特表 2024-510584 電気機械のロータ

(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】2024-03-08

(54)【発明の名称】電気機械のロータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/276 20220101AFI20240301BHJP

【ＦＩ】

H02K1/276

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023555189

(86)(22)【出願日】2022-02-25

(85)【翻訳文提出日】2023-09-22

(86)【国際出願番号】 EP2022054816

(87)【国際公開番号】W WO2022189170

(87)【国際公開日】2022-09-15

(31)【優先権主張番号】102021202360.6

(32)【優先日】2021-03-11

(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】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100118902

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 修

(74)【代理人】

【識別番号】100196508

【弁理士】

【氏名又は名称】松尾 淳一

(72)【発明者】

【氏名】タイジンガー，ペーター

(72)【発明者】

【氏名】ジハウ，アドリアン・ハインリヒ

(72)【発明者】

【氏名】クリス，ダニエル

(72)【発明者】

【氏名】フリードリヒ，ユルゲン

(72)【発明者】

【氏名】ロイトリンガー，クルト

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー，マルクス

(72)【発明者】

【氏名】アルブニ，ムハンマド・ナッサー

【テーマコード（参考）】

5H622

【Ｆターム（参考）】

5H622AA03

5H622CA02

5H622CA05

5H622CA10

5H622CB02

5H622CB03

5H622CB05

5H622DD02

(57)【要約】

電気機械（２）のロータ（１）であって、横断面について、それぞれ磁極中心軸（６）を有する複数のロータ磁極（５）を備えた、回転軸（３）を中心に回転可能なロータ本体（４）を含み、前記ロータ磁極（５）のうちの複数、特に全てが、複数の磁石（８）、特に永久磁石を含む２層の磁石アセンブリ（７）を有し、前記磁石アセンブリ（７）は、前記回転軸（３）について半径方向に見て、少なくとも３つの磁石（８）からなる内層（１０）と、２つの磁石（８）からなる外層（１１）と、をそれぞれ含み、前記内層（１０）は、半径方向外側に開いた円弧を形成し、前記外層（１１）は、前記外層（１１）の前記磁石（８）の間の距離が半径方向外側に向かって増加するように構成され、前記内層（１０）の前記磁極中心軸（６）について外側の磁石（８．２）と、前記外層（１１）の前記磁石（８）とは、前記磁極中心軸（６）と前記それぞれの磁石（８）の傾斜軸（１２）との間に囲まれた前記磁極中心軸（６）に対する傾斜角度（２，１）を有するものにおいて、
－ 前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）は、前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）の前記傾斜軸（１２）と、前記磁極中心軸（６）との交点（Ｓ１）が、前記半径方向内側の層（１０）の半径方向内側に位置するように配置され、かつ、
－ 前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）の前記傾斜角度（１）は、前記半径方向内側の層（１０）の前記外側磁石（８．１）の前記傾斜角度（２）よりも小さい、
ことを特徴とする、電気機械（２）のロータ（１）。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機械（２）のロータ（１）であって、横断面について、それぞれ磁極中心軸（６）を有する複数のロータ磁極（５）を備えた、回転軸（３）を中心に回転可能なロータ本体（４）を含み、前記ロータ磁極（５）のうちの複数、特に全てが、複数の磁石（８）、特に永久磁石を含む２層の磁石アセンブリ（７）を有し、前記磁石アセンブリ（７）は、前記回転軸（３）について半径方向に見て、少なくとも３つの磁石（８）からなる内層（１０）と、２つの磁石（８）からなる外層（１１）と、をそれぞれ含み、前記内層（１０）は、半径方向外側に開いた円弧を形成し、前記外層（１１）は、前記外層（１１）の前記磁石（８）の間の距離が半径方向外側に向かって増加するように構成され、前記内層（１０）の前記磁極中心軸（６）について外側の磁石（８．２）と、前記外層（１１）の前記磁石（８）とは、前記磁極中心軸（６）と前記それぞれの磁石（８）の傾斜軸（１２）との間に囲まれた前記磁極中心軸（６）に対する傾斜角度（２，１）を有するものにおいて、
－ 前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）は、前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）の前記傾斜軸（１２）と、前記磁極中心軸（６）との交点（Ｓ１）が、前記半径方向内側の層（１０）の半径方向内側に位置するように配置され、かつ、
－ 前記半径方向外側の層（１１）の前記磁石（８）の前記傾斜角度（１）は、前記半径方向内側の層（１０）の前記外側磁石（８．１）の前記傾斜角度（２）よりも小さい、
ことを特徴とする、電気機械（２）のロータ（１）。

【請求項2】

前記内層（１０）の前記外側磁石（８．１）の間に１つの内側磁石（８．２）が設けられ、前記１つの内側磁石（８．２）は、特に前記磁極中心線（６）に対して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。

【請求項3】

前記内層（１０）の前記外側磁石（８．１）の間に２つの内側磁石（８．２）が設けられ、前記２つの内側磁石（８．２）は、特に前記磁極中心軸線（６）に対して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。

【請求項4】

前記内層（１０）の前記複数の内側磁石（８．２）は、前記磁極中心線に対する傾斜角度（３）が９０度よりも小さいことを特徴とする、請求項３に記載のロータ。

【請求項5】

前記１つの内側磁石（８．２）または前記複数の内側磁石（８．２）の高さ（Ｈ）が、前記それぞれの磁石アセンブリ（７）の他の磁石（８，８．１）の高さ（Ｈ）よりも大きいことを特徴とする、請求項２～４のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項6】

前記１つの内側磁石（８．２）または前記複数の内側磁石（８．２）が、前記それぞれの磁石アセンブリ（７）の他の磁石（８，８．１）に比べて低い保磁力および／または高い残留磁束を有する材料から製造されていることを特徴とする、請求項２～５のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項7】

前記磁極中心軸（６）についての前記内層（１０）の前記外側磁石（８．１）と、前記外層（１１）の前記磁石（８）とが、寸法および／または材料に関して同一に構成されていることを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項8】

前記磁極中心軸（６）についての前記内層（１０）の前記外側磁石（８．１）と、前記外層（１１）の前記磁石（８）とが、前記磁極中心軸（６）に対して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項9】

前記内層（１０）の前記磁石（８．１，８．２）が前記ロータ本体（４）の別個のポケット（１５）に設けられ、および／または前記外層（１１）の前記磁石（８）が前記ロータ本体（４）の別個のポケット（１５）に設けられていることを特徴とする、請求項１～８のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項10】

２つのスリット状の切欠き部（１６）が、磁束バリアとして前記外層（１１）の半径方向外側に配置され、前記切欠き部（１６）は、前記切欠き部（１６）の間の距離が半径方向内側に向かって増加するような前記磁極中心軸（６）に対する傾斜角度を有し、特に前記磁極中心軸（６）に対して対称的に配置されていることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載のロータ。

【請求項11】

ステータ巻線（２１）を含むステータ（２０）を備え、請求項１～１０のいずれか一項に記載のロータ（１）を備えた、電気機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、独立形式請求項の上位概念に記載した電気機械のロータに基づく。

【背景技術】

【0002】

電気機械のロータは、独国特許出願公開第１０２０１０００２７８６号明細書から既に公知であり、電気機械のロータは、回転軸を中心に回転可能であり、横断面について、それぞれ１つの磁極中心軸を有する複数のロータ磁極を有するロータ本体を備え、ロータ磁極のうち１つは、複数の磁石、特に永久磁石を含む２層の磁石アセンブリを有し、磁石アセンブリは、回転軸について半径方向に見て、４つの磁石からなる内層と、２つの磁石からなる外層と、をそれぞれ含み、内層は半径方向外側に開いた円弧を形成し、外層は、外層の磁石間の距離が半径方向外側に向かって増加するようにＶ字状に構成されており、磁極中心軸について外側である内層の磁石と、外層の磁石とは、磁極中心軸とそれぞれの磁石の傾斜軸との間に囲まれた、磁極中心軸に対する傾斜角度をそれぞれ有する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】独国特許出願公開第１０２０１０００２７８６号明細書

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

一方で、独立形式請求項の固有の特徴を有する本発明に係るロータは、本発明に係るロータを備える電気機械が、より高い最大トルクを生成することができ、トルクリップルが減少し、良好な界磁弱め性能を有するという利点を有する。これは、本発明によれば、半径方向外側の層の磁石の傾斜軸と、磁極中心軸との交点が、半径方向内側の層の半径方向内側に位置するように半径方向外側の層の磁石を配置し、半径方向外側の層の磁石の傾斜角度を、半径方向内側の層の外側磁石の傾斜角度よりも小さくすることによって達成される。

【0005】

独立形式請求項に記載されたロータの有利な改善形態および改良形態は、引用形式請求項に挙げられた手段によって可能である。
有利な第１の実施例によれば、薄板片のうち一つの平面におけるロータの横断面について、内層の外側磁石の間に単一の内側磁石を設けてもよく、この内側磁石は、特に磁極中心軸に対して対称的に配置されている。このようにして、製造コストの低いロータが達成される。従って、第２の実施例と比べて、必要な磁石の数が少なくなる。さらに、単一の内側磁石は、第２の実施例による２つの内側磁石よりも安価である。

【0006】

有利な第２の実施例によれば、薄板片のうち一つの平面におけるロータの横断面について、内層の外側磁石の間に２つの内側磁石を設けてもよく、これらの内側磁石は、特に磁極中心軸に対して対称的に配置されている。この構成により、２つの内側磁石の間に中央ウェブを構成することができ、この中央ウェブは、回転軸に対して半径方向内側の磁極セグメントを、ロータ磁極の半径方向外側の磁極セグメントに接続し、磁石アセンブリは、外側の磁極セグメントと内側の磁極セグメントとの間に配置されている。このようにして、ロータの特に高い機械的強度が達成される。

【0007】

第２の実施例によれば、内層の内側磁石が、磁極中心軸に対する傾斜角度が９０度より小さいと特に有利である。このようにして、内側磁石は磁石アセンブリの内層の円弧形状に合わせて撓む。さらに、内側磁石の位置は磁力線の曲線により良好に適合する。

【0008】

さらに、第１の実施例による１つまたは複数の内側磁石の高さが、それぞれの磁石アセンブリの他の磁石の高さよりも大きいと有利である。このようにして、内側磁石の良好な減磁強度が達成されるとともに、内側磁石を通るより高い流量とより高い磁束が得られる。

【0009】

さらに、１つまたは複数の内側磁石が、それぞれの磁石アセンブリの他の磁石よりも低い保磁力および／または高い残留磁束を有する材料から製造されていると有利である。１つまたは複数の内側磁石の残留磁束を増加させることにより、磁束をさらに増加させることができ、これにより、電気機械のトルクを増加させることができる。希土類磁石の場合、高価な添加物（例えばジスプロシウム）によって、残留磁束を犠牲にして保磁力を高めることができる。しかし、内側磁石は対向磁界によって減磁される危険性が低くなる。従って、ジスプロシウム含有量の少ない磁性材料を内側磁石に使用してもよい。

【0010】

磁極中心軸についての内層の外側磁石と外層の磁石が、寸法および／または材質に関して同一に構成されていると非常に有利である。このようにして、ロータには２つの異なる種類の磁石が存在し、これらは寸法が異なるため、組立時に容易に見分けることができる。

【0011】

また、内層の磁極中心軸についての外側磁石と、外層の磁石とが、磁極中心軸に対して対称的に配置されていると有利である。このようにして、ロータ磁極が対称的になり、電気機械の動作挙動が回転方向とトルク方向の両方で同一になることが達成される。

【0012】

さらに、内層の磁石がロータ本体の別個のポケットに設けられ、および／または外層の磁石がロータ本体の別個のポケットに設けられていると有利である。このようにして、ロータ本体の機械的強度の増加が達成される。

【0013】

さらに、磁束バリアとして、外層の半径方向外側に２つのスリット状切欠き部が配置されており、これらの切欠き部が、切欠き部間の距離が半径方向内側に向かって増加するような磁極中心線に対する傾斜角度を有し、特に磁極中心線に対して対称的に配置されていると有利である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

本発明の２つの実施例を図面に簡略化して示し、以下に詳述する。

【図1】第１の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極の図である。

【図2】第２の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極の図である。図２は、第２の実施形態による本発明に係るロータのロータ磁極を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

図１は、第１の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極を示す図である。
電気機械２のロータ１は、回転軸３を中心に回転可能なロータ本体４を含み、ロータ本体４は、ロータ１の横断面について、それぞれ磁極中心軸６を有する複数のロータ磁極５を有する。ロータ１の複数のロータ磁極５のうち、図１には単一のロータ磁極５のみが示されている。ロータ本体４は、例えば、薄板片の積層から形成されるいわゆる積層鉄心として構成されている。複数のロータ磁極５、例えばロータ１の全てのロータ磁極５は、それぞれ複数の磁石８を含む２層の磁石アセンブリ７を有する。磁石８は永久磁石として構成されている。回転軸３について半径方向に見て、磁石アセンブリ７は少なくとも３つの磁石８からなる内層１０と、２つの磁石８からなる外層１１と、をそれぞれ有する。

【0016】

内層１０は、ロータ１の外周１．１に向かって半径方向外側に開く円弧を形成する。外層１１は、外層１１の磁石８間の距離が半径方向外側に向かって増加するように構成されている。これにより、外層１１の磁石８はＶ字状に配置されている。内層１０の外側磁石８．１と外層１１の磁石８は、磁極中心軸６とそれぞれの磁石８の傾斜軸１２との間に囲まれた、磁極中心軸６に対する傾斜角度をそれぞれ有して配置されている。磁石８は、例えば長方形の横断面を有する直方体形状であり、長方形の横断面は、２つの広い側面と２つの狭い側面とを有する。磁石８は、２つの広い側面の間で測定される高さＨを有する。

【0017】

本発明によれば、半径方向外側の層１１の磁石８は、半径方向外側の層１１の磁石８の傾斜軸１２と、磁極中心軸６との交点Ｓ１が、半径方向内側の層１０の半径方向内側に位置し、半径方向外側の層１１の磁石８の傾斜角度が、半径方向内側の層１０の外側磁石８．１の傾斜角度よりも小さくなるように配置されていることが企図されている。このようにして、外層１１の磁石８は、例えば、それらの狭い側面が内層１０の内側磁石８．２の狭い側面または広い側面の端部領域にそれぞれ面する程度に、磁極中心軸６について外側にずれている。

【0018】

ロータ１の本発明に係る構成により、本発明に係るロータ１を備えた電気機械２は、高いトルクを生成することができる。また、トルクリップルが低減され、良好な界磁弱め性能が達成される。

【0019】

図１に記載の第１の実施例によれば、内層１０の外側磁石８．１の間で、薄板片の１つの面におけるロータ１の横断面について、例えば磁極中心線６に対して対称的に配置された単一の内側磁石８．２が設けられている。内側磁石８．２の高さＨは、例えばそれぞれの磁石アセンブリ７の他の磁石８，８．１の高さＨよりも大きい。内側磁石８．２は、それぞれの磁石アセンブリ７の他の磁石８，８．１と比べて、低い保磁力および／または高い残留磁束を有する材料から製造されている。

【0020】

磁極中心軸６についての内層１０の外側磁石８．１と、外層１１の磁石８とは、例えば寸法が同一であり、磁極中心軸６に対して対称的に配置されている。
内層１０の磁石８．１，８．２は、例えばロータ本体４の別個のポケット１５に配置されている。同様に、外層１１の磁石８は、例えばロータ本体４の別個のポケット１５に設けられている。

【0021】

それぞれのロータ磁極５の外層１１の半径方向外側には、例えば、磁束バリアとして２つのスリット状の切欠き部１６を配置してもよく、これらの切欠き部１６は、磁極中心軸６に対して、切欠き部１６間の距離が半径方向内側に向かって増加するような傾斜角度を有する。このようにして、切欠き部１６は互いにＶ字状に設けられ、Ｖ字状は半径方向内側に向かって開口している。また、切欠き部１６は、例えば磁極中心軸６に対して対称的に配置されている。

【0022】

図２は、第２の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極の図である。図２に記載のロータにおいて、図１に記載のロータと比べて同一または同一の効果を有する部品は、同一の参照符号で識別されている。

【0023】

第２の実施例は、単一の内側磁石８．２の代わりに、２つの内側磁石８．２が内層１０の外側磁石８．１の間に設けられている点のみが第１の実施例と異なる。内側磁石８．２は、例えば磁極中心軸６に対して対称的に配置されている。

【0024】

第２の実施例によれば、内層１０の内側磁石８．２は、磁極中心軸６に対して９０度よりも小さい傾斜角度３を有してもよい。また、内側磁石８．２の高さＨは、例えばそれぞれの磁石アセンブリ７の他の磁石８，８．１の高さＨよりも大きい。

【0025】

本発明に係るロータ１は、電気ステータ巻線２１を有するステータ２０を備えた電気機械２に使用することができる。ここで、ステータ２０は、ロータ１を環状に囲んでいる。ロータ１の外周は、ステータ２０の内周に面している。

【図1】

【図2】

【手続補正書】

【提出日】2023-11-29

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0014】

本発明の２つの実施例を図面に簡略化して示し、以下に詳述する。

【図1】第１の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極の図である。

【図2】第２の実施例に記載のロータの本発明に係るロータ磁極の図である。

【国際調査報告】