磁石構成要素３ｅ、および第６のロータモジュール２ｆの１つの磁石構成要素３ｆのみが、参照符号を付されている。第１から第６のロータモジュール２ａ～２ｆが、軸方向にそれらの指定の昇順で配置されていることが分かる。

【0035】

加えて、図１は、第２の磁石構成要素配置４ｂおよび第６の磁石構成要素配置４ｆも示しており、第３、第４および第５の磁石構成要素配置はロータ１の後側に配置されており、図１では隠れている。ここでは、単なる例として、第１の磁石構成要素配置４ａの磁石構成要素３ａ～３ｆ、第３の磁石構成要素配置の磁石構成要素、および第５の磁石構成要素配置の磁石構成要素は各々、径方向外方にＮ極を具現化し、第２の磁石構成要素配置４ｂの磁石構成要素、第４の磁石構成要素配置の磁石構成要素、および第６の磁石構成要素配置４ｆの磁石構成要素は各々、径方向外方にＳ極を具現化する。

【0036】

磁石構成要素３ａ～３ｆおよびその他の磁石構成要素は、ロータ１の積層鉄心５に埋め込まれた板状永久磁石として具現化されており、図１で見えている。ロータ１は、シャフト６も有する。

【0037】

図２は、出力側７（図１参照）から見たロータ１の切断詳細図である。ここで、図２は、磁石構成要素３ａ～３ｆの突出を示す、第１の磁石構成要素配置４ａの領域における扇形状の詳細を示している。

【0038】

第１の磁石構成要素配置４ａに属する磁石構成要素３ａ～３ｆは各々、円周方向に食い違い角α_１…α_Ｎで配置されている。図２は、３つの、円周方向の、基準角度位置１２に対して正の角度８、９、１０も示している。この場合の角度８は、磁石構成要素３ａおよび３ｆが配置された食い違い角α_１、α_６を示しており、角度９は、磁石構成要素３ｃ、３ｄが配置された食い違い角α_３、α_４を示しており、角度１０は、磁石構成要素３ｂ、３ｅが配置された食い違い角α_２、α_５を示している。ここで、食い違い角α_３、α_４は、角度１１で示されるオフセット角βだけ食い違い角α_１、α_６よりも大きく、食い違い角α_２、α_５は、オフセット角βの２倍だけ前述の食い違い角α_１、α_６よりも大きい。式として表すと以下が当てはまる：α_１＝α_０且つα_２＝α_０＋２・β且つα_３＝α_０＋βであり、α_０は、角度値が最も小さい磁石構成要素、ここでは磁石構成要素３ａの周方向のエッジ位置を表す。

【0039】

ゆえに、１≦ｉ≦３における食い違い角α_ｉは、値α_ｉ＝α_０＋ｋ・βを有し、０≦ｋ≦２である。４≦ｍ≦６における食い違い角α_ｍは、値α_ｍ＝α_７－ｍを有し、よって、これらは対称面１３（図１参照）に関して鏡面対称に分布する。この点において、対称面１３の一方の側の最初の３つまたはＮ／２個の磁石構成要素３ａ、３ｂ、３ｃを第１グループと呼ぶこともでき、対称面１３の他方の側の最後の３つまたはＮ／２個の磁石構成要素３ｄ、３ｅ、３ｆを第２グループと呼ぶこともできる。

【0040】

明らかに、第１の磁石構成要素配置４ａに属する磁石構成要素３ａ、３ｂ、３ｃについて、食い違い角は、α_２＝α_０＋２・β≠α_０＋（２－１）・β且つα_３＝α_０＋β≠α_０＋（３－１）であることが当てはまる。よって、オフセットが、磁石構成要素３ａ～３ｃの配置において実現され、鏡面対称配置により、磁石構成要素３ｄ～３ｆの配置においても実現される。

【0041】

一般的に言えば、第１の磁石構成要素配置４ａについて、１≦ｉ≦Ｎ／２の食い違い角α_ｉは、値α_ｉ＝α_０＋ｋ・βを有し、式中、０≦ｋ≦［（Ｎ／２）－１］であり、すべての食い違い角α_ｉは互いに異なり、［（Ｎ／２）＋１］≦ｍ≦Ｎの食い違い角α_ｍは、値α_ｍ＝α_{Ｎ－ｍ＋１}を有し、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素３ｂ、３ｃの少なくとも１つの食い違い角α_ｉはα_０＋（ｉ－１）・βと等しくないことが当てはまる。

【0042】

再び図１を参照すると、オフセットは、磁石構成要素３ａ～３ｆの明瞭に見えるＭ字形配置をもたらす。残りの磁石構成要素配置４ｂ、４ｆについては、対応する磁石構成要素は同様に配置されている。その他の磁石構成要素配置４ｂ、４ｆの磁石構成要素の個々の食い違い角は、ここでは、先行する磁石構成要素配置４ａ、４ｂに対して周方向に６０°または一般的に３６０°／Ｐだけオフセットされている。

【0043】

図３は、ロータ１の回転動作中の軸力の指示を伴うロータ１の食い違いスキーマである。食い違いスキーマは、ここでは、二次元形式でその他の磁石構成要素配置を表す磁石構成要素配置の磁石要素の位置比率を示している。磁石構成要素のオフセット角βおよび軸方向距離は、ここでは純粋に例示的なものである。個々の磁石構成要素のオフセット角βの倍数は、ここでは原則として食い違いスキーマによって定性的に示されている。

【0044】

回転動作中に有効な軸力は、矢印１４ａ、１４ｂ、１５ａ、１５ｂで示されている。この場合、矢印１４ａ、１４ｂは、対称面１３の第１の側にあるロータモジュール２ａ、２ｂ、２ｃ内の軸力に関連し、矢印１５ａ、１５ｂは、対称面１３の他方の側にあるロータモジュール２ｄ、２ｅ、２ｆ内の軸力に関連する。軸力の指示の方向は、ここではロータ１の回転動作における例示的な作用点に基づくものである。各軸力の指示の方向は他の動作点では反転され得るが、互いに対するそれらの配置は維持される。

【0045】

磁石構成要素３ａ～３ｆの鏡面対称配置は、第１に、軸力がロータ１の全長にわたって互いに相殺するという利点を有する。これは、ＮＶＨ要件を考慮すると大きな利点である。しかしながら、一方の矢印１４ａ、１４ｂで表される軸力と他方の矢印１５ａ、１５ｂで表される軸力とが部分的に互いに補償することも分かる。

【0046】

比較として、図４に、磁石構成要素のＶ字形配置を有する先行技術によるロータの食い違いスキーマを示す。ここで見えるのは、特に等しい大きさの、対応する矢印１４’、１５で示された軸力である。しかしながら、対称面１３’の両側のロータモジュール内に補償はない。先行技術によるロータでは、好ましくない振動や騒音を発生させ、ステータに定在波を伝達する可能性のある軸方向変形が、第１の例示的な実施形態によるロータ１よりもはるかに大きい。

【0047】

図４において、二重矢印１６’は、磁石構成要素配置に属する磁石構成要素のうちの少なくとも２つの食い違い角α_ｉがα_０＋（ｉ－１）・βに等しくならない条件を、この実施形態および以下の例示的な実施形態において、２つの磁石構成要素の食い違い角の入れ替えとして解釈することができることをさらに示している。

【0048】

図５～図７は各々、Ｎ＝６のロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示している。

【0049】

食い違い角α_１、α_２、α_３について、以下が各場合に当てはまる。

【0050】

【表3】

【0051】

鏡映対称性のために、さらなる食い違い角α_４、α_５、α_６も、当然ながら、そこから同様に決定することができる。ゆえに、図５および図７による例示的な実施形態を、Ｗ字形配置と解釈することができ、図６による例示的な実施形態を、Ｍ字形配置と解釈することができる。

【0052】

図８～図２９は各々、Ｎ＝８のロータのさらなる例示的な実施形態の食い違いスキーマを示しており、図８～図１０には、図３に対応する軸力がさらに示されている。これらの例示的実施形態では、当然ながら、第７のロータモジュールおよび第８のロータモジュールが設けられている。さらに、第１グループの磁石構成要素３ａ～３ｄは、食い違い角α_１、α_２、α_３、α_４を有し、第２グループの磁石構成要素３ｅ～３ｈは、食い違い角α_５、α_６、α_７、α_８を有する。第１の例示的な実施形態について提供されたその他の記述は、以下で反対のことが記載されない限り、Ｎ＝８の例示的な実施形態にしかるべく適用される。

【0053】

図８による例示的な実施形態では、α_１＝α_０、α_２＝α_０＋β、α_３＝α_０＋３・β、およびα_４＝α_０＋２・βが当てはまる。図から分かるように、一方で矢印１４ａ、１４ｂで表される軸力と矢印１５ａ、１５ｂで表される軸力とは、有利には、対称面１３の両側で互いに打ち消し合う。この場合もはやり、Ｍ字形配置が提供される。

【0054】

図９による例示的な実施形態では、α_１＝α_０、α_２＝α_０＋３・βおよびα_３＝α_０＋２・βおよびα_４＝α_０＋βが当てはまる。図から分かるように、一方で矢印１４ａ、１４ｂで表される軸力と矢印１５ａ、１５ｂで表される軸力とは、有利には、対称面１３の両側で互いに部分的に打ち消し合う。この場合もはやり、Ｍ字形配置が提供される。

【0055】

図１０による例示的な実施形態では、α_１＝α_０、α_２＝α_０＋３・β、α_３＝α_０＋βおよびα_４＝α_０＋２・βが当てはまる。図から分かるように、一方で矢印１４ａ、１４ｂ、１４ｃで表される軸力と矢印１５ａ、１５ｂ、１５ｃで表される軸力とは、有利には、対称面１３の両側で互いに部分的に打ち消し合う。この配置は、ジグザグになっていると解釈することができる。

【0056】

図１１から図２９による例示的な実施形態では、参照符号３ａ～３ｆおよび参照符号１３の指示は、明確にするために省略されている。ここで、より具体的には、食い違い角α_１、α_２、α_３、α_４について、以下が当てはまる。

【0057】

【表4】

【0058】

残りの部分が前述の例示的な実施形態のうちの１つに対応するロータのさらなる例示的な実施形態によれば、磁石構成要素は、表面実装永久磁石として具現化される。

【0059】

図３０は、電気機械１６の例示的な実施形態の基本図である。

【0060】

電気機械１６は、ステータ溝またはステータ歯１８を有するステータ１７を備える。典型的には、ステータ溝またはステータ歯は、軸方向に真っ直ぐである。前述の例示的な実施形態の１つによるロータ１は、ステータ１７の内側に回転可能に配置されている。ステータ歯１８は、好ましくは各々、歯の角度だけ互いから離間されており、オフセット角βは、歯の角度の正の整数倍である。

【0061】

電気機械１６は、車両、例えば電気自動車やハイブリッド車両を駆動するように設計されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【国際調査報告】