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図面 (8)

課題・解決手段

軸方向磁束電気機械(12)用のロータ(10)が提供される。ロータ(10)は、強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面(26、28)を有する円環板状中央フレーム(20)を備える。第1及び第2対向面(26、28)の各々は、そこから伸びている成形突起(40)を有する。ロータ(10)は、さらに、非強磁性導電性物質から形成される第1及び第2外側フレーム(22、24)を備える。各外側フレーム(22、24)は、内周部(32)及び外周部(34)、及び内周及び外周部(32、34)をガルバニック接続する複数の棒(36)を有する。間隙部(38)は、隣接する棒(36)及び内周及び外周部(32、34)の間に画定される。間隙部(38)は、中央フレーム(20)の成形突起(40)に補完的に成形される。

概要

背景

ほぼ全てのハイブリッド自動車において、自動車部品の大きさ及び重量を最小化させることが望ましい。それと共に、ハイブリッド自動車で使用される電気機械の出力を最大化させることも望ましい。

このように、ハイブリッド自動車においては、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)が高い電気機械を使用することが望ましい。しかし残念ながら、既存の電気機械は、これらの要求を満たしておらず、よってハイブリッド自動車での使用に十分適していない。

純粋電気自動車電力を供給するために使用される電気機械にも、同様な考察が当てはまる

軸方向磁束タイプの電気機械は、幾つかの点で、ハイブリッド自動車及び純粋電気自動車での使用に最も適している。理由の1つが、これらが高出力密度を有するように設計され得ることである。しかしながら、軸方向磁束機の設計は、これらの組立及び操作に関する限り、最適化されていない。組立は困難であり、操作には信頼性がない可能性がある。これは特に、このような機械ロータに関する場合である。

請求項に係る本発明の目的は、先行技術の少なくともいくつかの欠陥を克服又は実質的に改善する軸方向磁束電気機械用のロータを提供すること、もしくは少なくとも代替手段を提供することである。

何らかの先行技術情報が本明細書中で言及される場合、このような参照は、その情報がオーストラリア又は任意の他の国において、技術的に共通の一般的知識の一部をなすという自認を構成しないということは理解されるべきである。

概要

軸方向磁束電気機械(12)用のロータ(10)が提供される。ロータ(10)は、強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面(26、28)を有する円環板状中央フレーム(20)を備える。第1及び第2対向面(26、28)の各々は、そこから伸びている成形突起(40)を有する。ロータ(10)は、さらに、非強磁性導電性物質から形成される第1及び第2外側フレーム(22、24)を備える。各外側フレーム(22、24)は、内周部(32)及び外周部(34)、及び内周及び外周部(32、34)をガルバニック接続する複数の棒(36)を有する。間隙部(38)は、隣接する棒(36)及び内周及び外周部(32、34)の間に画定される。間隙部(38)は、中央フレーム(20)の成形突起(40)に補完的に成形される。

目的

本発明の目的は、先行技術の少なくともいくつかの欠陥を克服又は実質的に改善する軸方向磁束電気機械用のロータを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

軸方向磁束電気機械用ロータであって、強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面を有する円環板状中央フレームであって、前記第1及び第2対向面の各々は、そこから伸びている成形突起を有する中央フレームと、非強磁性導電性物質から形成される第1及び第2外側フレームであって、前記各外側フレーム内周部及び外周部、及び前記内周及び外周部をガルバニック接続している複数の棒を有し、隣接する棒と前記内周及び外周部の間に、間隙部が画定され、前記間隙部は前記中央フレームの前記成形突起に補完的に成形される第1及び第2外側フレームと、を備え、前記外側フレームの前記間隙部内に伸びている前記成形突起により、前記第1外側フレームは前記中央フレームの前記第1面にはり付けられ、前記第2外側フレームは前記中央フレームの前記第2面にはり付けられるロータ。

請求項2

請求項1に記載のロータであって、前記中央フレームは、一体的に形成されるロータ。

請求項3

請求項1又は2に記載のロータであって、前記各外側フレームは、一体的に形成されるロータ。

請求項4

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記複数の棒は、前記内周及び外周部の間を放射状に延びるロータ。

請求項5

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記各外側フレームは、さらに、前記内周及び外周部の間に配置され、前記複数の棒と交差する少なくとも1つの中間部を含むロータ。

請求項6

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記強磁性物質は、鋼鉄であるロータ。

請求項7

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記非強磁性物質は、アルミニウムであるロータ。

請求項8

請求項1乃至6のいずれか1項に記載のロータであって、前記非強磁性物質は、銅であるロータ。

請求項9

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記中央フレームは、フライス加工レーザー切断又は水ジェット切断のプロセスにより形成されるロータ。

請求項10

請求項1乃至8のいずれか1項に記載のロータであって、前記中央フレームは、鋳造プロセスにより形成されるロータ。

請求項11

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記各外側フレームは、フライス加工、レーザー切断又は水ジェット切断のプロセスにより形成されるロータ。

請求項12

請求項1乃至10のいずれか1項に記載のロータであって前記各外側フレームは、鋳造プロセスにより形成されるロータ。

請求項13

請求項12に記載のロータであって、前記各外側フレームは、前記中央フレーム上に直接的に鋳造されるロータ。

請求項14

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータであって、前記棒の数は、前記軸方向磁束電気機械の前記固定子における溝の数との比率に基づいて選択されるロータ。

請求項15

請求項14に記載のロータであって、前記比率は、固定子の溝と比較して棒の比率が高いロータ。

請求項16

請求項15に記載のロータであって、前記比率は1.666:1であるロータ。

請求項17

軸方向磁束電気機械用のロータであって、強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面を有する円環板状の中央フレームであって、前記第1及び第2対向面の各々は、そこから伸びている成形突起を有する中央フレームと、非強磁性の導電性物質から形成される第1及び第2外側フレームであって、前記各外側フレームは内周部、外周部、及び前記外周及び内周部の間に少なくとも1つの中間部を含む第1及び第2外側フレームと、前記内周及び前記少なくとも1つの中間部及び前記外周部をガルバニック接続する複数の棒であって、隣接する棒と前記内周、前記少なくとも1つの中間部及び前記外周部の間に、間隙部が画定され、前記間隙部は前記中央フレームの前記成形突起に補完的に成形される複数の棒と、を備え、前記外側フレームの前記間隙部内に伸びている前記成形突起により、前記第1外側フレームは前記中央フレームの前記第1面にはり付けられ、前記第2外側フレームは前記中央フレームの前記第2面にはり付けられるロータ。

請求項18

請求項17に記載のロータであって、前記中央フレームは、一体的に形成されるロータ。

請求項19

請求項17又は16に記載のロータであって、前記各外側フレームは、一体的に形成されるロータ。

請求項20

請求項17乃至19のいずれか1項に記載のロータであって、前記複数の棒は、前記内周部から放射状に延びるロータ。

請求項21

請求項17乃至20のいずれか1項に記載のロータであって、前記強磁性物質は、鋼鉄であるロータ。

請求項22

請求項17乃至21のいずれか1項に記載のロータであって、前記非強磁性物質は、アルミニウムであるロータ。

請求項23

請求項17乃至21のいずれか1項に記載のロータであって、前記非強磁性物質は、銅であるロータ。

請求項24

請求項17乃至23のいずれか1項に記載のロータであって、前記中央フレームは、フライス加工、レーザー切断、水ジェット切断又は放電加工のプロセスにより形成されるロータ。

請求項25

請求項17乃至23のいずれか1項に記載のロータであって、前記中央フレームは、鋳造プロセスにより形成されるロータ。

請求項26

請求項17乃至25のいずれか1項に記載のロータであって、前記各外側フレームは、フライス加工、レーザー切断、水ジェット切断又は放電加工のプロセスにより形成されるロータ。

請求項27

請求項17乃至25のいずれか1項に記載のロータであって前記各外側フレームは、鋳造プロセスにより形成されるロータ。

請求項28

請求項27に記載のロータであって、前記各外側フレームは、前記中央フレーム上に直接的に鋳造されるロータ。

請求項29

請求項17乃至28のいずれか1項に記載のロータであって、前記棒の数は、前記軸方向磁束電気機械の前記固定子における溝の数との比率に基づいて選択されるロータ。

請求項30

請求項29に記載のロータであって、前記比率は、固定子の溝と比較して棒の比率が高いロータ。

請求項31

請求項30に記載のロータであって、前記比率は1.666:1であるロータ。

請求項32

先行する請求項のいずれか1項に記載のロータを含む軸方向磁束電気機械。

技術分野

0001

本発明は、電気機械用ロータ、特に軸方向磁束誘導電気機械用のロータに関する。

0002

本発明は、主として電気ハイブリッド自動車用電気モータ向けに開発され、以下、本出願を参照して説明される。しかしながら、本発明がこの特定の使用分野に限定されるものではないことは理解されるであろう。

背景技術

0003

ほぼ全てのハイブリッド自動車において、自動車部品の大きさ及び重量を最小化させることが望ましい。それと共に、ハイブリッド自動車で使用される電気機械の出力を最大化させることも望ましい。

0004

このように、ハイブリッド自動車においては、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)が高い電気機械を使用することが望ましい。しかし残念ながら、既存の電気機械は、これらの要求を満たしておらず、よってハイブリッド自動車での使用に十分適していない。

0005

純粋電気自動車電力を供給するために使用される電気機械にも、同様な考察が当てはまる

0006

軸方向磁束タイプの電気機械は、幾つかの点で、ハイブリッド自動車及び純粋電気自動車での使用に最も適している。理由の1つが、これらが高出力密度を有するように設計され得ることである。しかしながら、軸方向磁束機の設計は、これらの組立及び操作に関する限り、最適化されていない。組立は困難であり、操作には信頼性がない可能性がある。これは特に、このような機械のロータに関する場合である。

0007

請求項に係る本発明の目的は、先行技術の少なくともいくつかの欠陥を克服又は実質的に改善する軸方向磁束電気機械用のロータを提供すること、もしくは少なくとも代替手段を提供することである。

0008

何らかの先行技術情報が本明細書中で言及される場合、このような参照は、その情報がオーストラリア又は任意の他の国において、技術的に共通の一般的知識の一部をなすという自認を構成しないということは理解されるべきである。

0009

本発明の第1の態様に従って、軸方向磁束電気機械用のロータが提供される。前記ロータは、以下を備える。

0010

強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面を有する円環板状中央フレームであって、前記第1及び第2対向面の各々はそこから伸びている成形突起を有する。

0011

非強磁性導電性物質から形成される第1及び第2外側フレームであって、前記各外側フレーム内周部及び外周部、及び前記内周及び外周部をガルバニック接続している複数の棒を有し、隣接する棒と前記内周及び外周部の間に、間隙部が画定され、前記間隙部は前記中央フレームの前記成形突起に補完的に成形される。

0012

前記外側フレームの前記間隙部内に伸びている前記成形突起により、前記第1外側フレームは前記中央フレームの前記第1面にはり付けられ、前記第2外側フレームは前記中央フレームの前記第2面にはり付けられる。

0013

望ましくは、前記中央フレームは、一体的に形成される。

0014

望ましくは、前記各外側フレームは、一体的に形成される。

0015

望ましくは、前記複数の棒は、前記内周及び外周部の間を放射状に延びる。

0016

望ましくは、前記各外側フレームは、さらに、前記内周及び外周部の間に配置され、前記複数の棒と交差する少なくとも1つの中間部を含む。

0017

望ましくは、強磁性物質は鋼鉄であり、前記非強磁性物質アルミニウム又は銅である。

0018

望ましくは、前記中央フレーム及び前記外側フレームは、フライス加工レーザー切断水ジェット切断、放電加工又は鋳造のプロセスで形成される。

0019

望ましくは、前記棒の数は、前記軸方向磁束電気機械の固定子における溝の数との比率に基づいて選択される。理想的には、前記比率は、1.666:1のように、固定子の溝と比較して棒の比率が高い。

0020

本発明の第2の態様に従って、軸方向磁束電気機械用のロータが提供される。前記ロータは、以下を備える。

0021

強磁性物質から形成され、第1及び第2対向面を有する円環板状の中央フレームであって、前記第1及び第2対向面の各々は、そこから伸びている成形突起を有する。

0022

非強磁性の導電性物質から形成される第1及び第2外側フレームであって、前記各外側フレームは内周部、外周部、及び前記外周及び内周部の間に少なくとも1つの中間部を含む。前記内周及び前記少なくとも1つの中間部及び前記外周部をガルバニック接続する複数の棒であって、隣接する棒と前記内周、前記少なくとも1つの中間部及び前記外周部の間に、間隙部が画定され、前記間隙部は前記中央フレームの前記成形突起に補完的に成形される。

0023

前記外側フレームの前記間隙部内に伸びている前記成形突起により、前記第1外側フレームは前記中央フレームの前記第1面にはり付けられ、前記第2外側フレームは前記中央フレームの前記第2面にはり付けられる。

0024

本発明の他の態様も開示される。

図面の簡単な説明

0025

本発明の適用範囲内に含まれ得るその他の形式があったとしても、ここでは本発明の好適な実施形態について、添付図面を参照し、ほんの一例として説明する。
本発明の好適な実施形態に係るロータを組み込んだ軸方向磁束誘導機の模式図である。
本発明の好適な実施形態に係るロータの平面図である。
図2のロータの断面図である。
本発明のその他の好適な実施形態に係るロータの平面図である。
図4のロータの断面図である。
本発明のその他の好適な実施形態に係るロータの平面図である。
図6のロータの断面図である。

実施例

0026

以下の説明において、異なる実施形態における類似又は同一の符号は、同一又は同様の特性を示すことに注意するべきである。

0027

本発明は、軸方向磁束誘導電気機械12用のロータ10に関する。図1を参照すると、機器12は、第1固定子14及び第1固定子14と対称的な左右反対関係の第2固定子16を含み、間隙18が第1及び第2固定子14、16の中間に画定されている。ロータ10は、薄い円環板状で、間隙18に設けられている。円板の厚さは、円板の半径より実質的に小さい。

0028

図2及び3を参照すると、ロータ10は、中央強磁性物質フレーム20及び中央フレーム20の対向面26、28にはり付けられた2つの外側非強磁性物質フレーム22、24から成る。

0029

非強磁性フレーム22、24は、アルミニウム又は銅等の高導電性物質で製造される。非強磁性フレーム22、24は、内周32及び外周34を備える。同一の物質から製造された導体棒36は、周辺32、34にガルバニック接続される。導体棒36は、内周及び外周32、34と共に、ロータ10のケージ巻上を形成する。図のように、導体棒36は、内周32から外周34へ放射状に延びて配置されている。しかしながら、導体棒は他の構成でも機能する。例えば、図4及び5は、導体棒136が歪んだ配置を有するロータ110の代替の実施形態を示す。

0030

導体棒36の数は、理想的には固定子14、16における溝の数を基準にした比率で選択される。高い比率(すなわち、固定子の溝の数に比べて多くの導体棒)を持つことにより、低い比率を使用するのに比べて漏出差が減少することが確認されている。理想比率は、1.666:1であると確認されている。説明されている実施形態において、この比率は、48個の固定子の溝を持つ固定子で用いる80本の導体棒と同等と見なされる。

0031

非強磁性フレーム22、24の構造では、隣接する導体棒36と内周32及び外周34の間に画定される間隙部38が提供される。

0032

ハイレベル構造的硬直性を持つ円板ロータ10を提供するため、ロータ10が寸法安定性を保ち、軸方向及び半径方向の両構造的応力及びモーメント応力に抵抗できるように、中央フレーム20は、鋼鉄等の強磁性物質で製造される。強磁性フレーム20は、単体として一体的に形成される。

0033

中央フレーム20の対向面26、28において、一体的に形成された成形突起40がフレーム20から延びている。突起40は、くさび型として示され、非強磁性フレーム22、24における間隙部38の形状と一致する。

0034

非強磁性フレーム22、24は、非強磁性フレーム22、24の間隙部38に適合し、間隙部38内に伸びているくさび形突起40と共に、中央フレーム20の各面26、28にそれぞれ設置されている。非強磁性フレーム22、24は、例えば、適切なエポキシ樹脂を使用して所定の位置に固定され得る。

0035

本配置により、ロータ10の磁束伝達能力強化され、第1及び第2固定子14、16間の磁束経路が提供される。これは、放射状の非強磁性導体棒36が突起40間に適切に配置されるように、複数の強磁性のくさび形突起40が非強磁性フレーム22、24の間を延び、互いが適切な距離を取って離れて置かれているためである。

0036

中央フレーム20は中心孔42を有し、その中に別個ハブ部材を受け止める。ハブ部材は、例えばラジアルグラブねじシャフトキーとして知られ、機器12のシャフト11に取り付けられるロータを固定するために使用される。多数の追加の孔44が、ロータ10をハブ部材に固定するためのボルト、ねじ又は他の適切な手段を受け止めるために、中心孔42を取り囲んでいる。

0037

ハブ部材は、図4乃至7に示される代替の実施形態では示されていない。

0038

図6及び7は、ロータ210の代替の実施形態を示す。本実施形態において、非強磁性フレーム222、224は、内周232と外周234の間に配置された中間部250を有する。導体棒236は、内周232と中間部250の間、及び中間部250と外周234の間に延びている。さらに、本配列によれば、間隙部238が提供され、中央フレーム220は、間隙部238に適合し、間隙部38内に伸びている補完的な成形突起240を有する。テストにおいて、中間部250を組み込んだロータ210が、磁気回路の向上とトルクリップルの減少をもたらすことにより、性能を向上させることが確認されている。

0039

強磁性、非強磁性のロータ部品20、22、24は、フライス加工、レーザー切断、水ジェット切断又は放電加工による物質除去方法を使用して板金から製造されてもよい。また、ロータ部品20、22、24は、直接金属焼結3D印刷方法を使用して製造され得る。
好適な実施形態においては、中央フレーム20は鋳造プロセスによって形成されている。潜在的には、非強磁性フレーム22、24は、強磁性フレームをダイカスト工具内フォームとして使用し、中央強磁性フレーム20上にダイカストにより形成され得る。
解釈
実施形態:

0040

本明細書を通して「1つの実施形態」又は「実施形態」を参照することは、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。このように、本明細書内の様々な箇所における「1つの実施形態における」又は「実施形態における」という言葉の状況は、必ずしも全て同一の実施形態を参照しているわけではないが、その可能性もある。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、1以上の実施形態において、本開示の当業者には明らかなように、任意の適切な方法で結合されてもよい。

0041

同様に、本発明の例示の実施形態の上記説明において、本開示を合理化し、様々な発明の態様の1以上の理解を手助けするために、本発明の様々な特徴が単一の実施形態、図、又はそれについての説明にまとめられることもあるということが理解されるべきである。しかしながら、本開示方法は、請求項に係る本発明が、各請求項において明確に列挙されるよりも多くの特徴を要求しているという意図を反映しているとして解釈されるべきではない。むしろ、以下の請求項が表すように、発明の態様は、単一の上記で開示された実施形態の全ての特徴より少ないものである。このように、「特定の実施形態の詳細な説明」に続く請求項は、これによって、本発明の別の実施形態としてそのまま有効である各請求項で、この「特定の実施形態の詳細な説明」に明確に組み込まれる。

0042

さらに、当業者には理解されるように、本明細書中に説明されているいくつかの実施形態が他の実施形態に含まれる他の特徴の一部であって他でないものを含む一方、様々な実施形態の特徴の組合せは、本発明の適用範囲内にあると意図されており、様々な実施形態を形成する。例えば、以下の請求項において、請求項に係る実施形態のいずれかが任意の組合せで使用され得る。
目的の様々な実例

0043

本明細書中で使用されているように、特別の定めのない限り、共通の対象を説明するための、「第1」、「第2」、「第3」、など序数形容詞の使用は、単に、類似の対象の様々な実例が参照されていることを示し、そのように説明された対象が、時間的に、空間的に、ランキングで、又は任意の他の方法の何れかで、任意の順序でなければならないことを意味するわけではない。
具体的詳細

0044

本明細書中で提供された説明において、多数の具体的詳細が示されている。しかしながら、本発明の実施形態がこれらの具体的詳細なしで実施されてもよいは理解されるべきである。他の実例において、周知の方法、構造及び技術は、本説明の理解を曖昧にしないように、詳細に示されていない。
専門用語

0045

図に示される本発明の好適な実施形態の説明の際、特定の専門用語明快にするために用いられる。しかしながら、本発明は、そのように選択された特定の用語に制限されることを意図しておらず、各特定の用語が同様の技術的目的を遂行するための同様の方法で作用する全ての技術的同等物を含むことは理解されるべきである。「前方」、「後方」、「放射状に」、「周辺に」、「上向きに」、「下向きに」、などの用語は、参照点を提供するのに役立つ言葉として使用され、限定する用語として解釈されるべきではない。
含有

0046

後に続く請求項及び先行する本発明の説明において、文脈で言葉又は必要な含意を表すために文脈で別なふうに要求される場合以外、「を備える」という単語、又は「を備える」又は「を備えている」等の変形は、包括的な意味で、すなわち定められた特徴の存在を特定するためだが、本発明の様々な実施形態におけるさらなる特徴の存在又は追加を除外しないように、使用される。

0047

本明細書中で使用されるような、含んでいる、又は含むの用語の任意の1つは、少なくともその用語に続く要素/特徴を含むが、他を除かないことも意味するオープンタームでもある。このように、含んでいるは、備えているの同意語であり、備えているを意味する。
発明の範囲

0048

このように、本発明の好適な実施形態であると信じられていることが説明されている一方、当業者は、他の及びさらなる変形例が本発明の主旨から逸脱することなく成され、全てのそのような変更及び変形例を本発明の適用範囲内に含まれる物として主張することを意図していることを認識するであろう。例えば、上記の任意の定型句は、使用されてもよい手順を代表するだけである。機能性は、構成図から追加又は削除されてもよく、操作は、機能ブロック内で置き換えられてもよい。ステップは、本発明の適用範囲内で説明される方法に追加されても方法から削除されてもよい。

0049

本発明は特定の例を参照して説明されたが、本発明が多数の他の形式で具現化されてもよいことは当業者により理解されるであろう。
産業上の利用可能性

0050

上記から、説明された配置が電気機械工業に適用可能であることが明らかである。

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