特表 2023-509486 電気機械に使用され、１つ以上の溝を有する永久磁石

(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】2023-03-08

(54)【発明の名称】電気機械に使用され、１つ以上の溝を有する永久磁石

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/27 20220101AFI20230301BHJP

【ＦＩ】

H02K1/27

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022541639

(86)(22)【出願日】2020-01-07

(85)【翻訳文提出日】2022-07-05

(86)【国際出願番号】 EP2020050194

(87)【国際公開番号】W WO2021139877

(87)【国際公開日】2021-07-15

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522048834

【氏名又は名称】ボマテック マネジメント アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＢＯＭＡＴＥＣ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＡＧ

【住所又は居所原語表記】Ｈｏｆｓｔｒａｓｓｅ １， ８１８１ Ｈｏｅｒｉ Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】110002664

【氏名又は名称】弁理士法人相原国際知財事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヴェーバー， クルト

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CB04

5H622DD02

(57)【要約】

電気機械に使用される一体型永久磁石は、この永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝（１０）を有する。溝（１０）は、Ｓ字またはＺ字の形状を有するサブセクション（１４）を含む蛇行コースまたは螺旋状コースを有する。
【選択図】図１ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械に使用される一体型永久磁石であって、
前記永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝（１０）を有し、
前記溝（１０）は、Ｓ字またはＺ字の形状を有するサブセクション（１４）を含む蛇行コースを有する、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項2】

請求項１に記載の一体型永久磁石であって、
前記蛇行コースは、規則的な蛇行部（１１～１３）の連続を含み、
前記サブセクション（１４）は、前記連続するうちの１つの蛇行部（１１～１３）の一部、特に、前記連続するうちの前記最初の蛇行部の又は前記最後の蛇行部の一部である、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項3】

請求項１または請求項２に記載の一体型永久磁石であって、
前記サブセクション（１４）の長さは、前記サブセクション（１４）がその一部となっている前記蛇行部（１１～１３）の全長の少なくとも２倍、特に３倍、特に５倍、特に７倍、特に１０倍短い、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項4】

請求項１～請求項３の何れか一項に記載の一体型永久磁石であって、
複数の前記蛇行部（１１～１３）は、同等の長さを有し、および/または、前記サブセクション（１４）は、前記蛇行コースの前記規則性を破る、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項5】

請求項１～請求項４の何れか一項に記載の一体型永久磁石であって、
前記溝（１０）、特に、全ての蛇行部（１１～１３）は、少なくとも３０ｍｍ、特に少なくとも５０ｍｍ、特に少なくとも７０ｍｍ、特に少なくとも１００ｍｍの長さの直線を含む、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項6】

電気機械に使用される一体型永久磁石であって、
前記永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝（２０）を有し、
前記溝（２０）は、Ｓ字またはＺ字の形状を有するサブセクション（２５）を含む螺旋状コースを有する、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項7】

請求項６に記載の一体型永久磁石であって、
前記螺旋状コースは、連続する規則的な螺旋ターン部（２１～２４）を含み、
前記サブセクション（２５）は、前記連続するうちの１つの螺旋ターン部（２１～２４）の一部、特に前記連続するうちの前記最初の螺旋ターン部の又は前記最後の螺旋ターン部の一部である、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項8】

請求項６または請求項７に記載の一体型永久磁石であって、
前記サブセクション（２５）の前記長さは、前記サブセクション（２５）がその一部となっている前記螺旋ターン部（２１～２４）の前記全長の少なくとも２倍、特に３倍、特に５倍、特に７倍、特に１０倍短い、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項9】

請求項６～請求項８の何れか一項に記載の一体型永久磁石であって、
複数の前記螺旋ターン部（２１～２４）は、同等の長さを有し、および／または、前記サブセクション（２５）は、前記螺旋状コースの前記規則性を破る、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項10】

請求項１～請求項９の何れか一項に記載の一体型永久磁石であって、
前記溝（１０、２０）は、複数のサブセクション（１４、２５）を含む、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項11】

請求項１～請求項１０の何れか一項に記載の一体型永久磁石であって、
前記サブセクション（１４、２５）は、円弧部を含み、
前記円弧部は、６ｍｍ未満、特に３ｍｍ未満、特に２ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満、特に０．７５ｍｍ未満の半径を有し、および／または、９０°を超える少なくとも１つ、特に少なくとも２つの弧角を有し、および／または、９０°を超える少なくとも１つ、特に少なくとも２つの方向転換部を有する、
ことを特徴とする一体型永久磁石。

【請求項12】

請求項１～請求項１１の何れか一項に記載の永久磁石であって、
前記溝（１０、２０）は、絶縁材料、特にポリマープラスチック、特にアクリル系プラスチックで充填される、
ことを特徴とする永久磁石。

【請求項13】

請求項１～請求項１２の何れか一項に記載の永久磁石であって、
前記永久磁石は、材料、特に焼結材料から成る又はそれを含み、焼結材料は、ネオジム、鉄およびボロンの合金またはサマリウムおよびコバルトの合金から成る又はそれを含む、
ことを特徴とする永久磁石。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機械に使用される一体型永久磁石であって、この永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝を有する永久磁石に関する。

【背景技術】

【0002】

永久磁石式機械、特に単一歯巻線の永久磁石式機械では、永久磁石内に誘起される渦電流による損失が度々生じる。渦電流は熱の発生を引き起こし、熱的過負荷や電気機械の故障の原因となる。一方、渦電流は、電気機械のエアギャップ内の磁場の変化／脈動によって発生し、エアギャップ領域の脈動は、電気機械の固定子の溝加工および電流供給に依存する。他方、渦電流は、電気機械の単一歯巻線に電流を流すことで生じる磁気の流れの変化によって発生する。

【0003】

渦電流損失を低減するために、一方では、永久磁石を互いに分離した複数の永久磁石セグメントに分割し、その複数の永久磁石セグメントを互いに絶縁して接合することが知られている（例えば特許文献１を参照）。分離した永久磁石のセグメントの数は、電気機械の個々の形状に依存する。
他方、ワイヤ放電加工（wire erosion cutting）によって溝を永久磁石に刻むものがある。溝が永久磁石に形成された後、そこには絶縁材料、例えばポリマープラスチック、特にアクリル系プラスチックを充填することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】欧州特許出願公開第１９７６０９６号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、製造が容易で、渦電流損失特性および機械的安定性に優れた電気機械用の永久磁石を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この目的は、独立請求項によって解決される。それによれば、電気機械に使用される一体型永久磁石は、永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝を有する。溝は、Ｓ字状またはＺ字状の形をしたサブセクションを含む蛇行コース（a meandering course）を有する。
Ｓ字またはＺ字の形状は、溝のコースが、第１の回転方向、すなわち時計回りまたは反時計回りに９０°を超える少なくとも１つの方向転換部を有し、そして、反対の回転方向に任意の角度、特に少なくとも１０°、特に少なくとも２０°、特に少なくとも４５°、特に少なくとも９０°の角度の別の方向転換部を有することを意味する。
溝は、永久磁石の渦電流損失を低減させる。Ｓ字またはＺ字の形状に従った溝のサブセクションは、永久磁石の安定性を向上させる。

【0007】

有利には、蛇行コースは、規則的な曲がりくねり（蛇行部）の連続を含む。サブセクションは、連続するうちの１つの蛇行部の一部、特に連続するうちの最初の蛇行部または最後の蛇行部の一部である。機械的に最もストレスのかかる部分にサブセクションを配置すると、安定性が最も望ましく向上する。
特に、サブセクションの長さは、サブセクションがその一部となっている蛇行部の全長の少なくとも２倍、特に３倍、特に５倍、特に７倍、特に１０倍短いものである。つまり、サブセクションは、全体の一部であり、溝のコース全体に影響を与えるものではない。
有利には、複数の蛇行部は同等の長さを有し、および/または、サブセクションは蛇行コースの規則性を破る。
さらに、溝、特に全ての蛇行部は、少なくとも３０ｍｍ、特に少なくとも５０ｍｍ、特に少なくとも７０ｍｍ、特に少なくとも１００ｍｍの長さの直線を含むことができる。

【0008】

さらに、本発明のこの目的は、電気機械に使用される一体型永久磁石であって、この永久磁石の厚さに等しい深さｄを持つ溝を有する一体型永久磁石によって解決される。溝は、螺旋状コースを有する。溝は、Ｓ字またはＺ字の形状を有するサブセクションを含む。このようなサブセクションを含む螺旋形状は、中空円筒の機械的安定性を向上させる。
中空円筒の永久磁石の場合、厚さは、中空円筒の壁の厚さに相当する。
有利には、螺旋状コースは、連続する規則的な螺旋ターン部（helix turns）を含む。サブセクションは、連続するうちの１つの螺旋ターン部の一部、特に連続するうちの最初の螺旋ターン部の一部または最後の螺旋ターン部の一部である。
さらに、サブセクションの長さは、サブセクションがその一部となっている螺旋ターン部の全長の少なくとも２倍、特に３倍、特に５倍、特に７倍、特に１０倍短いものとすることができる。
有利には、複数の螺旋ターン部は同等の長さを有し、および／または、サブセクションは螺旋状コースの規則性を破る。

【0009】

好ましい実施形態では、一体型永久磁石は、複数のサブセクションを含む。これらのサブセクションは、異なる蛇行部の一部、または、異なる螺旋ターン部の一部であり得る。
有利には、サブセクションは、６ｍｍ未満、特に３ｍｍ未満、特に２ｍｍ未満、特に１ｍｍ未満、特に０．７５ｍｍ未満の半径を有する円弧部を含む。さらに、サブセクションは、９０°を超える少なくとも１つ、特に少なくとも２つの弧角を有することができ、および／または、９０°を超える少なくとも１つ、特に少なくとも２つの方向転換部を有することができる。

【0010】

好ましい実施形態では、溝は、絶縁材料、特にポリマープラスチック、特にアクリル系プラスチックで充填され、永久磁石は、材料、特に焼結材料から成る又はそれを含み、焼結材料は、ネオジム、鉄およびボロンの合金またはサマリウムおよびコバルトの合金から成る又はそれを含む。

【0011】

本発明は、以下の詳細な説明を考慮すれば、より良く理解され、そして上記以外の目的も明らかとなるであろう。そのような説明では、添付の図面を参照する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1a】蛇行溝を有する一体型永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す図。

【図1b】蛇行溝を有する一体型永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す図。

【図1c】蛇行溝を有する一体型永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す図。

【図2a】螺旋状溝を有する一体型永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す図。

【図2b】螺旋状溝を有する一体型永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す図。

【図2c】螺旋状溝を有する一体型永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す図。

【図3】第３の例示的な実施形態を示す図。

【図4】第４の例示的な実施形態を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

図１ａ～１ｃは、立方体形状を有する一体型永久磁石の第１の例示的な実施形態を示す図である。この永久磁石は、座標軸ｘとｙとによって広げられた平面に沿って延び、厚さｄを有する。
永久磁石は、永久磁石の厚さｄに等しい深さを有する溝１０を含む。すなわち溝１０は、永久磁石の厚さを貫通して延在する。溝１０は、連続する３つの規則的な蛇行部１１、１２及び１３を含む蛇行コースを有する。第１の蛇行部１１は第１の端部１０ａから点１０ｂまで、第２の蛇行部１２は点１０ｂから点１０ｃまで、そして、第３の蛇行部は点１０ｃから第２の端部１０ｄまで続く。全ての蛇行部１１、１２、及び１３は、同等の長さと同等の形状とを有し、これが蛇行コースの規則性を与える。溝は、距離Ｌと略同じ長さの４本の直線を有する。

【0014】

第３の蛇行部１３は、Ｓ字の形状を有するサブセクション１４を含む。サブセクション１４は、点１５から点１６までの蛇行コースの規則性を破るものであり、そして、一つの、すなわち第３の、蛇行部の一部に過ぎない。第３の蛇行部は、見方によっては、連続するうちの最初の蛇行部であり、最後の蛇行部でもある。サブセクション１４は、反対方向の２つの方向転換部を含む。溝１を矢印１７で示す方向に辿ると、矢印１８で示す角度αを持つ反時計回りの円弧部と、矢印１９で示す角度βを持つ時計回りの円弧部とで、すなわち反対方向に、向きが変化する。角度αは約１７０°、角度βは約１３０°、つまり１７０°と１３０°とで１回ずつ向きが変わる。これは、９０°を超える少なくとも1回の方向転換があることを意味する。角度αとβとを持つ円弧部は、いずれも約０．５ｍｍの半径を有する。
サブセクション１４の長さは、サブセクション１４がその一部となっている第３の蛇行部１３の全長よりもずっと短い。サブセクション１４は、第３の蛇行部１３全体の約８倍小さいもの（約８分の１）である。

【0015】

説明したサブセクションは、永久磁石の機械的安定性を向上させる。電気機械に永久磁石を使用する際、または製造工程で磁化する際には、機械的ストレスが発生する。例えば、図１ｃの破線で囲んだ永久磁石の最前部を、機械的な力で図１ｃの矢印で示す方向に移動させようとする。そうすると、Ｍの位置で極端な機械的ストレスが発生する。しかし、サブセクション１４は、そのコースによって機械的な力を吸収するため、このストレスを低減することができる。

【0016】

図２ａ～２ｃは、中空円筒の形状を有する一体型永久磁石の第２の例示的な実施形態を示す図である。中空円筒は、溝２０の深さに等しい壁厚ｄを有する。すなわち、溝２０は、永久磁石の厚さを貫通して延在する。溝２０は、連続する４つの螺旋ターン部２１、２２、２３、及び２４を含む螺旋状コースを有する。第１の螺旋ターン部２１は点２０ａから点２０ｂまで、第２の螺旋ターン部２２は点２０ｂから点２０ｃまで、第３の螺旋ターン部２３は点２０ｃから点２０ｄまで、そして、第４の螺旋ターン部２４は点２０ｄから点２０ｅまで続く。全ての螺旋ターン部２１、２２、２３、及び２４は、同等の長さと同等の形状とを有し、これが螺旋状コースの規則性を与える。

【0017】

第４の螺旋ターン部２４は、Ｚ字の形状を有するサブセクション２５を含む。サブセクション２５は、点２６から点２７までの螺旋状コースの規則性を破るものであり、そして、一つの、すなわち第４の、螺旋ターン部の一部に過ぎない。第４の螺旋ターン部は、見方によっては、連続するうちの最初の螺旋ターン部であり、最後の螺旋ターン部でもある。溝２０を矢印２８で示す方向に辿ると、矢印２９で示す角度αを持つ時計回りの円弧部と、矢印３０で示す角度βを持つ反時計回りの円弧部とで、すなわち反対方向に、向きが変化する。角度αは約６０°、角度βは約１６０°、つまり６０°と１６０°とで１回ずつ向きが変わる。これは、９０°を超える少なくとも１回の方向転換があることを意味する。
サブセクション２５の長さは、第４の螺旋ターン部２４の全長よりもずっと短い。

【0018】

図３および図４は、代替の実施形態を示す。図３は、２つのサブセクションを含む実施形態を示し、図４は、１つのサブセクションが、互いに直接続くＳ字とＺ字との両方を含む実施形態を示す。

【0019】

本発明の現在の好ましい実施形態が示され、説明されているが、本発明はこれらに限定されるものではなく、以下の請求項の範囲内で、その他にも様々に具体化することができ、そして実施することができることを明確に理解されたい。

【図1a】

【図1b】

【図1c】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図3-4】

【国際調査報告】