▶ シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲーの特許一覧
(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】2024-10-10
(54)【発明の名称】ロータ、ロータを製造するための方法、及び電気機械
(51)【国際特許分類】
H02K 1/276 20220101AFI20241003BHJP
B60K 6/26 20071001ALI20241003BHJP
B60L 15/00 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
H02K1/276
B60K6/26 ZHV
B60L15/00 H
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024522288
(86)(22)【出願日】2022-09-27
(85)【翻訳文提出日】2024-04-12
(86)【国際出願番号】 DE2022100713
(87)【国際公開番号】W WO2023061525
(87)【国際公開日】2023-04-20
(31)【優先権主張番号】102021126750.1
(32)【優先日】2021-10-15
(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】515009952
【氏名又は名称】シェフラー テクノロジーズ アー・ゲー ウント コー． カー・ゲー
【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＡＧ ＆ Ｃｏ． ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓｔｒ． １－３， ９１０７４ Ｈｅｒｚｏｇｅｎａｕｒａｃｈ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】アメリ マニュネ
(72)【発明者】
【氏名】マクシミリアン ネコラ
(72)【発明者】
【氏名】ドミニク クノップ
【テーマコード（参考）】
3D202
5H125
5H622
【Ｆターム（参考）】
3D202EE02
5H125AA01
5H125FF01
5H622CA02
5H622CA07
5H622CA10
5H622CB05
5H622PP20
5H622QA03
(57)【要約】
本発明は、電気機械（２）のロータ（１）に関し、このロータは、積層ロータコア（３）から形成され、かつロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有する円筒形ロータ本体（４）、を備え、少なくとも第１のグループ（７）のポケット（５）は、実質的に接線方向に延在しており、ロータマグネット（６）は、射出プラスチック（８）によって第１のグループ（７）のポケット（５）内に固定されており、第１のグループ（７）のポケット（５）は、第１のグループ（７）のポケット（５）の半径方向上方に、いずれの場合にも、円筒形ロータ本体（４）の半径方向外側の円弧状輪郭に実質的に対応する半径方向外側の輪郭（９）を有し、プラスチック（８）は、いずれの場合にも、第１のグループ（７）のポケット（５）のうちの１つの半径方向外側の輪郭（９）と、ポケット（５）内に固定されたロータマグネット（６）との間に設けられている。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有する積層ロータコア（３）から形成された円筒形ロータ本体（４）を備える、電気機械（２）用のロータ（１）であって、少なくとも第１のグループ（７）が、ポケット（５）から実質的に接線方向に延在しており、かつ前記ロータマグネット（６）が、射出プラスチック（８）によって前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）内に固定されている、ロータ（１）であって、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に、いずれの場合にも、前記円筒形ロータ本体（４）の半径方向外側の円弧状輪郭に実質的に対応する半径方向外側の輪郭（９）を有し、プラスチック（８）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）のうちの１つの前記半径方向外側の輪郭（９）と、前記ポケット（５）内に固定された前記ロータマグネット（６）との間に設けられていることを特徴とする、ロータ（１）。
【請求項2】
前記ポケット（５）の半径方向内側の輪郭（１２）が、実質的に接線方向の直線状の延在部を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項3】
前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）が、矩形の基本形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータ（１）。
【請求項4】
前記ロータマグネット（６）が、実質的に矩形の断面輪郭（１０）を有する棒磁石として構成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項5】
前記第１のグループ（７）のポケット（５）が、前記円筒形ロータ本体（４）の直径の０．８～０．９７倍に相当するピッチ円（１１）上に配置されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項6】
前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）がそれぞれ、その接線方向の端部に前記プラスチック（８）の射出ゾーン（１３）を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載のロータ（１）。
【請求項7】
ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有する積層ロータコア（３）から形成された実質的に円筒形のロータ本体（４）を備え、少なくとも第１のグループ（７）のポケット（５）が、実質的に接線方向に延在している、電気機械（２）用のロータ（１）を製造するための方法であって、前記ロータ本体（４）を提供する工程であって、前記ロータ本体（４）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に外側輪郭部分（２０）を有し、前記輪郭部分が、前記円筒形のロータ本体（４）の円弧状輪郭（２１）から逸脱した輪郭を有する、工程と、
前記ロータマグネット（６）を前記第１のグループ（７）のポケット（５）に挿入する工程と、
前記ロータマグネット（６）が前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）内に固定されるように、プラスチック（８）を前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の中に射出する工程と、を含み、
射出中の前記プラスチック（８）の射出圧力及び温度、並びに前記プラスチック（８）が射出される前の前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向外側の輪郭（９）及び前記外側の輪郭部分（２０）が、
前記プラスチック（８）が射出されると、前記ポケット（５）の外側輪郭（９）と前記外側輪郭部分（２０）との間の材料がオフセットすることに起因して、前記円筒形のロータ本体（４）の前記円弧状輪郭（２１）に実質的に対応する輪郭を前記外側輪郭部分（２０）が有するように選択される、方法。
【請求項8】
前記プラスチック（８）が射出される前に、前記外側輪郭部分（２０）がそれぞれ、前記ポケット（５）の接線方向延在部に対して実質的に平行に延びる直線であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
電気機械（２）のロータ（１）のロータ本体（４）の積層ロータコア（３）を形成するための電気金属シートであって、前記電気金属シートが、ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有し、少なくとも第１のグループ（７）のポケット（５）が、実質的に接線方向に延在しており、かつ前記電気金属シートが、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に外側輪郭部分（２０）を有し、前記輪郭部分が、前記電気金属シートの円形外側輪郭の円弧状輪郭（２１）から逸脱し、かつ半径方向内側にオフセットされている輪郭を有することを特徴とする、電気金属シート。
【請求項10】
請求項１から６のいずれか一項に記載のロータ（１）を備える、特にハイブリッド自動車又は完全電気自動車のドライブトレインのための電気機械（２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電気機械のロータであって、ロータマグネットを受け入れるための複数のポケットを有する積層ロータコアから形成された円筒形ロータ本体を備え、少なくとも第１のグループのポケットが実質的に接線方向に延在しており、かつロータマグネットが、射出プラスチックによって第１のグループのポケット内に固定されている、ロータ、に関する。本発明はさらに、ロータの製造方法及び電気機械に関する。
【背景技術】
【0002】
化石燃料を必要とする内燃機関の代替手段を形成するために、自動車を駆動する目的で電気モータがますます使用されている。電気駆動装置の日常使用への適合性を向上させ、ユーザーが慣れ親しんだ快適なドライビングを提供できるようにするために、すでに多大な努力が払われている。
【0003】
電気駆動装置の詳細な説明は、独国の自動車雑誌ＡＴＺの第１１３巻（２０１１年０５月）の３６０～３６５ページに掲載された、Ｅｒｉｋ Ｓｃｈｎｅｉｄｅｒ、Ｆｒａｎｋ Ｆｉｃｋｌ、Ｂｅｒｎｄ Ｃｅｂｕｌｓｋｉ、Ｊｅｎｓ Ｌｉｅｂｏｌｄによる記事（タイトル「Ｈｏｃｈｉｎｔｅｇｒａｔｉｖ ｕｎｄ Ｆｌｅｘｉｂｅｌ Ｅｌｅｋｔｒｉｓｃｈｅ Ａｎｔｒｉｅｂｓｅｉｎｈｅｉｔ ｆｕｅｒ Ｅ－Ｆａｈｒｚｅｕｇｅ ［Ｈｉｇｈｌｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅ ａｎｄ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｄｒｉｖｅ Ｕｎｉｔ ｆｏｒ Ｅ－Ｖｅｈｉｃｌｅｓ］」）に記載されている。この記事は、傘歯車差動装置と同心かつ同軸になるように配置された電気モータと、電気モータと傘歯車差動装置との間のドライブトレインに配置され、同様に電気モータと傘歯車差動装置又は平歯車差動装置と同軸になるように配置されたシフト可能な２速遊星歯車セットとを備えた、車両のアクスル用のドライブユニットについて説明している。このドライブユニットは非常にコンパクトであり、シフト可能な２速遊星歯車セットにより、登坂能力と加速度とエネルギー消費量との間で良好な折衷が可能である。このようなドライブユニットは、Ｅアクスル又は電動ドライブトレインとも呼ばれる。
【0004】
純粋に電気的に作動するドライブトレインに加えて、ハイブリッドドライブトレインも知られている。このようなハイブリッド車のドライブトレインは、通常、内燃機関と電気モータの組合せを備え、例えば都市部では、純粋な電気運転モードを可能にすると同時に、特に郊外の走行時には、十分な航続距離及び可用性の両方を可能にする。さらに、特定の運転状況では、内燃機関と電気モータを同時に駆動することも可能である。
【0005】
運転中、電気機械は磁気反転及び渦電流による損失を受けるが、これらは鉄損としてまとめられ、機械の効率を低下させる。移動用途、特にハイブリッド車又は完全電気自動車のドライブトレイン内で電気機械を使用するときには、電気機械の効率が低いと、車両の航続距離が短くなったり、バッテリー容量の必要性が高まったりする。
【0006】
このような電気機械の一例として、ハイブリッド車又は完全電気自動車のドライブトレイン内で使用できる「永久励磁型」同期機がある。これは他のタイプの機械に比べて出力密度が高いため、設置スペースが制限要因となることが多いエレクトロモビリティ分野での使用に適している。機械の励磁界は通常、機械のロータに配置された永久磁石によって生成される。永久励磁型同期機では、ロータに配置された励磁コイルに電力を供給するために電気励磁型同期機で必要なスリップリング接点を省くことが可能である。
【0007】
Ｅアクスル又はハイブリッドモジュール用の電気機械を開発する場合、その出力密度を高める必要が継続的にあり、ロータとステータとの間のエアギャップを最大限に正確に形成することが、性能を決定する重要な変数となる。駆動装置から発生する騒音とその重量は、特にハイブリッド又は完全電気駆動コンセプトの場合に重要な役割を果たす。しかしながら、この２つの要件は互いに相反するものであり、通常ではドライブの遮音性が高いほど重量が増加する。電気機械又はドライブトレインの構造部品の音響振動にもつながり得る高い電磁励起は、ハイブリッド又は完全電気ドライブトレイン用の電気機械の運転中に、システム関連の理由で発生することがある。これは車内でも聞こえることがあり、通常は煩わしいものとして認識される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
したがって、本発明の１つの目的は、改善された出力密度及び運転中の低騒音を提供することができる、電気機械のロータを提供することである。本発明のさらなる目的は、ロータを製造するための改良された方法を提供することである。また、本発明の最終的な目的は、改良された電気機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この目的は、ロータマグネットを受け入れるための複数のポケットを有する積層ロータコアから形成された円筒形ロータ本体を備える、電気機械用のロータであって、少なくとも第１のグループのポケットが実質的に接線方向に延在しており、かつロータマグネットが、射出プラスチックによって第１のグループのポケット内に固定されている、ロータであって、第１のグループのポケットが、第１のグループのポケットの半径方向上方に、いずれの場合にも、円筒形ロータ本体の半径方向外側の円弧状輪郭に実質的に対応する半径方向外側の輪郭を有し、プラスチックが、いずれの場合にも、第１のグループのポケットのうちの１つの半径方向外側の輪郭と、ポケット内に固定されたロータマグネットとの間に設けられている、ロータ、によって達成される。
【0010】
これにより、ロータの半径方向外側の側面が非常に正確な真円度を有し、ロータとステータとの間に対応する正確かつ均質なエアギャップが提供されるという利点が得られる。このようにして、望ましくない振動とそれに伴う騒音を低減、あるいは完全に回避することができる。
【0011】
本発明の特許請求される主題の個々の要素を、請求項において名前が挙げられている順にまず説明し、その後、本発明の主題の特に好ましい実施形態について説明する。
【0012】
電気機械は、電気エネルギーを機械エネルギーに変換する、かつ／又は、機械エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用され、一般に、ステータ又は固定電機子と呼ばれる固定部分と、ロータ又は可動電機子と呼ばれ、固定部分に対して可動に配置された部分と、を備える。
【0013】
電気機械は、特に回転機械として構成することができる。電気機械は、半径方向磁束機又は軸方向磁束機として構成することができる。半径方向磁束機は、磁力線が、ロータとステータとの間に形成されたエアギャップにおいて半径方向に延びていることを特徴とし、軸方向磁束機の場合には、磁力線が、ロータとステータとの間に形成されたエアギャップにおいて軸方向に延びていることを特徴とする。本発明の文脈において、電気機械がラジアルフロー機械として構成されることが特に好ましい。
【0014】
ロータとステータとの間のギャップはエアギャップと呼ばれる。半径方向磁束機では、このギャップは、ロータ本体とステータ本体との間の距離に対応する半径方向の幅を有する環状ギャップである。
【0015】
電気機械は、好ましくはモータハウジングを有することができる。モータハウジングは電気機械を囲むことができる。モータハウジングはさらに、制御ユニット、特に制御・電力エレクトロニクスを収容することができる。モータハウジングはさらに、電気機械の冷却システムの一部とすることができ、冷却流体がモータハウジングを介して電気機械に供給され得る、かつ／又は、熱がハウジング表面を介して外部に放散され得る、ように構成することができる。さらに、モータハウジングは、電気機械及び存在する可能性のある電子機器を外部の影響から保護する。
【0016】
モータハウジングは、特に金属材料から形成することができる。有利には、モータハウジングは、ねずみ鋳鉄又は鋳鋼などの鋳造金属材料から形成することができる。原理的には、モータハウジングの全体又は一部をプラスチックで形成することも考えられる。
【0017】
本発明によるロータは、ロータ本体を備えることができる。本発明の目的のためのロータ本体は、ロータシャフトを有さないロータを意味するものと理解される。したがって、ロータ本体は、特に、積層ロータコアと、積層ロータコアのポケットに導入された、又は積層ロータコアに円周方向に固定された磁気要素と、ポケットを閉じるために存在する軸方向のカバー部品とから構成される。
【0018】
積層ロータコアのポケットに導入される永久磁石は、ロータマグネットとして理解される。棒磁石として構成された単一の大型ロータマグネット、又は複数の小型永久磁石要素を各ポケットに設けることができる。
【0019】
積層ロータコアとは、一般的に電気金属シートから作製され、スタック又は「積層ロータコア」を形成するように互いに積み重ねられてパッケージ化された、複数の積層された個々の積層体又はロータ積層体を意味するものと理解される。個々の積層体は、接着、溶接、又はねじ止めによって積層コア内に保持することができる。
【0020】
ロータ積層体は、凹部又は開口部とも呼ぶことのできる１つ以上の切り欠きを有することができ、個々のロータ積層体の個々の切り欠きは、磁気要素を受け入れるためにロータ積層体スタックに軸方向に設けられたポケットを形成する。
【0021】
ロータは、好ましくは、ロータシャフトと、ロータシャフト上に回転不能に配置された１つ以上のロータ本体とを備える。ロータシャフトは中空とすることができ、その結果、軽量化をもたらす一方で、ロータ本体への潤滑油又は冷却水の供給を可能にする。
【0022】
電気機械はさらに、制御ユニットを有することができる。本発明で使用される制御ユニットは、特に、自動車の１つ以上の技術システムの開ループ電子制御及び／又は閉ループ電子制御において機能する。
【0023】
制御ユニットは、特に、例えばセンサ信号などの電気信号を受信するための有線又は無線の信号入力を有する。さらに、制御ユニットは、好ましくは、特に、例えば、電気的に作動するアクスルドライブトレイン又は自動車の電気アクチュエータ又は電気を消費する要素への電気信号の送信のための有線又は無線の信号出力を有する。
【0024】
制御ユニット内では、開ループ制御動作及び／又は閉ループ制御動作を行うことができる。制御ユニットは、ソフトウェアを実行するように構成されたハードウェアを備えることが極めて特に好ましい。制御ユニットは、好ましくは、ソフトウェアにおいて定義されたプログラムシーケンスを実行するための少なくとも１つの電子プロセッサを備える。
【0025】
制御ユニットはさらに、制御ユニットに送信された信号に含まれるデータを記憶し、再び読み出すことができる１つ以上の電子メモリを有することができる。さらに、制御ユニットは、変更可能及び／又は変更不可能な方法でデータを記憶することができる１つ以上の電子メモリを有することができる。
【0026】
制御ユニットは、特に自動車内で互いに空間的に分離して配置される複数の制御デバイスを備えることができる。制御デバイスは、電子制御ユニット（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｕｎｉｔ、ＥＣＵ）又は電子制御モジュール（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｏｄｕｌｅ、ＥＣＭ）とも呼ばれ、特に好ましくはソフトウェアを使用して、データを処理するための計算演算を実行するための電子マイクロコントローラを有することが好ましい。制御デバイスは、好ましくは、制御デバイス間の有線及び／又は無線データ交換が可能になるように、互いに相互接続することができる。特に、例えばＣＡＮバス又はＬＩＮバスなどの、自動車に存在するバスシステムを介して制御デバイスを互いに相互接続することも可能である。
【0027】
極めて特に好ましくは、制御ユニットは、少なくとも１つのプロセッサと、特にコンピュータプログラムコードを含む少なくとも１つのメモリとを有し、メモリ及びコンピュータプログラムコードは、プロセッサが制御ユニットにコンピュータプログラムコードを実行させるように構成される。
【0028】
制御ユニットは、特に好ましくは、ステータ又はロータに通電するためのパワーエレクトロニクスモジュールを備えることができる。パワーエレクトロニクスモジュールは、好ましくは、電流の開ループ制御又は閉ループ制御を電気機械に提供する異なるコンポーネントの組合せであり、好ましくは、冷却要素又は電源ユニットなど、この目的に必要な周辺コンポーネントを含む。特に、パワーエレクトロニクスモジュールは、電流の開ループ制御又は閉ループ制御を提供するように構成された１つ以上のパワーエレクトロニクスコンポーネントを含む。これらは特に好ましくは、パワートランジスタなどの１つ以上のパワースイッチである。パワーエレクトロニクスユニットは、特に好ましくは３つ以上の、特に好ましくは４つ以上の、互いに分離された相又は電流経路を有し、それぞれが少なくとも１つの別個のパワーエレクトロニクスコンポーネントを有する。パワーエレクトロニクスユニットは、好ましくは、少なくとも１０Ｗ、好ましくは少なくとも１００Ｗ、特に好ましくは少なくとも１０００Ｗのピーク電力、好ましくは連続電力を有する相ごとの電力の開ループ制御又は閉ループ制御を提供するように構成されている。
【0029】
本電気機械は、特にハイブリッド自動車又は完全電動自動車のドライブトレイン内での使用を意図している。特に、本電気機械は、５０ｋｍ／ｈを超える、好ましくは８０ｋｍ／ｈを超える、特に１００ｋｍ／ｈを超える車両速度を達成できるような寸法を有する。特に好ましくは、電気モータは、３０ｋＷを超える、好ましくは５０ｋＷを超える、特に７０ｋＷを超える出力を有する。さらに、本電気機械が５，０００ｒｐｍを超える、特に好ましくは１０，０００ｒｐｍを超える、極めて特に好ましくは１２，５００ｒｐｍを超える速度を提供することが好ましい。
【0030】
本電気機械は、電動アクスルドライブトレインに取り付けることができる。自動車の電動アクスルドライブトレインは、電気機械及び変速機を備え、電気機械と変速機は構造ユニットを形成する。特に、電気機械及び変速機が共通のドライブトレインハウジング内に配置されるようにすることができる。あるいは当然ながら、電気機械がモータハウジングを有し、変速機が変速機ハウジングを有することも可能であり、その場合、変速機を電気機械に対して固定することによって構造ユニットを構成することができる。この構造ユニットは、Ｅアクスルと呼ばれることもある。
【0031】
本電気機械は、特に、ハイブリッドモジュールでの使用を意図することもできる。ハイブリッドモジュールでは、ハイブリッド化されたドライブトレインの構造的要素及び機能的要素を空間的及び／又は構造的に組み合わせて、ハイブリッドモジュールを特に簡単な方法で自動車のドライブトレインに組み込むことができるように予め構成することができる。特に、電気モータと、特に電気モータをドライブトレインに係合させる、かつ／又は電気モータをドライブトレインから切り離すためのディスコネクトタイプのクラッチを備えたクラッチシステムとが、ハイブリッドモジュールに存在することができる。
【0032】
本発明の有利な一実施形態によれば、ポケットの半径方向内側の輪郭が実質的に接線方向の直線状の延在部を有することができ、これにより有利な磁気励起を発生させることができる。
【0033】
本発明のさらに好ましい発展形態によれば、第１のグループのポケットが矩形の基本形状を有するようにすることもできる。さらに、本発明の同様に有利な実施形態によれば、ロータマグネットは実質的に矩形の断面輪郭を有する棒磁石として構成されており、ロータマグネットを、容易に組み立てられる方法において軸方向に矩形のポケットに挿入することができるようにすることができる。
【0034】
本発明のさらに特に好ましい実施形態によれば、第１のグループのポケットが、円筒形ロータ本体の直径の０．８～０．９７倍に相当するピッチ円上に配置されているようにすることができ、このこともまた、磁気励起に有利であることが証明されている。
【0035】
さらに、本発明はさらに発展させることができ、第１のグループのポケットがそれぞれ、その接線方向の端部にプラスチックの射出ゾーンを有し、これにより、ポケット内でロータマグネットを対応する定義された方法で固定することが容易になる。
【0036】
本発明の目的は、さらに、ロータマグネットを受け入れるための複数のポケットを有する積層ロータコアから形成された実質的に円筒形のロータ本体を備える、電気機械のロータを製造するための方法であって、少なくとも第１のグループのポケットが実質的に接線方向に配置されており、以下の工程、すなわち、
・ロータ本体を提供する工程であって、ロータ本体が、第１のグループのポケットの半径方向上方に外側輪郭部分を有し、この輪郭部分が、円筒形ロータ本体の円弧状輪郭から逸脱する輪郭を有する、工程と、
・ロータマグネットを第１のグループのポケットに挿入する工程と、
・ロータマグネットが第１のグループのポケット内に固定されるように、第１のグループのポケットにプラスチックを射出する工程と、を含み、
・射出中のプラスチックの射出圧力及び温度、並びにプラスチックが射出される前の第１のグループのポケットの半径方向外側の輪郭及び外側の輪郭部分は、
・プラスチックが射出されると、ポケットの外側輪郭と外側輪郭部分との間の材料がオフセットすることに起因して、円筒形ロータ本体の円弧状輪郭に実質的に対応する輪郭を有するように選択される、方法によって達成される。
・ロータ本体を提供する工程であって、ロータ本体が、第１のグループのポケットの半径方向上方に外側輪郭部分を有し、この輪郭部分が、円筒形ロータ本体の円弧状輪郭から逸脱する輪郭を有する、工程と、
・ロータマグネットを第１のグループのポケットに挿入する工程と、
・ロータマグネットが第１のグループのポケット内に固定されるように、第１のグループのポケットにプラスチックを射出する工程と、を含み、
・射出中のプラスチックの射出圧力及び温度、並びにプラスチックが射出される前の第１のグループのポケットの半径方向外側の輪郭及び外側の輪郭部分は、
・プラスチックが射出されると、ポケットの外側輪郭と外側輪郭部分との間の材料がオフセットすることに起因して、円筒形ロータ本体の円弧状輪郭に実質的に対応する輪郭を有するように選択される、方法によって達成される。
【0037】
これにより、ロータの半径方向外側の側面が非常に正確な真円度を有し、円形状からの逸脱が可能な限り少なく小さいことを保証できる。
【0038】
また、プラスチックが射出される前に、外側輪郭部分がそれぞれポケットの接線方向延在部に実質的に平行に延びる直線であるように本発明をさらに発展させることも有利であり得、このことは生産工学の観点から特に有利であることが証明されている。
【0039】
プラスチックは、好ましくは、トランスファー成形プロセスを使用してロータ本体のポケットに導入することができる。プラスチックは、好ましくは、１０～１５０バール、特に２０～１００バールの圧力でロータ本体のポケット内に射出される。ロータ本体のポケットへの射出時、プラスチックは特に好ましくは１２０～２５０℃、好ましくは１４０～２００℃の温度を有する。ポケットへの射出時のプラスチックの流速は、好ましくは０．５～２０ｍｍ／ｓ、より好ましくは１～１５ｍｍ／ｓである。
【0040】
本発明の目的は、電気機械のロータのロータ本体の積層ロータコアを形成するための電気金属シートによっても達成することができ、この電気金属シートは、ロータマグネットを受け入れるための複数のポケットを有し、少なくとも第１のグループのポケットが、実質的に接線方向に延在しており、かつ電気金属シートが、第１のグループのポケットの半径方向上方に外側輪郭部分を有し、この輪郭部分が、電気金属シートの円形外側輪郭の円弧状輪郭から逸脱し、かつ半径方向内側にオフセットされた輪郭を有する。このような電気金属シートは、特に請求項７による方法での使用を意図している。
【0041】
本発明の目的はまた、請求項１～６のうちの一項に記載のロータを備える電気機械、特にハイブリッド自動車又は完全電気自動車のドライブトレインのための電気機械によっても達成される。
【0042】
以下では、本発明の一般的概念を限定することなく、図面を参照しながら本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】電気半径方向磁束機を概略軸方向断面図で示している。
【図2】ラジアルフロー機のロータを断面図で示している。
【図3】第１の製造工程におけるロータのポケットの詳細図を概略断面図で示している。
【図4】第２の製造工程におけるロータのポケットの詳細図を概略断面図で示している。
【発明を実施するための形態】
【0044】
図１は、特にハイブリッド自動車又は完全電動自動車のドライブトレイン用の電気機械２を示しており、ステータ１５に対して回転自在に取り付けられたロータ１を備えている。電気機械２は、半径方向磁束機として構成されており、ステータ１５は円筒形リングのような構造を有し、ロータ１はステータ１５内に同軸に配置されている。ロータ１はさらに、ロータ本体４が配置されているロータシャフト１６を有する。
【0045】
図２は、図１から認識されるアセンブリを断面図で示している。ロータは、ロータマグネット６を受け入れるための複数のポケット５を有する積層ロータコア３から形成された円筒形ロータ本体４を備える。ロータ１の円周上に等距離に配置された実質的に同一形状のポケット５の第１のグループ７は、実質的に接線方向に延在している。第１のグループ７のポケット５は、矩形の基本形状を有する。ロータマグネット６はそれぞれ、実質的に矩形の断面輪郭１０を有する棒磁石として構成されている。
【0046】
ロータマグネット６は、軸方向からポケット５内に遊びを持たせて挿入することができるが、射出されたプラスチック８によって第１のグループ７のポケット５内に固定されている。第１のグループ７のポケット５は、半径方向外側の輪郭９を有し、この輪郭は、図４の詳細図からも容易に明らかなように、第１のグループ７のポケット５の半径方向上方における、いずれの場合にも、円筒形ロータ本体４の半径方向外側の円弧状輪郭に実質的に対応している。半径方向外側の輪郭９とは対照的に、ポケット５の半径方向内側の輪郭１２は、実質的に接線方向に直線状に延在している。第１のグループ７のポケット５それぞれは、その接線方向端部にプラスチック８の射出ゾーン１３を有する。
【0047】
ロータマグネット６とポケット５との間の遊びによって形成される空間において、射出されたプラスチック８は、半径方向外側の輪郭９とロータマグネット６との間に位置する。言い換えれば、プラスチック８は、第１のグループ７のポケット５の１つの半径方向外側の輪郭９と、ポケット５に固定されたロータマグネット６との間に存在し、それによって、対応するロータマグネット６も、半径方向の遊びなしに完全にポケット５に固定されている。ロータマグネット６はまた、射出されたプラスチック８によってポケット５の半径方向内側の輪郭１２に保持されている。
【0048】
図２～図４に示すロータ１の実施形態では、第１のグループ７の各ポケット５の半径方向下方に、ロータマグネット６を備えた第２の、ポケット５のＶ字形状のグループ１４が存在している。ポケット５のＶ字形状のグループ１４は、図２～図４から容易に明らかなように、互いに隔てられており、かつ互いに対してＶ字形状の位置関係を有する２つの矩形のポケット５によって形成される。グループ１４のポケット５のＶ字形状配置の頂点は、半径方向内側を向いている。したがって、グループ１４のポケット５の数は、第１のグループ７のポケット５の数の２倍である。
【0049】
図２はさらに、第１のグループ７のポケット５が、円筒形ロータ本体４の直径の０．８倍から０．９７倍に相当するピッチ円１１上に配置されていることを示している。
【0050】
【0051】
最初に、ロータ本体４が提供され、ロータ本体４は、いずれの場合にも、第１のグループ７のポケット５の半径方向上方に外側輪郭部分２０を有し、外側輪郭部分２０は、図３から容易に明らかなように、円筒形ロータ本体４の円弧状輪郭２１から逸脱した輪郭を有する。プラスチック８が射出される前、これらの外側輪郭部分２０はそれぞれ、ポケット５の接線方向延在部に実質的に平行に延びる直線として形成されている。輪郭部分２０は、例えば、パンチング又はフライス加工によって形成することができる。
【0052】
次いで、第１のグループ７のポケット５にロータマグネット６を遊びを持たせて挿入することができる。次いで、この製造状態で、射出ゾーン１３を介してプラスチック８が第１のグループ７のポケット５に射出され、ロータマグネット６が第１のグループ７のポケット５に固定される。
【0053】
射出中のプラスチック８の射出圧力及び温度、並びにプラスチック８が射出される前の第１のグループ７のポケット５の半径方向外側の輪郭９及び外側輪郭部分２０は、プラスチック８が射出されると、外側輪郭部分２０が、ポケット５の外側の輪郭９と円筒形ロータ本体４の円弧状輪郭２１に実質的に対応する外側の輪郭部分２０との間の材料のオフセットによる輪郭を有するように、選択される。言い換えれば、直線状の輪郭部分２０は、ポケット５内へのプラスチック８の射出圧力によって半径方向外側に変位し、輪郭部分２０に膨らみが生じるようになっており、この膨らみは、図４において容易に明らかであるように、ロータ本体４の円弧状輪郭２１に対応している。
【0054】
この場合、プラスチック８は、２０～１００バールの射出圧力、及び１４０～２００℃の射出時のプラスチック８の温度で、トランスファー成形プロセスによってロータ本体４の第１のグループ７のポケット５内に射出された。ポケット５への射出時のプラスチック８の流速は、好ましくは１～１５ｍｍ／ｓである。
【0055】
図３は、上述した製造方法で使用される、ロータ本体４の積層ロータコア３の電気金属シートの上面図を示した。電気金属シートは、ロータマグネット６を受け入れるための複数のポケット５を有し、少なくとも第１のグループ７のポケット５が実質的に接線方向に延在しており、電気金属シートは、第１のグループ７のポケット５の半径方向上方に外側輪郭部分２０を有し、この輪郭部分は、電気金属シートの円形外側輪郭の円弧状輪郭２１から逸脱しており半径方向内側にオフセットされた輪郭を有する。図示した例示的な実施形態では、電気金属シートの円形外側輪郭から逸脱している輪郭は、ポケット５の内側輪郭１２に平行に延びる接線方向の直線部分として構成されている。図示した例示的な実施形態では、接線方向の直線部分は、ポケット５の長手方向範囲全体にわたって完全に円周方向に延びている。
【0056】
本発明は、図に示した実施形態に限定されるものではない。したがって、上記の説明は本発明を制限するものではなく、むしろ例示的なものとみなされる。以下の特許請求の範囲は、記載された特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に存在することを意味するものと理解されたい。これは、さらなる特徴の存在を排除するものではない。特許請求の範囲及び上記の説明において「第１の」特徴及び「第２の」特徴が定義されている場合、この呼称は、優先順位を定義することなく、同じ種類の２つの特徴を区別する役割を果たす。
【符号の説明】
【0057】
１ ロータ
２ 電気機械
３ 積層ロータコア
４ ロータ本体
５ ポケット
６ ロータマグネット
７ グループ
８ プラスチック
９ 輪郭
１０ 断面輪郭
１１ ピッチ円
１２ 輪郭
１３ 射出ゾーン
１４ グループ
１５ ステータ
１６ ロータシャフト
２０ 輪郭部分
２１ 輪郭
２ 電気機械
３ 積層ロータコア
４ ロータ本体
５ ポケット
６ ロータマグネット
７ グループ
８ プラスチック
９ 輪郭
１０ 断面輪郭
１１ ピッチ円
１２ 輪郭
１３ 射出ゾーン
１４ グループ
１５ ステータ
１６ ロータシャフト
２０ 輪郭部分
２１ 輪郭
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【手続補正書】
【提出日】2024-04-12
【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】
ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有する積層ロータコア（３）から形成された円筒形ロータ本体（４）を備える、電気機械（２）用のロータ（１）であって、少なくとも第１のグループ（７）が、ポケット（５）から実質的に接線方向に延在しており、かつ前記ロータマグネット（６）が、射出プラスチック（８）によって前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）内に固定されている、ロータ（１）であって、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に、いずれの場合にも、前記円筒形ロータ本体（４）の半径方向外側の円弧状輪郭に実質的に対応する半径方向外側の輪郭（９）を有し、プラスチック（８）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）のうちの１つの前記半径方向外側の輪郭（９）と、前記ポケット（５）内に固定された前記ロータマグネット（６）との間に設けられていることを特徴とする、ロータ（１）。
【請求項2】
前記ポケット（５）の半径方向内側の輪郭（１２）が、実質的に接線方向の直線状の延在部を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項3】
前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）が、矩形の基本形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のロータ（１）。
【請求項4】
前記ロータマグネット（６）が、実質的に矩形の断面輪郭（１０）を有する棒磁石として構成されていることを特徴とする、請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項5】
前記第１のグループ（７）のポケット（５）が、前記円筒形ロータ本体（４）の直径の０．８～０．９７倍に相当するピッチ円（１１）上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（１）。
【請求項6】
前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）がそれぞれ、その接線方向の端部に前記プラスチック（８）の射出ゾーン（１３）を有することを特徴とする、請求項１に記載のロータ（１）。
【請求項7】
ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有する積層ロータコア（３）から形成された実質的に円筒形のロータ本体（４）を備え、少なくとも第１のグループ（７）のポケット（５）が、実質的に接線方向に延在している、電気機械（２）用のロータ（１）を製造するための方法であって、前記ロータ本体（４）を提供する工程であって、前記ロータ本体（４）が、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に外側輪郭部分（２０）を有し、前記輪郭部分が、前記円筒形のロータ本体（４）の円弧状輪郭（２１）から逸脱した輪郭を有する、工程と、
前記ロータマグネット（６）を前記第１のグループ（７）のポケット（５）に挿入する工程と、
前記ロータマグネット（６）が前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）内に固定されるように、プラスチック（８）を前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の中に射出する工程と、を含み、
射出中の前記プラスチック（８）の射出圧力及び温度、並びに前記プラスチック（８）が射出される前の前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向外側の輪郭（９）及び前記外側輪郭部分（２０）が、
前記プラスチック（８）が射出されると、前記ポケット（５）の外側輪郭（９）と前記外側輪郭部分（２０）との間の材料がオフセットすることに起因して、前記円筒形のロータ本体（４）の前記円弧状輪郭（２１）に実質的に対応する輪郭を前記外側輪郭部分（２０）が有するように選択される、方法。
【請求項8】
前記プラスチック（８）が射出される前に、前記外側輪郭部分（２０）がそれぞれ、前記ポケット（５）の接線方向延在部に対して実質的に平行に延びる直線であることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
【請求項9】
電気機械（２）のロータ（１）のロータ本体（４）の積層ロータコア（３）を形成するための電気金属シートであって、前記電気金属シートが、ロータマグネット（６）を受け入れるための複数のポケット（５）を有し、少なくとも第１のグループ（７）のポケット（５）が、実質的に接線方向に延在しており、かつ前記電気金属シートが、前記第１のグループ（７）の前記ポケット（５）の半径方向上方に外側輪郭部分（２０）を有し、前記輪郭部分が、前記電気金属シートの円形外側輪郭の円弧状輪郭（２１）から逸脱し、かつ半径方向内側にオフセットされている輪郭を有することを特徴とする、電気金属シート。
【請求項10】
請求項１に記載のロータ（１）を備える、特にハイブリッド自動車又は完全電気自動車のドライブトレインのための電気機械（２）。
【国際調査報告】