特表 2024-524310 ロータ、製造方法、同期電気機械、および車両

(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】2024-07-05

(54)【発明の名称】ロータ、製造方法、同期電気機械、および車両

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/22 20060101AFI20240628BHJP

   H02K 19/10 20060101ALI20240628BHJP

【ＦＩ】

H02K1/22 Z

H02K19/10 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】有

(21)【出願番号】P 2023579566

(86)(22)【出願日】2022-06-21

(85)【翻訳文提出日】2024-02-22

(86)【国際出願番号】 IB2022055756

(87)【国際公開番号】W WO2022269490

(87)【国際公開日】2022-12-29

(31)【優先権主張番号】102021000016667

(32)【優先日】2021-06-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】IT

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523483843

【氏名又は名称】スピン アプリカツィオーニ マグネティケ ソチエタ ア レスポンサビリタ リミタータ

(74)【代理人】

【識別番号】110001896

【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】タッシ、アレッサンドロ

【テーマコード（参考）】

5H601

5H619

【Ｆターム（参考）】

5H601AA22

5H601CC01

5H601CC17

5H601DD01

5H601DD09

5H601DD11

5H601GA02

5H601GA26

5H601GA34

5H601HH06

5H619AA01

5H619BB01

5H619BB24

5H619PP04

(57)【要約】

Ｎ個の極を有するロータ（１）であって、Ｎが偶数の整数であり、ロータ（１）が、希土類元素を含む永久磁石を備えておらず、筒状体（２）および充填材（１６）を備える、ロータ（１）が提供される。筒状体（２）は、本体軸（Ｘ）に沿って延在し、本体軸（Ｘ）に垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター（４、６）を区画する。各角度セクター（４、６）は、曲線断面を有する筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を区画し、筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）は、本体軸（Ｘ）とは反対の方向に方向づけられる。充填材（１６）は、少なくとも部分的に筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を充填し、ポリマーマトリックスを含むか、またはポリマーマトリックスからなる。少なくとも１つの第１の角度セクター（６）は、第１の幾何学的形状（タイプＡ）を有する筒状空洞（８’、１２’、１４’）を区画し、少なくとも１つの第２の角度セクター（４）は、第１の幾何学的形状とは異なる第２の幾何学的形状（タイプＢ）を有する筒状空洞（８、１２、１４）を区画する。第１の角度セクター（６）は、第２の角度セクター（４）と角度的に交互に配置されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個の極を有するロータ（１）であって、Ｎが偶数（好ましくは、Ｎ＝４またはＮ＝６）であり、前記ロータ（１）が、希土類元素を含む永久磁石を備えておらず、
本体軸（Ｘ）に沿って延在する、および前記本体軸（Ｘ）に垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター（４、６）を区画する、筒状体（２）であって、各角度セクター（４、６）が、曲線断面を有する筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を区画し、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）が、前記本体軸（Ｘ）とは反対の方向に向けられている、筒状体（２）を備え、
前記Ｎ個の極の各々が、前記筒状体（２）の第１のシリンダベース（６０）から前記第１のシリンダベース（６０）とは反対側の第２のシリンダベース（６２）まで前記本体軸（Ｘ）に沿って軸方向に延在し、前記ロータ（１）がさらに、
少なくとも部分的に前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を充填し、ポリマーマトリックスを含む、または前記ポリマーマトリックスからなる充填材（１６）を備え、
少なくとも１つの第１の角度セクター（６）が、第１の幾何学的形状（タイプＡ）を有する筒状空洞（８’、１２’、１４’）を区画し、少なくとも１つの第２の角度セクター（４）が、前記第１の幾何学的形状とは異なる第２の幾何学的形状（タイプＢ）を有する筒状空洞（８、１２、１４）を区画し、前記第１の角度セクター（６）が前記第２の角度セクター（４）と角度的に交互に配置されている、ロータ（１）。

【請求項2】

前記筒状体（２）が複数のシリンダプレートによって形成され、シリンダプレートのＮ個の極の各々の極性が、隣接するシリンダプレートのＮ個の極の極性に軸方向に対応するように、前記複数のシリンダプレートが軸方向に重ねられて接合されている、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項3】

前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の少なくとも１つが、半径方向の中央面（Ｍ）によって横断され、前記筒状体（２）が外側円筒面（３４）によって囲まれ、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、前記筒状体（２）の周方向での可変厚さおよび最小厚さ点（５８）を有する隔壁（５６）によって前記外側円筒面（３４）から分離されている、請求項１または２に記載のロータ（１）。

【請求項4】

半径方向面（Ｒ）が、前記本体軸（Ｘ）および隔壁（５６）の前記最小厚さ点（５８）を含み、前記半径方向面（Ｒ）が、前記中央面（Ｍ）と所定の角度（α、β）をなし、前記第１の角度セクター（６）によって区画された少なくとも１つの筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、第１の角度（α）によって特徴づけられ、前記第２の角度セクター（４）によって区画された少なくとも１つの対応する筒状空洞（８、１２、１４）が、前記第１の角度（α）とは異なる第２の角度（β）によって特徴づけられ、前記角度（α、β）間の差によって、筒状空洞の前記第１の幾何学的形状（タイプＡ）または前記第２の幾何学的形状（タイプＢ）を決定する、請求項３に記載のロータ（１）。

【請求項5】

各筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、内部容積を囲み、外周によって区画され、角度セクター（４、６）内に特定の角度配置を有し、前記第１の角度セクター（６）によって区画された前記筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、前記第２の角度セクター（４）によって区画された前記筒状空洞（８、１２、１４）のものとは異なる内部容積、外周の形状および／または長さ、および特定の半径方向配置を有する、請求項１～４のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項6】

前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、近位筒状空洞（８、８’）、少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）、および前記本体軸（Ｘ）から半径方向に離間された遠位筒状空洞（１４、１４’）を含み、前記近位筒状空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）が、前記近位軸方向空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）を中心で分割する半径方向ブリッジ（２４、２６）に対する鏡像対称を有し、
前記第１の角度セクター（６）によって区画された前記筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、前記第２の角度セクター（４）で区画された前記筒状空洞（８、１２、１４）と比較して、以下の異なる特性：
（ｉ）前記本体軸（Ｘ）からの前記近位軸方向空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）の半径方向距離（Ｄ１、Ｄ２）；
（ｉｉ）前記ロータ（１）の外側円筒面または円周（３４）に対する前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凸面（２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’）の半径方向距離（Ｄ３、Ｄ４）；
（ｉｉｉ）前記半径方向ブリッジ（２４、２６）の長さ（Ｌ１）および／または幅（Ｌ２）；および
（ｉｖ）１つまたは複数の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）の、または前記凹面の一部の曲率半径（Ｃ１、Ｃ２）；
（ｖ）１つまたは複数の凸面（２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’）の、または前記凸面の一部の曲率半径（Ｃ３、Ｃ４）；
（ｖｉ）任意に、１つまたは複数の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）に沿って位置する任意の直線セクション（Ｔ１、Ｔ２）の長さ、交互配置、および／または範囲、を有する、請求項１～５のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項7】

タイプＡの幾何学的形状が、図３、５、１２、または１５に示される通りであり、タイプＢの幾何学的形状が、図４、６、１３、または１６に示される通りである、請求項１～６のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項8】

前記充填材（１６）が、
１５０ｍＴ～４５０ｍＴ、好ましくは１８０ｍＴ～３８０ｍＴ、より好ましくは２２０ｍＴ～３２０ｍＴ、さらにより好ましくは２５０ｍＴ～３１０ｍＴの間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、残留流密度または残留磁気（Ｂｒ）、
１３０ｋＡ／ｍ～３５０ｋＡ／ｍ、好ましくは１５０ｋＡ／ｍ～３２０ｋＡ／ｍ、より好ましくは１７０ｋＡ／ｍ～２８０ｋＡ／ｍ、さらにより好ましくは１９０ｋＡ／ｍ～２５０ｋＡ／ｍの間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、保磁界強度または保磁力（ｊＨｃ）、および
１０ｋＪ／ｍ³～２０ｋＪ／ｍ³、好ましくは１２ｋＪ／ｍ³～１８．８ｋＪ／ｍ³、より好ましくは１３ｋＪ／ｍ³～１６ｋＪ／ｍ³、さらにより好ましくは１４ｋＪ／ｍ³～１５．８ｋＪ／ｍ³の間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、最大エネルギー積（ＢＨ ｍａｘ）、を有する、請求項１～７のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項9】

前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性マトリックスまたは熱硬化性マトリックスであり、好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６．６（ＰＡ６．６）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびエポキシ樹脂を含む、または代替的にそれらからなる群から選択され、より好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ、ＰＡ６、またはＰＰＳであり、さらにより好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ６またはＰＰＳであり、
前記充填材（１６）が、前記ポリマーマトリックスに埋め込まれた１つまたは複数の磁化可能なまたは磁化された充填材を含み、前記磁化可能な充填材が、マグネタイト、フェライト、およびそれらの混合物から選択され、好ましくは、前記磁化可能な充填材がフェライトであり、より好ましくは、前記フェライトが、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、およびそれらの混合物を含む、または代替的にそれらからなる群から選択される１つまたは複数の金属元素を含み、さらにより好ましくは、前記フェライトが、金属元素としてストロンチウムを含むか、またはストロンチウムのみを含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項10】

前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ６またはＰＰＳであり、前記磁化可能な充填材が、金属元素としてストロンチウムのみを含むフェライトである、請求項１～９のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか１項に記載のロータ（１）または前記ロータ（１）と同じ特徴を有するロータモジュールを製造するための方法であって、前記方法が、
（Ｉ）複数のシリンダプレートを重ねて接合する工程であって、本体軸（Ｘ）に沿って延在する、および前記本体軸（Ｘ）に垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター（４、６）を区画する、モジュール要素（３６）または筒状体（２）を設け、各角度セクター（４、６）が、曲線断面を有する筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を区画し、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）が、前記本体軸（Ｘ）とは反対の方向に向けられる、工程と、
（ＩＩ）任意に、工程（Ｉ）の前記モジュール要素（３６）または筒状体（２）を、５０℃～１２０℃、好ましくは６０℃～１００℃、さらにより好ましくは７０℃～９０℃の間に含まれる温度に予熱する工程と、
（ＩＩＩ）少なくとも部分的に工程（Ｉ）また（ＩＩ）の前記筒状体（２）または前記モジュール要素（３６）の前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）に充填材（１６）の流動前駆体を充填する工程と、
（ＩＶ）前記ロータ（１）またはロータモジュールを設けるように工程（ＩＩＩ）から得られた前記筒状体（２）または前記モジュール要素（３６）の前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）内で前記流動前駆体を固化させる工程と、
（Ｖ）好ましくは、工程（ＩＶ）から得られた前記ロータ（１）またはロータモジュールを磁化させる工程と、を含む方法。

【請求項12】

工程（ＩＶ）に続いて、前記方法が、
前記ロータ（１）に所定の軸方向長さおよび高さを与えるように工程（ＩＶ）または工程（Ｖ）から得られた２つまたはそれ以上のロータモジュールを機械的に接合する工程（ＶＩ）を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

請求項１～１０のいずれか１項に記載のロータ（１）または請求項１１もしくは１２に記載の製造方法で得られたロータ（１）もしくはロータモジュール（３６）を備える同期電気機械（１０）。

【請求項14】

前記同期電気機械（１０）が、同期リラクタンスモータであり、好ましくは、前記同期リラクタンスモータが、ステータコンパートメント（３８）を区画するステータ（４０）を備え、前記ロータ（１）が、回転軸（Ｒ１）を中心に回転可能に収容され、トランスミッションシャフト（４４）に接続される、請求項１３に記載の同期電気機械（１０）。

【請求項15】

請求項１３または１４に記載の同期電気機械（１０）を備える電気車両またはハイブリッド車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、筒状体と充填材とを備えるロータに関する。

【0002】

本発明はまた、ロータまたはロータモジュールを製造するための方法に関する。

【0003】

本発明はまた、上記ロータを備える同期電気機械、または上記製造方法を使用して得られたロータに関する。

【0004】

本発明はまた、上記同期電気機械を備える電気車両またはハイブリッド車両に関する。

【背景技術】

【0005】

リラクタンスモータは、技術的にはおよそ１世紀前に遡るモータである。特に、「Ｋｏｓｔｋｏ」多相同期反応モータは１９２３年にまで遡る。リラクタンスモータは、巻線を有さない磁気異方性であるロータ構造によって特徴づけられる。

【0006】

リラクタンスモータは、技術的制限がある機械であり、大規模な使用には適していない。

【0007】

技術的制限の１つは、電圧と電流との間の位相変位角に起因して力率が比較的低いことにある。「アクティブな」電流量は有用な機械力を生成し得るが、電圧に対して９０°位相がずれている別の電流量は「リアクティブ」であるため、ロータを励起することはできても、有益な効果は生まない。

【0008】

別の技術的制限は、ロータの空気室によって生成され、結果として騒音および共振を引き起こすトルクリップル（振動）にある。

【0009】

米国特許出願公開第２０１５／０３７２５４６号明細書、米国特許出願公開第２０１９／２０７４９０号明細書、および国際公開第２０１７／０２１０７８号は、先行技術によるリラクタンスモータ用のロータを例示している。

【発明の概要】

【0010】

出願人は、長く熱心な研究開発活動を経て、リラクタンスモータが今後数年間（たとえば、排他的ではないが、電気自動車の分野において）ますます大きな関心を集めるという確固たる確信のもと、制限、欠点、既存の課題に適切に対応することができるロータ、製造方法、同期電気機械、および車両を開発した。

【0011】

実際、出願人は、驚くべきことに、ロータの空洞に非対称性を導入することによって、ロータのトルクリップル（およびしたがって騒音と共振）を低減し、上記ロータを備える同期電気機械のトルクの平均値を増加させることが可能であることを発見した。

【0012】

したがって、本発明は、添付の請求項において定義される特徴を有する、筒状体と充填材とを備えるロータに関する。

【0013】

本発明はまた、添付の請求項において定義される特徴を有する、ロータまたはロータモジュールを製造するための方法に関する。

【0014】

本発明はまた、添付の請求項において定義される特徴を有する、上記ロータ、または上記製造方法を使用して得られたロータを備える同期電気機械に関する。

【0015】

本発明はまた、添付の請求項において定義される特徴を有する、上記同期電気機械を備える電気車両またはハイブリッド車両に関する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

本発明の好ましい実施形態は、図面を参照して非限定的な例によって以下で説明される。

【0017】

【図1】本発明の可能な実施形態によるロータの平面図を示す。

【図2】本発明の可能な実施形態による筒状体の平面図を示す。

【図3】可能な実施形態による第１の角度セクターの詳細を拡大して示す。

【図4】可能な実施形態による第２の角度セクターの詳細を拡大して示す。

【図5】可能な実施形態による、図２中で強調されるゾーンＶの詳細を拡大して示す。

【図6】可能な実施形態による、図２中で強調されるゾーンＶＩの詳細を拡大して示す。

【図7A】可能な実施形態による筒状体の斜視図を示す。

【図7B】可能な実施形態によるモジュール要素の斜視図を示す。

【図8】本発明による非対称ロータと先行技術による対称軸方向空洞を有するロータのトルクリップルと平均トルクを比較したロータのトルク／位置ダイアグラムを示す。

【図9】本発明による同期電気機械の斜視図を示す。

【図10】本発明による同期電気機械の縦断面図を示す。

【図11】本発明による同期電気機械の断面図を示す。

【図12】第１の角度セクターのさらなる可能な実施形態による、図２中で強調されるゾーンＶの詳細を拡大して示す。

【図13】第２の角度セクターのさらなる可能な実施形態による、図２中で強調されるゾーンＶＩの詳細を拡大して示す。

【図14】本発明の別の可能な実施形態による筒状体の平面図を示す。

【図15】図１４の実施形態による第１の角度セクターの詳細を拡大して示す。

【図16】図１４の実施形態による第２の角度セクターの詳細を拡大して示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

添付の図面を参照すると、参照番号１は、希土類元素を含む永久磁石のない（たとえば、ネオジムのない、および／またはサマリウムのない）、Ｎ個の極を有するロータ１であって、筒状体２と充填材１６とを備えるロータ１を全体的に示す。

【0019】

Ｎは、偶数であり、好ましくは２、４、６、８、１０、または１２、より好ましくはＮ＝２、Ｎ＝４、またはＮ＝６である。さらに好ましくは、Ｎ＝４またはＮ＝６である。

【0020】

筒状体２は、第１のシリンダベース６０と反対側のシリンダベース６２との間で本体軸Ｘ（または筒状体の高さ）に沿って延在する。本体軸Ｘに垂直な面内で、上記筒状体２は、Ｎ個の隣接する角度セクター４、６を区画する（ここで、角度セクターの数は極の数Ｎに等しい）。好ましくは、筒状体２は、外側円筒面３４によって区画される（delimited）か、または囲まれる（circumscribed）。

【0021】

本明細書では、「軸方向」、「半径方向」、「角度」、「周方向」、「近位」、「遠位」、「直交」という表現は、特に指定されない限り、常に本体軸Ｘに関して使用される。

【0022】

筒状体２は、好ましくは、軸方向孔４２によって（一端側から他端側に）横切られる。好ましくは、軸方向孔４２は、略円形の直交断面を有し、これは、任意に、（たとえば図９に示される）トランスミッションシャフト４４と接続され得るように適切に形作られる。好ましくは、筒状体２とトランスミッションシャフト４４との間の上記接続は、上記筒状体２と上記トランスミッションシャフト４４とが回転式に一体となるように、角柱状の（または回転防止の）接続または連結である。

【0023】

筒状体２は、好ましくは５０ｍｍ～２００ｍｍ、より好ましくは６０ｍｍ～１５０ｍｍ、さらにより好ましくは８０ｍｍ～１００ｍｍ、またさらにより好ましくは８５ｍｍ～９５ｍｍの間に含まれる外径（または筒状体のベースの直径）を有する。

【0024】

軸方向孔４２が存在する場合、筒状体２は、好ましくは２０ｍｍ～１５０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍ～１００ｍｍ、さらにより好ましくは３０ｍｍ～５０ｍｍの間に含まれる内径を有する。

【0025】

筒状体２は、好ましくは金属合金、好ましくは鉄合金、より好ましくは鉄－ケイ素合金で作られる。さらにより好ましくは、上記合金はＭ４００－５０ＡまたはＭ３３０－３５合金である。略称Ｍ４００またはＭ３３０－３５Ａは、規格ＥＮ １０１０６：２０１５を参照し、ここで、最初の３桁は、標準周波数および磁気誘導条件下での材料１キログラムに対する鉄の損失の値の１０分の１および１００分の１の単位を示し、一方で、各略語の最後の２桁は、１００分の１ミリメートルで表される上記合金の積層厚さを示す。

【0026】

この規格が、本明細書で言及されるすべての規格と同様に、本特許出願の優先日において有効なバージョンであると考えられることが指摘されている。

【0027】

好ましくは、筒状体２は、軸方向に重ねられて接合された複数のシリンダプレートからなる。たとえば、シリンダプレートは、形状嵌合および／または圧力嵌合の接続によって、溶接によって、および／または充填材１６によって加えられる凝集力によって接合される。上述した積層厚さとは、金属合金によって形成されたシリンダプレートの厚さを指す。

【0028】

シリンダプレートは、好ましくは、シリンダプレートのＮ個の極の各々の極性（正および負）が、隣接するシリンダプレートのＮ個の極の極性（正および負）に軸方向に対応するように、軸方向に重ねられて接合される。換言すれば、シリンダプレートの極性は、隣接するシリンダプレートの極性に対して位相ずれ（たとえば９０°）していない。

【0029】

好ましくは、各シリンダプレートは、０．１ｍｍ～１ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ～０．８ｍｍ、より好ましくは０．３ｍｍ～０．６ｍｍ、さらにより好ましくは０．３５ｍｍ～０．５ｍｍの間に含まれる（軸方向の）厚さを有する。

【0030】

例として、筒状体２は、１０～５００、好ましくは２０～４００、さらにより好ましくは５０～３００の間に含まれる多数のシリンダプレートからなる。

【0031】

角度セクターは、１つまたは複数の分離面Ｐ（ｉ）によって互いに分割される。上記少なくとも１つの分離面Ｐ（ｉ）は本体軸Ｘを含む。

【0032】

例として、図２は、４つの角度セクター４、６を分離する２つの分離面Ｐ１、Ｐ２を備えたロータを示す。ここで、上記分離面Ｐ１、Ｐ２は本体軸Ｘに沿って互いに交差している。分離面Ｐ１、Ｐ２は、好ましくは、互いに９０°の角度をなして配置され、それにより、上記角度セクター４、６はすべて、同じ角度展開を有するようになる。

【0033】

さらなる例として、図１４は、６つの角度セクター４、６を分離する３つの分離面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３を備えたロータを示す。ここで、上記分離面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は本体軸Ｘに沿って互いに交差している。分離面Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、好ましくは、互いに６０°の角度をなして配置され、それにより、上記角度セクター４、６はすべて、同じ角度展開を有するようになる。

【0034】

Ｎ個の極を備えるロータに関して、分離面Ｐ（ｉ）は、好ましくは、角度セクターがすべて同じ角度展開を有するような角度を互いになして配置されている。

【0035】

好ましくは、上記Ｎ個の極の各々は、シリンダ本体２の第１のシリンダベース６０から第２のシリンダベース６２まで本体軸Ｘに沿って軸方向に延在する。

【0036】

各角度セクター４、６は、軸方向空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’、好ましくは曲線状のまたは内側に湾曲した断面を有する筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’を区画する。上記軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の凹面１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’は、本体軸Ｘと反対の方向に向けられている。

【0037】

この記載において、「筒状」という表現は、前述の空洞が筒状面によって区画され、したがって、上記空洞が一定の断面を有することを意味している。以下に記載される凹部５４についても同じ意味が適用されるものとする。

【0038】

好ましくは、軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、凸面２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’によっても区画されている。凸面２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’は、凹面１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’の前に位置し、本体軸Ｘに面している。

【0039】

好ましくは、軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、半径方向外側に先細っている。

【0040】

好ましくは、筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の少なくとも１つは、半径方向の中央面Ｍによって横断されている。

【0041】

好ましくは、分離面Ｐ（ｉ）は、軸方向空洞または筒状空洞を横断せずに角度セクターを分割し、ロータおよび（設けられる場合に）軸方向孔４２の大部分のみを収容する。

【0042】

充填材１６は、少なくとも部分的に（好ましくは完全にまたは略完全に）上記軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’を占有する（または充填する）。

【0043】

第１の実施形態によれば、充填材１６は、１つまたは複数の磁化可能なまたは磁化された充填材を組み込んだポリマーマトリックスを含むか、またはそれからなる。

【0044】

第２の実施形態によれば、充填材１６は、ポリマーマトリックスを含むか、またはそれからなり、ここで、上記ポリマーマトリックスは、好ましくは、上記ポリマーマトリックス内に埋め込まれた１つまたは複数の磁化可能なまたは磁化された充填剤を備えていない。

【0045】

軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の内部の充填材１６の存在は、特にポリマーマトリックスが１つまたは複数の磁化可能なまたは磁化された充填剤を組み込む実施形態では、同期電気機械の力率に有意な利益をもたらす。この利益は、軸方向空洞または筒状空洞が空であり、したがって空気で占有されている、他のすべての条件が等しい対応する同期電気機械よりも予想外に高い。

【0046】

この利益は、上記充填材が希土類を含む永久磁石よりも弱い磁石を形成するという事実にもかかわらず存在している。これは、同期電気機械の「再位相（re-phase）」を行う、つまり少なくとも部分的に電圧と電流との間の位相ずれ角を減少させる充填材の能力によるものである。

【0047】

好ましくは、上記充填材１６中の上記１つまたは複数の磁化可能な充填材の量は、上記充填材の総重量の好ましくは５０～９８重量％、好ましくは６０～９６重量％、より好ましくは６５～９５重量％、さらにより好ましくは７５～９４重量％の間に含まれる。

【0048】

好ましくは、充填材１６は、
１５０ｍＴ～４５０ｍＴ、好ましくは１８０ｍＴ～３８０ｍＴ、より好ましくは２２０ｍＴ～３２０ｍＴ、さらにより好ましくは２５０ｍＴ～３１０ｍＴの間に含まれる、ＤＩＮ ６０４０４－５に従って判定された、残留磁束密度または残留磁気（Ｂｒ）、および／または
１３０ｋＡ／ｍ～３５０ｋＡ／ｍ、好ましくは１５０ｋＡ／ｍ～３２０ｋＡ／ｍ、より好ましくは１７０ｋＡ／ｍ～２８０ｋＡ／ｍ、さらにより好ましくは１９０ｋＡ／ｍ～２５０ｋＡ／ｍの間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、保磁界強度または保磁力（ｊＨｃ）、および／または
１０ｋＪ／ｍ³～２０ｋＪ／ｍ³、好ましくは１２ｋＪ／ｍ³～１８．５ｋＪ／ｍ³、より好ましくは１３ｋＪ／ｍ³～１６ｋＪ／ｍ³、さらにより好ましくは１４ｋＪ／ｍ³～１５．８ｋＪ／ｍ³の間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、最大エネルギー積（ＢＨ ｍａｘ）、を有する。

【0049】

ＩＳＯ １１８３に従って判定される充填材密度１６は、好ましくは３０００．００ｋｇ／ｍ³～４０００．００ｋｇ／ｍ³、より好ましくは３５００．００ｋｇ／ｍ³～３７００．００ｋｇ／ｍ³、さらにより好ましくは３５５０．００ｋｇ／ｍ³～３６５０．００ｋｇ／ｍ³の間に含まれる。

【0050】

好ましくは、充填材１６は、以下のレオロジー特性の１つまたは両方を有する：
０．２％～２％、好ましくは０．６％～１．５％、より好ましくは０．７％～１％の間に含まれる、さらにより好ましくは０．８％に等しい、ＩＳＯ ２９４－４に従って測定された、流れ方向の収縮、および／または
０．２％～２％、好ましくは０．５％～１％、より好ましくは０．４５％～０．８％の間に含まれる、さらにより好ましくは０．５％に等しい、ＩＳＯ ２９４－４に従って測定された、流れ方向に横断する方向の収縮。

【0051】

充填材１６のポリマーマトリックスは、好ましくは、熱可塑性マトリックスまたは熱硬化性マトリックスである。

【0052】

熱可塑性ポリマーマトリックスは、好ましくは、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６．６（ＰＡ６．６）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）を含む、または代替的にそれらからなる群から選択される。より好ましくは、上記ポリマーマトリックスはＰＡ、ＰＡ６、またはＰＰＳであり、さらにより好ましくは、上記ポリマーマトリックスはＰＡ６またはＰＰＳである。

【0053】

熱硬化性ポリマーマトリックスは、好ましくは、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、より好ましくはポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂を含む、または代替的にそれらからなる群から選択される。

【0054】

少なくとも１つの磁化可能な充填剤は、好ましくは、マグネタイト、フェライト、およびそれらの混合物から選択される。より好ましくは、上記磁化可能な充填材はフェライトである。

【0055】

上記フェライトは、好ましくは、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、およびそれらの混合物を含む、または代替的にそれらからなる群から選択される１つまたは複数の金属元素を含み、より好ましくは、上記フェライトは、金属元素としてストロンチウムを含むか、またはストロンチウムのみを含む。

【0056】

好ましくは、上記ポリマーマトリックスはＰＡ６またはＰＰＳであり、上記磁化可能な充填材は金属元素としてストロンチウムのみを含むフェライトである。

【0057】

非限定的な例として、上記充填材１６は、ＢＡＲＬＯＧ Ｐｌａｓｔｉｃｓ ＧｍｂＨ（５１４９１ Ｏｖｅｒａｔｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ）によって市販されているコード「ＫＥＢＡＢＬＥＮＤ／Ｍ １４／２２ ＰＡ６」の製品である。

【0058】

少なくとも１つの第１の角度セクター６は、第１の幾何学的形状（タイプＡの幾何学的形状）を有する軸方向空洞または筒状空洞８’、１２’、１４’を区画し、少なくとも１つの第２の角度セクター４は、上記第１の幾何学的形状とは異なる第２の幾何学的形状（タイプＢの幾何学的形状）を有する軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４を区画し、第１の角度セクター６は上記第２の角度セクター４と角度的に交互になる。

【0059】

したがって、本発明の革新的な態様によれば、ロータの軸方向空洞または筒状空洞（したがって角度セクター）の幾何学的非対称性および異なる幾何学的形状を有するセクターの角度的に交互の配置によって、本発明によるロータは、トルクリップル（およびしたがって騒音および共振）を低減することおよび同期電気機械のトルクの平均値を増加させることを可能にしている。

【0060】

特に図８に示されるグラフを参照すると、上記グラフは、試験されるさまざまなロータの角度位置に応じたトルク値を示している。上記グラフでは、
破線Ｔ_ABは、（たとえば図１および２に示されるような、幾何学的形状Ａ－Ｂ－Ａ－Ｂの交互の配置での）本発明によるロータの可能な実施形態のトルクリップルを表し、
０°で約１２Ｎｍのトルクを有する曲線Ｔ_Aは、タイプＡの角度セクター（Ａ－Ａ－Ａ－Ａ）のみが存在する先行技術の第１のロータのトルクリップルを示し、
０°で約９Ｎｍのトルクを有する曲線Ｔ_Bは、タイプＢの角度セクター（Ｂ－Ｂ－Ｂ－Ｂ）のみが存在する先行技術の第２のロータのトルクリップルを示す。

【0061】

図８から、本発明によるロータが、試験した他の２つのロータと比較して、より小さいリップルを有し、特に、１Ｎｍでの振幅がより小さく、周期がより長いことを特徴とすることが分かる。

【0062】

同様の試験を、４つとは異なるＮ個の数の極を有するロータに対して実行した。これらの試験の結果は、図８に示される進行状況と同等である。

【0063】

１つまたは複数の筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、好ましくは、各々が好ましくは筒状体２の周方向での可変厚さおよび最小厚さ点５８を有する１つまたは複数の隔壁５６によって外側円筒面３４から分離される。

【0064】

より好ましくは、隔壁５６は、筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の半径方向外側端部と外側円筒面３４との間に配置されている。

【0065】

最小厚さ点５８は、好ましくは、１つまたは複数の軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の半径方向外側への先細りによって判定される。例として、１つまたは複数の軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、外側円筒面３４で最小厚さ点５８を区画する略丸い端部（本体軸Ｘに向けられた空洞を有する）で終端する。

【0066】

隔壁５６の可変厚さは、好ましくは、図５および６に概略的に示される筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’のすべてに存在するが、この特徴は、遠位軸方向空洞または筒状空洞１４、１４’ではそれほど明白ではない。

【0067】

半径方向面Ｒは、本体軸Ｘおよび隔壁５６の最小厚さ点５８を含む。この半径方向面Ｒは、前述の中央面Ｍと所定の角度α、βをなす。

【0068】

本実施形態によれば、第１の角度セクター６によって区画された少なくとも１つの筒状空洞８’、１２’、１４’は、好ましくは、第１の角度αによって特徴づけられる。第２の角度セクター４によって区画された少なくとも対応する筒状空洞８、１２、１４は、好ましくは、上記第１の角度αとは異なる第２の角度βによって特徴づけられる。

【0069】

「対応する」筒状空洞という表現は、たとえば図５および６に概略的に示されるように、特に、類似の近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’、中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’、および／または遠位軸方向空洞または筒状空洞１４、１４’間の角度α、βを比較して、第１の角度セクター６および第２の角度セクター４において類似している半径方向の配置および形状を有する筒状空洞間で角度α、βが考慮されなければならないことを意味していると理解される。

【0070】

実施形態によれば、前述の角度α、β間の差によって、好ましくは、軸方向空洞または筒状空洞の、およびそれぞれのセクターの第１の幾何学的形状（タイプＡ）または第２の幾何学的形状（タイプＢ）を決定する。

【0071】

好ましくは、各軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、内部容積を囲み、外周によって区画され、その角度セクター４、６内に特定の半径方向配置を有する。ここで、上記内部容積、上記外周、および上記特定の半径方向配置によって、軸方向空洞または筒状空洞の、およびしたがってそれぞれのセクターの幾何学的形状（タイプＡまたはタイプＢ）を決定する。したがって、第１の角度セクター６によって区画された軸方向空洞または筒状空洞８’、１２’、１４’は、第２の角度セクター４によって区画された軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４のものとは異なる内部容積、外周の形状および／または長さ、および／または特定の半径方向配置を有する。

【0072】

より好ましくは、軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’は、近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’、少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’（つまり、１つのみまたは複数の中間軸方向空洞または筒状空洞）、および本体軸Ｘから半径方向に離間されている遠位軸方向空洞または筒状空洞１４、１４’を含む。

【0073】

各セクター４、６において、近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’および少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’は、好ましくは、上記近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’および上記少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’を中心で分割する半径方向ブリッジ２４、２６に対する鏡像対称を有する。

【0074】

軸方向空洞または筒状空洞の内部容積が大きい場合、半径方向ブリッジ２４、２６の存在は重要な特徴となる。より具体的には、各空洞がロータの構造的弱体化を構成するため、少なくとも１つの半径方向ブリッジ２４、２６の存在によって、上記ロータに作用する大きな遠心力にもかかわらず、回転ロータの構造的完全性が確かなものとされる。

【0075】

他の実施形態によれば（図示せず）：
近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’および少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’は、半径方向ブリッジを有さないか、または
各セクター４、６は、近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’、少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’、および／または遠位軸方向空洞または筒状空洞１４、１４’を分割または通過する１つまたは複数の半径方向ブリッジ２４、２６を備え、好ましくは、上記１つまたは複数の半径方向ブリッジ２４、２６は、上記軸方向空洞または筒状空洞を非対称に分割する。

【0076】

好ましくは、各半径方向ブリッジ２４、２６は、０．１ｍｍ～２ｍｍ、好ましくは０．２ｍｍ～１ｍｍ、さらにより好ましくは０．３ｍｍ～０．７ｍｍの間に含まれる（半径方向に垂直な方向での）平均厚さを有する。

【0077】

好ましくは、第１の角度セクター６によって区画された軸方向空洞または筒状空洞８’、１２’、１４’は、第２の角度セクター４によって区画された軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４と比較して、以下の異なる特性を有する：
（ｉ）本体軸Ｘからの近位軸方向空洞または筒状空洞８、８’および／または少なくとも１つの中間軸方向空洞または筒状空洞１２、１２’の半径方向距離Ｄ１、Ｄ２；および／または
（ｉｉ）上記ロータ１の外側円筒面または円周３４に対する上記軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の凸面２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’の半径方向距離Ｄ３、Ｄ４；および／または
（ｉｉｉ）半径方向ブリッジ２４、２６の長さＬ１および／または幅Ｌ２；および／または
（ｉｖ）１つまたは複数の凹面１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’の、または上記凹面の一部の曲率半径Ｃ１、Ｃ２；および／または
（ｉｖ）１つまたは複数の凸面２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’の、または上記凸面の一部の曲率半径Ｃ３、Ｃ４；および／または
（ｉｖ）任意に、１つまたは複数の凹面１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’に沿って位置する任意の直線セクションＴ１、Ｔ２の長さ、交互配置、および／または範囲（incidence）。

【0078】

本実施形態によれば、特性（ｉ）～（ｖ）、任意に（ｉ）～（ｖｉ）のうちの１つまたは複数によって、軸方向空洞または筒状空洞の、およびそれぞれのセクターの幾何学的形状（タイプＡまたはＢ）を決定する。

【0079】

好ましくは、ロータ１は、外側円筒面または円周３４によって区画されるか、または囲まれる。この外側円筒面３４は、好ましくは、上記円筒面３４から筒状体２の内側に向かって延在する複数の円筒状または軸方向の凹部５４を備える。好ましくは、各軸方向または円筒状の凹部５４は、本体軸Ｘとは反対の方向に向けられた凹面によって（好ましくは本体軸Ｘに沿った一定の断面を有する、好ましくは円弧または楕円弧の形態で）区画される。たとえば、図１４～１６の実施形態を参照されたい。

【0080】

好ましくは、各角度セクター４、６は、少なくとも１つの軸方向または円筒状の凹部５４、より好ましくは単一の軸方向または円筒状の凹部５４、さらにより好ましくは角度セクター４、６の略中央に配置された単一の軸方向または円筒状の凹部５４を備える。

【0081】

実施形態によれば、充填材１６は、少なくとも部分的に複数の軸方向または円筒状の凹部５４を（好ましくは完全に、または略完全に）占有する（または充填する）。

【0082】

別の実施形態によれば、複数の軸方向または円筒状の凹部５４は充填材１６を有さない。

【0083】

好ましい実施形態によれば、タイプＡの幾何学的形状は、図３、５、１２、または１５に示される通りであり、タイプＢの幾何学的形状は、図４、６、１３、または１６に示される通りである。

【0084】

本発明はまた、上に示した実施形態のいずれか１つによるロータ１、または上記ロータ１と同じ特徴を有するロータモジュール３６を製造するための方法に関する。

【0085】

本発明において、「ロータモジュール」という表現は、ロータよりも低い軸方向高さを有する、およびロータに所定の軸方向長さまたは高さを与えるべく１つまたは複数の他のロータモジュールと機械的に接合されるように設計された、ロータセグメントを示す。

【0086】

当然、ロータ１に言及する特徴は、必要な変更を加えて、ロータモジュールにも有効である。

【0087】

上記製造方法は、
（Ｉ）複数のシリンダプレートを重ねて接合する工程であって、本体軸Ｘに沿って延在する、および本体軸Ｘに垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター４、６を区画する、モジュール要素３６または筒状体２を設け、各角度セクター４、６が、曲線断面を有する軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’を区画し、そこで、上記軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’の凹面１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’が、本体軸Ｘとは反対の方向に向けられる、工程と、
（ＩＩ）任意に、工程（Ｉ）のモジュール要素３６または筒状体２を、５０℃～１２０℃、好ましくは６０℃～１００℃、さらにより好ましくは７０℃～９０℃の間に含まれる温度に予熱する工程と、
（ＩＩＩ）少なくとも部分的に（たとえば完全にまたは略完全に）工程（Ｉ）また（ＩＩ）の筒状体２またはモジュール要素３６の軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’に上記充填材１６の流動前駆体（たとえば、液体、流体前駆体、または流動粉末の形態の前駆体）を充填する工程と、
（ＩＶ）上記ロータ１またはロータモジュールを設けるように工程（ＩＩＩ）から得られた筒状体２またはモジュール要素３６の軸方向空洞または筒状空洞８、１２、１４、８’、１２’、１４’内で上記流動前駆体を固化させる工程と、
（Ｖ）好ましくは、工程（ＩＶ）から得られたロータ１またはロータモジュールを磁化させる工程と、を含む。

【0088】

好ましくは、重ねる工程（Ｉ）の間に、複数のシリンダプレートは、筒状体の軸方向空洞または筒状空洞を形成するような方法で、各プレートによって区画された軸方向空洞または筒状空洞を整列させるように重ねられる。

【0089】

好ましくは、上記工程（Ｉ）または上記工程（ＩＩ）に続く上記充填する工程（ＩＩＩ）は、少なくとも１つの成形工程または射出成形工程を含む。

【0090】

好ましくは、工程（ＩＩＩ）の流動前駆体は、熱硬化性ポリマーマトリックスの前駆体の場合には４５℃～３５０℃、好ましくは５０℃～１００℃の間に含まれる、または熱可塑性ポリマーマトリックスの前駆体の場合には２５０℃～３００℃の間に含まれる温度を有する。

【0091】

好ましくは、熱可塑性ポリマーマトリックスを使用する製造方法において、充填する工程（ＩＩＩ）に続く固化させる工程（ＩＶ）は、室温まで冷却することを伴う工程を含む。上記冷却は、より好ましくは以下の２段階：工程（ＩＩＩ）の流動前駆体が軸方向空洞または筒状空洞から流出しないように十分に固化させられるまでの金型内の第１の段階、および室温に達するまでの金型外の第２の段階で実施される。

【0092】

好ましくは、熱硬化性ポリマーマトリックスが使用される製造方法において、充填する工程（ＩＩＩ）に続く上記固化させる工程（ＩＶ）は、上記熱硬化性ポリマーマトリックスの架橋または熱硬化温度まで加熱することを含む。

【0093】

好ましくは、固化させる工程（ＩＶ）に続いて、上記方法は、上記ロータ１に所定の軸方向長さおよび高さを与えるように工程（ＩＶ）または工程（ＩＶ）から得られた２つまたはそれ以上のロータモジュールを機械的に接合する工程（ＶＩ）を含む。

【0094】

本実施形態は、ロータ１が長い軸方向長さを有する場合、および狭くて長い軸方向空洞または筒状空洞がある場合に有用であり得る。この場合、たとえ任意の予熱工程（ＩＩ）が実施された場合でも、所望の方法で（たとえば完全にまたは略完全に）空洞を充填する前に前駆体が固化し得るため、上記空洞の完全な充填は困難になり得る。

【0095】

好ましくは、機械的に接合する工程（ＶＩ）の間に、２つまたはそれ以上のロータモジュールが共通のトランスミッションシャフト４４によって接続される。好ましくは、工程（ＶＩ）の間に、上記トランスミッションシャフト４４は、好ましくは角柱状の接続または連結システムによって、少なくとも部分的に（たとえば完全に）２つまたはそれ以上の軸方向に隣接するロータモジュールの軸方向孔４２の内側に挿入される。

【0096】

好ましくは、磁化工程（Ｖ）は、工程（ＩＶ）で行われる固化に続いて行われる。

【0097】

より好ましくは、上記方法が２つまたはそれ以上のロータモジュールを機械的に接合する工程（ＶＩ）を含む場合、磁化工程（Ｖ）は、機械的に接合する工程（ＶＩ）の後または前に、好ましくは前に実施される。

【0098】

本発明はまた、上記ロータ１を備える、または上記製造方法を使用して得られるロータ１もしくはロータモジュールを備える同期電気機械１０に関する。

【0099】

上記電気機械１０は、ステータ４０の磁界がロータ１と同期して回転するため、同期しているものとして理解される。

【0100】

好ましくは、上記同期電気機械１０は、同期リラクタンスモータ、三相同期リラクタンスモータ、三相モータとは異なる（３つ以外の多数のステータ相を有する）同期リラクタンス機械、スイッチドリラクタンス機械、（ロータ１が、１つまたは複数のリスかごを挿入するためのさらなる軸方向空洞または筒状空洞を区画する）自己始動型同期リラクタンス機械から選択される。より好ましくは、上記同期電気機械１０は同期リラクタンスモータである。

【0101】

上記同期リラクタンスモータは、好ましくは、上記ロータ１が回転軸Ｒ１を中心に回転可能に内部に収容されるステータコンパートメント３８を区画するステータ４０を備える。回転軸Ｒ１は、好ましくは本体軸Ｘと平行であり、より好ましくは本体軸Ｘと一致している。ロータ１は、好ましくは、トランスミッションシャフト４４に接続される。

【0102】

図９～１１による実施形態を参照すると、同期リラクタンスモータは、少なくとも部分的に（たとえば完全に）ステータ４０およびロータ１を収容するモータハウジング４６を備える。

【0103】

モータハウジング４６は、好ましくは、貫通開口部５０を区画する少なくとも１つのハウジングフランジ４８を備え、貫通開口部５０内にはロータ１に回転的にロックされたトランスミッションシャフト４６が回転可能に収容され、貫通開口部５０は上記ハウジングフランジ４８から突出している。

【0104】

ステータ４０は、好ましくは少なくとも部分的にロータと同じ材料、より好ましくは金属合金、さらにより好ましくは鉄合金、またさらにより好ましくはフェロシリコン合金、たとえばＭ４００－５０ＡまたはＭ３３０－３５Ａで作られる。

【0105】

トランスミッションシャフト４４は、好ましくは、アルミニウムまたは軽アルミニウム合金で作られる。

【0106】

モータハウジング４６およびハウジングフランジ４８は、好ましくは、金属、好ましくはアルミニウム、軽アルミニウム合金、または炭素鋼、より好ましくはアルミニウムまたは軽アルミニウム合金（その熱伝導率のため）で作られる。

【0107】

ロータとステータとの間の空隙５２は、０．１ｍｍ～０．８ｍｍ、好ましく０．２ｍｍ～０．６ｍｍ、さらにより好ましく０．４ｍｍ～０．５ｍｍの間に含まれる。

【0108】

上記同期電気機械１０のロータ１の角速度は、好ましくは５００ｒｐｍ～２０，０００ｒｐｍ、好ましくは７００ｒｐｍ～１５，０００ｒｐｍ、より好ましくは１，０００ｒｐｍ～１０，０００ｒｐｍ、さらにより好ましくは１，２００ｒｐｍ～１，８００ｒｐｍ、たとえば１，３００ｒｐｍ～１，７００ｒｐｍの間に含まれる。

【0109】

以下の表１は、同期電気機械１０の動作パラメータの例を示す。

【0110】

【表1】

【0111】

本発明はまた、上記同期電気機械１０を備える電気車両またはハイブリッド車両に関する。

【0112】

革新的な態様によれば、本発明によるロータによって、先行技術のロータと比較して、以下のパラメータに関連したパレート最適性を得ることが可能になる。
（ｉ）より低いトルクリップル、および
（ｉｉ）より高い平均トルク値。
このようにして、本発明によるロータは、より静かな動作性能を有し、発生する共振がより少ない。

【0113】

実際、幾何学的形状の角度変更がない従来のロータ（タイプＡの幾何学的形状のみを有するロータまたはタイプＢの幾何学的形状のみを有するロータ）と比較して、本発明によるロータが、他のすべての動作条件が等しい場合、約２／３のトルクリップルの減少を達成することができることが計算されている。

【0114】

利点として、「非対称」ロータの存在により、本発明の目的を達成するために変更可能な独立パラメータの数を２倍にすることが可能である。

【0115】

利点として、本発明によるロータは、希土類元素を含む永久磁石を備えていないため、このタイプの元素を含む永久磁石を使用するロータよりもコストが低くなる。さらに、このロータは、希土類の供給に関連して将来起こり得る困難から意図的に切り離される。

【0116】

利点として、本発明によるロータは、高いトルク、突極性、力率、および効率を確かなものとするように設計されている。

【0117】

利点として、本発明によるロータは、軸方向空洞または筒状空洞の領域において最適化された磁束バリア角度を有する。

【0118】

利点として、隔壁の領域における筒状体のゾーンは、磁気的に飽和したゾーンとなるように設計されており、したがって、空気と同様の磁気挙動を有する。

【0119】

利点として、角度α、β、および特にそれらの差は、トルクリップルを低減するのを助ける主な要因のうちの１つである。

【0120】

実際に、当該現象を必ずしも科学的に説明する必要はないが、同期電気機械の空隙でのトルクの発生は、磁気抵抗の最小化の原理を用いて局所的に説明可能であり、同期電気機械の領域を横切る磁束線は、最小エネルギー状態に到達する物理系の傾向に従って、最も抵抗の少ない経路をたどろうとする。したがって、物理系は、この最小エネルギー状態に到達することを目的とした力を生成する。柔らかい強磁性材料で作られた領域の磁気抵抗は、典型的に、空気よりも１００～１０，０００小さい（この変動は非線形飽和効果によるものである）。空隙の領域に、隔壁に由来するステータの凹部およびロータの「疑似空洞」がある場合、磁束線は、より長い距離にもかかわらずより低い抵抗で、強磁性領域の内側を通過するように直線経路に対するねじれを起こす。このねじれ動作によって局所的なトルクが生成され、これは、対称構成の場合に、ロータの円周に沿ってｎ回繰り返され、それゆえ、その効果も加算される。一方で、本発明によるロータにおいて、非対称性の存在の結果として、トルクは加算されないが、部分的であっても互いに打ち消し合い、その結果、トルクリップル全体に有益な効果がもたらされる。この有益性は、たとえば図８のダイアグラムに示されるように、簡単に測定することができる。

【0121】

利点として、本発明による製造方法は、好ましくない幾何学的比率での軸方向空洞または筒状空洞の定量的な充填も可能にする。

【0122】

利点として、本発明によるロータにおいて、複数の軸方向または円筒状の凹部の存在は、平均トルクを増加させ、トルクリップルを低減する助けになり得る。

【0123】

当業者であれば、必要に応じて、上記したロータ、製造方法、同期電気機械、および車両の実施形態の特徴を置き換えたり変更したりすることができるであろう。これらの実施形態もまた、以下の請求項によって正式に定義される保護の範囲内に含まれるものと見なされるべきである。

【0124】

また、いずれの実施形態も、記載される他の実施形態とは独立して実施され得ることが指摘されるべきである。

【符号の説明】

【0125】

１ ロータ
２ 筒状体
４ 角度セクター、特に第２の角度セクター
６ 角度セクター、特に第１の角度セクター
８ 軸方向空洞または筒状空洞、特に近位軸方向空洞または筒状空洞
８’ 軸方向空洞または筒状空洞、特に近位軸方向空洞または筒状空洞
１０ 同期電気機械、好ましくは同期リラクタンスモータ
１２ 軸方向空洞または筒状空洞、特に中間軸方向空洞または筒状空洞
１２’ 軸方向空洞または筒状空洞、特に中間軸方向空洞または筒状空洞
１４ 軸方向空洞または筒状空洞、特に遠位軸方向空洞または筒状空洞
１４’ 軸方向空洞または筒状空洞、特に遠位軸方向空洞または筒状空洞
１６ 充填材
１８ 凹面
１８’ 凹面
２０ 凹面
２０’ 凹面
２２ 凹面
２２’ 凹面
２４ 半径方向ブリッジ
２６ 半径方向ブリッジ
２８ 凸面
２８’ 凸面
３０ 凸面
３０’ 凸面
３２ 凸面
３２’ 凸面
３４ 外周または外側円筒面
３６ モジュール要素
３８ ステータコンパートメント
４０ ステータ
４２ 軸方向孔または円筒孔
４４ トランスミッションシャフト
４６ モータハウジング
４８ ハウジングフランジ
５０ 貫通開口部
５２ 空隙
５４ 軸方向凹部または疑似空洞
５６ 隔壁（バリア）
５８ 最小厚さブリッジ
６０ 第１のシリンダまたはモジュールベース
６２ 第２のシリンダまたはモジュールベース
Α 半径方向面Ｒと中央面Ｍとがなす角度
Β 半径方向面Ｒと中央面Ｍとがなす角度
Ｃ１ 凹面の曲率半径
Ｃ２ 凹面の曲率半径
Ｃ３ 凸面の曲率半径
Ｃ４ 凸面の曲率半径
Ｄ１ 本体軸からの近位軸方向空洞または筒状空洞の半径方向距離
Ｄ２ 本体軸からの中間軸方向空洞または筒状空洞の半径方向距離
Ｄ３ ロータの外周からの凸面の半径方向距離
Ｄ４ ロータの外周からの凸面の半径方向距離
Ｌ１ 半径方向ブリッジの長さ
Ｌ２ 半径方向ブリッジの幅
Ｍ 中央面
Ｐ１ 分離面
Ｐ２ 分離面
Ｐ３ 分離面
Ｒ 半径方向面
Ｔ１ 凹面に沿った直線
Ｔ２ 凹面に沿った直線
Ｘ 本体軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-26

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ個の極を有するロータ（１）であって、Ｎが偶数であり、好ましくは、Ｎが４に等しいか、または６に等しく、前記ロータ（１）が、希土類元素を含む永久磁石を備えておらず、
本体軸（Ｘ）に沿って延在する、および前記本体軸（Ｘ）に垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター（４、６）を区画する、筒状体（２）であって、各角度セクター（４、６）が、曲線断面を有する筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を区画し、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）が、前記本体軸（Ｘ）とは反対の方向に向けられている、筒状体（２）を備え、
前記Ｎ個の極の各々が、前記筒状体（２）の第１のシリンダベース（６０）から前記第１のシリンダベース（６０）とは反対側の第２のシリンダベース（６２）まで前記本体軸（Ｘ）に沿って軸方向に延在し、前記ロータ（１）がさらに、
少なくとも部分的に前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を充填し、ポリマーマトリックスを含む、または前記ポリマーマトリックスからなる充填材（１６）を備え、
少なくとも１つの第１の角度セクター（６）が、第１の幾何学的形状（タイプＡ）を有する筒状空洞（８’、１２’、１４’）を区画し、少なくとも１つの第２の角度セクター（４）が、前記第１の幾何学的形状とは異なる第２の幾何学的形状（タイプＢ）を有する筒状空洞（８、１２、１４）を区画し、前記第１の角度セクター（６）が前記第２の角度セクター（４）と角度的に交互に配置されている、ロータ（１）。

【請求項2】

前記筒状体（２）が複数のシリンダプレートによって形成され、シリンダプレートのＮ個の極の各々の極性が、隣接するシリンダプレートのＮ個の極の極性に軸方向に対応するように、前記複数のシリンダプレートが軸方向に重ねられて接合されている、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項3】

前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の少なくとも１つが、半径方向の中央面（Ｍ）によって横断され、前記筒状体（２）が外側円筒面（３４）によって囲まれ、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、前記筒状体（２）の周方向での可変厚さおよび最小厚さ点（５８）を有する隔壁（５６）によって前記外側円筒面（３４）から分離されている、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項4】

半径方向面（Ｒ）が、前記本体軸（Ｘ）および隔壁（５６）の前記最小厚さ点（５８）を含み、前記半径方向面（Ｒ）が、前記中央面（Ｍ）と所定の角度（α、β）をなし、前記第１の角度セクター（６）によって区画された少なくとも１つの筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、第１の角度（α）によって特徴づけられ、前記第２の角度セクター（４）によって区画された少なくとも１つの対応する筒状空洞（８、１２、１４）が、前記第１の角度（α）とは異なる第２の角度（β）によって特徴づけられ、前記角度（α、β）間の差によって、筒状空洞の前記第１の幾何学的形状（タイプＡ）または前記第２の幾何学的形状（タイプＢ）を決定する、請求項３に記載のロータ（１）。

【請求項5】

各筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、内部容積を囲み、外周によって区画され、角度セクター（４、６）内に特定の角度配置を有し、前記第１の角度セクター（６）によって区画された前記筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、前記第２の角度セクター（４）によって区画された前記筒状空洞（８、１２、１４）のものとは異なる内部容積、外周の形状および／または長さ、および特定の半径方向配置を有する、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項6】

前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）が、近位筒状空洞（８、８’）、少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）、および前記本体軸（Ｘ）から半径方向に離間された遠位筒状空洞（１４、１４’）を含み、前記近位筒状空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）が、前記近位軸方向空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）を中心で分割する半径方向ブリッジ（２４、２６）に対する鏡像対称を有し、
前記第１の角度セクター（６）によって区画された前記筒状空洞（８’、１２’、１４’）が、前記第２の角度セクター（４）で区画された前記筒状空洞（８、１２、１４）と比較して、以下の異なる特性：
（ｉ）前記本体軸（Ｘ）からの前記近位軸方向空洞（８、８’）および前記少なくとも１つの中間筒状空洞（１２、１２’）の半径方向距離（Ｄ１、Ｄ２）；
（ｉｉ）前記ロータ（１）の外側円筒面または円周（３４）に対する前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凸面（２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’）の半径方向距離（Ｄ３、Ｄ４）；
（ｉｉｉ）前記半径方向ブリッジ（２４、２６）の長さ（Ｌ１）および／または幅（Ｌ２）；および
（ｉｖ）１つまたは複数の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）の、または前記凹面の一部の曲率半径（Ｃ１、Ｃ２）；
（ｖ）１つまたは複数の凸面（２８、３０、３２、２８’、３０’、３２’）の、または前記凸面の一部の曲率半径（Ｃ３、Ｃ４）；
（ｖｉ）任意に、１つまたは複数の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）に沿って位置する任意の直線セクション（Ｔ１、Ｔ２）の長さ、交互配置、および／または範囲、を有する、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項7】

第１のまたはタイプＡの幾何学的形状が、図３、５、１２、または１５に示される通りであり、第２のまたはタイプＢの幾何学的形状が、図４、６、１３、または１６に示される通りである、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項8】

前記充填材（１６）が、
１５０ｍＴ～４５０ｍＴ、好ましくは１８０ｍＴ～３８０ｍＴ、より好ましくは２２０ｍＴ～３２０ｍＴ、さらにより好ましくは２５０ｍＴ～３１０ｍＴの間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、残留流密度または残留磁気（Ｂｒ）、
１３０ｋＡ／ｍ～３５０ｋＡ／ｍ、好ましくは１５０ｋＡ／ｍ～３２０ｋＡ／ｍ、より好ましくは１７０ｋＡ／ｍ～２８０ｋＡ／ｍ、さらにより好ましくは１９０ｋＡ／ｍ～２５０ｋＡ／ｍの間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、保磁界強度または保磁力（ｊＨｃ）、および
１０ｋＪ／ｍ³～２０ｋＪ／ｍ³、好ましくは１２ｋＪ／ｍ³～１８．８ｋＪ／ｍ³、より好ましくは１３ｋＪ／ｍ³～１６ｋＪ／ｍ³、さらにより好ましくは１４ｋＪ／ｍ³～１５．８ｋＪ／ｍ³の間に含まれる、ＤＩＮ ＥＮ ６０４０４－５に従って判定された、最大エネルギー積（ＢＨ ｍａｘ）、を有する、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項9】

前記ポリマーマトリックスが、熱可塑性マトリックスまたは熱硬化性マトリックスであり、好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６．６（ＰＡ６．６）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂、およびエポキシ樹脂を含む、または代替的にそれらからなる群から選択され、より好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ、ＰＡ６、またはＰＰＳであり、さらにより好ましくは、前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ６またはＰＰＳであり、
前記充填材（１６）が、前記ポリマーマトリックスに埋め込まれた１つまたは複数の磁化可能なまたは磁化された充填材を含み、前記磁化可能な充填材が、マグネタイト、フェライト、およびそれらの混合物から選択され、好ましくは、前記磁化可能な充填材がフェライトであり、より好ましくは、前記フェライトが、ストロンチウム、バリウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、およびそれらの混合物を含む、または代替的にそれらからなる群から選択される１つまたは複数の金属元素を含み、さらにより好ましくは、前記フェライトが、金属元素としてストロンチウムを含むか、またはストロンチウムのみを含む、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項10】

前記ポリマーマトリックスが、ＰＡ６またはＰＰＳであり、前記磁化可能な充填材が、金属元素としてストロンチウムのみを含むフェライトである、請求項１に記載のロータ（１）。

【請求項11】

請求項１に記載のロータ（１）または請求項１に記載の前記ロータ（１）と同じ特徴を有するロータモジュールを製造するための方法であって、前記方法が、
（Ｉ）複数のシリンダプレートを重ねて接合する工程であって、本体軸（Ｘ）に沿って延在する、および前記本体軸（Ｘ）に垂直な面内で、Ｎ個の隣接する角度セクター（４、６）を区画する、モジュール要素（３６）または筒状体（２）を設け、各角度セクター（４、６）が、曲線断面を有する筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）を区画し、前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）の凹面（１８、２０、２２、１８’、２０’、２２’）が、前記本体軸（Ｘ）とは反対の方向に向けられる、工程と、
（ＩＩ）任意に、工程（Ｉ）の前記モジュール要素（３６）または筒状体（２）を、５０℃～１２０℃、好ましくは６０℃～１００℃、さらにより好ましくは７０℃～９０℃の間に含まれる温度に予熱する工程と、
（ＩＩＩ）少なくとも部分的に工程（Ｉ）また（ＩＩ）の前記筒状体（２）または前記モジュール要素（３６）の前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）に充填材（１６）の流動前駆体を充填する工程と、
（ＩＶ）前記ロータ（１）またはロータモジュールを設けるように工程（ＩＩＩ）から得られた前記筒状体（２）または前記モジュール要素（３６）の前記筒状空洞（８、１２、１４、８’、１２’、１４’）内で前記流動前駆体を固化させる工程と、
（Ｖ）好ましくは、工程（ＩＶ）から得られた前記ロータ（１）またはロータモジュールを磁化させる工程と、を含む方法。

【請求項12】

工程（ＩＶ）に続いて、前記方法が、
前記ロータ（１）に所定の軸方向長さおよび高さを与えるように工程（ＩＶ）または工程（Ｖ）から得られた２つまたはそれ以上のロータモジュールを機械的に接合する工程（ＶＩ）を含む、請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

請求項１に記載のロータ（１）または請求項１１に記載の製造方法で得られたロータ（１）もしくはロータモジュール（３６）を備える同期電気機械（１０）。

【請求項14】

前記同期電気機械（１０）が、同期リラクタンスモータであり、好ましくは、前記同期リラクタンスモータが、ステータコンパートメント（３８）を区画するステータ（４０）を備え、前記ロータ（１）が、回転軸（Ｒ１）を中心に回転可能に収容され、トランスミッションシャフト（４４）に接続される、請求項１３に記載の同期電気機械（１０）。

【請求項15】

請求項１３に記載の同期電気機械（１０）を備える電気車両またはハイブリッド車両。

【国際調査報告】