2024-538231 アウトランナ用モータの為のロータ及び該ロータを備えたアウトランナ用モータ

(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】2024-10-18

(54)【発明の名称】アウトランナ用モータの為のロータ及び該ロータを備えたアウトランナ用モータ

(51)【国際特許分類】

   H02K 1/24 20060101AFI20241010BHJP

【ＦＩ】

H02K1/24 Z

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024524439

(86)(22)【出願日】2022-10-28

(85)【翻訳文提出日】2024-05-15

(86)【国際出願番号】 EP2022080174

(87)【国際公開番号】W WO2023073158

(87)【国際公開日】2023-05-04

(31)【優先権主張番号】21205609.7

(32)【優先日】2021-10-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】520300482

【氏名又は名称】マクソン インターナショナル アーゲー

【氏名又は名称原語表記】ＭＡＸＯＮ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ ＡＧ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100162352

【弁理士】

【氏名又は名称】酒巻 順一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】トラクセル， マティス

(72)【発明者】

【氏名】クレハー， ヨハネス

(72)【発明者】

【氏名】ガッサー， アンドレアス

(72)【発明者】

【氏名】ヴュートリッヒ， クリスティアン

【テーマコード（参考）】

5H601

【Ｆターム（参考）】

5H601AA20

5H601CC01

5H601DD02

5H601DD11

5H601DD18

5H601GA02

5H601GA36

5H601GA41

5H601GD31

5H601KK07

(57)【要約】

アウトランナ用モータの為のロータ及び該ロータを備えたアウトランナ用モータ。本発明は、ロータベルとして設計され、ロータベル内にロータ極が位置されたロータ用ハウジングを備え、ロータベルは、回転軸を中心に回転可能になるようにアウトランナモータのステータ内に装着可能であり、回転軸に対して非対称な剛性、特に非対称な傾斜剛性を呈するアウトランナモータ用ロータに関する。また、本発明は、モータ用シャフトと、複数のステータ歯を有するステータと、ステータを囲む本発明によるロータとを有するアウトランナモータに関する。本発明が解決しようとする課題は、従来技術から知られている困難性をさらに改善することであり、特に、アウトランナモータ用ロータと、このようなロータを有するアウトランナモータとを、より静かで振動レベルが低くなるように設計することである。この課題は、ロータベルの重心をその回転軸上に置くことによって、本発明に従って解決される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ロータベル（２）として設計されたロータ用ハウジングにロータ極（５）が位置されたアウトランナモータ（１６）用ロータ（１）であって、
前記ロータベル（２）は、前記アウトランナ用モータ（１６）のステータ（１７）に回転軸（Ｒ）を中心に回転可能に装着され、回転軸（Ｒ）に対して非対称な剛性、特に非対称な傾斜剛性を有し、前記ロータベル（２）の重心がその回転軸（Ｒ）上に置かれることを特徴とする、ロータ（１）。

【請求項2】

前記ロータベル（２）は、異なるジオメトリの領域を有し、さらに／または、異なる材料で構成され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】

前記ロータベル（２）の、前記回転軸（Ｒ）に対して垂直な端面（４）が、非対称に構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ（１）。

【請求項4】

前記ロータベル（２）の前記端面（４）は、少なくとも１つの切欠部（６）とスポーク（７）とを備え、前記スポーク（７）は、異なる材料から成り、さらに／または、異なる厚さまたは幅および／または、これらの間に異なる角度を有することを特徴とする、請求項３に記載のロータ（１）。

【請求項5】

前記スポーク（７）は、２つのロータ極（５）の間に配置されるように、前記回転軸（Ｒ）を中心に非対称に配置されていることを特徴とする、請求項４に記載のロータ（１）。

【請求項6】

前記スポーク（７）の数は、各場合に２つのロータ極によって形成されるロータ極対の数よりも少なく、特に、前記スポーク（７）の数は、前記ロータ極対の数に対して次の２つの最小素数に対応することを特徴とする、請求項４または５に記載のロータ（１）。

【請求項7】

前記スポーク（７）は、前記回転軸（Ｒ）に対して非対称に配置され、それぞれが可能な限り等しい角度を有することを特徴とする、請求項４～６のいずれか１項に記載のロータ（１）。

【請求項8】

前記ロータ極（５）は、径方向外側（９）が円弧状であり、径方向内側（１０）が平坦であ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9】

前記ロータベル（２）にリング状の減衰要素（１２）が挿入されてい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10】

モータシャフトと、複数のステータ歯（１８）を有するステータ（１７）と、ステータ（１７）を囲む請求項１～９のいずれか一項に記載のロータ（１）とを備える、アウトランナ用モータ（１６）であって、前記ステータ歯（１８）の数がロータ極（５）の数よりも少ないことを特徴とする、アウトランナ用モータ（１６）。

【請求項11】

前記ステータ歯（１８）の各々は、ステータ歯ヘッド（１９）を有し、前記ロータ極（５）間の接線方向距離（Ｔ）は、２つのステータ歯ヘッド（１９）間の接線方向スロット隙間幅（ＮＢ）よりも大きく、前記接線方向スロット隙間幅（ＮＢ）と、前記ロータ極（５）間の接線方向距離（Ｔ）との比が０．５～０．８５であることを特徴とする、請求項１０に記載のアウトランナ用モータ（１６）。

【請求項12】

各ステータ歯（１８）はステータ歯ヘッド（１９）を有し、２つのステータ歯ヘッド（１９）間の接線方向スロット隙間幅（ＮＢ）とステータ歯ヘッド（１９）の接線方向幅（ＺＢ）との比が０．２５以下であり、好ましくは０．１１～０．２の範囲内にあることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載のアウトランナ用モータ（１６）。

【請求項13】

各ステータ歯（１８）は、銅巻線（２１）が周囲に巻回されたステータ歯ネック（２０）を有し、前記ステータ歯ネック（２０）の幅（ＺＨＢ）は、モータ動作時に前記ステータ歯ネック（２０）内の磁束が飽和範囲に達しないように構成されていることを特徴とする、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のアウトランナ用モータ（１６）。

【請求項14】

前記ステータ歯（１８）の各々は、ステータ歯ヘッド（１９）を有し、前記ロータ（１）と前記ステータ（１７）との間に空隙（２２）が形成され、前記空隙（２２）の幅（ＬＢ）と前記２つのステータ歯ヘッド（１９）間の接線方向スロット隙間幅（ＮＢ）との比が０．２５～０．５であることを特徴とする、請求項１０～１３のいずれか一項に記載のアウトランナ用モータ（１６）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ロータベルとして設計され、ロータベル内にロータ極が位置されたロータ用ハウジングを備えた請求項１に記載のアウトランナ用モータの為のロータであって、ロータベルは、アウトランナ用モータのステータ内に回転軸を中心に回転可能に装着可能であり、回転軸に対して非対称な剛性、特に非対称な傾斜剛性を有することを特徴とするアウトランナ用モータの為のロータに関する。

【0002】

さらに、本発明は、モータ用シャフトと、複数のステータ歯を有するステータと、本発明に係るロータとを備えた請求項１０に記載のアウトランナ用モータに関する。

【0003】

このタイプのアウトランナ用モータは、比較的短い軸方向長さを有するフラットモータである。ロータは、片側ロータベルによってモータ用シャフトに接続される。アウトランナ用モータの為のロータ用ハウジングのベル構造は、固有振動数が低く、減衰が少なく、大径で質量が大きく、軸受の摩擦力が小さく、外径に近い磁力を有するため、騒音や振動の点で不利であることが分かった。ロータの質量慣性モーメントを小さく保つためには、ロータベルをできるだけ薄い壁で構成する必要があるが、これはロータベルの剛性が低いことを意味し、振動に有利である。

【0004】

特に、これらのアウトランナ用モータが高トルクに適応される場合、それらは強い磁気力を受ける。実際のシステムにおいて、これらの磁気力は結果として励起される力となり、その振幅と時間の経過はジオメトリの不完全性や材料および他の不規則性に依存する。ロータとステータとの間に作用する得られた駆動トルクに加えて、磁気力は主に径方向に、極間に、すなわちロータの磁石とステータ歯の間に作用する。

【0005】

モータの固有振動数は、物理法則に従って、弾性成分の剛性と移動質量または慣性によって定義される。固有振動数付近に何らかの形で振動励起が発生すると、振動振幅（共振）が大きく増大し、振動エネルギ（減衰）を分散させることによってのみ振動振幅を制限することができる。

【0006】

構造上、このようなアウトランナ用モータの弾性要素は、主に振動に関与するが、ロータベルと軸受、特に玉軸受の弾性接点であり、ロータベルと軸受は、共振近傍の振動振幅における強い折り目によって表される非常に小さな減衰を有する。

【0007】

ＣＮ２１１２６６７２４Ｕから、永久磁石同期モータ用の端部カバーが知られており、これは、端部カバー本体と、該端部カバー本体上に配置された複数の補強リブとを備える。永久磁石同期モータの端部カバーの補強リブは非対称に配置されている。その結果、モータの電磁励振下でモータの構造振動と共振する電磁力波の問題を解決でき、永久磁石同期モータの作動音を低減できる。

【0008】

ＣＮ１１２２７１８５２Ａはまた、ノイズ低減のための永久磁石同期モータの端部カバーを示す。端部カバーは、内外補強リブを有し、内補強リブも非対称に分布している。

【0009】

これら２つの文献において、モータ用ハウジングの非回転部である端部カバーに非対称に配置された補強リブが設けられている。これは既に騒音・振動の低減につながっているが、まだ改善の余地がある。

【0010】

また、ＤＥ１０２０１７１２３０８５Ａ１は、他の電子的に切り替え可能な極を有するステータと、ステータに対して回転可能に装着され、ステータを少なくとも部分的に囲むロータとを有するアウトランナ用モータを示している。ロータはポット状であり、周方向に沿って交互に配置された複数の永久磁石を備える。アウトランナ用モータは、アウトランナ用モータが設置された装置の駆動列によって生じる出力不均衡を補償するように適合されている。この目的のために、アウトランナ用モータは、定義された不平衡を生成するための２つのカウンタウェイトを有する。第１のカウンタ質量は、ロータの周面の一部に形成され、ロータと一体に形成されている。第２のカウンタ質量は、ポット形ロータの端面の部分領域が打ち抜かれ、ロータ端面の残りの部分領域上に折り曲げられるように構成することができる。

【0011】

したがって、本発明の課題は、従来技術から知られている困難性をさらに改善し、特に、アウトランナ用モータの為のロータと、そのようなロータを有するアウトランナ用モータとを、より静かで振動レベルが低いように構成することである。

【0012】

この課題は、独立クレーム１及び１０の特徴によって解決される。

【0013】

この目的のために、本発明によれば、ロータベルの重心がその回転軸上に置かれることが提供される。

【0014】

ロータベルは、一方の側で少なくとも部分的に閉じられ、シェル表面および端面を有するポット形ハウジングである。この傾斜剛性により、ロータベルの端面またはシェル表面がロータベルに垂直な方向に傾斜することが防止される。非対称傾斜剛性は、回転軸に関して点対称でも回転対称でもない。ロータ極は、好ましくは永久磁石として構成される。ロータベルをモータ用シャフトの一方の側に装着するための軸受点が端面上に又は端面に設けられている。周方向の主振動モードに対する振動微分方程式を解くための固有値問題の数学的解法は定義されていない。しかしながら、力励起は周方向に明瞭な成分を示した。このことから、ロータとステータとの間の弾性相対傾斜運動が周方向運動に関連していることがわかる。この観測により、機械的ロータの構造を最適化した。軸受の傾斜剛性にはほとんど影響を与えないが、ロータベルの傾斜剛性を最適化することができる。従って、ロータベルのベル構造は、ロータベルの傾斜剛性が、回転軸を中心に回転するときのねじれ角の関数として不規則に変化するように構成される。一方、回転軸に対するロータベルの傾斜剛性の非対称構成は、通常対称構成で互いに近接している傾斜固有周波数が互いから強く分離されていることを意味する。一方、共振付近で振動する傾斜固有モードは、傾斜剛性が回転軸周囲の角度に大きく依存して変化するため、単純に回転することができず、共振ピークが分裂し、振動振幅が小さくなると減衰が大きくなり、振動や騒音の解析に現れる。したがって、ロータベルの、この構成は、付加的な減衰および励起の低減を可能にする。モータの不平衡が低く、したがって静かな運転が達成される。

【0015】

本発明の好ましい実施形態は、サブクレームの主題である。

【0016】

好ましい実施形態によれば、ロータベルは、異なる形状の領域および／または異なる材料で作られた領域を有することが提供される。これは、回転軸に対してロータベルの所望の非対称傾斜剛性を達成する簡単な方法である。たとえば、ロータベルは、周方向に異なる厚みを有するものであってもよいし、異なる材料で作られてもよい。

【0017】

別の好ましい実施形態において、回転軸に垂直なロータベルの端面が非対称であることを提供することができる。その結果、ロータベルの所望の非対称傾斜剛性を簡単かつ安定的に達成することができる。これにより、ロータベルのシェル表面を対称的にすることができ、特に、軸対称又は回転対称にすることができる。これはまた、ロータベルの費用効果的な生産と同様に、モータが低い不平衡で運転することを可能にする。

【0018】

好ましくは、ロータベルの端面は、少なくとも１つの切欠き部およびスポークを有するように構成することができ、ここで、スポークは異なる材料で作られ、かつ／または、異なる厚さまたは幅を有し、かつ／または、それらの間に異なる角度を含む。これにより、本発明のロータベルの非対称な傾斜剛性が得られ、騒音や振動を低減することができる。この場合、スポークは、ロータベルの端面の軸受領域からロータベルの外周まで延びる。本実施形態において、第１の２つの傾斜モードは互いに強く分離されており、第１の２つの傾斜モードの傾斜固有周波数は、１００－５００Ｈｚ、特に３００－５００Ｈｚ以上離れていることが好ましい。

【0019】

さらに別の実施形態によれば、スポークは、それぞれが２つのロータ極の間に配置されるように、回転軸の周りに非対称に配置されることが可能である。スポークをロータ極、即ち、ロータの永久磁石の間に配置することによって、ロータベルを通る好ましくない磁束であって、付加的な磁気励起を引き起こす可能性があるものを回避することができる。好ましくは、スポーク構造を磁気回路からより良好に分離するために、ロータ戻り回路はスポークへの遷移領域で飽和されない。

【0020】

好ましくは、スポークの数は、各場合において２つのロータ極によって形成されるロータ極対の数よりも少なく、好ましくは、少なくとも４つのスポークが設けられる。スポークの数は、素数に対応することが特に好ましい。これにより、ロータベルの端面におけるスポークの所望の非対称配置を容易に達成することができる。この場合、スポークの数は、ロータ極対の数に対して次の２つの最小素数に対応することが特に好ましい。一般的には、５つまたは７つのスポーク、特に、５つのスポークが好ましい。

【0021】

さらに別の好ましい実施形態において、スポークが回転軸に対して非対称に配置され、それぞれが可能な限り等しい角度を有することを提供することができる。これにより、スポークはできるだけ均等に配置される。モータの好ましい実施形態は、１２個のロータ極がロータベル内に配置され、端面が５個のスポークを有することを提供することができる。この構成において、隣接するスポークは、互いに最小２個および最大３個のロータ極隙間によって離間されているか、または互いに少なくとも６０°および最大９０°の角度を形成する。このようなロータベルの構成において、この垂直傾斜方向に対するロータベルの端面の傾斜を打ち消すロータベルの傾斜剛性は、１～５ Ｎｍ／度である。この場合、回転軸に対して最も剛性の高いロータベルの領域は、回転軸に対して最も剛性の低い領域よりも２０～６０％高い剛性を有する。

【0022】

さらに別の好ましい実施形態において、ロータ極が径方向外側で円弧状であり、径方向内側で平坦であることを提供することができる。好ましくは、ロータ極は、別個の異方性磁気セグメントとして構成される。ロータ極の、この構成は、アウトランナ用モータ内の空隙磁束密度のコースを平滑化することを可能にし、空隙内の磁束は理想的には正弦波コースを有する。これにより、不規則で強い励起が回避される。同時に、滑らかな表面は湾曲した表面よりも少ない機械加工を必要とするので、そのような回転子極または磁石は、湾曲した磁石と比較してコストを低減する。

【0023】

さらに好ましい実施形態によれば、リング状の減衰要素をロータ内に設けることができる。好ましくは、減衰要素は、剛性の高いガラス繊維強化ＰＰＡ（ポリフタルアミド）等の減衰性の良好なプラスチックから作られるリングとして構成される。プラスチックリングは、その周表面に沿って周方向に均等に配置されたウェブからなる。好ましくは、ウェブの数は、ロータ極間の空間の数に対応する。プラスチックリングは、好ましくは、ウェブがロータ極間の空間内に位置決めされるような方法でロータベル内に挿入される。プラスチックリングの高い剛性により、ロータベルのシェル表面はさらに安定化され、所望の減衰が達成される。

【0024】

上述したようなモータシャフトと、複数のステータ歯を有するステータと、ステータを囲むロータとを有する有するアウトランナ用モータに関しては、ステータ歯の数がロータ極の数よりも少ないという点で上記課題が解決される。好ましくは、アウトランナ用モータは、電子的に整流されるアウトランナ用モータである。また、ロータおよびステータシステムの最適なレイアウトは、モータのノイズおよび振動を低減または回避するのに役立つ。１２個のロータ極と８個のステータ歯との組み合わせ、または１６個のロータ極と１２個のステータ歯との組み合わせが好ましいことが示されている。より大きな直径を有するロータに対しては、２８個のロータ極と２４個のステータ歯との組合せ、または４０個のロータ極と３６個のステータ歯との組合せも好ましい。一般に、４個のロータ極対と３個のステータ歯の比、または、７個のロータ極対と６個のステータ歯の比、または、１０個のロータ磁極対と９個のステータ歯の比、または、これらの比の倍数が特に好適である。

【0025】

別の好ましい実施形態において、ステータ歯の各々はステータ歯ヘッドを有し、ロータ極間の接線方向距離は２つのステータ歯ヘッド間の接線方向スロット隙間幅よりも大きい。特に、２つのステータ歯ヘッド間の接線方向スロット隙間幅とロータ極間の接線方向距離との比は、０．５～０．８５である。また、この構成は、騒音や振動の低減にもつながる。

【0026】

別の好ましい実施形態において、２個のステータ歯ヘッド間の接線方向スロット隙間幅のステータ歯ヘッドの接線方向幅に対する比が０．２５以下であり、好ましくは、０．１１から０．２の範囲であることを提供することができる。できるだけ幅の広いステータ歯ヘッドは、１回転にわたるロータの観点からの磁気抵抗変化を低減でき、磁気励起を低減できる。また、騒音や振動の低減にもつながる。

【0027】

銅巻線が周囲に配置されたステータ歯ネックを有する各ステータ歯において、モータ運転時にステータ歯ネック内の磁束が飽和領域に達しないようにステータ歯ネックの幅を調整することにより、更なる低騒音化、低振動化を図ることができる。

【0028】

さらに別の好ましい実施形態において、各ステータ歯がステータ歯ヘッドを有し、ロータとステータとの間に空隙が形成され、空隙の幅と２個のステータ歯ヘッド間の接線方向スロット隙間幅との比が０．２５から０．５の範囲内であることを提供することができる。この結果生じる空隙磁場の減少はまた、システムの励起を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0029】

以下、図面を参照して、より詳細に本発明の実施形態を説明する。

【図1a】図１ａは、ロータの第１の実施形態の斜視図である。

【図1b】図１ｂは、ロータの第１の実施形態の斜視図である。

【図2a】図２ａは、図１ａから見たロータの斜視図である。

【図2b】図２ｂは、図１ｂから見たロータの斜視図である。

【図3】図３は、図１ａからロータの軸方向を見た図である。

【図4】図４は、ロータの減衰要素の斜視図である。

【図5】図５は、軸方向から見たロータの他の実施形態である。

【図6】図６は、軸方向から見たときに、ロータとステータとを備えたアウトランナ用モータの一区分である。

【図7a】図７ａは、軸方向から見たときのロータのシェル表面の径方向の変形を示す。

【図7b】図７ｂは、軸方向から見たときのロータのシェル表面の径方向の変形を示す。

【図7c】図７ｃは、軸方向から見たときのロータのシェル表面の径方向の変形を示す。

【図7d】図７ｄは、軸方向から見たときのロータのシェル表面の径方向の変形を示す。

【図7e】図７ａは、軸方向から見たときのロータのシェル表面の径方向の変形を示す。

【0030】

【発明の詳細な説明】

【0031】

図１ａは、アウトランナ用モータ、好ましくは電子的に転流されたアウトランナ用モータの発明によるロータ１の第１の実施形態の斜視図を示す。ロータ１は、ロータベル２として構成されたロータ用ハウジングを備える。従って、ロータベル２は、本質的にベル形状またはポット形状を備え、本質的に円筒形のシェル表面３と、シェル表面３に本質的に垂直に続く端面４とを備える。端面４には軸受点８が形成されており、この軸受点８を介してロータベル２をアウトランナ用モータのモータシャフトに、したがって、ステータに装着することができる。ロータベル２はまた、軸受点８を通って延びる回転軸Ｒを備える。回転軸Ｒは、ロータベル２の端面４に対して垂直である。ロータベル２は、アウトランナ用モータの回転軸Ｒを中心に回転可能又は装着可能である。

【0032】

ロータベル２には、シェル表面３の内側に減衰要素１２（プラスチックリング）が配置されている。減衰要素１２は、２つの円形端セクション１３、１４を接続するウェブ１５を含む。ロータ極５は、減衰要素１２の凹部内のウェブ１５の間に配置される。ロータ極５は、シェル表面３の内側でロータベルの円周に沿って均等に配置されている。ロータ極５は好ましくは永久磁石として構成され、好ましくは離散的な異方性磁気セグメントとして構成される。２つのロータ極５は、それぞれロータ極対を形成する。以下、図３を参照してロータ極５を詳細に説明する。

【0033】

このタイプのアウトランナ用モータは、軸方向の長さが比較的短いという特徴がある。ロータ１は、片側ロータベル２によってモータ用シャフトに接続されている。このようなロータハウジング用ベル構造は、減衰が少なく固有振動数が低く、大直径上に大きな質量があり、軸受間隔が小さく、外径に近い磁力を有するため、騒音および振動の点でむしろ不利である。

【0034】

したがって、本発明によれば、ロータベル２のベル構造は、ロータ角度の関数としてロータベル２の傾斜剛性が回転軸Ｒを中心に不規則に変化するように構成されている。したがって、ロータベル２の傾斜剛性は、回転軸Ｒに対して非対称である。ロータベル２の非対称傾斜剛性は、たとえば、異なるジオメトリの領域を有するロータベルによって達成することができる。これらは、たとえば、異なる壁厚の領域又はロータベルに形成された切欠き部とすることができる。別の可能性は、ロータベル２の領域が異なる材料で作られていることである。ロータベル２の非対称性は、ロータベル２の重心が常に回転軸Ｒ上にあるように構成されることが有利である。

【0035】

図１ａ、図１ｂおよび図２ａ、図２ｂに示す実施形態において、ロータベル２の端面４は非対称に構成される。これは、図２ａ，図２ｂで明確に見られる。図２ａ、図２ｂは、図１ａ、図１ｂからのロータ１の斜視図も示しており、ロータ１は回転軸Ｒに沿って反対側から見ることができる。ロータベル２の端面４は、切欠き部６とスポーク７とを有する。スポーク７は、軸受点８から径方向、すなわち回転軸Ｒに垂直な方向に、ロータベル２のシェル表面３まで延びる。切欠き部６は、スポーク７の間に形成される。ロータベル２の重心は、回転軸Ｒ上に置かれている。以下、図３を参照して、より詳細にスポーク７および切欠き部６を説明する。ロータ１またはロータベル２の非対称性の、この構成により、最初の２つの傾斜固有モードは互いに強く分離され、それらの傾斜固有周波数は好ましくは－１００Ｈｚおよび５００Ｈｚの間である。

【0036】

図１ａおよび図２ａとは対照的に、図１ｂおよび図２ｂは、ロータ極５および減衰要素１２を含まないロータ１の斜視図を示す。この場合のロータベル２のシェル表面３は円筒状である。ロータベル２のシェル表面３上の二重矢印ＳＲは、ロータベル２が主に磁力によって励起されて振動する方向を示している。これにより、ロータベル２は、径方向ＳＲにおけるステータ歯１８とロータ極５との間の磁気的な吸引力および部分的な磁気的な反発力によって基本的に励起されるか、または弾性的に変形される。また、シェル表面３は、シェル表面３に垂直または回転軸Ｒに垂直な端面４のいずれか一方の回転軸Ｒにのみされていることもあり、ロータベル２にも軸方向ＳＡに振動が誘起される。

【0037】

図３は、図１ａ，図１ｂのロータ１と本発明に係るロータベル２とを回転軸Ｒに沿って軸方向から見た図である。ロータベル２の端面４の非対称形状が明確に視認可能である。端面４は、周方向に５本のスポーク７と、スポーク７間に形成された５本の切欠き部６とを有している。１２個のロータ極５は、ロータベル２のシェル表面３内に均等に分布して配置されている。隣り合うロータ極５は、各々の場合、互いに離間して配置され、その間に接線方向距離Ｔを有するロータ極隙間１１が形成されている。したがって、この配置は、ロータベル２内に６つのロータ極対を形成する。

【0038】

既に説明したように、ロータ極５は、離散的な異方性磁気セグメントとして構成される。ロータ極５は、径方向外側９において円弧状である。その反対側、すなわち径方向内側１０において、ロータ極５は平坦である。これにより、空隙磁束密度曲線を平滑化することができ、アウトランナ用モータのロータとステータとの間の空隙内の磁束は理想的に正弦波状となる。これにより、不規則で強い励起が回避される。同時に、このようなロータ極５の構成は、平滑または平坦な表面、すなわち径方向内側表面１０が湾曲した表面よりも少ない機械加工を必要とするため、湾曲した磁石と比較してコストを低減する。

【0039】

スポーク７は、ロータ１の２つのロータ極５の間に配置されている。スポーク７をロータ極５の間に配置することによって、ロータベル２を通る好ましくない磁束が回避され、付加的な磁気励起を引き起こす可能性がある。好ましくは、スポーク７を磁気回路からより良好に分離するために、ロータ戻り回路はスポークへの遷移領域で飽和されない。したがって、５個のスポーク７は、ロータベル２の端面４の円周に沿って非対称に分布している。好ましくは、スポーク７は、それらの間を可能な限り等しい角度で包囲するように配置されるか、または可能な限り均等に分布するように配置される。図３に見られるように、これは、スポーク７がそれらの間に最小２個および最大３個のロータ極隙間１１を包囲することを意味する。２つのスポーク７の間の角度は、最小６０°から最大９０°である。スポーク７は、ロータベル２の重心が常に回転軸Ｒ上にあるように、幅または厚さが異なっている。図３に見られるように、第１の実施形態において、２つの上部スポーク７は、３つの下部スポーク７よりも僅かに広い。あるいは、スポークが異なる厚さを有するか、または異なる材料で作られることも考えられる。

【0040】

図４は、図１ａ、図２ａおよび図３に示すロータ１に挿入された減衰要素１２を単一の図で示す。減衰要素１２はリング状であり、２つの円形端セクション１３、１４を備え、これらの端部は、それらに垂直に延びるウェブ１５を介して互いに接続される。ウェブ１５は、図１ａ、図２ａおよび図３にも見られるように、それらがロータ極隙間１１に挿入できるような寸法にされる。好ましくは、減衰要素１２は、プラスチック材料、特に高剛性を有するガラス繊維強化ＰＰＡ（ポリフタルアミド）で作られる。これにより、ロータベルのシェル表面をさらに安定させて減衰させることができる。

【0041】

図５は、アウトランナ用モータの為のロータ１のさらなる実施形態を示す。図５に示すロータ１は、上述したロータ１と基本的に同様に構成されている。したがって、以下に記載されていない構成部品については、図１～図３に関する上記の説明を参照する。したがって、以下では、基本的に相違点についてのみ説明する。図５に示す実施形態において、ロータベル２のシェル表面３に１６個のロータ極５が配置されている。したがって、ロータベル２には８対のロータ極が形成される。ロータベル２の端面４もまた、５つの切欠き部６と５つのスポーク７を有する。スポーク７は、ロータ極５の間に配置されている。これにより、上述の利点が得られる。

【0042】

ロータベルの他の実施形態も可能である。好ましくは、ロータベルは、多数の少なくとも４つのスポークで構成される。さらに、ロータベルのスポークの数は、素数に対応することが好ましい。また、スポークの数は、ロータ極対の数よりも小さいことが好ましい。スポークの数は、ロータ極対の数に関して次の２つの最小素数に対応することが特に好ましい。一般的には、５つまたは７つのスポーク、特に５つのスポークが好ましい。

【0043】

図６はアウトランナ用モータ１６の一セクションを示す。アウトランナ用モータ１６は、ステータ１７と本発明に係るロータ１とを備える。ロータ１は、たとえば、図１～図３または図５に示すように構成することができる。

【0044】

このようなロータを有するアウトランナ用モータは、特に高トルクに適応される場合、強い磁気力を受ける。理想的には、これらの磁力は互いに打ち消し合う。しかしながら、実際のシステムにおいて、それらは結果として力の励起をもたらし、その振幅と時間の経過は形状と材料の不完全性と他の不規則性に依存する。ロータとステータとの間に作用する結果として生じる駆動トルクに加えて、磁気力は、ロータのロータ極とステータ歯との間で主に径方向に作用する。

【0045】

モータの固有振動数は、物理法則に従って、弾性成分の剛性と移動質量または慣性によって定義される。固有振動数付近に何らかの形で振動励起が発生すると、振動振幅（共振）が強く増大し、振動エネルギ（減衰）を分散させることによってのみ振動振幅を制限することができる。この構造により、主に振動に関与するこのようなアウトランナ用モータの弾性要素は、ロータベルと軸受、特に玉軸受けの弾性接点であり、ロータベルと軸受は、共振付近の振動振幅の強い増加によって表される非常に小さな減衰を有する。したがって、アウトランナ用モータをより静かにし、より低いレベルの振動にするために、追加の減衰と励起の減少は非常に歓迎される。

【0046】

周方向の主振動モードに対する振動微分方程式を解くための固有値問題の数学的解法は定義されていない。しかしながら、力励起は周方向に明瞭な成分を示した。このことから、ロータとステータ間の弾性相対傾斜運動は円周運動と関連していると結論した。この観察を用いて、機械的ロータ設計を上述のように最適化した。
したがって、ロータ１は、シェル表面３を有するロータベル２を備える。ロータ極５は、シェル表面３に配置されている。ロータ１は、上述した２つの実施形態のうちの１つに従って構成することができるので、以下ではさらに詳細に説明しない。図１から図３および図５を参照する。

【0047】

ステータ１７は、複数のステータ歯１８を備える。各ステータ歯１８は、各ステータ歯ヘッド１９とステータ歯ネック２０とを備える。各ステータ歯ネック２０の周囲には、銅巻線２１が配置されている。好ましくは、ロータ１はステータ歯１８よりも多くのロータ極５を有している。特に、１２個のロータ極と８個のステータ歯との組み合わせ、または１６個のロータ極と１２個のステータ歯との組み合わせが好ましい。より大きな直径を有するロータに対しては、２８個のロータ極と２４個のステータ歯との組合せ、または４０個のロータ極と３６個のステータ歯との組合せも好ましい。一般に、４個のロータ極対と３個のステータ歯の比、または７個のロータ極対と６個のステータ歯の比、または１０個のロータ極対と９個のステータ歯の比、またはこれらの比の倍数が特に好適である。

【0048】

好ましい実施形態において、ロータ極５の接線方向距離Ｔ、すなわちロータ極隙間１１の幅は、２個のステータ歯ヘッド１９間の接線方向スロット隙間幅ＮＢよりも大きい。特に、ロータ極の接線方向距離Ｔに対する接線方向スロット隙間幅ＮＢの比は、好ましくは０．５～０．８５である。

【0049】

さらに好ましいのは、接線方向スロット隙間幅ＮＢとステータ歯ヘッド１９の接線方向幅ＺＢとの比＜＝０．２５であり、特に０．１１～０．２の範囲内にある。できるだけ幅の広いステータ歯ヘッド１９を有することによって、ステータ歯ヘッド１９内の磁束の飽和による非線形性を回避することができ、したがって、結果として生じる励起も回避することができる。

【0050】

非線形性およびそれによる振動励起を回避するために、銅巻線２１が周囲に配置されるステータ歯ネック２０は、モータ動作中にステータ歯ネック２０内の磁束が飽和範囲に到達しないように十分な幅ＺＨＢで適合されるべきである。

【0051】

ロータ１とステータ１７との間には空隙２２が形成されている。この場合、ロータ１とステータ１７との間の空隙２２の幅ＬＢは、２つのステータ歯ヘッド１９間の接線方向スロット隙間幅ＮＢに対する空隙２２の幅ＬＢの比が０．２５～０．５となるように比較的大きく構成されている。この結果生じる空隙磁場の減少は、また、システムの励起を防ぐことができる。

【0052】

図７ａ～図７ｅは、アウトランナ用モータ１６のロータ１のシェル表面３の径方向の変形の軸方向図を示す。シェル表面３は、ロータ１とステータ１７との間に作用する磁力によって変形する。モータに高いトルクを発生させるためには、ロータ１とステータ１７との間に特に強い磁力が作用しなければならない。これらの力は、ロータ１の剛性に応じてシェル表面３を変形させ、ロータベル２、特に、ロータ用シェル３は、質量慣性モーメントを回避するために可能な限り最小の材料厚さを有するべきである。材料の厚さが薄いため、振動が発生しやすくなるか、または振動が減衰されにくくなる。

【0053】

たとえば、ロータ極の数、ステータ歯１８の数、またはステータ歯１８に印加される電流に応じて、シェル表面３は、図７に示すように、異なるように励起されて振動することができる。図７ａは、磁気吸引力によって圧縮されたシェル表面３を示す。図７ｂにおいて、シェル表面３は、２つのノードまたは点の周りで振動する。特に、２ノード周りの振動は、図１（ｂ）、図２（ｂ）に示すように、軸方向および径方向の３次元的な振動となり、玉軸受け接点の剛性も大きく関与する。図７ｃは、４つのノード周辺のシェル表面３の振動を示している。ロータ１の固有振動数およびモータ速度に係わらず、ロータ１の固有振動数での励起は、モータがより強く振動する共振を生成し、したがって、ノイズおよび／または振動を生成する。２つのノードの周りで振動するとき、振動は主にモータによって生成され、一方、４つ、６つまたは８つのノードの周りの振動は、ロータ１を通してノイズを生成する傾向がある。ロータベルの非対称な剛性のために、共振は分割されて幾つかの共振周波数に分割され、これらの共振周波数はそれほど強く振動せず、それによってモータ振動および／またはノイズを低減する。図７ｄおよび図７ｅは、それぞれ６点および８点の周りのシェル表面３の振動を示す。

【符号の説明】

【0054】

１…ロータ、
２…ロータベル、
３…シェル表面
４…端面、
５…ロータ極、
６…切欠き部、
７…スポーク、
８…軸受点、
９…ロータ極の径方向外側、
１０…ロータ極の径方向内側、
１１…ロータ極隙間、
１２…減衰要素、
１３…端セクション、
１４…端セクション、
１５…ウェブ、
１６…アウトランナ用モータ、
１７…ステータ、
１８…ステータ歯、
１９…ステータ歯ヘッド、
２０…ステータ歯ネック、
２１…銅線巻線、
２２…空隙、
Ｒ…回転軸、
ＳＡ…軸方向の振動、
ＳＲ…径方向の振動、
Ｔ…ロータ極の接線方向距離、
ＮＢ…接線方向スロット隙間幅、
ＺＢ…ステータ歯ヘッドの接線方向幅、
ＬＢ…空隙幅、
ＺＨＢ…歯ネック幅。

【図1a】

【図1b】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7a-7e】

【国際調査報告】