回転電気機器、主として自動車のスタータ用回転電気機器
【課題】アーマチュアの磁気反作用を低減する。
【解決手段】周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、ロータと、前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、前記ステータの前記磁化された構造体（５）は、前記磁化された構造体の連続する２つの磁極（Ｎ；Ｓ）の間に、少なくとも１つのセクターを備え、前記セクターは、前記ステータの円周部のまわりに実質的にサイン状に変化する磁化ベクトルを有し、前記回転電気機器が作動中のスイッチングを改善するように、中性ラインの回転角方向のオフセット量が選択されている。
【解決手段】周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、ロータと、前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、前記ステータの前記磁化された構造体（５）は、前記磁化された構造体の連続する２つの磁極（Ｎ；Ｓ）の間に、少なくとも１つのセクターを備え、前記セクターは、前記ステータの円周部のまわりに実質的にサイン状に変化する磁化ベクトルを有し、前記回転電気機器が作動中のスイッチングを改善するように、中性ラインの回転角方向のオフセット量が選択されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気機器、主として自動車のスタータ用回転電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第EP-B1-985,334号は、ヨークの内側円周表面に複数の磁極が配置されたステータを備えるスタータについて述べている。各磁極は、フェライトの永久磁石によって形成され、この永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが放射状に配向されるように磁化されている。これら永久磁石の間には、補助的な磁石を設けることができる。この補助磁石は、フェライト製であり、Ｎ極とＳ極が、円周方向に配向されるよう磁化されている。各補助磁石とヨークとの間には、スペースが設けられており、このような配置により、磁気の漏れは低減されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ブラシを有するＤＣ電気機器では、極めて低い電圧、および１ｋＷより大きい使用可能な電力において、大きい起磁力（ｍｆ）を有するスタータにおける、アーマチュアの強力な磁気反作用が、電気機器の性能を低下させることが分かった。ある場合には、アーマチュアの反作用の効果を緩和するために、ブラシおよび／または補償巻線、すなわちスイッチング補助巻線を、回転角の方向にオフセットさせている。このようなブラシの回転角方向へのオフセットは、所定の電流に対してのみしか好適ではない。更に、上記巻線は、一般にかさばる。
【０００４】
「ブラシレスＡＣサーボモータへのハルバッハシリンダの適用」と題する論文（Ｋ．アタラーおよびＤ．ハウ著、磁気学に関するＩＥＥＥトランザクション、第３４巻第４号、１９９８年７月）により、エアーギャップ内の電気角に対する誘導変化がサイン状となっているブラシレス電気機器も知られている。「電気機器のための永久磁石の励磁の新しい概念、分析的および数値計算」なる論文（Ｍ．マリネスクおよびＮ．マリネスク著、磁気学に関するＩＥＥＥトランザクション、第２８巻第２号、１９９２年３月）は、スロットレスタイプの電気機器における磁化に関するものであり、この電気機器では、電気機器のロータまたはステータのいずれかにより、励磁が行われる。
【０００５】
自動車用スタータでは、ステータのヨークに永久磁石を接着することにより、ステータまたはアーマチュアを製造することが知られている。ある場合には、永久磁石に接着剤を塗布することは困難である。また、クリップを使って、ヨークに永久磁石を固定することも知られている。この場合、各クリップは、１つの永久磁石に対してのみ適合しうるものである。欧州特許出願第EP1035629号および米国特許第6,465,925号は、メイン磁石の間に、補助磁石を保持するためのクリップの例について述べている。米国特許第4,707,630号は、永久磁石の内側円周部に支承されたシート状のスチールから製造されたシリンダを使って、ヨークに対して永久磁石を保持することを開示している。
【０００６】
本発明の主目的は、アーマチュアの磁気反作用の効果を低減することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、スタータのステータに対する磁石の固定を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、周辺部のまわりに延び、永久磁化状態に磁化された構造体を含むステータまたは磁界アセンブリと、
ロータまたはアーチュアと、
前記ロータのうちのセクションごとに電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、
前記ステータの磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備えることを特徴とする直流回転電気機器に関するものである。
【０００９】
上に記載した発明は、電気機器の連続する２つの磁極の間に、２つ以上の回転角方向の遷移部を有する磁化された構造体を提供するものである。したがって、この磁化方向は、磁化された構造体の円周のまわりで、相対的に徐々に変化する。
【００１０】
本出願人は、予期しないことに、かかる磁化された構造は、電気機器の単位質量当たりのトルクおよびパワーを増加すると共に、アーマチュア電流が増加したときに、中性磁力線の変位を、低減または実質的になくすことができ、これら効果を、実質的に解消できることを発見した。この中性磁力線は、連続する２つの磁界磁極の間で、誘導がキャンセルされる位置にある。
【００１１】
したがって、本発明によれば、補償巻線、および／またはスイッチング補助巻線、すなわち、ブラシの回転角方向のオフセットを不要にできる。
【００１２】
本発明は更に、スイッチングを改善し、ブラシの摩耗を制限するとともに、回転電気機器からの振動音響の放射を制限しうる。
【００１３】
回転角方向の遷移部は、磁化された構造体内の永久磁石の機械的安定性を更に改善する。
【００１４】
アタラー外の上記論文およびマリネスク外の上記論文は、磁極の間に、複数の回転角方向の遷移部を有する磁化状態について述べているが、これら論文の内容は、電気角に対する誘導変化が、理想的にサイン波状となっている回転電気機器に限定されている。
【００１５】
現在、ブラシを有するタイプの回転電気機器では、可能な最も広い回転角方向の範囲にわたって、誘導が最大となるよう、電気角に対する誘導変化が、広い高原部を有する台形に近似していなければならないとの考えが、一般に受け入れられている。
【００１６】
したがって、本発明の対象とする技術分野において、受け入れられている考えによれば、アタラー外の上記論文、およびマリネスク外の上記論文の教示内容は、ブラを有するタイプの回転電気機器には適していない。
【００１７】
径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有するセクターは、１０°より大、特に２０°、更には３０°または４０°より大きい電気角をなしていることが好ましい。
【００１８】
この電気角は、機械的角度としても知られる回転電気機器で測定された角度を、回転電気機器の磁極のペア数で乗算した値に対応し、このことは、任意の電気機器を、各々が１対の磁極しか有さない複数の回転電気機器の同じ組内に並置された電気機器と見なすことに等しい。
【００１９】
径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有するセクターにおける磁化方向は、ステータの径方向に直角な方向と共に、例えば５°〜８５°の角度、特に１０°〜８０°の角度、更には２０°〜７０°の角度、または３０°〜６０°の角度をなしていることが好ましい。
【００２０】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体内における磁化方向は、ステータの１つの回路にわたって、自らに対して平行でない方向を向いている。
【００２１】
必要であれば、径方向に対する磁化された構造体内での磁化方向は、ステータの円周部のまわりで、９０°より大きい回転角方向の不連続部を生じることなく、特に４５°以上の回転角方向の不連続部を生じることなく変化する。
【００２２】
ステータの磁化された構造体は、ヨークに配置することができ、前記ヨークが存在しない場合に測定した磁化された構造体の外部で、磁化された構造体によって発生される磁界が、磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの３０％または２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっており、ヨークが存在しない場合に測定した磁化された構造体の外部磁気エネルギーは、実質的にゼロである。
【００２３】
磁化された構造体の連続する２つの磁極の間で、磁化された構造体の磁化方向とステータの径方向との間の角度は、ある磁極から次の磁極に向かって、単調に変化する。すなわち、この角度は、ある磁極から次の磁極に移動する際に、常に増減する。
【００２４】
そのため、回転電気機器のエアギャップに、磁気エネルギーを集中させている。
【００２５】
ある実施例においては、ステータの磁化された構造体は、複数の永久磁石を備え、この永久磁石のうちの少なくとも１つは、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を、ステータの円周部に沿う中心領域に有する。
【００２６】
例えば、ステータの磁化された構造体は、複数の永久磁石を備え、これら永久磁石のうちの少なくとも１つの永久磁石は、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を、すべての個所で有する。
【００２７】
必要であれば、この永久磁石は、磁石内の任意のポイントで、自らに対して実質的に平行な磁化方向を有する。
【００２８】
本発明のある実施形態では、ステータの磁化された構造体は、磁化された構造体の連続する２つの磁極を構成する少なくとも２つの永久磁石を備え、磁化された構造体は、磁極を構成する２つの磁極の間に配置された２つの永久磁石を更に含んでいる。
【００２９】
必要であれば、磁化された構造体の径方向に測定した厚さは、磁化された構造体のある磁極から、次の磁極に円周方向に移動した場合に、実質的に一定となっている。
【００３０】
上記とは異なり、磁化された構造体は、そのある磁極から次の磁極に円周方向に移動する際に、厚さが変化するようにすることができる。
【００３１】
磁化された構造体には、例えば異なる厚さの永久磁石が含まれる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体は、１°より大、特に２°または５°よりも大きい電気角アパーチャーを有する、中断された領域を有することはない。この中断された領域は、例えば磁化された構造体のラジアルスロット内に挿入された、磁化された構造体の支持体のタングの存在に対応し、このタングは、磁化された構造体の２つの永久磁石の間に、エアギャップを構成している。
【００３３】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体内の磁化方向の向きは、連続する２つの磁極の間で、実質的に不連続に、または交互に、または連続的に変化している。
【００３４】
本発明の回転電気機器は、二極タイプまたは四極タイプのものとすることができ、特に六極以上のタイプとすることが好ましい。
【００３５】
磁化された構造体は、厳密には回転電気機器の磁極数より多く、特に磁極の数の２倍の数の永久磁石を含むことができる。
【００３６】
例えば回転電気機器を、六極タイプのものとすることができ、磁化された構造体は、２４個の永久磁石を備えるようにする。
【００３７】
これとは異なり、磁化された構造体は、回転電気機器の磁極数以下、特に磁極の数の半分と等しい数の永久磁石を備えている。
【００３８】
例えば、この回転電気機器は、六極タイプのものとすることができ、磁化された構造体は、実質的に１２０°の角度をなす３つの永久磁石を有している。
【００３９】
必要であれば、磁化された構造体は、ＮｄＦｅＢをベースとする少なくとも１つの永久磁石、特にこのタイプの焼結された磁石を有するものとされる。これとは異なり、磁化された構造体は、少なくとも１つのフェライト磁石を有するものとすることもある。
【００４０】
本発明は、周辺部のまわりに延び、永久磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
ロータのうちのセクションで電流をスイッチングすることにより、ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、
ステータの磁化された構造体は、磁化された構造体の連続する２つの磁極の間に、少なくとも１つのセクターを備え、このセクターは、ステータの円周部のまわりに実質的にサイン波状に変化する磁化ベクトルを有することを特徴とする、直流回転電気機器にも関する。
【００４１】
磁化状態のサイン波形状は、アーマチュアの反作用に対する感受性を低減させ、適用可能な場合には、この回転電気機器が発生するトルクを増加させる。
【００４２】
中性ラインの回転角方向のオフセット量は、回転電気機器の反転中のロータ内の電流のアクティブな加速により、回転電気機器の作動中のスイッチングを改善させるように選択することが好ましい。
【００４３】
オプションとして比較的大きくできる、回転角方向のオフセットの発生を、特に径方向に磁化する場合と比較して、良好に制御できる。その理由は、この回転角方向のオフセットは、実質的にリニアな誘導法則、または局部的なリニア誘導法則に従って生じるからである。
【００４４】
本発明の一実施形態では、中性ラインの回転角方向のオフセット量を、特に１５電気角度より大きく、更には２０電気角度より大きくすることができる。
【００４５】
磁化された構造体における磁化ベクトルは、必要であれば、この磁化された構造体の円周部全体にわたって、実質的にサイン状に変化できる。
【００４６】
これとは異なり、磁化された構造体は、例えばセクター内で、径方向に非サイン状に変化する磁化ベクトルを有する少なくとも１つのセクターを有し、このセクターは、１０°より大、特に２０°より大きい電気角をなしている。
【００４７】
適当な場合には、この回転電気機器により、アーマチュアの反作用が大きい自動車用スタータが形成される。
【００４８】
この回転電気機器は、減速機を備えることができる。
【００４９】
トルクの増加により、同じトルク作動ポイントにおいて、回転電気機器の集電気の回転速度を遅くすることができ、これにより、スイッチング時間をより長くし、電気アーク（スパーク）によるブラシの損失および摩耗を低減できる。
【００５０】
更に本発明によれば、スイッチングの改善により、電気アークの大きさを小さくできるので、放射される電磁波干渉を制限できる。このことは、車載または非車載の電気および電子機器と回転電気機器の電磁的互換性（コンパチビリティ、ＥＭＣ）に関して特に有利である。
【００５１】
上記特徴とは別の、または上記特徴と組み合わせた本発明の別の特徴は、厳密に回転電気機器の磁極の数Ｎ（Ｎは、整数である）よりも多い、複数の永久磁石と、
支持体に締結されている、ステータのすべての永久磁石を支持する支持体とを含むステータとを備える、Ｎ個の磁極を有するタイプの、主として自動車のスタータ用の回転電気機器にある。
【００５２】
本発明によれば、上記のようにして得られたアセンブリを、回転電気機器の他の部分に固定する前に、支持体に対して、複数の磁石を取り付けることができる。したがって、支持体と永久磁石により形成された一体的アセンブリを、あらかじめ製造し、次に、ステータのヨークに対してこのアセンブリを取り付けることが可能となる。したがって、この回転電気機器の製造を簡略化できる。
【００５３】
更に、必要であれば、本発明により、支持体の上に永久磁石を、実質的に２個ずつ隣接した状態に配置できる。永久磁石を、２つずつ接触状態にすることができ、これら磁石の間には、ギャップは生じない。これとは異なり、連続する２つの磁石の間に、小さいギャップまたはエアギャップを形成してもよい。
【００５４】
本発明の１実施形態では、支持体は、少なくとも永久磁石の軸方向端部のうちの１つにおいて、例えば軸方向の両端部において永久磁石を保持するようになっている。
【００５５】
例えば、支持体は、磁石を少なくともそれらの軸方向端部のうちの１つで保持するようになっている複数のラグを備えている。
【００５６】
支持体の少なくとも１つは、永久磁石を覆うように折りたたまれるか、折り曲げられ、永久磁石を係止することができるようになっている。
【００５７】
本発明の一実施形態では、支持体は、１つの部品として製造されている。
【００５８】
上記とは異なり、支持体は、少なくとも２つの別個の部品を備え、部品のうちの少なくとも１つを、特に永久磁石の軸方向端部のうちの１つに配置することもある。
【００５９】
支持体は、必要であれば、巻かれた状態となるように変形可能であり、かつ巻く前に、支持体へ磁石を取付けるようになっている。
【００６０】
例えば、支持体は、支持体の円周部に対して直角に延びる複数の平行なブランチを備え、各ブランチは、永久磁石を係止するためのラグを２つの両端に有する。磁石を覆って係止するように、これらのラグを折りたたむ必要はない。支持体は、狭い幅を形成するヒンジ部分を有することができる。一旦磁石を支持体上に置くと、ヒンジ部分は、支持体のロールアップを容易にする。
【００６１】
この支持体には、磁石の外側面を、一部がカバーされていない状態のままにする切り欠きを設けることがある。
【００６２】
本発明の別の実施形態では、永久磁石を取り付ける前に、支持体を環状または円筒状にあらかじめ成形する。
【００６３】
この支持体には、永久磁石を、径方向かつ円周方向に正しく係止するための複数のタングを設けることができ、各タングは、連続する２つの永久磁石の間に差し込まれ、これら連続する２つの磁石の間に、小さいエアギャップを形成する。
【００６４】
例えば、板金を折り曲げることにより、少なくとも板金の一部から支持体を製造する。この支持体は、例えば環状となるように、平らな金属ストリップを折り曲げたものとすることができる。このようにすると、例えばカットによる材料の無駄を防止できる。これとは異なり、板金をカットし、プレス加工することによって、支持体を製造することもできる。
【００６５】
ステータの軸方向に沿って延びる円筒壁を支持体が備え、この円筒壁に、永久磁石が当接している場合、例えば板金から形成されたこの円筒壁は、磁束が通過するためのフープとして作用する。必要であれば、ヨークの厚さを薄くできる。
【００６６】
本発明の一実施形態では、永久磁石のうちの少なくとも１つは、オルソラジアル（直角径方向）の磁化方向を有する。
【００６７】
磁石のうちの少なくとも１つは、ステータの径方向および径方向と直角な方向とは異なる磁化方向を有することができる。必要であれば、各支持体を、径方向の磁化方向を有する複数のメイン磁石と連続する２つのメイン磁石の間に配置し、径方向に直角な磁化方向を有する複数の補助磁石を支持するようにする。補助磁石は、例えばステータの径方向に測定した場合に、メイン磁石の厚さより薄い厚さを有するものとする。この補助磁石は、例えばメイン磁石と補助磁石との間の厚さの差に実質的に対応するギャップだけ、ヨークから分離されている。
【００６８】
本発明の別の目的は、共通する支持体に、複数の永久磁石をフィットさせるステップと、
その結果得られたアセンブリを、ステータのヨークに取り付けるステップとを含む、上記回転電気機器を製造するための方法にある。
【００６９】
この方法は、適当な場合、まず支持体を巻くステップと、このロールアップされた支持体に、永久磁石を取り付けるステップを含むことができる。
【００７０】
上記とは異なり、この方法は、平らな場合に支持体に永久磁石を載せるステップと、次に支持体を巻くステップとを含むことができる。
【００７１】
支持体が磁石係止ラグを含む場合、支持体に磁石を載せた後に、磁石を覆うように、ラグを折りたたんでもよい。
【００７２】
上記とは異なり、支持体に永久磁石を載せる前に、支持体のラグをあらかじめ折り曲げることもある。磁石は、例えばラグを弾性変形することにより、支持体にクリップ留めされる。
【００７３】
例えば支持体は、ステータのヨーク内にボタン留めされるが、ヨークに支持体を固定するための他の任意の方法も採用できる。
【００７４】
上記目的とは別個の、または上記目的と組み合わせた本発明の別の目的は、ロータと、少なくとも１つの永久磁石、および少なくとも１つの永久磁石の支持体を含むステータとを備える、主として自動車のスタータ用の回転電気機器において、
磁石の支持体は、少なくとも１つのラグを備え、磁石は、この磁石を支持体に載せたときに支持体のラグと協働するようになっている少なくとも１つの凹状または直立した固定部分を備え、少なくとも１つの永久磁石は、内側面および外側面を有し、この内側面はロータに向いており、磁石の固定部分は、磁石の内側面の全体に、または外側面の全体に設けられている回転電気機器にある。
【００７５】
支持体のラグは、特に磁石を支持体上で径方向に保持し、適当な場合には、円周方向にも保持する。
【００７６】
磁石の上に凹状固定部を製造することにより、この固定部で支持体のラグを受けることが可能となり、これによって、ステータ内にロータを正しく装着することを阻害し得る径方向の望ましくない突起が生じることを防止できる。
【００７７】
この回転電気機器は、ロータを備え、少なくとも１つの永久磁石は、内側面と外側面とを有し、内側面はロータに向き、磁石の固定部分の全体を、磁石の内側面および外側面の一方に製造できる。
【００７８】
本発明の一実施形態では、永久磁石は、凹状または直立した固定部分を有し、双方の部分は、磁石の内側面および外側面に位置している。
【００７９】
必要であれば、磁石の１つの面に形成されたノッチにより、固定部分を形成することができる。
【００８０】
このノッチは、例えば磁石の軸方向エッジに開口している。
【００８１】
このノッチは、実質的に長方形とすることができる。これとは異なり、ノッチを、他の任意の形状、例えば実質的に台形または円弧状としてもよい。
【００８２】
支持体のラグは、ノッチの形状に実質的に従った形状であることが好ましく、特に実質的に長方形であるのが好ましい。
【００８３】
必要であれば、固定部分は、磁石の一方の面で突出するビードを含み、支持体のラグは、磁石を支持体に保持するよう、このビードと協働するようにできる。
【００８４】
本発明の一実施形態では、磁石の一方の面だけに、特に内側面だけに、凹状または直立した固定部が設けられる。
【００８５】
必要であれば、磁石のうちの少なくとも１つの軸方向エッジに、ノッチを形成することがある。
【００８６】
この磁石は、焼結することが好ましく、磁石の固定部分は、焼結方法によって製造される。
【００８７】
支持体のラグは、例えば磁石の凹状または直立した部分に対して折り曲げられ、この支持体は、板金を折り曲げることによって製造しうる。
【００８８】
本発明の回転電気機器は、例えば５００Ｗ〜２００Ｗの最大電力で作動することができる。
【００８９】
本発明の非限定的な実施形態の次の詳細な説明を読み、添付図面を検討すれば、本発明について良好に理解できると思う。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施形態の自動車用スタータの部分略図である。
【００９１】
【図２】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【００９２】
【図３】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【００９３】
【図４ａ】本発明に係る、エアーギャップ内の角度を関数とするベクトル電位の変化を示すグラフである。
【００９４】
【図４ｂ】従来技術における、エアーギャップ内の角度を関数とするベクトル電位の変化を示すグラフである。
【００９５】
【図５】本発明の磁化された構造体の別の例の部分略図である。
【００９６】
【図６】本発明の一実施形態における永久磁石の部分略図である。
【００９７】
【図７】図６に示す磁石支持体の部分略図である。
【００９８】
【図８】組み立てにおける１つのステップにおいて、ステータのヨーク内に、永久磁石と共に図７に示す支持体を載せる部分略図である。
【００９９】
【図９】組み立てにおける１つのステップで、ステータのヨーク内に永久磁石と共に図７に示された支持体を載せる部分略図である。
【０１００】
【図１０】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１０１】
【図１１】本発明の別の実施形態の永久磁石の部分斜視略図である。
【０１０２】
【図１２】図１１に示す磁石支持体の部分略図である。
【０１０３】
【図１３】図１２に示す支持体と、頂部に固定された永久磁石の部分略図である。
【０１０４】
【図１４】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１０５】
【図１５】ロールアップする前に平坦になっているときの、本発明の一実施形態による支持体の部分斜視略図である。
【０１０６】
【図１６】図１５に示す支持体に配置するべき、本発明の一実施形態の永久磁石の部分略図である。
【０１０７】
【図１７】ロールアップした後の、図１５に示された支持体の部分略図である。
【０１０８】
【図１８】本発明の別の実施形態に係わる、頂部の永久磁石が載っている状態の支持体の部分略図である。
【０１０９】
【図１９】本発明の別の実施形態による、ステータの部分略図である。
【０１１０】
【図２０】図１９に示すステータ内に配置するべき永久磁石の部分略図である。
【０１１１】
【図２１】図１９に示すステータの永久磁石に加わる力の部分略図である。
【０１１２】
【図２２】ノッチを有する磁石の別の例の部分略図である。
【０１１３】
【図２３】ノッチを有する磁石の別の例の部分略図である。
【０１１４】
【図２４】本発明の別の実施形態の磁化された構造体内のサイン状の磁化状態を示す図である。
【０１１５】
【図２５】角度を関数とする、従来の磁化された構造体によって発生される誘導磁界の変化の略図である。
【０１１６】
【図２６】角度を関数とする、図２４内に示された磁化状態に磁化された構造体によって発生される誘導磁界の変化の略図である。
【０１１７】
【図２７】図２４に示された磁化状態に磁化された構造体に対する中性ラインの回転角方向の１つのタイプを示す図である。
【０１１８】
【図２８】図２４に示された磁化状態に磁化された構造体に対する中性ラインの回転角方向の１つのタイプを示す図である。
【０１１９】
【図２９】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１２０】
【図３０】本発明の一実施形態の自動車用スタータの部分略図である。
【０１２１】
【図３１】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【０１２２】
【図３２】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１２３】
【図３３】図３２のステータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２４】
図１には、自動車の内燃機関のためのスタータ１が、極めて略した形態で示されている。
【０１２５】
このＤＣスタータ１は、軸線Ｘを中心として回転できる、一方のアーマチュアとも称されるロータ２と、ロータ２を中心として配置された、界磁アセンブリとも称される他方のステータ３とを備えている。
【０１２６】
ステータ３は、永久的に磁化された構造体を支持するヨーク４を備えている。
【０１２７】
ロータ２は、ロータ本体７と、ロータ本体７のノッチ内に巻かれた巻線部８とを備えている。
【０１２８】
図示の例では、スタータ１によって形成されている回転電気機器は、六極タイプのものである。
【０１２９】
巻線部８は、ロータ本体７のそれぞれの対向する側に、前方のロールパン形状のアセンブリ９と、後方のロールパン形状のアセンブリ１０とを形成している。
【０１３０】
ロータ２の後方には、集電器１２が設けられている。この集電器は、本明細書で示す例では、ワイヤーによって形成された巻線部８の導電性要素に電気接続された複数の接点部品を備えている。
【０１３１】
巻線部８に給電するために、１つのグループのブラシ１３と１４が設けられている。一方のブラシ１３は、ワイヤー１６によって、スタータ１のアースに接続されており、他方のブラシ１４は、コンタクタ１７の電気ターミナル１５に接続されている。ここでは、４つのブラシが設けられている。
【０１３２】
ロータ２が回転しているとき、ブラシ１３および１４は、集電器１２を擦り、ロータ２のセクションごとに、電流をスイッチングすることにより、ロータ２を付勢する。
【０１３３】
スタータ１は、更に発進アセンブリ１９を含み、この発進アセンブリ１９は、駆動シャフト１８上にスライド可能に取り付けられており、ロータ２によって、軸線Ｘを中心として共に回転するように駆動されるようになっている。
【０１３４】
ロータ２と駆動シャフト１８との間には、当技術分野で公知の態様で、減速アセンブリ２０が配置されている。
【０１３５】
これとは異なり、スタータ１を減速機を有しない（ダイレクトドライブ）タイプのものにすることもできる。
【０１３６】
発進アセンブリ１９は、プーリー２１によって形成された駆動要素を含み、この駆動要素は、図示していない内燃機関の駆動部材に係合するようになっている。この駆動部材は、例えばベルトである。
【０１３７】
プーリー２１は、内燃機関を駆動するよう、ギア部品、特に歯車に置換することができる。
【０１３８】
ローンチャーアセンブリ１９は更に、フリーホイール２２とプーリーワッシャー２３とを含み、これらは、両者の間にフォーク２７の端部２５が嵌合されるための溝２４を形成している。
【０１３９】
このフォーク２７は、例えばプラスチック材料から成形されている。
【０１４０】
フォーク２７は、コンタクタ１７により作動され、発進アセンブリ１９が、プーリー２１を介して内燃機関を駆動する第１位置と発進アセンブリ１９が内燃機関から外れる第２位置との間で、軸線Ｘに沿って、駆動シャフト１８に対し、発進アセンブリ１９を移動させる。
【０１４１】
コンタクタ１７は、ブラシ１４に接続されたターミナル１５の他に、ターミナル２９を備え、このターミナル２９は、電気接続要素、例えばワイヤー３０により、車両の電源であるバッテリーに接続されている。
【０１４２】
図２には、本発明の第１実施例に合致した、磁化された構造体５の一例が示されている。
【０１４３】
この実施形態では、磁化された構造体５は、多数の永久磁石を備え、この永久磁石の数は、２４個に等しく、６個である電気機器の磁極の数よりも多くなっている。
【０１４４】
２４個の磁石のうちの６個は、図１に示す矢印Ｆ１と平行に、径方向に磁化された状態となっている。
【０１４５】
これら磁石４０ａは、３つのＮ極と３つのＳ極とを含む電気機器の６個の磁極を構成し、これらの磁極は、ステータの内側を向いている。
【０１４６】
連続する２つの磁石４０ａの間には３つの永久磁石、すなわち：
− 方向Ｆ１に直交する、実質的に径方向に直角な磁化方向Ｆ２を有する磁石４０ｂと、
− この磁石４０ｂのそれぞれの両側に設けられ、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有する２つの磁石４０ｃ、
とが配置されている。
【０１４７】
ここで検討する実施形態では、磁化方向は、各磁石４０ｃ内で実質的に均一であり、この磁化方向と径方向Ｆ１とは、概ね４５°の角度Ａ１をなしている。
【０１４８】
したがって、これら磁石４０ｃの各々は、磁化された構造体５のセクターを構成し、このセクターは、径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有すると共に、４５°の電気角に等しい１５°の開口角Ａ２を有する。
【０１４９】
理解できるように、磁石４０ｃは、すべての点で、特にステータ３の円周Ｆ３に沿った中心領域において、径方向Ｆ１および径方向に直角な方向Ｆ２とは異なる磁化方向を有する。
【０１５０】
永久磁石４０ａ〜４０ｃは、図２に示すように、同一の寸法としうるため、磁化された構造体５は、径方向Ｆ１に測定した場合に、円周Ｆ３のまわりに、実質的に一定の厚さとなっている。
【０１５１】
２つのＮ極とＳ極との間において、磁化された構造体５の磁化方向は、回転角方向の４つの不連続部を有し、この不連続部は、各々４５°の位置にある。
【０１５２】
次に、磁化方向は、２つのＮ極とＳ極との間で、ある数の回転角方向の遷移部を有し、この数は、３と等しくなっている。
【０１５３】
磁化された構造体５の連続する２つのＮ極とＳ極との間において、構造体の磁化方向と径方向Ｆ１との間の角度は、単調に、かつ不連続に変化し、回転角方向には戻らない。
【０１５４】
これによって、磁化された構造体５の外側における誘導磁界の大幅な減少、および磁化された構造体５の内部における誘導磁界の大幅な増加に対応して、ロータ２とステータ３の間のエアギャップに向けて、磁気エネルギーを集中させている。
【０１５５】
換言すれば、ヨーク４が存在しない状態で測定した場合に、磁化された構造体の外側において、この磁化された構造体において発生される磁界は、磁化された構造体内部で発生される磁界よりも弱く、磁化された構造体の外部の電気エネルギーは、構造体の内部の磁気エネルギーよりも、特に３０％または２０％小さく、ヨークがない状態で測定した場合の、構造体外部の磁気エネルギーは、特に無視できる大きさとなっている。
【０１５６】
十分な数、例えば３に等しい数の回転角方向の遷移部は、磁石４０ａ〜４０ｃの良好な機械的安定性を保証できることを発見した。
【０１５７】
図４ａは、電流Ｉの数値、および２に等しい回転角方向の遷移部の数に対するエアギャップの角度を関数とするベクトルポテンシャル（単位Ｗｂ／ｍ）の変化を示す。この変化は、有限要素分析によって得られたものである。
【０１５８】
図４ａのグラフは、中性磁気ラインのオフセットを示す２つの次元の標準的表示形態となっていることを示している。
図４ａでは、電流Ｉが変化した場合に、電磁誘導が連続する磁極の間で、キャンセルし合う場所に対応する中性磁気ラインの変位の仮想的な不存在について注目されたい。
換言すれば、連続する磁極の間の、２以上の回転角方向の移行部の数により、アーマチュアの反作用を実質的にキャンセルすることが可能となっており、このことは、スイッチングおよび電磁結合に関して有利となっている。
【０１５９】
これとは対照的に、磁化された構造体が回転角方向の移行部を有しない、図４ｂに示された状況では、中性磁気ラインの変位量ｄが分かる。
本発明によると、単位質量当たりのトルクおよび動力を増加できることが分かった。
【０１６０】
ここで検討する実施形態では、永久磁石４０ａ〜４０ｃは、異方的に焼結されたフェライト磁石である。
４０ａ〜４０ｃは、例えばヨーク４の外側で磁化されている。
これとは異なり、永久磁石４０ａ〜４０ｃは、希土類元素を含むことができ、例えばＮｄＦｅＢから製造できる。
【０１６１】
これまでに説明した実施形態では、磁化された構造体５は、電気機器のＮ極とＳ極の数に等しい数の永久磁石４０ａ〜４０ｃを有している。
上記とは異なり、図３に示すように、磁化された構造体５は、電気機器の磁極の数よりも少ない数の永久磁石を含むことができる。
【０１６２】
図３に示す実施形態では、磁化された構造体５は、３つの永久磁石４１を備え、これらの磁石は、１２０°に等しい角度Ａ３を有する、実質的に部分円筒形状となっている。
【０１６３】
これらの磁石４１は、例えば等方性特性、および磁石４１に沿って、ステータ３の円周Ｆ２のまわりにサイン状に変化する磁化方向を有するＮｄＦｅＢから製造されている。
必要であれば、これらの磁石４１を、ヨーク４の内部で磁化できる。
【０１６４】
図３の実施形態では、電気機器の連続する２つの磁極の間の回転角方向の遷移部の数は、３に等しい。
【０１６５】
当然ながら、本発明の範囲内では、遷移部の数を３以外の数にすることもできる。
【０１６６】
回転電気機器のタイプによっては、この数を３にしてもよいし、４つ以上としてもよい。例えば図５では、連続する２つの磁極の間に、６つの回転角方向の移行部を有する、磁化された構造体５が示されている。
磁極の数は、６とは異なっていてもよく、６よりも大きくすることもできる。この回転電気機器は、例えば８個の磁極を有するものとすることができる。
これとは異なり、回転電気機器は、６未満の数の磁極、例えば２つまたは４つの磁極を有するものとすることができる。
【０１６７】
次に、本発明に従って、ステータ内に永久磁石を固定するための異なる方法について説明する。図６〜図９には、例えばスタータ１に装備するための、本発明の一実施形態におけるステータ５０の種々の要素が示されている。
これらの要素は、支持体５１と、この支持体５１に取り付けられるようになっている複数の永久磁石５２とを含んでいる。
図７に示すように、支持体５１は、軸線Ｘを中心とする円形断面の円筒壁５２を有している。この壁５３は、２つの両端５２を有し、この各端部には、壁５３の内部に向かって突出する複数の脚部５５が接続されている。
これら脚部５５のうちの２４個は、２４個の永久磁石５２の取り付けを可能にするよう、壁５１の各端部において対応するエッジ５４に規則的に配置されている。
各脚部５５は、軸線Ｘに対して直角な第１ブランチ５７を有し、この第１ブランチは、この第１ブランチに直交する第２ブランチ５８として端部で延長している。
【０１６８】
支持体５１には、更に固定部材５９が設けられている。この固定部材５９は、ヨーク６１の内側表面６０に対して、支持体５１をボタン留めするようになっている。
ヨーク６１に対して支持体５１を固定するのに、任意の適当な手段を使用できる。
例えば、板金をロール加工することによって、支持体５１を製造できる。
この板金は、磁気材料、例えばスチールとすることができる。
【０１６９】
各永久磁石５２は、図６から分かるように、内側面６３と外側面６４とを有する。
これら面６３および６４は、支持体５１にすべての磁石５２を載せたとき、すべての磁石の面６３と６４とが、実質的に円筒形の２つの面を形成するよう、円筒形部分から構成されている。
各磁石５２は、支持体５１の方向に収束する２つの側面６５を有する。
永久磁石５２を、ラグ５５によって支持体５１に固定するよう、永久磁石５２の各面６３には、凹状の固定部分６７が形成されている。
【０１７０】
ここで検討する実施形態では、各固定部分６７は、永久磁石５２の軸方向側面６９に開口するノッチによって形成されている。
ノッチ６７は、実質的に長方形となっているが、この形状とは異なり、他の任意の適当な形状とすることができる。
支持体５１に磁石５２を載せたときに、ラグ５５のブランチ５８が、ノッチ６７嵌合するように、ノッチの寸法および形状は選択されている。
【０１７１】
したがって、支持体５１の所定位置に磁石が載ると、各ブランチ５８は磁石５２のノッチ６７内に嵌合し、各ブランチ５７は、磁石５２の軸方向端部に押圧される。
次に、図８に示すように、磁石５２を、径方向かつ円周方向に係止する。
次に、ラグ５５を塑性変形することにより、支持体５１に、磁石５２をクリップ留めする。
これとは異なり、磁石５２が支持体５１の所定の場所に位置すると、磁石５２を覆うように、ラグ５５を曲げることにより、ラグ５５を折りたたむことができる。
ノッチ６７の深さは、ブランチ５８が回転電気機器のエアギャップ内に突出しないよう、ラグ５５のブランチ５８の厚さと実質的に等しくなっている。
【０１７２】
磁石５２は、例えば焼結され、ノッチ６７は、この焼結法によって製造される。この方法とは異なり、材料を除去することによって、これらのノッチ６７を製造することもできる。
この一体的な円筒形の壁５３は、磁気飽和を減少させ、適当な場合には、ヨーク６１の厚さを薄くするように、ヨーク６１内で、フープとして働くことができる。
【０１７３】
ここで検討する実施形態では、支持体５１に２つずつ接触するよう磁石が載っている。これによって、磁石５２の側面６５の間に、エアギャップが存在することを防止できる。
当然ながら、条件によっては、永久磁石５２の数を、２４と異ならせてもよい。
例えば図１０に示すように、ステータは８つのペアのラグ５５を有する支持体５１に固定された８個の永久磁石５２を有するものとすることができる。
特に、比較的少数の磁石、例えば８個よりも少ない数の磁石を使用しようとするとき、各磁石の寸法はより大きくなり、この場合、これよりも多い数のラグ５５を使って各磁石を係止することが、有利となり得る。例えば４個のラグにより、各磁石５５を係止できる。
【０１７４】
上記実施形態では、永久磁石はノッチを有している。
凹状または直立した固定部分を、特に上記ノッチ６７を有さない１つ以上の永久磁石を支持体に載せることは、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【０１７５】
図１１〜図１３には、本発明のかかる実施形態が示されており、ここでは、凹状、または直立した固定部分を有しない複数の同一の永久磁石７２（上記実施形態では２４個の磁石）が、支持体７１に載っている。
各磁石７０は、同心円筒体の実質的な一部である径方向内側面７４と、径方向外側面７５と、径方向内側に収束する側面７６とを有する。支持体７１は、図１２に示すように、永久磁石７０の設置を可能にするよう、当初は平らになっている。
この支持体７１は、軸線Ｘに平行な複数のブランチ７８を含み、各ブランチは磁石７０を係止するためのラグ７９を両端に有する。
ラグ７９は、対応するブランチ７８に対して直角に延び、各ラグは、実質的に長方形となっている。
支持体７１には、更にブランチ７８に対して直角な複数のタング８０が設けられており、各タングは、磁石を円周方向かつ径方向に係止するよう、連続する２つの磁石７０の間に差し込まれている。
【０１７６】
これらタング８０が存在していることにより、小さいエアギャップは、連続する２つの磁石７０を分離している。磁石７０によって形成される磁化された構造体は、１°より大きい、特に２°または５°の電気角アパーチャーを有するエアギャップに対応する、中断された領域を有していない。
【０１７７】
タング８０の数、寸法および形状は、特に係止すべき磁石７０に応じて選択される。
【０１７８】
支持体７１は、この支持体の頂部に磁石７０が一旦載せられた後に、支持体７１の巻きを容易にする、より狭いヒンジ部分８２を含んでいる。これらヒンジ部分８２は、ブランチ７８と交互に位置している。
この支持体７１は、例えば板金のストリップを切断し、曲げることによって製造される。この支持体７１は、磁石７０の外側面７５を部分的にカバーしない状態のままにするカットアウト８３を有している。
【０１７９】
支持体７１の一端には、この支持体を巻き状態に維持するためのアーム８５が設けられている。
これらアーム８５は、例えば支持体７１の他端においてラグ７９に形成されたノッチ８６に係合している。
これとは異なり、支持体７１をヨーク内に設置するだけで、支持体７１を巻き状態に維持できる。
【０１８０】
これまでに説明した例は、本発明の範囲から逸脱することなく、２４よりも少ない数の磁石、例えば１２、８、６、４、３または２個の磁石に適合できる。
上記実施形態では、磁石の支持体は、単一部品として、特に板金を切断し、曲げることにより製造される。
【０１８１】
図１４〜図１６には、２つの別個の部品９２から形成された支持体９１を含む、本発明の一実施形態に合致するステータ９０の異なる要素が示されている。各部品９２は、切断された板金ストリップを、図１７に示すように、平らな形状から環状形状に折り曲げることによって製造されている。
当然ながら、これらの部品９２は、他の材料からも製造できる。
【０１８２】
部品９１の外径は、永久磁石９５を有する支持体９１が取り付けられているヨーク９４の内径と等しくなっている。
各部品９２は、磁石９５を係止するための複数のラグ９７を有し、これらのラグ９７は、例えば実質的に長方形となっている。
これらのラグ９７の一部は、径方向に延び、各ラグは、対応する部品９２の周面に配置された隣接する２つの磁石９５の間に配置されている。
２つずつ向き合っている他のラグ９７は、部品９２の周面に沿って実質的に延び、磁石９５を径方向に係止している。
【０１８３】
これらの各磁石９５は、部品９２に磁石９５を取り付けたときに、部品９２のラグ９７が嵌合されるようになっている、実質的に長方形の２対のノッチ９９を含み、磁石９５の両端に部品９２が配置されている。
ノッチ９９のうちの２つは、磁石の外面１００に位置し、内面１０１には、他の２つのノッチ９９が位置している。これらノッチ９９は、磁石９５の両端において、エッジ１０２に開口している。
【０１８４】
ここで検討する実施形態では、磁石９５には２つのタイプがある。すなわち第１グループ９５ａの磁石は、メイン磁石と称され、交互に配置されたＮ極とＳ極とを構成するように、径方向の磁化方向を有する。
第２グループ９５ｂの磁石９５は、補助磁石であり、各補助磁石は、２つのメイン磁石の間に配置されており、これら補助磁石は、実質的に径方向に直角な磁化方向を有する。
図１４には、かかる補助磁石が示されている。
このような補助磁石が存在することによって、磁気の漏れが少なくなっている。
これらの補助磁石を、径方向に測定した場合に、メイン磁石と同じ厚さを有するものとすることができる。
これとは異なり、補助磁石の厚みを、メイン磁石の厚さと異ならせてもよい。
【０１８５】
これらの磁石とヨーク９４との間に、ギャップを残すように、補助磁石を位置決めすることが可能である。換言すれば、補助磁石は、ヨーク９４に押圧されない。
補助磁石とヨークの間のスペースは、これら磁石を係止するラグ９７の位置によって決定されることが望ましい。
【０１８６】
図示されていない変形例では、磁石９５は、上記のように、２つ以上の回転角方向の移行部を有するように配置できる。
部品９２は、これら部品９２をヨーク９４にボタン留めするためのタング１０３を、更に含んでいる。
支持体９１を固定するための他の適当な手段を採用することもできる。
【０１８７】
この支持体９１の部品９２と磁石９５とは、ヨーク９４内に押し込む前に自律的なアセンブリを形成することができ、これにより、組み立て作業を簡略化できる。
図示の実施形態では、回転電気機器は６つの磁極を有する。
【０１８８】
径方向に延びるラグ９７を、可能な場合には不要にすることができ、円周方向のラグ９７と磁石９５内のノッチ９９との協働作用により、磁石９５が回転しないように磁石を係止できる。
メイン磁石と補助磁石との間に、エアギャップが生じることを防止することが可能であり、これにより、回転電気機器の効率は改善される。
これまで示した実施形態では、部品９２は、切断および曲げ加工によって製造される。
これとは異なり、支持体９１の部品９２を、図８に示すように、切断およびプレス加工によって製造してもよい。
【０１８９】
図１８の実施形態では、支持体９２は、交互に配置されたメイン磁石と補助磁石９５を支持している。
メイン磁石９５は、図９〜図２１に示すように、ノッチ９９を有することはできない。
この場合、各メイン磁石９５は、円周方向のラグ９７ではなく、磁石９５の側面１０５の形状により、ヨーク９４に対して保持される。
【０１９０】
図２１に示すように、各側面１０５は平坦部分１０６を有し、この平坦部分の上に、実質的に径方向を向くラグ９７が押圧されている。
ラグ９７が、磁石９５の側面に２つの応力Ｔ１を加え、この結果生じる径方向の応力Ｔ２が、ヨークに対して磁石９７を押圧するように、これら平坦部分１０６およびラグ９７が、配置されている。
【０１９１】
図１９に示すように、支持体９２は、補助磁石９５を係止するためのラグ９７を備えている。当然ながら、本発明は、これまでに説明した実施形態のみに限定されるものではない。
【０１９２】
凹状または直立した固定部分、特にノッチが磁石上に存在することを防止しなければならない場合、磁石の外側面に押圧される係止ラグを用いることなく、磁石のための支持体上に、磁石の外側面だけに押圧されるようなラグを設けることが可能である。支持体のラグは、この支持体に取り付けられる磁石の組の所定の直径よりも小さい直径にわたって延びている。これは、ロータをステータ内に常に正しく取り付けできることを保証するためである。
【０１９３】
更に、必要な場合、磁石の内側面または外側面上に突出する１つ以上のビードにより、永久磁石の固定部分のうちの少なくとも１つを形成できる。この場合、支持体の係止ラグは、このビードまたはこれらビードと協働し、磁石を径方向かつ回転角方向に係止するようになっている。
【０１９４】
本発明の別の実施形態では、上記支持体５１は、径方向および径方向に直角な磁化方向をそれぞれ有し、交互に配置されたメイン磁石と補助磁石とを、上記支持体５１が支持するようにできる。
支持体上に磁石を係止するためのラグは、長方形以外の形状、例えば台形とすることができる。
【０１９５】
図２２および図２３に示す実施形態では、永久磁石９５は各々が磁石の軸方向エッジ１１１を覆うように延びるノッチ１１０を有している。
図２２の実施形態では、各ノッチ１１０は、実質的に長方形であり、この長方形は、このノッチ内に係合した係止ラグが、径方向かつ回転角方向に係止するように、選択された傾きで傾斜している。
図２３の実施形態では、各ノッチ１１０は台形であり、長い底辺１１２は、内側円周面に位置し、径方向かつ回転角方向の係止を行っている。
【０１９６】
図６の変形例では、磁石の側面６５にノッチを形成することが可能である。
【０１９７】
図４には、本発明の別の実施形態に合致した、磁化された構造体５が示されている。この構造体５は、構造体５の周辺全体にわたって、実質的にサイン状に変化する磁化ベクトルを、磁化された構造体５内に有する。
【０１９８】
上記とは異なり、この磁化ベクトルは、構造体５の円周全体ではなく、構造体５の一部のセクターだけにわたって、サイン状のプロフィルを有してもよい。
ここで検討する実施形態では、磁化された構造体５は、６つのＮ磁極およびＳ磁極を有する。
【０１９９】
図２６は、図２４に示された磁化された構造体５における、角度を関数とする磁界Ｂｎ．ｎｏ−ｌｏａｄ（無負荷誘導）、Ｂｎ．ａｒｍ．ｒｅａｃ（アーマチュアの反作用にリンクした誘導）、およびＢｎ．ｒｅｓｕｌｔ（Ｂｎ．ｎｏ−ｌｏａｄとＢｎ．ａｒｍ．ｒｅａｃの合成誘導）の変化を示す。この誘導磁界Ｂｎ．ｒｅｓｕｌｔは、実質的にサイン状であり、中性ライン（誘導磁界がキャンセルする場合）の回転角方向のオフセット量は、図２７から、より明瞭に分かるように、約５°である。
【０２００】
比較として、図２５は、専ら径方向の磁化方向を有する磁化された構造体に対する同じ磁界を示す。誘導磁界Ｂｎ．ｒｅｓｕｌｔは、実質的に台形のプロフィルを有し、中性ラインの回転角方向のオフセット量は、約３０°、すなわち本発明の場合よりも、かなり大きくなっている。
【０２０１】
負荷を受けて、スイッチング状態を低下させる方向（ロータ内の電流の反転の制動効果、したがって、電気アークによる損失の増加）に起電力が発生される、専ら径方向の磁化をするケースとは対照的に、本発明によれば、小さい回転角方向のオフセットによって生じるスイッチング状態を若干低下させるように保証できる。
【０２０２】
本発明は、径方向の磁化の通常の欠点を生じることなく、電流の反転を加速するように、別の回転角方向のオフセットを導入できる。
【０２０３】
本発明によれば、局部的サインプロフィルに関連するリニア法則に従い、電流の反転を加速する起電力を発生するのに、より局部的な誘導レベルを利用している。これにより、ゼロ誘導領域のまわりでの集中スイッチングをするのに、回転角方向のより小さいオフセットだけで十分であるので、トルク損失が大きいという欠点を生じることなく、回転電気機器のロバストな設計をより容易にできる。
【０２０４】
更に、本発明の磁化された構造体５は、回転電気機器の条件に応じて利用できる「トルクリザーブ」を提供するので、スイッチングを更に改善するように、回転角方向の大きいオフセットを課すことが可能であり、本発明によると、同じ質および量の磁石で、トルクを増加することができる。
【０２０５】
この回転角方向のオフセットは、上に説明した実施形態のように（図２８参照）、１０電気角度、または２０電気角度よりも大きい値に選択することができる。
【０２０６】
本発明は、サイン誘導により、高調波にリンクした欠点の大きさを小さくするので、アーマチュア内の鉄損を更に低減できる。
【０２０７】
また、磁気ノイズも低減できる。
【０２０８】
図２９及び図３０は、本発明の他の実施態様を示す。図２９は、本実施形態のステータの斜視図であり、図３０は、このステータを備える自動車用スタータの外観図である。
【０２０９】
図２９に示されるように、本実施形態のステータ２００は、ヨーク材２０４の内側に、縦長に細分化された永久磁石２０２を長手方向に沿って整列させ、円周方向に一巡させて成る構成を有している。このヨーク材は、長手方向に斜角をなして延びる一端とこれと相補的な斜角をなして延びる他端とが摺動可能に当接して略円筒形を成している。別の言い方をすれば、長手方向に、軸線方向に対して斜めに切断されているような構成である。
【０２１０】
図２９に示されるように、ヨーク材２０４は、その端面２０６どうしが摺動可能である。このヨーク材２０４を外側から締め付ければ、切断面に沿った摺動が生じ、ヨーク材２０４の径が縮小する。このとき、内面に配置されている各永久磁石２０２同士に適度な隙間をあけておくことにより、ヨーク材２０４の縮径に応じて永久磁石２０２の配列も、これに追従することができる。また、外側から締め付ける力を弱めてヨーク材２０４を広げることにより、縮径した径を再度広げることも可能であり、このときも、内面に配置する永久磁石を、細長いブロックに分割したことにより、拡径に対しても追従することが可能である。
【０２１１】
このような構成を採用することで、ヨーク材２０４を外側から締め付けて縮径させて、細分化された永久磁石２０２を円周方向に強固に固定することができる。この際、ヨーク材２０４の切断面２０６の方向を、磁界の方向、すなわちヨーク材２０４の外周の円の中心を通る方向に位置合わせすることにより、損失を低減することも可能である。
【０２１２】
図３０は、このステータ２００を組み込んだ自動車用スタータ２０８の外観図を示す。
【０２１３】
図３１には、本願発明の別の実施形態に係るステータ２１０を示す。図３１に示されるように、このステータ２１０は、ヨーク材２１４の内側に、縦長に細分化された永久磁石２１２を長手方向に沿って整列させている構成を有し、さらに、この細分化された永久磁石２１２の外周面の軸線方向に凸条を設け、かつヨーク材２１４の内周面の軸線方向に係合溝を設けて、各永久磁石を円周方向に移動しないようにして、細分化された永久磁石を円筒状に保持することを特徴とする。
【０２１４】
このように構成することにより、細分化された磁石２１２を容易に設置することができるようになるとともに、各磁石２１２を正確に位置決めすることができ、さらに、使用中においても、各磁石２１２の位置のずれを防止することができ、ひいては長時間の使用において信頼性の高い自動車用スタータを提供することが可能となる。
【０２１５】
本願発明のさらに別の実施形態に係る発明を、図３２及び図３３に示す。図３２は、本実施形態に係るステータ２２０の分解斜視図であり、図３３は、永久磁石を組み込む様子を示す外観図である。
【０２１６】
図３２及び図３３に示すように、本実施形態のステータは２２０においては、細分化された永久磁石２２２を軸線方向にくさび形に形成する。そして、隣接する永久磁石２２２同士を互い違いに入れ子に配列する。このように配列された永久磁石２２２を、円周方向に沿って整列した場合の外径より極わずか小さな内径を有するように選んだ円筒形のヨーク材２２４にはめ込んで、ステータ２２０を構成する。この際、はめ込みの前は、互い違いに入れ子に配列した永久磁石２２２を、長手方向にずらすことにより配列全体の径を小さくした上で、これらをヨーク材にはめ込む。そして、ずらした配列を直して、永久磁石を正しく整列させることにより、永久磁石２２２の配列全体の径を大きくすることにより、ヨーク材内に永久磁石を堅固に固定することが可能となる。
【０２１７】
このような構成により、簡易かつ正確に、細分化された永久磁石２２２を堅固に固定することが可能となり、長時間の使用においても、永久磁石の位置のずれを低減することが可能となる、このため、信頼性の高い自動車用スタータを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０２１８】
２ ロータ
３ ステータ
４ ヨーク
５ 磁化された構造体
１３、１４ ブラシ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 永久磁石
５５ ラグ
６１ 支持体
６７ 固定部分
７８ ブランチ
７９ ラグ
９７ ラグ
９９ 固定部材
２００ ステータ
２０２ 永久磁石
２０４ ヨーク材
２０６ 端面
２１０ ステータ
２１２ 永久磁石
２０４ ヨーク材
２２０ ステータ
２２２ 永久磁石
２２４ ヨーク材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電気機器、主として自動車のスタータ用回転電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
欧州特許第EP-B1-985,334号は、ヨークの内側円周表面に複数の磁極が配置されたステータを備えるスタータについて述べている。各磁極は、フェライトの永久磁石によって形成され、この永久磁石は、Ｎ極とＳ極とが放射状に配向されるように磁化されている。これら永久磁石の間には、補助的な磁石を設けることができる。この補助磁石は、フェライト製であり、Ｎ極とＳ極が、円周方向に配向されるよう磁化されている。各補助磁石とヨークとの間には、スペースが設けられており、このような配置により、磁気の漏れは低減されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ブラシを有するＤＣ電気機器では、極めて低い電圧、および１ｋＷより大きい使用可能な電力において、大きい起磁力（ｍｆ）を有するスタータにおける、アーマチュアの強力な磁気反作用が、電気機器の性能を低下させることが分かった。ある場合には、アーマチュアの反作用の効果を緩和するために、ブラシおよび／または補償巻線、すなわちスイッチング補助巻線を、回転角の方向にオフセットさせている。このようなブラシの回転角方向へのオフセットは、所定の電流に対してのみしか好適ではない。更に、上記巻線は、一般にかさばる。
【０００４】
「ブラシレスＡＣサーボモータへのハルバッハシリンダの適用」と題する論文（Ｋ．アタラーおよびＤ．ハウ著、磁気学に関するＩＥＥＥトランザクション、第３４巻第４号、１９９８年７月）により、エアーギャップ内の電気角に対する誘導変化がサイン状となっているブラシレス電気機器も知られている。「電気機器のための永久磁石の励磁の新しい概念、分析的および数値計算」なる論文（Ｍ．マリネスクおよびＮ．マリネスク著、磁気学に関するＩＥＥＥトランザクション、第２８巻第２号、１９９２年３月）は、スロットレスタイプの電気機器における磁化に関するものであり、この電気機器では、電気機器のロータまたはステータのいずれかにより、励磁が行われる。
【０００５】
自動車用スタータでは、ステータのヨークに永久磁石を接着することにより、ステータまたはアーマチュアを製造することが知られている。ある場合には、永久磁石に接着剤を塗布することは困難である。また、クリップを使って、ヨークに永久磁石を固定することも知られている。この場合、各クリップは、１つの永久磁石に対してのみ適合しうるものである。欧州特許出願第EP1035629号および米国特許第6,465,925号は、メイン磁石の間に、補助磁石を保持するためのクリップの例について述べている。米国特許第4,707,630号は、永久磁石の内側円周部に支承されたシート状のスチールから製造されたシリンダを使って、ヨークに対して永久磁石を保持することを開示している。
【０００６】
本発明の主目的は、アーマチュアの磁気反作用の効果を低減することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、スタータのステータに対する磁石の固定を容易にすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの特徴は、周辺部のまわりに延び、永久磁化状態に磁化された構造体を含むステータまたは磁界アセンブリと、
ロータまたはアーチュアと、
前記ロータのうちのセクションごとに電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、
前記ステータの磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備えることを特徴とする直流回転電気機器に関するものである。
【０００９】
上に記載した発明は、電気機器の連続する２つの磁極の間に、２つ以上の回転角方向の遷移部を有する磁化された構造体を提供するものである。したがって、この磁化方向は、磁化された構造体の円周のまわりで、相対的に徐々に変化する。
【００１０】
本出願人は、予期しないことに、かかる磁化された構造は、電気機器の単位質量当たりのトルクおよびパワーを増加すると共に、アーマチュア電流が増加したときに、中性磁力線の変位を、低減または実質的になくすことができ、これら効果を、実質的に解消できることを発見した。この中性磁力線は、連続する２つの磁界磁極の間で、誘導がキャンセルされる位置にある。
【００１１】
したがって、本発明によれば、補償巻線、および／またはスイッチング補助巻線、すなわち、ブラシの回転角方向のオフセットを不要にできる。
【００１２】
本発明は更に、スイッチングを改善し、ブラシの摩耗を制限するとともに、回転電気機器からの振動音響の放射を制限しうる。
【００１３】
回転角方向の遷移部は、磁化された構造体内の永久磁石の機械的安定性を更に改善する。
【００１４】
アタラー外の上記論文およびマリネスク外の上記論文は、磁極の間に、複数の回転角方向の遷移部を有する磁化状態について述べているが、これら論文の内容は、電気角に対する誘導変化が、理想的にサイン波状となっている回転電気機器に限定されている。
【００１５】
現在、ブラシを有するタイプの回転電気機器では、可能な最も広い回転角方向の範囲にわたって、誘導が最大となるよう、電気角に対する誘導変化が、広い高原部を有する台形に近似していなければならないとの考えが、一般に受け入れられている。
【００１６】
したがって、本発明の対象とする技術分野において、受け入れられている考えによれば、アタラー外の上記論文、およびマリネスク外の上記論文の教示内容は、ブラを有するタイプの回転電気機器には適していない。
【００１７】
径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有するセクターは、１０°より大、特に２０°、更には３０°または４０°より大きい電気角をなしていることが好ましい。
【００１８】
この電気角は、機械的角度としても知られる回転電気機器で測定された角度を、回転電気機器の磁極のペア数で乗算した値に対応し、このことは、任意の電気機器を、各々が１対の磁極しか有さない複数の回転電気機器の同じ組内に並置された電気機器と見なすことに等しい。
【００１９】
径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有するセクターにおける磁化方向は、ステータの径方向に直角な方向と共に、例えば５°〜８５°の角度、特に１０°〜８０°の角度、更には２０°〜７０°の角度、または３０°〜６０°の角度をなしていることが好ましい。
【００２０】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体内における磁化方向は、ステータの１つの回路にわたって、自らに対して平行でない方向を向いている。
【００２１】
必要であれば、径方向に対する磁化された構造体内での磁化方向は、ステータの円周部のまわりで、９０°より大きい回転角方向の不連続部を生じることなく、特に４５°以上の回転角方向の不連続部を生じることなく変化する。
【００２２】
ステータの磁化された構造体は、ヨークに配置することができ、前記ヨークが存在しない場合に測定した磁化された構造体の外部で、磁化された構造体によって発生される磁界が、磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの３０％または２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっており、ヨークが存在しない場合に測定した磁化された構造体の外部磁気エネルギーは、実質的にゼロである。
【００２３】
磁化された構造体の連続する２つの磁極の間で、磁化された構造体の磁化方向とステータの径方向との間の角度は、ある磁極から次の磁極に向かって、単調に変化する。すなわち、この角度は、ある磁極から次の磁極に移動する際に、常に増減する。
【００２４】
そのため、回転電気機器のエアギャップに、磁気エネルギーを集中させている。
【００２５】
ある実施例においては、ステータの磁化された構造体は、複数の永久磁石を備え、この永久磁石のうちの少なくとも１つは、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を、ステータの円周部に沿う中心領域に有する。
【００２６】
例えば、ステータの磁化された構造体は、複数の永久磁石を備え、これら永久磁石のうちの少なくとも１つの永久磁石は、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を、すべての個所で有する。
【００２７】
必要であれば、この永久磁石は、磁石内の任意のポイントで、自らに対して実質的に平行な磁化方向を有する。
【００２８】
本発明のある実施形態では、ステータの磁化された構造体は、磁化された構造体の連続する２つの磁極を構成する少なくとも２つの永久磁石を備え、磁化された構造体は、磁極を構成する２つの磁極の間に配置された２つの永久磁石を更に含んでいる。
【００２９】
必要であれば、磁化された構造体の径方向に測定した厚さは、磁化された構造体のある磁極から、次の磁極に円周方向に移動した場合に、実質的に一定となっている。
【００３０】
上記とは異なり、磁化された構造体は、そのある磁極から次の磁極に円周方向に移動する際に、厚さが変化するようにすることができる。
【００３１】
磁化された構造体には、例えば異なる厚さの永久磁石が含まれる。
【００３２】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体は、１°より大、特に２°または５°よりも大きい電気角アパーチャーを有する、中断された領域を有することはない。この中断された領域は、例えば磁化された構造体のラジアルスロット内に挿入された、磁化された構造体の支持体のタングの存在に対応し、このタングは、磁化された構造体の２つの永久磁石の間に、エアギャップを構成している。
【００３３】
本発明の一実施形態では、磁化された構造体内の磁化方向の向きは、連続する２つの磁極の間で、実質的に不連続に、または交互に、または連続的に変化している。
【００３４】
本発明の回転電気機器は、二極タイプまたは四極タイプのものとすることができ、特に六極以上のタイプとすることが好ましい。
【００３５】
磁化された構造体は、厳密には回転電気機器の磁極数より多く、特に磁極の数の２倍の数の永久磁石を含むことができる。
【００３６】
例えば回転電気機器を、六極タイプのものとすることができ、磁化された構造体は、２４個の永久磁石を備えるようにする。
【００３７】
これとは異なり、磁化された構造体は、回転電気機器の磁極数以下、特に磁極の数の半分と等しい数の永久磁石を備えている。
【００３８】
例えば、この回転電気機器は、六極タイプのものとすることができ、磁化された構造体は、実質的に１２０°の角度をなす３つの永久磁石を有している。
【００３９】
必要であれば、磁化された構造体は、ＮｄＦｅＢをベースとする少なくとも１つの永久磁石、特にこのタイプの焼結された磁石を有するものとされる。これとは異なり、磁化された構造体は、少なくとも１つのフェライト磁石を有するものとすることもある。
【００４０】
本発明は、周辺部のまわりに延び、永久磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
ロータのうちのセクションで電流をスイッチングすることにより、ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器において、
ステータの磁化された構造体は、磁化された構造体の連続する２つの磁極の間に、少なくとも１つのセクターを備え、このセクターは、ステータの円周部のまわりに実質的にサイン波状に変化する磁化ベクトルを有することを特徴とする、直流回転電気機器にも関する。
【００４１】
磁化状態のサイン波形状は、アーマチュアの反作用に対する感受性を低減させ、適用可能な場合には、この回転電気機器が発生するトルクを増加させる。
【００４２】
中性ラインの回転角方向のオフセット量は、回転電気機器の反転中のロータ内の電流のアクティブな加速により、回転電気機器の作動中のスイッチングを改善させるように選択することが好ましい。
【００４３】
オプションとして比較的大きくできる、回転角方向のオフセットの発生を、特に径方向に磁化する場合と比較して、良好に制御できる。その理由は、この回転角方向のオフセットは、実質的にリニアな誘導法則、または局部的なリニア誘導法則に従って生じるからである。
【００４４】
本発明の一実施形態では、中性ラインの回転角方向のオフセット量を、特に１５電気角度より大きく、更には２０電気角度より大きくすることができる。
【００４５】
磁化された構造体における磁化ベクトルは、必要であれば、この磁化された構造体の円周部全体にわたって、実質的にサイン状に変化できる。
【００４６】
これとは異なり、磁化された構造体は、例えばセクター内で、径方向に非サイン状に変化する磁化ベクトルを有する少なくとも１つのセクターを有し、このセクターは、１０°より大、特に２０°より大きい電気角をなしている。
【００４７】
適当な場合には、この回転電気機器により、アーマチュアの反作用が大きい自動車用スタータが形成される。
【００４８】
この回転電気機器は、減速機を備えることができる。
【００４９】
トルクの増加により、同じトルク作動ポイントにおいて、回転電気機器の集電気の回転速度を遅くすることができ、これにより、スイッチング時間をより長くし、電気アーク（スパーク）によるブラシの損失および摩耗を低減できる。
【００５０】
更に本発明によれば、スイッチングの改善により、電気アークの大きさを小さくできるので、放射される電磁波干渉を制限できる。このことは、車載または非車載の電気および電子機器と回転電気機器の電磁的互換性（コンパチビリティ、ＥＭＣ）に関して特に有利である。
【００５１】
上記特徴とは別の、または上記特徴と組み合わせた本発明の別の特徴は、厳密に回転電気機器の磁極の数Ｎ（Ｎは、整数である）よりも多い、複数の永久磁石と、
支持体に締結されている、ステータのすべての永久磁石を支持する支持体とを含むステータとを備える、Ｎ個の磁極を有するタイプの、主として自動車のスタータ用の回転電気機器にある。
【００５２】
本発明によれば、上記のようにして得られたアセンブリを、回転電気機器の他の部分に固定する前に、支持体に対して、複数の磁石を取り付けることができる。したがって、支持体と永久磁石により形成された一体的アセンブリを、あらかじめ製造し、次に、ステータのヨークに対してこのアセンブリを取り付けることが可能となる。したがって、この回転電気機器の製造を簡略化できる。
【００５３】
更に、必要であれば、本発明により、支持体の上に永久磁石を、実質的に２個ずつ隣接した状態に配置できる。永久磁石を、２つずつ接触状態にすることができ、これら磁石の間には、ギャップは生じない。これとは異なり、連続する２つの磁石の間に、小さいギャップまたはエアギャップを形成してもよい。
【００５４】
本発明の１実施形態では、支持体は、少なくとも永久磁石の軸方向端部のうちの１つにおいて、例えば軸方向の両端部において永久磁石を保持するようになっている。
【００５５】
例えば、支持体は、磁石を少なくともそれらの軸方向端部のうちの１つで保持するようになっている複数のラグを備えている。
【００５６】
支持体の少なくとも１つは、永久磁石を覆うように折りたたまれるか、折り曲げられ、永久磁石を係止することができるようになっている。
【００５７】
本発明の一実施形態では、支持体は、１つの部品として製造されている。
【００５８】
上記とは異なり、支持体は、少なくとも２つの別個の部品を備え、部品のうちの少なくとも１つを、特に永久磁石の軸方向端部のうちの１つに配置することもある。
【００５９】
支持体は、必要であれば、巻かれた状態となるように変形可能であり、かつ巻く前に、支持体へ磁石を取付けるようになっている。
【００６０】
例えば、支持体は、支持体の円周部に対して直角に延びる複数の平行なブランチを備え、各ブランチは、永久磁石を係止するためのラグを２つの両端に有する。磁石を覆って係止するように、これらのラグを折りたたむ必要はない。支持体は、狭い幅を形成するヒンジ部分を有することができる。一旦磁石を支持体上に置くと、ヒンジ部分は、支持体のロールアップを容易にする。
【００６１】
この支持体には、磁石の外側面を、一部がカバーされていない状態のままにする切り欠きを設けることがある。
【００６２】
本発明の別の実施形態では、永久磁石を取り付ける前に、支持体を環状または円筒状にあらかじめ成形する。
【００６３】
この支持体には、永久磁石を、径方向かつ円周方向に正しく係止するための複数のタングを設けることができ、各タングは、連続する２つの永久磁石の間に差し込まれ、これら連続する２つの磁石の間に、小さいエアギャップを形成する。
【００６４】
例えば、板金を折り曲げることにより、少なくとも板金の一部から支持体を製造する。この支持体は、例えば環状となるように、平らな金属ストリップを折り曲げたものとすることができる。このようにすると、例えばカットによる材料の無駄を防止できる。これとは異なり、板金をカットし、プレス加工することによって、支持体を製造することもできる。
【００６５】
ステータの軸方向に沿って延びる円筒壁を支持体が備え、この円筒壁に、永久磁石が当接している場合、例えば板金から形成されたこの円筒壁は、磁束が通過するためのフープとして作用する。必要であれば、ヨークの厚さを薄くできる。
【００６６】
本発明の一実施形態では、永久磁石のうちの少なくとも１つは、オルソラジアル（直角径方向）の磁化方向を有する。
【００６７】
磁石のうちの少なくとも１つは、ステータの径方向および径方向と直角な方向とは異なる磁化方向を有することができる。必要であれば、各支持体を、径方向の磁化方向を有する複数のメイン磁石と連続する２つのメイン磁石の間に配置し、径方向に直角な磁化方向を有する複数の補助磁石を支持するようにする。補助磁石は、例えばステータの径方向に測定した場合に、メイン磁石の厚さより薄い厚さを有するものとする。この補助磁石は、例えばメイン磁石と補助磁石との間の厚さの差に実質的に対応するギャップだけ、ヨークから分離されている。
【００６８】
本発明の別の目的は、共通する支持体に、複数の永久磁石をフィットさせるステップと、
その結果得られたアセンブリを、ステータのヨークに取り付けるステップとを含む、上記回転電気機器を製造するための方法にある。
【００６９】
この方法は、適当な場合、まず支持体を巻くステップと、このロールアップされた支持体に、永久磁石を取り付けるステップを含むことができる。
【００７０】
上記とは異なり、この方法は、平らな場合に支持体に永久磁石を載せるステップと、次に支持体を巻くステップとを含むことができる。
【００７１】
支持体が磁石係止ラグを含む場合、支持体に磁石を載せた後に、磁石を覆うように、ラグを折りたたんでもよい。
【００７２】
上記とは異なり、支持体に永久磁石を載せる前に、支持体のラグをあらかじめ折り曲げることもある。磁石は、例えばラグを弾性変形することにより、支持体にクリップ留めされる。
【００７３】
例えば支持体は、ステータのヨーク内にボタン留めされるが、ヨークに支持体を固定するための他の任意の方法も採用できる。
【００７４】
上記目的とは別個の、または上記目的と組み合わせた本発明の別の目的は、ロータと、少なくとも１つの永久磁石、および少なくとも１つの永久磁石の支持体を含むステータとを備える、主として自動車のスタータ用の回転電気機器において、
磁石の支持体は、少なくとも１つのラグを備え、磁石は、この磁石を支持体に載せたときに支持体のラグと協働するようになっている少なくとも１つの凹状または直立した固定部分を備え、少なくとも１つの永久磁石は、内側面および外側面を有し、この内側面はロータに向いており、磁石の固定部分は、磁石の内側面の全体に、または外側面の全体に設けられている回転電気機器にある。
【００７５】
支持体のラグは、特に磁石を支持体上で径方向に保持し、適当な場合には、円周方向にも保持する。
【００７６】
磁石の上に凹状固定部を製造することにより、この固定部で支持体のラグを受けることが可能となり、これによって、ステータ内にロータを正しく装着することを阻害し得る径方向の望ましくない突起が生じることを防止できる。
【００７７】
この回転電気機器は、ロータを備え、少なくとも１つの永久磁石は、内側面と外側面とを有し、内側面はロータに向き、磁石の固定部分の全体を、磁石の内側面および外側面の一方に製造できる。
【００７８】
本発明の一実施形態では、永久磁石は、凹状または直立した固定部分を有し、双方の部分は、磁石の内側面および外側面に位置している。
【００７９】
必要であれば、磁石の１つの面に形成されたノッチにより、固定部分を形成することができる。
【００８０】
このノッチは、例えば磁石の軸方向エッジに開口している。
【００８１】
このノッチは、実質的に長方形とすることができる。これとは異なり、ノッチを、他の任意の形状、例えば実質的に台形または円弧状としてもよい。
【００８２】
支持体のラグは、ノッチの形状に実質的に従った形状であることが好ましく、特に実質的に長方形であるのが好ましい。
【００８３】
必要であれば、固定部分は、磁石の一方の面で突出するビードを含み、支持体のラグは、磁石を支持体に保持するよう、このビードと協働するようにできる。
【００８４】
本発明の一実施形態では、磁石の一方の面だけに、特に内側面だけに、凹状または直立した固定部が設けられる。
【００８５】
必要であれば、磁石のうちの少なくとも１つの軸方向エッジに、ノッチを形成することがある。
【００８６】
この磁石は、焼結することが好ましく、磁石の固定部分は、焼結方法によって製造される。
【００８７】
支持体のラグは、例えば磁石の凹状または直立した部分に対して折り曲げられ、この支持体は、板金を折り曲げることによって製造しうる。
【００８８】
本発明の回転電気機器は、例えば５００Ｗ〜２００Ｗの最大電力で作動することができる。
【００８９】
本発明の非限定的な実施形態の次の詳細な説明を読み、添付図面を検討すれば、本発明について良好に理解できると思う。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の一実施形態の自動車用スタータの部分略図である。
【００９１】
【図２】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【００９２】
【図３】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【００９３】
【図４ａ】本発明に係る、エアーギャップ内の角度を関数とするベクトル電位の変化を示すグラフである。
【００９４】
【図４ｂ】従来技術における、エアーギャップ内の角度を関数とするベクトル電位の変化を示すグラフである。
【００９５】
【図５】本発明の磁化された構造体の別の例の部分略図である。
【００９６】
【図６】本発明の一実施形態における永久磁石の部分略図である。
【００９７】
【図７】図６に示す磁石支持体の部分略図である。
【００９８】
【図８】組み立てにおける１つのステップにおいて、ステータのヨーク内に、永久磁石と共に図７に示す支持体を載せる部分略図である。
【００９９】
【図９】組み立てにおける１つのステップで、ステータのヨーク内に永久磁石と共に図７に示された支持体を載せる部分略図である。
【０１００】
【図１０】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１０１】
【図１１】本発明の別の実施形態の永久磁石の部分斜視略図である。
【０１０２】
【図１２】図１１に示す磁石支持体の部分略図である。
【０１０３】
【図１３】図１２に示す支持体と、頂部に固定された永久磁石の部分略図である。
【０１０４】
【図１４】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１０５】
【図１５】ロールアップする前に平坦になっているときの、本発明の一実施形態による支持体の部分斜視略図である。
【０１０６】
【図１６】図１５に示す支持体に配置するべき、本発明の一実施形態の永久磁石の部分略図である。
【０１０７】
【図１７】ロールアップした後の、図１５に示された支持体の部分略図である。
【０１０８】
【図１８】本発明の別の実施形態に係わる、頂部の永久磁石が載っている状態の支持体の部分略図である。
【０１０９】
【図１９】本発明の別の実施形態による、ステータの部分略図である。
【０１１０】
【図２０】図１９に示すステータ内に配置するべき永久磁石の部分略図である。
【０１１１】
【図２１】図１９に示すステータの永久磁石に加わる力の部分略図である。
【０１１２】
【図２２】ノッチを有する磁石の別の例の部分略図である。
【０１１３】
【図２３】ノッチを有する磁石の別の例の部分略図である。
【０１１４】
【図２４】本発明の別の実施形態の磁化された構造体内のサイン状の磁化状態を示す図である。
【０１１５】
【図２５】角度を関数とする、従来の磁化された構造体によって発生される誘導磁界の変化の略図である。
【０１１６】
【図２６】角度を関数とする、図２４内に示された磁化状態に磁化された構造体によって発生される誘導磁界の変化の略図である。
【０１１７】
【図２７】図２４に示された磁化状態に磁化された構造体に対する中性ラインの回転角方向の１つのタイプを示す図である。
【０１１８】
【図２８】図２４に示された磁化状態に磁化された構造体に対する中性ラインの回転角方向の１つのタイプを示す図である。
【０１１９】
【図２９】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１２０】
【図３０】本発明の一実施形態の自動車用スタータの部分略図である。
【０１２１】
【図３１】本発明の一実施形態の、磁化された構造体の部分略図である。
【０１２２】
【図３２】本発明の別の実施形態のステータの部分略図である。
【０１２３】
【図３３】図３２のステータの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２４】
図１には、自動車の内燃機関のためのスタータ１が、極めて略した形態で示されている。
【０１２５】
このＤＣスタータ１は、軸線Ｘを中心として回転できる、一方のアーマチュアとも称されるロータ２と、ロータ２を中心として配置された、界磁アセンブリとも称される他方のステータ３とを備えている。
【０１２６】
ステータ３は、永久的に磁化された構造体を支持するヨーク４を備えている。
【０１２７】
ロータ２は、ロータ本体７と、ロータ本体７のノッチ内に巻かれた巻線部８とを備えている。
【０１２８】
図示の例では、スタータ１によって形成されている回転電気機器は、六極タイプのものである。
【０１２９】
巻線部８は、ロータ本体７のそれぞれの対向する側に、前方のロールパン形状のアセンブリ９と、後方のロールパン形状のアセンブリ１０とを形成している。
【０１３０】
ロータ２の後方には、集電器１２が設けられている。この集電器は、本明細書で示す例では、ワイヤーによって形成された巻線部８の導電性要素に電気接続された複数の接点部品を備えている。
【０１３１】
巻線部８に給電するために、１つのグループのブラシ１３と１４が設けられている。一方のブラシ１３は、ワイヤー１６によって、スタータ１のアースに接続されており、他方のブラシ１４は、コンタクタ１７の電気ターミナル１５に接続されている。ここでは、４つのブラシが設けられている。
【０１３２】
ロータ２が回転しているとき、ブラシ１３および１４は、集電器１２を擦り、ロータ２のセクションごとに、電流をスイッチングすることにより、ロータ２を付勢する。
【０１３３】
スタータ１は、更に発進アセンブリ１９を含み、この発進アセンブリ１９は、駆動シャフト１８上にスライド可能に取り付けられており、ロータ２によって、軸線Ｘを中心として共に回転するように駆動されるようになっている。
【０１３４】
ロータ２と駆動シャフト１８との間には、当技術分野で公知の態様で、減速アセンブリ２０が配置されている。
【０１３５】
これとは異なり、スタータ１を減速機を有しない（ダイレクトドライブ）タイプのものにすることもできる。
【０１３６】
発進アセンブリ１９は、プーリー２１によって形成された駆動要素を含み、この駆動要素は、図示していない内燃機関の駆動部材に係合するようになっている。この駆動部材は、例えばベルトである。
【０１３７】
プーリー２１は、内燃機関を駆動するよう、ギア部品、特に歯車に置換することができる。
【０１３８】
ローンチャーアセンブリ１９は更に、フリーホイール２２とプーリーワッシャー２３とを含み、これらは、両者の間にフォーク２７の端部２５が嵌合されるための溝２４を形成している。
【０１３９】
このフォーク２７は、例えばプラスチック材料から成形されている。
【０１４０】
フォーク２７は、コンタクタ１７により作動され、発進アセンブリ１９が、プーリー２１を介して内燃機関を駆動する第１位置と発進アセンブリ１９が内燃機関から外れる第２位置との間で、軸線Ｘに沿って、駆動シャフト１８に対し、発進アセンブリ１９を移動させる。
【０１４１】
コンタクタ１７は、ブラシ１４に接続されたターミナル１５の他に、ターミナル２９を備え、このターミナル２９は、電気接続要素、例えばワイヤー３０により、車両の電源であるバッテリーに接続されている。
【０１４２】
図２には、本発明の第１実施例に合致した、磁化された構造体５の一例が示されている。
【０１４３】
この実施形態では、磁化された構造体５は、多数の永久磁石を備え、この永久磁石の数は、２４個に等しく、６個である電気機器の磁極の数よりも多くなっている。
【０１４４】
２４個の磁石のうちの６個は、図１に示す矢印Ｆ１と平行に、径方向に磁化された状態となっている。
【０１４５】
これら磁石４０ａは、３つのＮ極と３つのＳ極とを含む電気機器の６個の磁極を構成し、これらの磁極は、ステータの内側を向いている。
【０１４６】
連続する２つの磁石４０ａの間には３つの永久磁石、すなわち：
− 方向Ｆ１に直交する、実質的に径方向に直角な磁化方向Ｆ２を有する磁石４０ｂと、
− この磁石４０ｂのそれぞれの両側に設けられ、径方向および径方向に直角な方向とは異なる磁化方向を有する２つの磁石４０ｃ、
とが配置されている。
【０１４７】
ここで検討する実施形態では、磁化方向は、各磁石４０ｃ内で実質的に均一であり、この磁化方向と径方向Ｆ１とは、概ね４５°の角度Ａ１をなしている。
【０１４８】
したがって、これら磁石４０ｃの各々は、磁化された構造体５のセクターを構成し、このセクターは、径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有すると共に、４５°の電気角に等しい１５°の開口角Ａ２を有する。
【０１４９】
理解できるように、磁石４０ｃは、すべての点で、特にステータ３の円周Ｆ３に沿った中心領域において、径方向Ｆ１および径方向に直角な方向Ｆ２とは異なる磁化方向を有する。
【０１５０】
永久磁石４０ａ〜４０ｃは、図２に示すように、同一の寸法としうるため、磁化された構造体５は、径方向Ｆ１に測定した場合に、円周Ｆ３のまわりに、実質的に一定の厚さとなっている。
【０１５１】
２つのＮ極とＳ極との間において、磁化された構造体５の磁化方向は、回転角方向の４つの不連続部を有し、この不連続部は、各々４５°の位置にある。
【０１５２】
次に、磁化方向は、２つのＮ極とＳ極との間で、ある数の回転角方向の遷移部を有し、この数は、３と等しくなっている。
【０１５３】
磁化された構造体５の連続する２つのＮ極とＳ極との間において、構造体の磁化方向と径方向Ｆ１との間の角度は、単調に、かつ不連続に変化し、回転角方向には戻らない。
【０１５４】
これによって、磁化された構造体５の外側における誘導磁界の大幅な減少、および磁化された構造体５の内部における誘導磁界の大幅な増加に対応して、ロータ２とステータ３の間のエアギャップに向けて、磁気エネルギーを集中させている。
【０１５５】
換言すれば、ヨーク４が存在しない状態で測定した場合に、磁化された構造体の外側において、この磁化された構造体において発生される磁界は、磁化された構造体内部で発生される磁界よりも弱く、磁化された構造体の外部の電気エネルギーは、構造体の内部の磁気エネルギーよりも、特に３０％または２０％小さく、ヨークがない状態で測定した場合の、構造体外部の磁気エネルギーは、特に無視できる大きさとなっている。
【０１５６】
十分な数、例えば３に等しい数の回転角方向の遷移部は、磁石４０ａ〜４０ｃの良好な機械的安定性を保証できることを発見した。
【０１５７】
図４ａは、電流Ｉの数値、および２に等しい回転角方向の遷移部の数に対するエアギャップの角度を関数とするベクトルポテンシャル（単位Ｗｂ／ｍ）の変化を示す。この変化は、有限要素分析によって得られたものである。
【０１５８】
図４ａのグラフは、中性磁気ラインのオフセットを示す２つの次元の標準的表示形態となっていることを示している。
図４ａでは、電流Ｉが変化した場合に、電磁誘導が連続する磁極の間で、キャンセルし合う場所に対応する中性磁気ラインの変位の仮想的な不存在について注目されたい。
換言すれば、連続する磁極の間の、２以上の回転角方向の移行部の数により、アーマチュアの反作用を実質的にキャンセルすることが可能となっており、このことは、スイッチングおよび電磁結合に関して有利となっている。
【０１５９】
これとは対照的に、磁化された構造体が回転角方向の移行部を有しない、図４ｂに示された状況では、中性磁気ラインの変位量ｄが分かる。
本発明によると、単位質量当たりのトルクおよび動力を増加できることが分かった。
【０１６０】
ここで検討する実施形態では、永久磁石４０ａ〜４０ｃは、異方的に焼結されたフェライト磁石である。
４０ａ〜４０ｃは、例えばヨーク４の外側で磁化されている。
これとは異なり、永久磁石４０ａ〜４０ｃは、希土類元素を含むことができ、例えばＮｄＦｅＢから製造できる。
【０１６１】
これまでに説明した実施形態では、磁化された構造体５は、電気機器のＮ極とＳ極の数に等しい数の永久磁石４０ａ〜４０ｃを有している。
上記とは異なり、図３に示すように、磁化された構造体５は、電気機器の磁極の数よりも少ない数の永久磁石を含むことができる。
【０１６２】
図３に示す実施形態では、磁化された構造体５は、３つの永久磁石４１を備え、これらの磁石は、１２０°に等しい角度Ａ３を有する、実質的に部分円筒形状となっている。
【０１６３】
これらの磁石４１は、例えば等方性特性、および磁石４１に沿って、ステータ３の円周Ｆ２のまわりにサイン状に変化する磁化方向を有するＮｄＦｅＢから製造されている。
必要であれば、これらの磁石４１を、ヨーク４の内部で磁化できる。
【０１６４】
図３の実施形態では、電気機器の連続する２つの磁極の間の回転角方向の遷移部の数は、３に等しい。
【０１６５】
当然ながら、本発明の範囲内では、遷移部の数を３以外の数にすることもできる。
【０１６６】
回転電気機器のタイプによっては、この数を３にしてもよいし、４つ以上としてもよい。例えば図５では、連続する２つの磁極の間に、６つの回転角方向の移行部を有する、磁化された構造体５が示されている。
磁極の数は、６とは異なっていてもよく、６よりも大きくすることもできる。この回転電気機器は、例えば８個の磁極を有するものとすることができる。
これとは異なり、回転電気機器は、６未満の数の磁極、例えば２つまたは４つの磁極を有するものとすることができる。
【０１６７】
次に、本発明に従って、ステータ内に永久磁石を固定するための異なる方法について説明する。図６〜図９には、例えばスタータ１に装備するための、本発明の一実施形態におけるステータ５０の種々の要素が示されている。
これらの要素は、支持体５１と、この支持体５１に取り付けられるようになっている複数の永久磁石５２とを含んでいる。
図７に示すように、支持体５１は、軸線Ｘを中心とする円形断面の円筒壁５２を有している。この壁５３は、２つの両端５２を有し、この各端部には、壁５３の内部に向かって突出する複数の脚部５５が接続されている。
これら脚部５５のうちの２４個は、２４個の永久磁石５２の取り付けを可能にするよう、壁５１の各端部において対応するエッジ５４に規則的に配置されている。
各脚部５５は、軸線Ｘに対して直角な第１ブランチ５７を有し、この第１ブランチは、この第１ブランチに直交する第２ブランチ５８として端部で延長している。
【０１６８】
支持体５１には、更に固定部材５９が設けられている。この固定部材５９は、ヨーク６１の内側表面６０に対して、支持体５１をボタン留めするようになっている。
ヨーク６１に対して支持体５１を固定するのに、任意の適当な手段を使用できる。
例えば、板金をロール加工することによって、支持体５１を製造できる。
この板金は、磁気材料、例えばスチールとすることができる。
【０１６９】
各永久磁石５２は、図６から分かるように、内側面６３と外側面６４とを有する。
これら面６３および６４は、支持体５１にすべての磁石５２を載せたとき、すべての磁石の面６３と６４とが、実質的に円筒形の２つの面を形成するよう、円筒形部分から構成されている。
各磁石５２は、支持体５１の方向に収束する２つの側面６５を有する。
永久磁石５２を、ラグ５５によって支持体５１に固定するよう、永久磁石５２の各面６３には、凹状の固定部分６７が形成されている。
【０１７０】
ここで検討する実施形態では、各固定部分６７は、永久磁石５２の軸方向側面６９に開口するノッチによって形成されている。
ノッチ６７は、実質的に長方形となっているが、この形状とは異なり、他の任意の適当な形状とすることができる。
支持体５１に磁石５２を載せたときに、ラグ５５のブランチ５８が、ノッチ６７嵌合するように、ノッチの寸法および形状は選択されている。
【０１７１】
したがって、支持体５１の所定位置に磁石が載ると、各ブランチ５８は磁石５２のノッチ６７内に嵌合し、各ブランチ５７は、磁石５２の軸方向端部に押圧される。
次に、図８に示すように、磁石５２を、径方向かつ円周方向に係止する。
次に、ラグ５５を塑性変形することにより、支持体５１に、磁石５２をクリップ留めする。
これとは異なり、磁石５２が支持体５１の所定の場所に位置すると、磁石５２を覆うように、ラグ５５を曲げることにより、ラグ５５を折りたたむことができる。
ノッチ６７の深さは、ブランチ５８が回転電気機器のエアギャップ内に突出しないよう、ラグ５５のブランチ５８の厚さと実質的に等しくなっている。
【０１７２】
磁石５２は、例えば焼結され、ノッチ６７は、この焼結法によって製造される。この方法とは異なり、材料を除去することによって、これらのノッチ６７を製造することもできる。
この一体的な円筒形の壁５３は、磁気飽和を減少させ、適当な場合には、ヨーク６１の厚さを薄くするように、ヨーク６１内で、フープとして働くことができる。
【０１７３】
ここで検討する実施形態では、支持体５１に２つずつ接触するよう磁石が載っている。これによって、磁石５２の側面６５の間に、エアギャップが存在することを防止できる。
当然ながら、条件によっては、永久磁石５２の数を、２４と異ならせてもよい。
例えば図１０に示すように、ステータは８つのペアのラグ５５を有する支持体５１に固定された８個の永久磁石５２を有するものとすることができる。
特に、比較的少数の磁石、例えば８個よりも少ない数の磁石を使用しようとするとき、各磁石の寸法はより大きくなり、この場合、これよりも多い数のラグ５５を使って各磁石を係止することが、有利となり得る。例えば４個のラグにより、各磁石５５を係止できる。
【０１７４】
上記実施形態では、永久磁石はノッチを有している。
凹状または直立した固定部分を、特に上記ノッチ６７を有さない１つ以上の永久磁石を支持体に載せることは、本発明の範囲から逸脱するものではない。
【０１７５】
図１１〜図１３には、本発明のかかる実施形態が示されており、ここでは、凹状、または直立した固定部分を有しない複数の同一の永久磁石７２（上記実施形態では２４個の磁石）が、支持体７１に載っている。
各磁石７０は、同心円筒体の実質的な一部である径方向内側面７４と、径方向外側面７５と、径方向内側に収束する側面７６とを有する。支持体７１は、図１２に示すように、永久磁石７０の設置を可能にするよう、当初は平らになっている。
この支持体７１は、軸線Ｘに平行な複数のブランチ７８を含み、各ブランチは磁石７０を係止するためのラグ７９を両端に有する。
ラグ７９は、対応するブランチ７８に対して直角に延び、各ラグは、実質的に長方形となっている。
支持体７１には、更にブランチ７８に対して直角な複数のタング８０が設けられており、各タングは、磁石を円周方向かつ径方向に係止するよう、連続する２つの磁石７０の間に差し込まれている。
【０１７６】
これらタング８０が存在していることにより、小さいエアギャップは、連続する２つの磁石７０を分離している。磁石７０によって形成される磁化された構造体は、１°より大きい、特に２°または５°の電気角アパーチャーを有するエアギャップに対応する、中断された領域を有していない。
【０１７７】
タング８０の数、寸法および形状は、特に係止すべき磁石７０に応じて選択される。
【０１７８】
支持体７１は、この支持体の頂部に磁石７０が一旦載せられた後に、支持体７１の巻きを容易にする、より狭いヒンジ部分８２を含んでいる。これらヒンジ部分８２は、ブランチ７８と交互に位置している。
この支持体７１は、例えば板金のストリップを切断し、曲げることによって製造される。この支持体７１は、磁石７０の外側面７５を部分的にカバーしない状態のままにするカットアウト８３を有している。
【０１７９】
支持体７１の一端には、この支持体を巻き状態に維持するためのアーム８５が設けられている。
これらアーム８５は、例えば支持体７１の他端においてラグ７９に形成されたノッチ８６に係合している。
これとは異なり、支持体７１をヨーク内に設置するだけで、支持体７１を巻き状態に維持できる。
【０１８０】
これまでに説明した例は、本発明の範囲から逸脱することなく、２４よりも少ない数の磁石、例えば１２、８、６、４、３または２個の磁石に適合できる。
上記実施形態では、磁石の支持体は、単一部品として、特に板金を切断し、曲げることにより製造される。
【０１８１】
図１４〜図１６には、２つの別個の部品９２から形成された支持体９１を含む、本発明の一実施形態に合致するステータ９０の異なる要素が示されている。各部品９２は、切断された板金ストリップを、図１７に示すように、平らな形状から環状形状に折り曲げることによって製造されている。
当然ながら、これらの部品９２は、他の材料からも製造できる。
【０１８２】
部品９１の外径は、永久磁石９５を有する支持体９１が取り付けられているヨーク９４の内径と等しくなっている。
各部品９２は、磁石９５を係止するための複数のラグ９７を有し、これらのラグ９７は、例えば実質的に長方形となっている。
これらのラグ９７の一部は、径方向に延び、各ラグは、対応する部品９２の周面に配置された隣接する２つの磁石９５の間に配置されている。
２つずつ向き合っている他のラグ９７は、部品９２の周面に沿って実質的に延び、磁石９５を径方向に係止している。
【０１８３】
これらの各磁石９５は、部品９２に磁石９５を取り付けたときに、部品９２のラグ９７が嵌合されるようになっている、実質的に長方形の２対のノッチ９９を含み、磁石９５の両端に部品９２が配置されている。
ノッチ９９のうちの２つは、磁石の外面１００に位置し、内面１０１には、他の２つのノッチ９９が位置している。これらノッチ９９は、磁石９５の両端において、エッジ１０２に開口している。
【０１８４】
ここで検討する実施形態では、磁石９５には２つのタイプがある。すなわち第１グループ９５ａの磁石は、メイン磁石と称され、交互に配置されたＮ極とＳ極とを構成するように、径方向の磁化方向を有する。
第２グループ９５ｂの磁石９５は、補助磁石であり、各補助磁石は、２つのメイン磁石の間に配置されており、これら補助磁石は、実質的に径方向に直角な磁化方向を有する。
図１４には、かかる補助磁石が示されている。
このような補助磁石が存在することによって、磁気の漏れが少なくなっている。
これらの補助磁石を、径方向に測定した場合に、メイン磁石と同じ厚さを有するものとすることができる。
これとは異なり、補助磁石の厚みを、メイン磁石の厚さと異ならせてもよい。
【０１８５】
これらの磁石とヨーク９４との間に、ギャップを残すように、補助磁石を位置決めすることが可能である。換言すれば、補助磁石は、ヨーク９４に押圧されない。
補助磁石とヨークの間のスペースは、これら磁石を係止するラグ９７の位置によって決定されることが望ましい。
【０１８６】
図示されていない変形例では、磁石９５は、上記のように、２つ以上の回転角方向の移行部を有するように配置できる。
部品９２は、これら部品９２をヨーク９４にボタン留めするためのタング１０３を、更に含んでいる。
支持体９１を固定するための他の適当な手段を採用することもできる。
【０１８７】
この支持体９１の部品９２と磁石９５とは、ヨーク９４内に押し込む前に自律的なアセンブリを形成することができ、これにより、組み立て作業を簡略化できる。
図示の実施形態では、回転電気機器は６つの磁極を有する。
【０１８８】
径方向に延びるラグ９７を、可能な場合には不要にすることができ、円周方向のラグ９７と磁石９５内のノッチ９９との協働作用により、磁石９５が回転しないように磁石を係止できる。
メイン磁石と補助磁石との間に、エアギャップが生じることを防止することが可能であり、これにより、回転電気機器の効率は改善される。
これまで示した実施形態では、部品９２は、切断および曲げ加工によって製造される。
これとは異なり、支持体９１の部品９２を、図８に示すように、切断およびプレス加工によって製造してもよい。
【０１８９】
図１８の実施形態では、支持体９２は、交互に配置されたメイン磁石と補助磁石９５を支持している。
メイン磁石９５は、図９〜図２１に示すように、ノッチ９９を有することはできない。
この場合、各メイン磁石９５は、円周方向のラグ９７ではなく、磁石９５の側面１０５の形状により、ヨーク９４に対して保持される。
【０１９０】
図２１に示すように、各側面１０５は平坦部分１０６を有し、この平坦部分の上に、実質的に径方向を向くラグ９７が押圧されている。
ラグ９７が、磁石９５の側面に２つの応力Ｔ１を加え、この結果生じる径方向の応力Ｔ２が、ヨークに対して磁石９７を押圧するように、これら平坦部分１０６およびラグ９７が、配置されている。
【０１９１】
図１９に示すように、支持体９２は、補助磁石９５を係止するためのラグ９７を備えている。当然ながら、本発明は、これまでに説明した実施形態のみに限定されるものではない。
【０１９２】
凹状または直立した固定部分、特にノッチが磁石上に存在することを防止しなければならない場合、磁石の外側面に押圧される係止ラグを用いることなく、磁石のための支持体上に、磁石の外側面だけに押圧されるようなラグを設けることが可能である。支持体のラグは、この支持体に取り付けられる磁石の組の所定の直径よりも小さい直径にわたって延びている。これは、ロータをステータ内に常に正しく取り付けできることを保証するためである。
【０１９３】
更に、必要な場合、磁石の内側面または外側面上に突出する１つ以上のビードにより、永久磁石の固定部分のうちの少なくとも１つを形成できる。この場合、支持体の係止ラグは、このビードまたはこれらビードと協働し、磁石を径方向かつ回転角方向に係止するようになっている。
【０１９４】
本発明の別の実施形態では、上記支持体５１は、径方向および径方向に直角な磁化方向をそれぞれ有し、交互に配置されたメイン磁石と補助磁石とを、上記支持体５１が支持するようにできる。
支持体上に磁石を係止するためのラグは、長方形以外の形状、例えば台形とすることができる。
【０１９５】
図２２および図２３に示す実施形態では、永久磁石９５は各々が磁石の軸方向エッジ１１１を覆うように延びるノッチ１１０を有している。
図２２の実施形態では、各ノッチ１１０は、実質的に長方形であり、この長方形は、このノッチ内に係合した係止ラグが、径方向かつ回転角方向に係止するように、選択された傾きで傾斜している。
図２３の実施形態では、各ノッチ１１０は台形であり、長い底辺１１２は、内側円周面に位置し、径方向かつ回転角方向の係止を行っている。
【０１９６】
図６の変形例では、磁石の側面６５にノッチを形成することが可能である。
【０１９７】
図４には、本発明の別の実施形態に合致した、磁化された構造体５が示されている。この構造体５は、構造体５の周辺全体にわたって、実質的にサイン状に変化する磁化ベクトルを、磁化された構造体５内に有する。
【０１９８】
上記とは異なり、この磁化ベクトルは、構造体５の円周全体ではなく、構造体５の一部のセクターだけにわたって、サイン状のプロフィルを有してもよい。
ここで検討する実施形態では、磁化された構造体５は、６つのＮ磁極およびＳ磁極を有する。
【０１９９】
図２６は、図２４に示された磁化された構造体５における、角度を関数とする磁界Ｂｎ．ｎｏ−ｌｏａｄ（無負荷誘導）、Ｂｎ．ａｒｍ．ｒｅａｃ（アーマチュアの反作用にリンクした誘導）、およびＢｎ．ｒｅｓｕｌｔ（Ｂｎ．ｎｏ−ｌｏａｄとＢｎ．ａｒｍ．ｒｅａｃの合成誘導）の変化を示す。この誘導磁界Ｂｎ．ｒｅｓｕｌｔは、実質的にサイン状であり、中性ライン（誘導磁界がキャンセルする場合）の回転角方向のオフセット量は、図２７から、より明瞭に分かるように、約５°である。
【０２００】
比較として、図２５は、専ら径方向の磁化方向を有する磁化された構造体に対する同じ磁界を示す。誘導磁界Ｂｎ．ｒｅｓｕｌｔは、実質的に台形のプロフィルを有し、中性ラインの回転角方向のオフセット量は、約３０°、すなわち本発明の場合よりも、かなり大きくなっている。
【０２０１】
負荷を受けて、スイッチング状態を低下させる方向（ロータ内の電流の反転の制動効果、したがって、電気アークによる損失の増加）に起電力が発生される、専ら径方向の磁化をするケースとは対照的に、本発明によれば、小さい回転角方向のオフセットによって生じるスイッチング状態を若干低下させるように保証できる。
【０２０２】
本発明は、径方向の磁化の通常の欠点を生じることなく、電流の反転を加速するように、別の回転角方向のオフセットを導入できる。
【０２０３】
本発明によれば、局部的サインプロフィルに関連するリニア法則に従い、電流の反転を加速する起電力を発生するのに、より局部的な誘導レベルを利用している。これにより、ゼロ誘導領域のまわりでの集中スイッチングをするのに、回転角方向のより小さいオフセットだけで十分であるので、トルク損失が大きいという欠点を生じることなく、回転電気機器のロバストな設計をより容易にできる。
【０２０４】
更に、本発明の磁化された構造体５は、回転電気機器の条件に応じて利用できる「トルクリザーブ」を提供するので、スイッチングを更に改善するように、回転角方向の大きいオフセットを課すことが可能であり、本発明によると、同じ質および量の磁石で、トルクを増加することができる。
【０２０５】
この回転角方向のオフセットは、上に説明した実施形態のように（図２８参照）、１０電気角度、または２０電気角度よりも大きい値に選択することができる。
【０２０６】
本発明は、サイン誘導により、高調波にリンクした欠点の大きさを小さくするので、アーマチュア内の鉄損を更に低減できる。
【０２０７】
また、磁気ノイズも低減できる。
【０２０８】
図２９及び図３０は、本発明の他の実施態様を示す。図２９は、本実施形態のステータの斜視図であり、図３０は、このステータを備える自動車用スタータの外観図である。
【０２０９】
図２９に示されるように、本実施形態のステータ２００は、ヨーク材２０４の内側に、縦長に細分化された永久磁石２０２を長手方向に沿って整列させ、円周方向に一巡させて成る構成を有している。このヨーク材は、長手方向に斜角をなして延びる一端とこれと相補的な斜角をなして延びる他端とが摺動可能に当接して略円筒形を成している。別の言い方をすれば、長手方向に、軸線方向に対して斜めに切断されているような構成である。
【０２１０】
図２９に示されるように、ヨーク材２０４は、その端面２０６どうしが摺動可能である。このヨーク材２０４を外側から締め付ければ、切断面に沿った摺動が生じ、ヨーク材２０４の径が縮小する。このとき、内面に配置されている各永久磁石２０２同士に適度な隙間をあけておくことにより、ヨーク材２０４の縮径に応じて永久磁石２０２の配列も、これに追従することができる。また、外側から締め付ける力を弱めてヨーク材２０４を広げることにより、縮径した径を再度広げることも可能であり、このときも、内面に配置する永久磁石を、細長いブロックに分割したことにより、拡径に対しても追従することが可能である。
【０２１１】
このような構成を採用することで、ヨーク材２０４を外側から締め付けて縮径させて、細分化された永久磁石２０２を円周方向に強固に固定することができる。この際、ヨーク材２０４の切断面２０６の方向を、磁界の方向、すなわちヨーク材２０４の外周の円の中心を通る方向に位置合わせすることにより、損失を低減することも可能である。
【０２１２】
図３０は、このステータ２００を組み込んだ自動車用スタータ２０８の外観図を示す。
【０２１３】
図３１には、本願発明の別の実施形態に係るステータ２１０を示す。図３１に示されるように、このステータ２１０は、ヨーク材２１４の内側に、縦長に細分化された永久磁石２１２を長手方向に沿って整列させている構成を有し、さらに、この細分化された永久磁石２１２の外周面の軸線方向に凸条を設け、かつヨーク材２１４の内周面の軸線方向に係合溝を設けて、各永久磁石を円周方向に移動しないようにして、細分化された永久磁石を円筒状に保持することを特徴とする。
【０２１４】
このように構成することにより、細分化された磁石２１２を容易に設置することができるようになるとともに、各磁石２１２を正確に位置決めすることができ、さらに、使用中においても、各磁石２１２の位置のずれを防止することができ、ひいては長時間の使用において信頼性の高い自動車用スタータを提供することが可能となる。
【０２１５】
本願発明のさらに別の実施形態に係る発明を、図３２及び図３３に示す。図３２は、本実施形態に係るステータ２２０の分解斜視図であり、図３３は、永久磁石を組み込む様子を示す外観図である。
【０２１６】
図３２及び図３３に示すように、本実施形態のステータは２２０においては、細分化された永久磁石２２２を軸線方向にくさび形に形成する。そして、隣接する永久磁石２２２同士を互い違いに入れ子に配列する。このように配列された永久磁石２２２を、円周方向に沿って整列した場合の外径より極わずか小さな内径を有するように選んだ円筒形のヨーク材２２４にはめ込んで、ステータ２２０を構成する。この際、はめ込みの前は、互い違いに入れ子に配列した永久磁石２２２を、長手方向にずらすことにより配列全体の径を小さくした上で、これらをヨーク材にはめ込む。そして、ずらした配列を直して、永久磁石を正しく整列させることにより、永久磁石２２２の配列全体の径を大きくすることにより、ヨーク材内に永久磁石を堅固に固定することが可能となる。
【０２１７】
このような構成により、簡易かつ正確に、細分化された永久磁石２２２を堅固に固定することが可能となり、長時間の使用においても、永久磁石の位置のずれを低減することが可能となる、このため、信頼性の高い自動車用スタータを提供することが可能となる。
【符号の説明】
【０２１８】
２ ロータ
３ ステータ
４ ヨーク
５ 磁化された構造体
１３、１４ ブラシ
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ 永久磁石
５５ ラグ
６１ 支持体
６７ 固定部分
７８ ブランチ
７９ ラグ
９７ ラグ
９９ 固定部材
２００ ステータ
２０２ 永久磁石
２０４ ヨーク材
２０６ 端面
２１０ ステータ
２１２ 永久磁石
２０４ ヨーク材
２２０ ステータ
２２２ 永久磁石
２２４ ヨーク材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記ヨークは、長手方向に斜角をなして延びる一端とこれと相補的な斜角をなして延びる他端とが摺動可能に当接して略円筒形を成し、前記ヨーク材を外側から締め付ければ、前記当接面に沿った摺動が生じて前記ヨークの径が縮小するように構成されており、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【請求項２】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記永久磁石は外周に凸部を有し、前記ヨークは内面に前記永久磁石の凸部に対応した凹部を有し、前記ヨークの前記凹部に前記永久磁石の前記凸部が係合することにより、前記永久磁石が前記ヨークに固定され、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【請求項３】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、長手方向に縮径したプロファイルを有した細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って、縮径方向を互い違いにして整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【請求項１】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記ヨークは、長手方向に斜角をなして延びる一端とこれと相補的な斜角をなして延びる他端とが摺動可能に当接して略円筒形を成し、前記ヨーク材を外側から締め付ければ、前記当接面に沿った摺動が生じて前記ヨークの径が縮小するように構成されており、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【請求項２】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記永久磁石は外周に凸部を有し、前記ヨークは内面に前記永久磁石の凸部に対応した凹部を有し、前記ヨークの前記凹部に前記永久磁石の前記凸部が係合することにより、前記永久磁石が前記ヨークに固定され、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【請求項３】
周辺部のまわりに延び、永久的磁化状態に磁化された構造体を含むステータと、
ロータと、
前記ロータのセクションで電流をスイッチングすることにより、前記ロータに給電するようになっている１つのグループのブラシとを備える、直流回転電気機器、主として自動車のスタータのための直流回転電気機器であって、
前記ステータの前記磁化された構造体は、前記ステータの径方向および径方向に直角な方向と異なる磁化方向を有する少なくとも１つのセクターを備え、
前記ステータの前記磁化された構造体は、略円筒形のヨーク内に配置されており、
前記磁化された構造体は、長手方向に縮径したプロファイルを有した細分化した複数の永久磁石を前記ヨークの長手方向に沿って、縮径方向を互い違いにして整列させ円周方向に一巡させて成り、
前記ヨークが存在しない場合に測定した前記磁化された構造体の外部で、前記磁化された構造体によって発生される磁界が、前記磁化された構造体の内部で発生される磁界よりも小さく、前記磁化された構造体の外部の磁気エネルギーが、前記磁化された構造体の内部の磁気エネルギーの２０％よりも少なくなるように選択された磁化状態となっていることを特徴とする直流回転電気機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図２】
【図３】
【図４ａ】
【図４ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【公開番号】特開２０１１−１３９６２５（Ｐ２０１１−１３９６２５Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４６５９６（Ｐ２０１０−２４６５９６）
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（５０８０７５５７９）ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール (49)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２日（２０１０．１１．２）
【出願人】（５０８０７５５７９）ヴァレオ エキプマン エレクトリク モトゥール (49)
【Ｆターム（参考）】
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