電気機械用ロータ
【解決手段】軸方向磁束電気機械用のロータ（３００）が開示される。ロータは、ロータに固定された複数の永久磁石（３５０）を有し、複数の磁石のそれぞれはロータ内の開口部を少なくとも部分的に通って延びる。ロータの回転軸に対して実質的に円周方向に、かつ少なくとも一つの軸方向において実質的に軸方向に磁石を位置決めするように、ロータの材料（２００）が各磁石（３５０）と接触するように構成される。半径方向に拘束するためにロータの半径方向外側エッジの周りに強化テープ（３４０）を巻き付けた状態で、磁石（３５０）がロータ（３００）上で半径方向に滑動してもよく、またさね継ぎ構成（３２５、３５５）によって軸方向および円周方向に拘束されてもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸方向磁束電気機械用のロータに関する。より詳細には、排他的でなしに、本発明はハイブリッド車または純粋電気自動車で使用される軸方向磁束電気機械用のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車は、二つの動力源、例えば内燃機関と電気モータが自力推進に使用される動力供給の役割を果たす車両である。一部のハイブリッド車では、エンジンとモータの両方を、車両を駆動する車輪に回転動力を供給するための動力伝達部品に接続可能である。他のハイブリッド車では、回転動力を供給するための動力伝達部品にモータのみが接続可能であり、エンジンは、モータを作動させるのに必要な電力を発生する発電機を駆動するための原動機としてのみ使用される。既存のハイブリッド車の例は、乗用車（「自動車」と呼ばれることもある）、バン、バスおよび軽トラックを含む。ハイブリッド車技術を路面電車などの軽量軌道車両に組み込むことに対する関心も増加している。
【０００３】
ほとんど全てのハイブリッド車において、自動車構成部品のサイズと重量を最小化することが望ましい。乗用車では、これらの構成部品のサイズと重量の最小化に成功すると、居室を広くでき、したがって乗員の快適性が高まり、また車両の作動効率も改善することができる。他のハイブリッド車においても同じことが言える。
【０００４】
同時に、ハイブリッド車で使用される電気機械の出力を最大化することが望ましい。顧客は内燃機関の高出力になれており、そのためハイブリッド車の性能が劣っていれば失望するだろう。これは、ハイブリッド車で使用されるモータと発電機の両方に当てはまる。モータについては、適切な自力推進を与えるために高い機械的出力が必要になる。したがって、発電機については、モータを高出力で作動させるために高い電気的出力が必要になる。
【０００５】
それゆえ、ハイブリッド車にとって、単位質量当たりの出力（「出力密度」と呼ばれることが多く、ｋＷ／ｋｇで測定される）の高い電気機械を用いることが望ましい。しかしながら、残念なことに、既存の電気機械はこれらの要件を満足せず、ハイブリッド車での使用に役立つとは言えない。
【０００６】
純粋電気自動車に使用される電気機械にも同様の考察が当てはまる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸方向磁束タイプの電気機械は、いくつかの点でハイブリッド車および純粋電気自動車での使用に適している。この理由の一つは、それらが高い出力密度を有するように設計可能であるからである。しかしながら、その組み立てと作動に関する限りでは、軸方向磁束の機械の設計は最適化されない。組み立てが困難で動作の信頼性が低いことがあるためである。これは、この種の機械のロータに関して特に言えることである。本発明の目的は、この問題に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、軸方向磁束電気機械用のロータが提供される。ロータはロータに固定された複数の永久磁石を有する。複数の磁石のそれぞれは、ロータ内の開口部を少なくとも部分的に通って延びる。ロータの回転軸に対して実質的に円周方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料が磁石と接触するように構成される。
【０００９】
このように磁石を受け入れるように構成された開口部をロータ内に設けることによって、ロータの周囲材料を磁石と接触させて磁石を適切な位置に保持することで、少なくとも円周方向で磁石が位置決めされる。したがって、少なくとも円周方向に磁石を位置づけ保持するための追加で別個の構造を設ける必要がない。その結果、組み立てが簡素化され、より高い信頼性で磁石が適切な位置に保持される。
【００１０】
開口部は、一端から他端までロータを完全に貫通する開口であってもよい。開口部は凹みのように出口のない開口であってもよい。
【００１１】
少なくとも一つの軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。両方の軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。一つの半径方向、少なくとも一つの半径方向、または両方の半径方向で実質的に半径方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。
【００１２】
ロータは複数の部品で形成されてもよい。ロータは、第１ロータ部分と第２ロータ部分を備えていてもよい。二つのロータ部分の間に磁石を置いた状態で第２ロータ部分を第１ロータ部分にはめ合わせて、二つのロータ部分の間で実質的に接線方向に、実質的に半径方向に、および少なくも一つの軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするような構成であってもよい。
【００１３】
第１ロータ部分と第２ロータ部分が、両者の間で軸方向に磁石を包み込むように構成されてもよい。各ロータ部分は貫通する開口部を備えていてもよく、各開口部はそれぞれの磁石を受け入れるような大きさにされる。各ロータ部分は、磁石が開口部を通り抜けることを防止するために受け入れた磁石と接触する接触手段を各開口部に隣接して備えていてもよい。接触手段は、それぞれのロータ部分の一面と隣接していてもよい。接触手段は開口部を狭める働きをしてもよい。接触手段は少なくとも一つのリップを備えてもよい。
【００１４】
第１ロータ部分と第２ロータ部分が、両者の間に半径方向に磁石を包み込むように構成されてもよい。第１ロータ部分は、実質的に両方の円周方向と一つの半径方向で磁石と接触するように構成されてもよい。第２ロータ部分は、実質的にもう一方の半径方向で磁石の少なくとも一部と接触するように構成されてもよい。第１ロータ部分は、その中に形成された開口部を有していてもよい。第２ロータ部分は、実質的に環状の部分であるか、あるいは実質的に環状の部分の一部であってもよく、環状の部分は、磁石をその中に受け入れた状態で第１部分の全てまたはその一部を取り囲むように配置される。第２ロータ部分は、第１ロータ部分の周りに巻き付けられたテープのかたちであってもよい。第２ロータ部分は保持リングによって提供されてもよい。保持リングは第１ロータ部分と同じ材料であってもよい。磁石および／または第１部分に、軸方向に磁石を位置決めする構造が設けられていてもよい。磁石と第１部分に、半径方向に磁石を位置決めするように協調する協調構造が設けられていてもよい。第１部分では、開口部の一つ以上の側壁に上記構造が設けられていてもよい。磁石では、磁石の一つ以上の側壁に上記構造が設けられていてもよい。協調構造はさね継ぎ構成を含んでもよい。
【００１５】
二つの磁石がそれぞれの開口部に受け入れられてもよい。二つの磁石は軸方向に並置されてもよい。ロータは、第１軸方向において二つの磁石のうち第１の磁石を受け入れ、第２軸方向において二つの磁石のうち第２の磁石を受け入れるように構成されてもよい。各開口部の一つ以上の側壁は、開口部内に受け入れられたときにそれぞれの磁石の一方または両方と接触する接触部材を備えていてもよい。接触部材はリップであってもよい。各開口部における二つの磁石は互いに引き付け合うように磁化されており、これによって軸方向に位置決めされる。磁石は、各開口部内の磁石の一方が、軸方向内側を向く北極を有し、他方の磁石が軸方向内側を向く南極を有している。
【００１６】
各磁石とロータ材料との間に与えられる接着材料によって、各磁石がロータに固定されてもよい。接着材料は接着剤であってもよい。各磁石は、ロータの一端または両端でロータの周囲材料と同一平面にあってもよい。
【００１７】
ロータは、磁気絶縁材料および／または電気絶縁材料で作られてもよい。これは、渦電流による損失などのロータ内の損失を避けるのに役立ち、また磁束経路内での磁気短絡を避けるのに役立つ。ロータは熱絶縁材料から作られていてもよく、また高温耐久性があってもよい。ロータは複合材料で作られていてもよい。
【００１８】
ロータは、その中に開口部が形成された実質的に平坦な円盤状であってもよく、各開口部はそれぞれ磁石を受け入れる大きさとなっている。好適には、一方または両方の半径方向で半径方向と円周方向とに磁石を位置決めする役割をロータの周囲材料が果たすように、各磁石がそれぞれの開口部内にはめ合わされる。
【００１９】
ロータ内の開口部と、各開口部を実質的に通って延びる磁石とを設けることによって、所与のロータ厚みに対して、ロータの角度位置における磁化材料の量が最大化される。よって、永久磁石によって生じる励起場の強度が所与のロータ厚に対して最大化され、これにより出力密度が増加する。
【００２０】
本発明の第２の態様によると、第１の態様にしたがった少なくとも一つのロータを有する軸方向磁束電気機械が提供される。
【００２１】
本発明の第３の態様によると、車両用の車輪と本発明の任意の上述の態様または実施形態にしたがった電気機械とが提供される。ロータとステータのうち一方が車輪と結合され、ロータとステータのうち他方が車両の構造に固定されるように構成される。この結果、車輪を回転するときの直接駆動モータとして電気機械を使用し、車両を駆動することができる。
【００２２】
電気機械は、回生制動によって車両を減速するための発電機として作動するように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の第４の態様によると、車輪と第４の態様の電気機械とを備える車両が提供される。
【００２４】
車両は、このようにして各車輪にそれぞれ結合された電気機械を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照して例として以下で説明する。
【００２６】
【図１】電気機械用のロータ構成の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１の構成の部分詳細図である。
【図３】電気機械で使用されるロータ構成の第２実施形態の斜視図である。
【図４】第２実施形態のロータの第１部分の斜視図である。
【図５】第２実施形態のロータの第２部分の斜視図である。
【図６】図３のロータ構成の分解斜視図である。
【図７】電気機械で使用されるロータ構成の第３実施形態の斜視図である。
【図８】第３実施形態のロータの斜視図である。
【図９】第３実施形態の磁石の斜視図である。
【図１０】第４実施形態のロータ構成の斜視図である。
【図１１】図１０のロータ構成の部分分解斜視図である。
【図１２】第４実施形態のロータの斜視図である。
【図１３】第４実施形態の磁石の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、軸方向磁束電気機械で使用されるロータ２００を示す。ロータ２００は全体的に平坦で薄い円盤状である。本実施形態では、ロータは、グラスファイバーと樹脂ベースのクロス積層材料である複合材料で形成される。複合材料は良好な電気絶縁体であり、良好な熱絶縁体である。ロータ２００は、ロータを貫通する中央の丸い開口部２１０を有する。一連のより小さな開口部２１５が、中央開口部２１０と隣接する位置にロータ２００を貫通して形成されており、ロータ２００の回転軸の周りに中央開口部２１０と同軸であるリングを中央開口部２１０の周りに集合的に形成している。
【００２８】
図１のロータ２００は、ロータを貫通する１２個の開口部２２０を含み、各開口部は、扁平で平面的なリングの一部であるような形状をしている。これらの開口部２２０のそれぞれは、ロータ２００の半径方向外側の縁に隣接して配置されており、ロータと同軸である。１２個の開口部２２０は、一定の角度ピッチでロータ２００の周囲に分配されている。図２に示すように、１２個の開口部２２０のそれぞれが、ロータ２００と同軸の二つの同軸のアーチ形側壁２２２と、アーチ形側壁の間にあり半径方向に延びる二つの直線側壁２２４とを有している。図２を続けて参照すると、開口部２２０の側壁は、側壁の両端に対して、その全長の大半に沿ってわずかに凹んでいる。これは、アーチ形側壁２２２のうち半径方向の最も内側と、二つの半径方向側壁２２４とについて当てはまる。したがって、わずかに凹んでいる側壁２２２、２２４のそれぞれの両端に向けて突出した面２２６が存在する。１２個の開口部２２０は、フライス加工（milling）によってロータ２００に形成されると想定される。
【００２９】
図１から分かるように、１２個の開口部２２０のそれぞれに永久磁石２３０が接地される。磁石２３０は、二つのアーチ形かつ同軸の側面と、その間の二つの直線かつ半径方向に延びる側面とを有する、扁平で平面状のリングの一部として形成される。しかしながら、図２を参照して、この実施形態では、磁石２３０のいずれの側面も凹んでいないことに注目すべきである。磁石２３０は、それぞれがリングの一部をなす開口部２２０の一つに適合するような大きさおよび形状とされている。その結果、磁石２３０の側面が突出面２２６に接触し、各磁石２３０の半径方向最外部のアーチ形側面が、それぞれの開口部２２０の半径方向最外部のアーチ形側壁を画成するロータ２００の構造と接触する。こうして、各磁石２３０は、ロータ２００に対して半径方向および円周方向に位置づけされる。この構成により、磁石２３０の側面と開口部２２０の側面の凹んだ部分との間にギャップが生じることを理解されよう。本実施形態では接着剤である接着材料（図示せず）をこれらのギャップに与え、磁石とロータ２００の周囲構造との間が接着される。これにより、ロータ２００に対して軸方向に磁石２３０が保持される。磁石の厚さは、磁石がロータを貫通する開口部２２０の中に配置されたときに、磁石の表面がロータ２００の各側面と同一平面になるように設定される。
【００３０】
磁石２３０は、それぞれ二つの直接隣接する磁石と極性が反対になるようにロータ内に取り付けられる。各磁石は二つの主要極性面を有しており、これらはロータ２００の表面と同一平面上にある。
【００３１】
図３は、ロータディスク１１０と一連の磁石１２０とで構成される第２実施形態のロータ構成１００を示す。組み立てられた構成１００は、図１および図２を参照して述べた第１実施形態のものと同様の大きさおよび形状である。実際、第２実施形態の構成は第１実施形態の構成の代替物であり、電気機械において置き換え可能であると想定される。
【００３２】
第２実施形態のロータディスク１１０は、同一の複合材料で形成され、中央開口部１１２とその周囲の一連の穴１１５とを有するという点において、第１実施形態のロータディスクと類似している。ロータディスク１１０は、ロータ１１０の半径方向外側の縁に隣接して配置されロータを貫通する１２個の開口部１２０を有するという点においても類似している。この実施形態のロータ１１０における１２個の開口部１２０は、第１実施形態のものと同様の形状をしているが、特定の重要な点において相違する。
【００３３】
しかしながら、本実施形態のロータディスク１１０は、二つのロータ部分１３０、１４０で形成されている点で相違する。二つの部分１３０、１４０はそれぞれ、軸方向で互いにフィットする平坦な円盤状であり、あたかも一枚のディスクを二つに薄切りにして二枚の類似するがより薄いディスクとしたようなものである。
【００３４】
図４は、第１のロータ部分１３０をより詳細に示す。見て分かるように、ロータ部分１３０の半径方向外側の縁に隣接する１２個の開口部１２０のそれぞれが、扁平で平面上のリングの一部であるような形状をしている。すなわち、各部分が、アーチ形で同軸である半径方向外側の側壁１２１と内側の側壁１２２とを有しており、両者の間に半径方向の側壁１２３が延びる。半径方向の側壁１２３の各端部にアーチ形の凹み１２４が設けられる。開口部はフライス加工により形成されると考えられるので、これらの凹みは磁石（図４に示さず）の直角の縁を収容するようになっている。側壁１２１、１２２、１２３のそれぞれの一部は、開口部１２０の中へとわずかに突出し、そこで側壁１２１、１２２、１２３がロータ部分１３０の軸方向外側の面（二つのロータ部分がともに配置されるときに、第２ロータ部分１４０に対する面とは反対側）と出会う。側壁１２１、１２２、１２３は、リップ１２５を形成するように突出する。リップ１２５は、ロータ部分１２０の外側面と同一平面にあり、開口部１２０を狭めるように開口部１２０の穴の周りに延び出している。
【００３５】
図５は、第２ロータ部分１４０をより詳細に示す。第２ロータ部分１４０は第１ロータ部分１３０と同様であるが、軸方向の厚さが薄い。したがって、第２ロータ部分が、各開口部１２０の穴の周りに延び出し第２ロータ部分１４０の軸方向外側の面と同一平面にあるリップ１４５を有することが理解されよう。
【００３６】
図６は、軸方向に離して配置した二つのロータ部分１３０、１４０を示す。図６から分かるように、ロータ構成１００は、第１実施形態の磁石と同じ形状の１２個の磁石１５０を備える。本実施形態の磁石１５０は、第１ロータ部分１３０と第２ロータ部分１４０に形成された開口部１２０の中に収まるような大きさおよび形状をしている。二つのロータ部分１３０、１４０の側壁１２１、１２２、１２３が磁石１５０と（ロータの回転軸に対して）円周方向および半径方向に接触して、磁石１５０を円周方向および半径方向に位置決めし、かつ、二つのロータ部分１３０、１４０を組み合わせたときにロータ部分１３０、１４０のリップ１３５、１４５が磁石１５０と軸方向に接触して磁石１５０を軸方向に位置決めするように、磁石１５０がロータ部分の中にはめ合わされる。第２ロータ部分１４０は、第２ロータ部分の半径方向外側の縁に隣接する複数のボルト穴１４７を備える。第１ロータ部分１３０は、それぞれのボルト１６０を受け入れるようにねじが切られた複数の対応する穴１３７を備える。各ボルト１６０を各ボルト穴１４７を通してねじ切り穴１３７の一つにはめ合わせることによって、二つのロータ部分１３０、１４０が互いに固定される。本実施形態において第１ロータ１３０を第２ロータ部分１４０よりも厚くする理由は、ねじ切り穴１３７をボルト１６０を保持するだけの十分な長さにするためである。別の実施形態では、第１ロータ部分１３０と第２ロータ部分１４０の相対的な厚さが異なっていてもよい。
【００３７】
図７は、第３実施形態のロータ構成３００を示す。第２実施形態と同様に、この実施形態のロータ３１０は第１ロータ部分３３０と第２ロータ部分３４０とで形成される。しかしながら、この実施形態では、二つのロータ部分３３０、３４０は軸方向ではなく半径方向に互いにはめ合わされている。
【００３８】
図８は、第１ロータ部分３３０をより詳細に示す。第１ロータ部分は第１実施形態のものと同様であるが、二つの点で異なる。第１に、第１ロータ部分３３０では、第１実施形態のロータを貫通する磁石受け入れ開口部のそれぞれに半径方向外側のアーチ形側壁を与えていた半径方向外側の部分が欠けている。したがって、本実施形態の第１ロータ部分３０には、半径方向内側のアーチ形側壁３２２と、そこから半径方向外側に延びる二つの半径方向の側壁３２３（それぞれ、半径方向内側端部にのみアーチ形の凹み３２４を有する）しか設けられていない。したがって、第１ロータ部分３３０は、その言葉の工学的意味において「クモ（spider）」に似ている。半径方向に延びる側壁３２３のそれぞれの中央部から突出リッジ３２５が突出し、側壁の全長に沿って延びている。
【００３９】
図９は、第３実施形態のロータ組み立て３００の１２個の磁石３５０のうち代表的な一つを示す。磁石３５０は第１および第２実施形態のものと同様であるが、半径方向に延びる側壁３５２のそれぞれに溝３５５が形成されている点が異なる。各溝３５５は、半径方向に延びる側壁３５２のそれぞれの中央部に形成され、その全長に延びる。
【００４０】
図７を再び参照して、磁石３５０は、第１ロータ部分３３０の各突出リッジ３２５がそれぞれの溝の中にはめ合う状態で、第１ロータ部分３３０を貫通する開口部の中に挿入される。続いて、ワイヤで強化された接着テープが第１ロータ部分３３０の半径方向外側の縁の周りに繰り返し巻き付けられ、第２ロータ部分３４０を形成する。こうして、第１ロータ部分３３０と第２ロータ部分とが協調して磁石３５０を半径方向に位置決めする。円周方向および軸方向の位置決めは第１ロータ部分３３０によって行われ、第１ロータ部分３３０の突出リッジ３２５と磁石内の協調溝３５５とが、さね継ぎ（tongue-and-groove）構成によって軸方向に位置決めする。本実施形態では接着テープを使用して第２ロータ部分３４０を形成するが、この部分３４０を他の方法で形成してもよいことが想定される。例えば、第２ロータ部分３４０は、適切な材料を形成マンドレル上に重ねることによって形成された複合材料のリングであってもよい。続いて、リングが第１ロータ部分３３０の外側にはめられ、適切な場所に接着される。はめ合わせができるようにリングを加熱し、その後リングを冷却して第１ロータ部分３３０の周りにタイトフィットさせることで、第１ロータ部分３３０の外側にリングを収縮ばめしてもよいことが想定される。加熱時に、リングは締まりばめ（interference fit）であっても締まりばめでなくてもよい。代替的に、最初にリングを加熱することなく、第１ロータ部分３３０の外側にリングを圧入してもよい。
【００４１】
図１０は、第４実施形態のロータ構成４００を示す。この実施形態では、ロータ４１０は単一部分として形成されるが、ロータを貫通する各磁石受け入れ開口部４２０に二つの磁石４５０が存在する。全体的な構成を図１１に示し、より詳細な構成を図１２および図１３に示す。
【００４２】
図１２を参照すると、本実施形態のロータ４１０は、第２実施形態の第１ロータ部分１３０とほぼ同一であるが、第１ロータ部分１３０のリップ１５０がなく、代わりにロータ４１０を貫通する開口部４２０の半径方向に延びる側壁４２３に沿って突出リッジ４２５を備える点で相違する。リッジ４２５は半径方向に延びる側壁４２３の中央部に沿って、その両端の間に延びており、第３実施形態のリッジ３２５と同様である。
【００４３】
図１３を参照して、本実施形態のロータ構成４００の各磁石４５０は、幾何学的に他のものと同様である。したがって、簡単のために、代表的な単一の磁石４５０についてのみ説明する。各磁石４５０は、第１および第２実施形態の磁石とほぼ同じ形状であるが、（軸方向の）厚さの半分よりもわずかに小さく、半径方向に延びる縁に沿って形成された凹み４５５を一面のみに有している点で相違する。上述したように、磁石４５０は幾何学的に同一であるが、同一の開口部４２０に受け入れられる二つの磁石４５０のそれぞれは異なる態様で磁化されている。磁石４５０の一方は、凹み４５５の延びる面が北極であるように磁化される。磁石４５０の他方は、凹み４５５の延びる面が南極であるように磁化される。
【００４４】
図１１を参照して、二つの異なって磁化された磁石４５０が、ロータ４１０内の各開口部４２０内にはめ合わされる。二つの磁石４５０のうち第１の磁石は、突出リッジ４２５が凹みにはまり部分４５０を位置決めするように、ロータ４１０の一端から開口部４２０の中に導入される。他方の磁石４５０は、ロータ４１０の他方の側から同様にはめ合わされる。二つの磁石４５０は異なって磁化されているので、磁石４５０の間の磁力が両磁石を適切な場所に保持する。各開口部内の二つの磁石４５０の間には、わずかな軸方向の隙間が存在するように構成される。こうして、磁力によって、二つの磁石４５０のそれぞれが突出リッジ４２５と接触する。わずかな軸方向の隙間は１０ミクロンのオーダーであることが想定される。二つの磁石４５０の間で磁束の経路を促進するために、二つの磁石４５０の間のあらゆる隙間が最小化されることが一般的に好ましい。
【００４５】
このように、本実施形態では、ロータ４１０が磁石４５０を半径方向および円周方向に位置決めし、また二つの可能性のある軸方向のうちの一方で磁石４５０のそれぞれを位置決めする。
【００４６】
他の実施形態では、同一開口部４２０内の二つの磁石４５０の間に隙間がなくてもよいことが想定される。理想的には、磁石４５０が突出リッジ４２５と接触するように磁石４５０とロータ４１０の寸法が決められるが、これは関連する製造公差によって決まる。
【００４７】
さらなる実施形態では、同一開口部４２０内の二つの磁石４５０の間に接着剤などの接着物を施し、接着物が少なくとも部分的に二つの磁石４５０を保持する働きをすることが想定される。硬化して弾性変形可能になる接着剤などの振動吸収特性を有する接着物を、振動を吸収するために使用してもよい。
【００４８】
高出力のアプリケーションに適した電気機械で上述のロータ構成を使用されることが想定される。例えば、電気機械は、路面電車やバスなどの大型のハイブリッド車にセットされたディーゼル発電機における発電機としての使用に適していてもよい。回転電気は、自力推進機械力を提供する車両などにおけるモータとしての使用に適していてもよい。
【００４９】
さらなる実施形態では、渦電流モータとして作動可能な電気機械において使用可能となるように、上述のロータディスク構成が修正される。このような実施形態では、上述のロータディスクは、少なくとも一部が導電性材料で形成されたディスクによって置き換えられる。ステータ巻線に変動電流を与えると、電気機械が渦電流モータとして作動する。定電流を与えると機械を制動する働きをする。内部に誘導される電流を導くように導電性材料を構成してもよい。これは、置換ロータの導電性材料にスロットを設けることで達成される。スロットは放射状であってもよい。言い換えると、ロータが、放射状電気機械で使用されることのあるかご形の等価物を形成することができる。
【００５０】
さらに別の実施形態では、内部に誘導される渦電流を低下させるために、ロータの平面内以外で磁石４５０が「分割」されてもよい（すなわち、互いに結合する複数の磁石部分で構成されてもよい）。例えば、実質的に軸−放射平面内で磁石を分割してもよいし、実質的に軸−接平面内で磁石を分割してもよい。二つ、三つまたはそれ以上の磁石部分で構成されるような方法で各磁石を分割してもよい。好ましくは電気絶縁性のある、接着剤などの接着物で磁石部分を互いに接合してもよい。代わりに、磁石部分の間隔を空けるように機能する、ロータの材料内に形成された台によって、ロータ内で磁石部分を互いに対して位置決めしてもよい。
【技術分野】
【０００１】
本発明は軸方向磁束電気機械用のロータに関する。より詳細には、排他的でなしに、本発明はハイブリッド車または純粋電気自動車で使用される軸方向磁束電気機械用のロータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車は、二つの動力源、例えば内燃機関と電気モータが自力推進に使用される動力供給の役割を果たす車両である。一部のハイブリッド車では、エンジンとモータの両方を、車両を駆動する車輪に回転動力を供給するための動力伝達部品に接続可能である。他のハイブリッド車では、回転動力を供給するための動力伝達部品にモータのみが接続可能であり、エンジンは、モータを作動させるのに必要な電力を発生する発電機を駆動するための原動機としてのみ使用される。既存のハイブリッド車の例は、乗用車（「自動車」と呼ばれることもある）、バン、バスおよび軽トラックを含む。ハイブリッド車技術を路面電車などの軽量軌道車両に組み込むことに対する関心も増加している。
【０００３】
ほとんど全てのハイブリッド車において、自動車構成部品のサイズと重量を最小化することが望ましい。乗用車では、これらの構成部品のサイズと重量の最小化に成功すると、居室を広くでき、したがって乗員の快適性が高まり、また車両の作動効率も改善することができる。他のハイブリッド車においても同じことが言える。
【０００４】
同時に、ハイブリッド車で使用される電気機械の出力を最大化することが望ましい。顧客は内燃機関の高出力になれており、そのためハイブリッド車の性能が劣っていれば失望するだろう。これは、ハイブリッド車で使用されるモータと発電機の両方に当てはまる。モータについては、適切な自力推進を与えるために高い機械的出力が必要になる。したがって、発電機については、モータを高出力で作動させるために高い電気的出力が必要になる。
【０００５】
それゆえ、ハイブリッド車にとって、単位質量当たりの出力（「出力密度」と呼ばれることが多く、ｋＷ／ｋｇで測定される）の高い電気機械を用いることが望ましい。しかしながら、残念なことに、既存の電気機械はこれらの要件を満足せず、ハイブリッド車での使用に役立つとは言えない。
【０００６】
純粋電気自動車に使用される電気機械にも同様の考察が当てはまる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
軸方向磁束タイプの電気機械は、いくつかの点でハイブリッド車および純粋電気自動車での使用に適している。この理由の一つは、それらが高い出力密度を有するように設計可能であるからである。しかしながら、その組み立てと作動に関する限りでは、軸方向磁束の機械の設計は最適化されない。組み立てが困難で動作の信頼性が低いことがあるためである。これは、この種の機械のロータに関して特に言えることである。本発明の目的は、この問題に対処することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の態様によると、軸方向磁束電気機械用のロータが提供される。ロータはロータに固定された複数の永久磁石を有する。複数の磁石のそれぞれは、ロータ内の開口部を少なくとも部分的に通って延びる。ロータの回転軸に対して実質的に円周方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料が磁石と接触するように構成される。
【０００９】
このように磁石を受け入れるように構成された開口部をロータ内に設けることによって、ロータの周囲材料を磁石と接触させて磁石を適切な位置に保持することで、少なくとも円周方向で磁石が位置決めされる。したがって、少なくとも円周方向に磁石を位置づけ保持するための追加で別個の構造を設ける必要がない。その結果、組み立てが簡素化され、より高い信頼性で磁石が適切な位置に保持される。
【００１０】
開口部は、一端から他端までロータを完全に貫通する開口であってもよい。開口部は凹みのように出口のない開口であってもよい。
【００１１】
少なくとも一つの軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。両方の軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。一つの半径方向、少なくとも一つの半径方向、または両方の半径方向で実質的に半径方向に磁石を位置決めするために、ロータの材料を各磁石と接触させてもよい。
【００１２】
ロータは複数の部品で形成されてもよい。ロータは、第１ロータ部分と第２ロータ部分を備えていてもよい。二つのロータ部分の間に磁石を置いた状態で第２ロータ部分を第１ロータ部分にはめ合わせて、二つのロータ部分の間で実質的に接線方向に、実質的に半径方向に、および少なくも一つの軸方向で実質的に軸方向に磁石を位置決めするような構成であってもよい。
【００１３】
第１ロータ部分と第２ロータ部分が、両者の間で軸方向に磁石を包み込むように構成されてもよい。各ロータ部分は貫通する開口部を備えていてもよく、各開口部はそれぞれの磁石を受け入れるような大きさにされる。各ロータ部分は、磁石が開口部を通り抜けることを防止するために受け入れた磁石と接触する接触手段を各開口部に隣接して備えていてもよい。接触手段は、それぞれのロータ部分の一面と隣接していてもよい。接触手段は開口部を狭める働きをしてもよい。接触手段は少なくとも一つのリップを備えてもよい。
【００１４】
第１ロータ部分と第２ロータ部分が、両者の間に半径方向に磁石を包み込むように構成されてもよい。第１ロータ部分は、実質的に両方の円周方向と一つの半径方向で磁石と接触するように構成されてもよい。第２ロータ部分は、実質的にもう一方の半径方向で磁石の少なくとも一部と接触するように構成されてもよい。第１ロータ部分は、その中に形成された開口部を有していてもよい。第２ロータ部分は、実質的に環状の部分であるか、あるいは実質的に環状の部分の一部であってもよく、環状の部分は、磁石をその中に受け入れた状態で第１部分の全てまたはその一部を取り囲むように配置される。第２ロータ部分は、第１ロータ部分の周りに巻き付けられたテープのかたちであってもよい。第２ロータ部分は保持リングによって提供されてもよい。保持リングは第１ロータ部分と同じ材料であってもよい。磁石および／または第１部分に、軸方向に磁石を位置決めする構造が設けられていてもよい。磁石と第１部分に、半径方向に磁石を位置決めするように協調する協調構造が設けられていてもよい。第１部分では、開口部の一つ以上の側壁に上記構造が設けられていてもよい。磁石では、磁石の一つ以上の側壁に上記構造が設けられていてもよい。協調構造はさね継ぎ構成を含んでもよい。
【００１５】
二つの磁石がそれぞれの開口部に受け入れられてもよい。二つの磁石は軸方向に並置されてもよい。ロータは、第１軸方向において二つの磁石のうち第１の磁石を受け入れ、第２軸方向において二つの磁石のうち第２の磁石を受け入れるように構成されてもよい。各開口部の一つ以上の側壁は、開口部内に受け入れられたときにそれぞれの磁石の一方または両方と接触する接触部材を備えていてもよい。接触部材はリップであってもよい。各開口部における二つの磁石は互いに引き付け合うように磁化されており、これによって軸方向に位置決めされる。磁石は、各開口部内の磁石の一方が、軸方向内側を向く北極を有し、他方の磁石が軸方向内側を向く南極を有している。
【００１６】
各磁石とロータ材料との間に与えられる接着材料によって、各磁石がロータに固定されてもよい。接着材料は接着剤であってもよい。各磁石は、ロータの一端または両端でロータの周囲材料と同一平面にあってもよい。
【００１７】
ロータは、磁気絶縁材料および／または電気絶縁材料で作られてもよい。これは、渦電流による損失などのロータ内の損失を避けるのに役立ち、また磁束経路内での磁気短絡を避けるのに役立つ。ロータは熱絶縁材料から作られていてもよく、また高温耐久性があってもよい。ロータは複合材料で作られていてもよい。
【００１８】
ロータは、その中に開口部が形成された実質的に平坦な円盤状であってもよく、各開口部はそれぞれ磁石を受け入れる大きさとなっている。好適には、一方または両方の半径方向で半径方向と円周方向とに磁石を位置決めする役割をロータの周囲材料が果たすように、各磁石がそれぞれの開口部内にはめ合わされる。
【００１９】
ロータ内の開口部と、各開口部を実質的に通って延びる磁石とを設けることによって、所与のロータ厚みに対して、ロータの角度位置における磁化材料の量が最大化される。よって、永久磁石によって生じる励起場の強度が所与のロータ厚に対して最大化され、これにより出力密度が増加する。
【００２０】
本発明の第２の態様によると、第１の態様にしたがった少なくとも一つのロータを有する軸方向磁束電気機械が提供される。
【００２１】
本発明の第３の態様によると、車両用の車輪と本発明の任意の上述の態様または実施形態にしたがった電気機械とが提供される。ロータとステータのうち一方が車輪と結合され、ロータとステータのうち他方が車両の構造に固定されるように構成される。この結果、車輪を回転するときの直接駆動モータとして電気機械を使用し、車両を駆動することができる。
【００２２】
電気機械は、回生制動によって車両を減速するための発電機として作動するように構成されていてもよい。
【００２３】
本発明の第４の態様によると、車輪と第４の態様の電気機械とを備える車両が提供される。
【００２４】
車両は、このようにして各車輪にそれぞれ結合された電気機械を備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の特定の実施形態を、添付の図面を参照して例として以下で説明する。
【００２６】
【図１】電気機械用のロータ構成の第１実施形態の斜視図である。
【図２】図１の構成の部分詳細図である。
【図３】電気機械で使用されるロータ構成の第２実施形態の斜視図である。
【図４】第２実施形態のロータの第１部分の斜視図である。
【図５】第２実施形態のロータの第２部分の斜視図である。
【図６】図３のロータ構成の分解斜視図である。
【図７】電気機械で使用されるロータ構成の第３実施形態の斜視図である。
【図８】第３実施形態のロータの斜視図である。
【図９】第３実施形態の磁石の斜視図である。
【図１０】第４実施形態のロータ構成の斜視図である。
【図１１】図１０のロータ構成の部分分解斜視図である。
【図１２】第４実施形態のロータの斜視図である。
【図１３】第４実施形態の磁石の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、軸方向磁束電気機械で使用されるロータ２００を示す。ロータ２００は全体的に平坦で薄い円盤状である。本実施形態では、ロータは、グラスファイバーと樹脂ベースのクロス積層材料である複合材料で形成される。複合材料は良好な電気絶縁体であり、良好な熱絶縁体である。ロータ２００は、ロータを貫通する中央の丸い開口部２１０を有する。一連のより小さな開口部２１５が、中央開口部２１０と隣接する位置にロータ２００を貫通して形成されており、ロータ２００の回転軸の周りに中央開口部２１０と同軸であるリングを中央開口部２１０の周りに集合的に形成している。
【００２８】
図１のロータ２００は、ロータを貫通する１２個の開口部２２０を含み、各開口部は、扁平で平面的なリングの一部であるような形状をしている。これらの開口部２２０のそれぞれは、ロータ２００の半径方向外側の縁に隣接して配置されており、ロータと同軸である。１２個の開口部２２０は、一定の角度ピッチでロータ２００の周囲に分配されている。図２に示すように、１２個の開口部２２０のそれぞれが、ロータ２００と同軸の二つの同軸のアーチ形側壁２２２と、アーチ形側壁の間にあり半径方向に延びる二つの直線側壁２２４とを有している。図２を続けて参照すると、開口部２２０の側壁は、側壁の両端に対して、その全長の大半に沿ってわずかに凹んでいる。これは、アーチ形側壁２２２のうち半径方向の最も内側と、二つの半径方向側壁２２４とについて当てはまる。したがって、わずかに凹んでいる側壁２２２、２２４のそれぞれの両端に向けて突出した面２２６が存在する。１２個の開口部２２０は、フライス加工（milling）によってロータ２００に形成されると想定される。
【００２９】
図１から分かるように、１２個の開口部２２０のそれぞれに永久磁石２３０が接地される。磁石２３０は、二つのアーチ形かつ同軸の側面と、その間の二つの直線かつ半径方向に延びる側面とを有する、扁平で平面状のリングの一部として形成される。しかしながら、図２を参照して、この実施形態では、磁石２３０のいずれの側面も凹んでいないことに注目すべきである。磁石２３０は、それぞれがリングの一部をなす開口部２２０の一つに適合するような大きさおよび形状とされている。その結果、磁石２３０の側面が突出面２２６に接触し、各磁石２３０の半径方向最外部のアーチ形側面が、それぞれの開口部２２０の半径方向最外部のアーチ形側壁を画成するロータ２００の構造と接触する。こうして、各磁石２３０は、ロータ２００に対して半径方向および円周方向に位置づけされる。この構成により、磁石２３０の側面と開口部２２０の側面の凹んだ部分との間にギャップが生じることを理解されよう。本実施形態では接着剤である接着材料（図示せず）をこれらのギャップに与え、磁石とロータ２００の周囲構造との間が接着される。これにより、ロータ２００に対して軸方向に磁石２３０が保持される。磁石の厚さは、磁石がロータを貫通する開口部２２０の中に配置されたときに、磁石の表面がロータ２００の各側面と同一平面になるように設定される。
【００３０】
磁石２３０は、それぞれ二つの直接隣接する磁石と極性が反対になるようにロータ内に取り付けられる。各磁石は二つの主要極性面を有しており、これらはロータ２００の表面と同一平面上にある。
【００３１】
図３は、ロータディスク１１０と一連の磁石１２０とで構成される第２実施形態のロータ構成１００を示す。組み立てられた構成１００は、図１および図２を参照して述べた第１実施形態のものと同様の大きさおよび形状である。実際、第２実施形態の構成は第１実施形態の構成の代替物であり、電気機械において置き換え可能であると想定される。
【００３２】
第２実施形態のロータディスク１１０は、同一の複合材料で形成され、中央開口部１１２とその周囲の一連の穴１１５とを有するという点において、第１実施形態のロータディスクと類似している。ロータディスク１１０は、ロータ１１０の半径方向外側の縁に隣接して配置されロータを貫通する１２個の開口部１２０を有するという点においても類似している。この実施形態のロータ１１０における１２個の開口部１２０は、第１実施形態のものと同様の形状をしているが、特定の重要な点において相違する。
【００３３】
しかしながら、本実施形態のロータディスク１１０は、二つのロータ部分１３０、１４０で形成されている点で相違する。二つの部分１３０、１４０はそれぞれ、軸方向で互いにフィットする平坦な円盤状であり、あたかも一枚のディスクを二つに薄切りにして二枚の類似するがより薄いディスクとしたようなものである。
【００３４】
図４は、第１のロータ部分１３０をより詳細に示す。見て分かるように、ロータ部分１３０の半径方向外側の縁に隣接する１２個の開口部１２０のそれぞれが、扁平で平面上のリングの一部であるような形状をしている。すなわち、各部分が、アーチ形で同軸である半径方向外側の側壁１２１と内側の側壁１２２とを有しており、両者の間に半径方向の側壁１２３が延びる。半径方向の側壁１２３の各端部にアーチ形の凹み１２４が設けられる。開口部はフライス加工により形成されると考えられるので、これらの凹みは磁石（図４に示さず）の直角の縁を収容するようになっている。側壁１２１、１２２、１２３のそれぞれの一部は、開口部１２０の中へとわずかに突出し、そこで側壁１２１、１２２、１２３がロータ部分１３０の軸方向外側の面（二つのロータ部分がともに配置されるときに、第２ロータ部分１４０に対する面とは反対側）と出会う。側壁１２１、１２２、１２３は、リップ１２５を形成するように突出する。リップ１２５は、ロータ部分１２０の外側面と同一平面にあり、開口部１２０を狭めるように開口部１２０の穴の周りに延び出している。
【００３５】
図５は、第２ロータ部分１４０をより詳細に示す。第２ロータ部分１４０は第１ロータ部分１３０と同様であるが、軸方向の厚さが薄い。したがって、第２ロータ部分が、各開口部１２０の穴の周りに延び出し第２ロータ部分１４０の軸方向外側の面と同一平面にあるリップ１４５を有することが理解されよう。
【００３６】
図６は、軸方向に離して配置した二つのロータ部分１３０、１４０を示す。図６から分かるように、ロータ構成１００は、第１実施形態の磁石と同じ形状の１２個の磁石１５０を備える。本実施形態の磁石１５０は、第１ロータ部分１３０と第２ロータ部分１４０に形成された開口部１２０の中に収まるような大きさおよび形状をしている。二つのロータ部分１３０、１４０の側壁１２１、１２２、１２３が磁石１５０と（ロータの回転軸に対して）円周方向および半径方向に接触して、磁石１５０を円周方向および半径方向に位置決めし、かつ、二つのロータ部分１３０、１４０を組み合わせたときにロータ部分１３０、１４０のリップ１３５、１４５が磁石１５０と軸方向に接触して磁石１５０を軸方向に位置決めするように、磁石１５０がロータ部分の中にはめ合わされる。第２ロータ部分１４０は、第２ロータ部分の半径方向外側の縁に隣接する複数のボルト穴１４７を備える。第１ロータ部分１３０は、それぞれのボルト１６０を受け入れるようにねじが切られた複数の対応する穴１３７を備える。各ボルト１６０を各ボルト穴１４７を通してねじ切り穴１３７の一つにはめ合わせることによって、二つのロータ部分１３０、１４０が互いに固定される。本実施形態において第１ロータ１３０を第２ロータ部分１４０よりも厚くする理由は、ねじ切り穴１３７をボルト１６０を保持するだけの十分な長さにするためである。別の実施形態では、第１ロータ部分１３０と第２ロータ部分１４０の相対的な厚さが異なっていてもよい。
【００３７】
図７は、第３実施形態のロータ構成３００を示す。第２実施形態と同様に、この実施形態のロータ３１０は第１ロータ部分３３０と第２ロータ部分３４０とで形成される。しかしながら、この実施形態では、二つのロータ部分３３０、３４０は軸方向ではなく半径方向に互いにはめ合わされている。
【００３８】
図８は、第１ロータ部分３３０をより詳細に示す。第１ロータ部分は第１実施形態のものと同様であるが、二つの点で異なる。第１に、第１ロータ部分３３０では、第１実施形態のロータを貫通する磁石受け入れ開口部のそれぞれに半径方向外側のアーチ形側壁を与えていた半径方向外側の部分が欠けている。したがって、本実施形態の第１ロータ部分３０には、半径方向内側のアーチ形側壁３２２と、そこから半径方向外側に延びる二つの半径方向の側壁３２３（それぞれ、半径方向内側端部にのみアーチ形の凹み３２４を有する）しか設けられていない。したがって、第１ロータ部分３３０は、その言葉の工学的意味において「クモ（spider）」に似ている。半径方向に延びる側壁３２３のそれぞれの中央部から突出リッジ３２５が突出し、側壁の全長に沿って延びている。
【００３９】
図９は、第３実施形態のロータ組み立て３００の１２個の磁石３５０のうち代表的な一つを示す。磁石３５０は第１および第２実施形態のものと同様であるが、半径方向に延びる側壁３５２のそれぞれに溝３５５が形成されている点が異なる。各溝３５５は、半径方向に延びる側壁３５２のそれぞれの中央部に形成され、その全長に延びる。
【００４０】
図７を再び参照して、磁石３５０は、第１ロータ部分３３０の各突出リッジ３２５がそれぞれの溝の中にはめ合う状態で、第１ロータ部分３３０を貫通する開口部の中に挿入される。続いて、ワイヤで強化された接着テープが第１ロータ部分３３０の半径方向外側の縁の周りに繰り返し巻き付けられ、第２ロータ部分３４０を形成する。こうして、第１ロータ部分３３０と第２ロータ部分とが協調して磁石３５０を半径方向に位置決めする。円周方向および軸方向の位置決めは第１ロータ部分３３０によって行われ、第１ロータ部分３３０の突出リッジ３２５と磁石内の協調溝３５５とが、さね継ぎ（tongue-and-groove）構成によって軸方向に位置決めする。本実施形態では接着テープを使用して第２ロータ部分３４０を形成するが、この部分３４０を他の方法で形成してもよいことが想定される。例えば、第２ロータ部分３４０は、適切な材料を形成マンドレル上に重ねることによって形成された複合材料のリングであってもよい。続いて、リングが第１ロータ部分３３０の外側にはめられ、適切な場所に接着される。はめ合わせができるようにリングを加熱し、その後リングを冷却して第１ロータ部分３３０の周りにタイトフィットさせることで、第１ロータ部分３３０の外側にリングを収縮ばめしてもよいことが想定される。加熱時に、リングは締まりばめ（interference fit）であっても締まりばめでなくてもよい。代替的に、最初にリングを加熱することなく、第１ロータ部分３３０の外側にリングを圧入してもよい。
【００４１】
図１０は、第４実施形態のロータ構成４００を示す。この実施形態では、ロータ４１０は単一部分として形成されるが、ロータを貫通する各磁石受け入れ開口部４２０に二つの磁石４５０が存在する。全体的な構成を図１１に示し、より詳細な構成を図１２および図１３に示す。
【００４２】
図１２を参照すると、本実施形態のロータ４１０は、第２実施形態の第１ロータ部分１３０とほぼ同一であるが、第１ロータ部分１３０のリップ１５０がなく、代わりにロータ４１０を貫通する開口部４２０の半径方向に延びる側壁４２３に沿って突出リッジ４２５を備える点で相違する。リッジ４２５は半径方向に延びる側壁４２３の中央部に沿って、その両端の間に延びており、第３実施形態のリッジ３２５と同様である。
【００４３】
図１３を参照して、本実施形態のロータ構成４００の各磁石４５０は、幾何学的に他のものと同様である。したがって、簡単のために、代表的な単一の磁石４５０についてのみ説明する。各磁石４５０は、第１および第２実施形態の磁石とほぼ同じ形状であるが、（軸方向の）厚さの半分よりもわずかに小さく、半径方向に延びる縁に沿って形成された凹み４５５を一面のみに有している点で相違する。上述したように、磁石４５０は幾何学的に同一であるが、同一の開口部４２０に受け入れられる二つの磁石４５０のそれぞれは異なる態様で磁化されている。磁石４５０の一方は、凹み４５５の延びる面が北極であるように磁化される。磁石４５０の他方は、凹み４５５の延びる面が南極であるように磁化される。
【００４４】
図１１を参照して、二つの異なって磁化された磁石４５０が、ロータ４１０内の各開口部４２０内にはめ合わされる。二つの磁石４５０のうち第１の磁石は、突出リッジ４２５が凹みにはまり部分４５０を位置決めするように、ロータ４１０の一端から開口部４２０の中に導入される。他方の磁石４５０は、ロータ４１０の他方の側から同様にはめ合わされる。二つの磁石４５０は異なって磁化されているので、磁石４５０の間の磁力が両磁石を適切な場所に保持する。各開口部内の二つの磁石４５０の間には、わずかな軸方向の隙間が存在するように構成される。こうして、磁力によって、二つの磁石４５０のそれぞれが突出リッジ４２５と接触する。わずかな軸方向の隙間は１０ミクロンのオーダーであることが想定される。二つの磁石４５０の間で磁束の経路を促進するために、二つの磁石４５０の間のあらゆる隙間が最小化されることが一般的に好ましい。
【００４５】
このように、本実施形態では、ロータ４１０が磁石４５０を半径方向および円周方向に位置決めし、また二つの可能性のある軸方向のうちの一方で磁石４５０のそれぞれを位置決めする。
【００４６】
他の実施形態では、同一開口部４２０内の二つの磁石４５０の間に隙間がなくてもよいことが想定される。理想的には、磁石４５０が突出リッジ４２５と接触するように磁石４５０とロータ４１０の寸法が決められるが、これは関連する製造公差によって決まる。
【００４７】
さらなる実施形態では、同一開口部４２０内の二つの磁石４５０の間に接着剤などの接着物を施し、接着物が少なくとも部分的に二つの磁石４５０を保持する働きをすることが想定される。硬化して弾性変形可能になる接着剤などの振動吸収特性を有する接着物を、振動を吸収するために使用してもよい。
【００４８】
高出力のアプリケーションに適した電気機械で上述のロータ構成を使用されることが想定される。例えば、電気機械は、路面電車やバスなどの大型のハイブリッド車にセットされたディーゼル発電機における発電機としての使用に適していてもよい。回転電気は、自力推進機械力を提供する車両などにおけるモータとしての使用に適していてもよい。
【００４９】
さらなる実施形態では、渦電流モータとして作動可能な電気機械において使用可能となるように、上述のロータディスク構成が修正される。このような実施形態では、上述のロータディスクは、少なくとも一部が導電性材料で形成されたディスクによって置き換えられる。ステータ巻線に変動電流を与えると、電気機械が渦電流モータとして作動する。定電流を与えると機械を制動する働きをする。内部に誘導される電流を導くように導電性材料を構成してもよい。これは、置換ロータの導電性材料にスロットを設けることで達成される。スロットは放射状であってもよい。言い換えると、ロータが、放射状電気機械で使用されることのあるかご形の等価物を形成することができる。
【００５０】
さらに別の実施形態では、内部に誘導される渦電流を低下させるために、ロータの平面内以外で磁石４５０が「分割」されてもよい（すなわち、互いに結合する複数の磁石部分で構成されてもよい）。例えば、実質的に軸−放射平面内で磁石を分割してもよいし、実質的に軸−接平面内で磁石を分割してもよい。二つ、三つまたはそれ以上の磁石部分で構成されるような方法で各磁石を分割してもよい。好ましくは電気絶縁性のある、接着剤などの接着物で磁石部分を互いに接合してもよい。代わりに、磁石部分の間隔を空けるように機能する、ロータの材料内に形成された台によって、ロータ内で磁石部分を互いに対して位置決めしてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向磁束電気機械用のロータであって、
前記ロータはロータに固定された複数の永久磁石を有し、
前記複数の磁石のそれぞれは前記ロータ内の開口部を少なくとも部分的に通って延び、
前記ロータの回転軸に対して実質的に円周方向に、かつ少なくとも一つの軸方向において実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするために、前記ロータの材料が前記磁石と接触するように構成されることを特徴とするロータ。
【請求項２】
両方の軸方向において実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするように前記ロータの材料が各磁石と接触することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記ロータが第１ロータ部分と第２ロータ部分を備え、二つのロータ部分の間に磁石を置いた状態で前記第２ロータ部分を前記第１ロータ部分にはめ合わせて、二つのロータ部分の間で実質的に接線方向に、実質的に半径方向に、および実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするように構成される構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記第１ロータ部分と前記第２ロータ部分が、両者の間で半径方向に前記磁石を包み込むように構成されることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
【請求項５】
前記第１ロータ部分が、円周方向と一つの半径方向の実質的に両方で前記磁石と接触するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
前記第２ロータ部分が、他方の半径方向で実質的に前記磁石のうちの少なくとも一部と接触するよう構成されることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項７】
前記第１ロータ部分がその内部に形成された開口部を有し、各開口部がそれぞれ磁石を受け入れる大きさにされることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のロータ。
【請求項８】
前記磁石および／または前記第１ロータ部分に前記磁石を軸方向に位置決めする構造が設けられていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のロータ。
【請求項９】
前記磁石および前記第１ロータ部分に、前記磁石を半径方向に位置決めするように協調する協調構造が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記協調構造がさね継ぎ構成を備えることを特徴とする請求項９に記載のロータ。
【請求項１１】
前記第２ロータ部分が、中に磁石を受け入れた前記第１ロータ部分の全体またはその一部を包囲するように構成された実質的に環状の部分または実質的に環状の部分の一部であることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載のロータ。
【請求項１２】
前記第２ロータ部分が前記第１ロータ部分の周りに巻き付けられたテープの形状であることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載のロータ。
【請求項１３】
前記第２ロータ部分に保持リングが設けられることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載のロータ。
【請求項１４】
前記第１ロータ部分および第２ロータ部分が、両者の間で軸方向に前記磁石を包み込むように構成されることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
【請求項１５】
各ロータ部分がロータディスクのそれぞれの面を含むことを特徴とする請求項３ないし１４のいずれかに記載のロータ。
【請求項１６】
各ロータ部分が貫通する開口部を備え、各開口部がそれぞれ磁石を受け入れる大きさにされることを特徴とする請求項３、１４または１５に記載のロータ。
【請求項１７】
前記磁石が開口部を通り抜けることを防止するために開口部内に受け入れた磁石と接触する接触手段が各開口部に隣接して各ロータ部分に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のロータ。
【請求項１８】
前記接触手段が各ロータ部分の一面と接触することを特徴とする請求項１７に記載のロータ。
【請求項１９】
二つの磁石が各開口部に受け入れられ、前記二つの磁石が軸方向に並置され、前記ロータは、第１軸方向で前記二つの磁石のうち第１の磁石を、第２軸方向で前記二つの磁石のうち第２の磁石を受け入れるように構成され、各開口部の一つ以上の側壁が、それぞれの磁石の一方または両方が開口部内に受け入れられたときに磁石と接触する接触部材を備えることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載のロータ。
【請求項２０】
各開口部内の前記二つの磁石が引き付け合うように磁化されており、これによって軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項１９に記載のロータ。
【請求項２１】
前記磁石の軸方向の分離に少なくとも部分的に抵抗するために前記二つの磁石の間に接着剤が付加されることを特徴とする請求項２０に記載のロータ。
【請求項２２】
前記ロータが、複合材料などの磁気絶縁材料および／または電気絶縁材料で構成されることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載のロータ。
【請求項２３】
請求項１ないし２２に記載の少なくとも一つのロータを備える軸方向磁束電気機械。
【請求項１】
軸方向磁束電気機械用のロータであって、
前記ロータはロータに固定された複数の永久磁石を有し、
前記複数の磁石のそれぞれは前記ロータ内の開口部を少なくとも部分的に通って延び、
前記ロータの回転軸に対して実質的に円周方向に、かつ少なくとも一つの軸方向において実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするために、前記ロータの材料が前記磁石と接触するように構成されることを特徴とするロータ。
【請求項２】
両方の軸方向において実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするように前記ロータの材料が各磁石と接触することを特徴とする請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記ロータが第１ロータ部分と第２ロータ部分を備え、二つのロータ部分の間に磁石を置いた状態で前記第２ロータ部分を前記第１ロータ部分にはめ合わせて、二つのロータ部分の間で実質的に接線方向に、実質的に半径方向に、および実質的に軸方向に前記磁石を位置決めするように構成される構成されることを特徴とする請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記第１ロータ部分と前記第２ロータ部分が、両者の間で半径方向に前記磁石を包み込むように構成されることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
【請求項５】
前記第１ロータ部分が、円周方向と一つの半径方向の実質的に両方で前記磁石と接触するように構成されることを特徴とする請求項４に記載のロータ。
【請求項６】
前記第２ロータ部分が、他方の半径方向で実質的に前記磁石のうちの少なくとも一部と接触するよう構成されることを特徴とする請求項５に記載のロータ。
【請求項７】
前記第１ロータ部分がその内部に形成された開口部を有し、各開口部がそれぞれ磁石を受け入れる大きさにされることを特徴とする請求項４ないし６のいずれかに記載のロータ。
【請求項８】
前記磁石および／または前記第１ロータ部分に前記磁石を軸方向に位置決めする構造が設けられていることを特徴とする請求項４ないし７のいずれかに記載のロータ。
【請求項９】
前記磁石および前記第１ロータ部分に、前記磁石を半径方向に位置決めするように協調する協調構造が設けられていることを特徴とする請求項８に記載のロータ。
【請求項１０】
前記協調構造がさね継ぎ構成を備えることを特徴とする請求項９に記載のロータ。
【請求項１１】
前記第２ロータ部分が、中に磁石を受け入れた前記第１ロータ部分の全体またはその一部を包囲するように構成された実質的に環状の部分または実質的に環状の部分の一部であることを特徴とする請求項４ないし１０のいずれかに記載のロータ。
【請求項１２】
前記第２ロータ部分が前記第１ロータ部分の周りに巻き付けられたテープの形状であることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載のロータ。
【請求項１３】
前記第２ロータ部分に保持リングが設けられることを特徴とする請求項４ないし１１のいずれかに記載のロータ。
【請求項１４】
前記第１ロータ部分および第２ロータ部分が、両者の間で軸方向に前記磁石を包み込むように構成されることを特徴とする請求項３に記載のロータ。
【請求項１５】
各ロータ部分がロータディスクのそれぞれの面を含むことを特徴とする請求項３ないし１４のいずれかに記載のロータ。
【請求項１６】
各ロータ部分が貫通する開口部を備え、各開口部がそれぞれ磁石を受け入れる大きさにされることを特徴とする請求項３、１４または１５に記載のロータ。
【請求項１７】
前記磁石が開口部を通り抜けることを防止するために開口部内に受け入れた磁石と接触する接触手段が各開口部に隣接して各ロータ部分に設けられていることを特徴とする請求項１６に記載のロータ。
【請求項１８】
前記接触手段が各ロータ部分の一面と接触することを特徴とする請求項１７に記載のロータ。
【請求項１９】
二つの磁石が各開口部に受け入れられ、前記二つの磁石が軸方向に並置され、前記ロータは、第１軸方向で前記二つの磁石のうち第１の磁石を、第２軸方向で前記二つの磁石のうち第２の磁石を受け入れるように構成され、各開口部の一つ以上の側壁が、それぞれの磁石の一方または両方が開口部内に受け入れられたときに磁石と接触する接触部材を備えることを特徴とする請求項１ないし１８のいずれかに記載のロータ。
【請求項２０】
各開口部内の前記二つの磁石が引き付け合うように磁化されており、これによって軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項１９に記載のロータ。
【請求項２１】
前記磁石の軸方向の分離に少なくとも部分的に抵抗するために前記二つの磁石の間に接着剤が付加されることを特徴とする請求項２０に記載のロータ。
【請求項２２】
前記ロータが、複合材料などの磁気絶縁材料および／または電気絶縁材料で構成されることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれかに記載のロータ。
【請求項２３】
請求項１ないし２２に記載の少なくとも一つのロータを備える軸方向磁束電気機械。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公表番号】特表２０１１−５０９０６４（Ｐ２０１１−５０９０６４Ａ）
【公表日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５４１１００（Ｐ２０１０−５４１１００）
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００００３２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８７３７６
【国際公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（５１０１８４５４２）エヴォ エレクトリック リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年３月１７日（２０１１．３．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月７日（２００９．１．７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＧＢ２００９／００００３２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０８７３７６
【国際公開日】平成２１年７月１６日（２００９．７．１６）
【出願人】（５１０１８４５４２）エヴォ エレクトリック リミテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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